酶改性甘薯渣膳食纖維對酥性餅干品質的影響

渠琦，馬舒寧，梁靜怡，高攔，朱洪梅，李國琴，額日赫木

（山西師范大學 食品科學學院，山西 太原 030031）

甘薯又被稱為地瓜、番薯，在我國種植分布廣，種植面積及產量均處于世界首位[1]。近年來，以甘薯為原料的加工業快速發展，其中45%～50% 為淀粉生產工業，到2013 年，甘薯淀粉加工廠在全國的數量已達到800 多家[2]。據2023 年數據統計，隨著以甘薯為原料的淀粉加工業的發展，我國每年約產生550 萬t 干重的加工產物——甘薯渣[3]，其中只有少量用于動物飼料，而大量的甘薯渣會被當作廢棄物廢棄，有些甚至會隨污水排放，對環境造成極大危害[4]。

甘薯渣營養價值豐富，含有淀粉44.74%、膳食纖維27.40%、蛋白質5.26%、脂類0.38%、灰分2.95%、粗纖維29.30%[5]。甘薯渣可作為良好的膳食纖維原料，將這一資源用于開發新型功能性食品，不僅可以解決甘薯渣難處理、易污染的問題，還可以提高甘薯的附加經濟效益，改善人們膳食纖維攝入量低的現狀[6]。甘薯渣中膳食纖維提取的方法主要有化學方法、物理方法以及酶提取法等，利用酶提取法提取膳食纖維安全、高效且溫和，可用于食品加工[7]。提取后的膳食纖維（dietary fibre，DF）分為可溶性膳食纖維（soluble dietary fibre，SDF）和不可溶性膳食纖維（insoluble dietary fibre，IDF）兩大類[8]，SDF 的占比是評價DF 優劣的指標之一，但是在很多天然的膳食纖維原料中，SDF 一般含量較低[9]，所以需要對其進行改性處理，以便得到更具生理活性的DF，用于食品的開發[10]。目前，對膳食纖維常見的改性方法為物理方法、化學方法和酶法三大類，相比之下，酶法改性效果明顯且作用條件溫和，常被用于食品分子反應催化及工藝優化，尤其是復合酶協同改性，具有高特異性、專一性等優勢，可同時作用于多個化學鍵。如木聚糖酶和纖維素酶可以通過破壞纖維素結構中的β-糖苷鍵來改變膳食纖維的性質。研究表明，纖維素酶和木聚糖酶協同預處理馬鈴薯膳食纖維，可加強其膽酸鈉結合能力以及清除羥自由基的活性功能，且聯合改性效果優于單酶處理組[11]。

酥性餅干是老少皆宜且廣受消費者喜愛的一種休閑食品，具有工業化程度高、食用方便、保質期長等特點[12]，并且食用膳食纖維類酥性餅干易產生飽腹感，能夠促進腸道蠕動[13]。目前甘薯渣膳食纖維在酥性餅干中加工利用的技術還不夠完善，感官性狀及營養價值難以達到消費者的食用需求，本試驗旨在從甘薯渣中提取并將改性后的膳食纖維用于酥性餅干的加工制作，優化其餅干配方，開發一種口感更好、營養價值更高的新型產品，并分析改性甘薯膳食纖維對餅干品質的影響，為改性甘薯渣膳食纖維酥性餅干制作工藝的進一步完善和優化提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甘薯渣：山西省太谷縣糧谷中心；α-淀粉酶（10 000 U/g）、糖化酶（50 000 U/g）、木瓜蛋白酶（100 000 U/g）、纖維素酶（10 000 U/g）：南寧龐博生物工程有限公司；木聚糖酶（50 000 U/g）：綿陽禾本生物工程有限公司；低筋面粉、白砂糖、小蘇打、泡打粉、黃油、雞蛋：市售；無水乙醇（分析純）：河北瑞康醫藥科技有限公司。

1.2 儀器與設備

NR10 精密色差儀：深圳市三恩時科技有限公司；TA.XT Plus 質構儀：北京微訊超技儀器技術有限公司。

1.3 甘薯渣基本成分的測定

膳食纖維含量：參照GB 5009.88—2014《食品安全國家標準食品中膳食纖維的測定》的方法測定；淀粉含量：采用3，5-二硝基水楊酸法測定還原糖，還原糖換算為淀粉的系數為0.9，其他具體操作參考魏玉梅等[14]的方法；蛋白質含量：采用考馬斯亮藍G-250 法測定，具體參考趙彤彤[15]的方法。

1.4 甘薯渣膳食纖維的提取與改性

1.4.1 甘薯渣膳食纖維的提取

將甘薯渣粉碎后過60 目篩，加入11 倍體積的蒸餾水浸泡12 h，100 ℃下糊化10 min，冷卻至室溫后再加入20%α-淀粉酶和糖化酶的混合酶（質量比1∶1）、0.6%木瓜蛋白酶，60 ℃酶解3 h，去除淀粉及蛋白質大分子物質，沸水浴滅酶10 min，滅酶后加入4 倍液體體積的無水乙醇，靜置24 h，使可溶性膳食纖維沉淀完全，濾去乙醇并烘干，得到甘薯膳食纖維。

1.4.2 甘薯渣膳食纖維的改性

將甘薯膳食纖維粉碎后過60 目篩，加入11 倍體積的蒸餾水及5% 木聚糖酶和纖維素酶的混合酶（質量比1∶1），50 ℃水浴酶法改性1 h，沸水浴滅酶10 min，滅酶后加入4 倍液體體積的乙醇靜置24 h，使可溶性膳食纖維完全沉淀，濾去乙醇并烘干，得到改性甘薯渣膳食纖維。

1.4.3 改性前后甘薯渣膳食纖維理化性質測定

1.4.3.1 持水力測定

參考劉映萍等[10]的方法，首先將樣品1.0 g（m1）放入離心管（干燥且體積為15 mL）中稱其質量（m2）。向其中加10 mL 水，搖勻后放在室溫環境下靜置12 h，倒掉上清液，稱其質量（m3），持水力（X，g/g）計算公式如下。

1.4.3.2 膨脹力測定

參考龔衛華等[16]的方法，向15 mL 干燥離心管中加入樣品1.0 g（m），讀取其體積（V0），再向其中加10 mL水并搖勻，常溫環境下靜置12 h 后，讀取其體積（V1），按照下列公式計算膨脹力（Y，mL/g）。

1.4.3.3 持油力的測定

參考程力等[17]的方法，0.5 g 樣品（m1）加入到15 mL離心管中，稱其質量（m2）。然后向其中加入大豆油（體積10 mL）并將其混勻，在室溫環境下靜置12 h，棄去上層油，稱其質量（m3），按照下列公式計算持油力（A，g/g）。

1.5 酥性餅干的制作

1.5.1 工藝流程

1.5.2 基本配方

主料：改性膳食纖維粉和低筋面粉的混合粉；輔料：0.65% 小蘇打、1.2% 泡打粉、20% 雞蛋液、黃油和白砂糖（以主料質量百分比計）。

1.5.3 操作要點

主輔料的預處理：將低筋面粉和改性膳食纖維粉過篩備用，在面粉中加入改性膳食纖維粉、泡打粉、小蘇打混勻得到混合粉；黃油隔水融化后與雞蛋液和白砂糖混勻，用攪拌器均勻攪拌，使料液充分乳化并形成乳濁液。

面團的調制：將混合粉和乳濁液攪拌混勻，用堆疊法反復揉搓均勻，用力不可過大。

入模成型：將面團分成20 g 的面團胚，用餅干模具使面團胚成型，制成具有規則形狀、表面光滑無裂紋且花紋清晰的餅干胚，入模前模具內表面刷一層植物油。

烘烤：將烤盤清洗烘干后，均勻涂抹一層油脂，再將餅干胚有序地擺放在烤盤上。將面火及底火溫度均調至180 ℃，烘烤20 min。

冷卻：為使水分充分散發，采取自然冷卻法對烘烤完成的餅干進行降溫、冷卻[18]。

1.6 甘薯膳食纖維酥性餅干配方的確定

1.6.1 單因素試驗

固定改性膳食纖維粉和低筋面粉的總質量為100 g，并以此為基準計算其他輔料的添加量，研究改性膳食纖維粉添加量（0%、3%、6%、9%、12%）、黃油添加量（35%、40%、45%、50%、55%）、白砂糖添加量（30%、35%、40%、45%、50%）對餅干品質的影響。

1.6.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，以改性膳食纖維粉添加量（A）、黃油添加量（B）、白砂糖添加量（C）為考察因素，進行三因素三水平的正交試驗，并通過感官評分標準，判斷酥性餅干最優配比。

1.7 酥性餅干感官評價及品質分析

1.7.1 感官評價

酥性餅干的感官評價參考GB/T 20980—2021《餅干質量通則》和曹麗萍等[19]方法。從改性甘薯膳食纖維酥性餅干的外觀、顏色、口感、滋味4 個不同指標來評定餅干的感官性狀。感官評分滿分為20，由10 個具有豐富知識的相關人員根據感官評分標準進行客觀公正的評價，感官評分標準如表1 所示。

表1 酥性餅干的感官評分標準Table 1 Sensory evaluation criteria for cookies

1.7.2 內部結構

將制作好的酥性餅干切開，選取較為平整的截面，放置于放大鏡下觀察餅干內部結構，放大倍數為20 倍。

1.7.3 出品率

餅干原材料的質量記為m，餅干成品冷卻后的質量記為M，餅干出品率（B，%）由以下公式得出[19]。

1.7.4 直徑和厚度

餅干直徑和厚度的測定參照謝婧等[20]的方法并稍作修改，將成品酥性餅干冷卻至室溫后，測量2 塊餅干的直徑，再將2 塊餅干分別朝不同方向旋轉90°，再次測量直徑，按此方法共測4 次，取其平均值；測定2 塊疊起的餅干的厚度，按不同順序疊放，共測4 次，取其平均值。

1.7.5 色度

取不同餅干樣品，利用色差儀分別測定其L*值、a*值、b*值，對餅干亮度（L*值：0=黑色，100=白色）、紅綠色度（a*值：-a*為綠色，+a*為紅色）、黃藍色度（b*值：-b*為藍色，+b*為黃色）進行分析，分別測量6 次取平均值[21]。

1.7.6 質構

酥性餅干質構的測定參照趙金梅等[22]的方法并稍作修改，將質構儀調整為全質構分析（texture profile analysis，TPA）模式，選用P/36R 探頭進行測定，測定參數為測前速度：2 mm/s；測試速度：1 mm/s；測后速度：2 mm/s；壓縮比60%；數據采集率：400 組/s。以硬度、脆度、黏附性、彈性、內聚性、咀嚼性、回復性7 個指標評定餅干質構特性，每個樣品重復3 次，結果取平均值。

1.8 數據統計及分析

數據均以平均值±標準差表示，采用SPSS Statistics、Origin 2018 軟件及ANOVA 檢驗進行數據分析，顯著性水平為p<0.05。正交試驗采用Excel 2007 軟件設計。

2 結果與分析

2.1 甘薯渣基本成分的測定結果

甘薯渣基本成分見表2。

表2 甘薯渣基本成分Table 2 Basic components of sweet potato residue

由表2 可知，甘薯渣中有含量高達70.19%的DF，說明對甘薯渣DF 進行提取、加工與使用可行，并且存在1.53% 蛋白質及22.75% 淀粉。所以在對DF 提取并加以利用時，需要將淀粉和蛋白質去除。

2.2 改性前后甘薯渣膳食纖維理化性質的比較

改性前后甘薯渣膳食纖維理化性質的比較見表3。

表3 改性前后甘薯渣膳食纖維理化性質的比較Table 3 Physicochemical properties of dietary fiber from sweet potato residue before and after modification

由表3 可知，酶法改性后甘薯渣膳食纖維的持水力、膨脹力和持油力均增加，甘薯渣DF 通過酶改性后，膨脹力顯著提升了23.87%，持水力顯著提升了41.29%（p<0.05），主要是因為甘薯渣DF 在酶解后，比表面積增大，并且暴露出很多親水基團，其與水的觸碰面積變大，分散性變強。另外，持油力顯著增加了21.82%（p<0.05），因為甘薯渣膳食纖維的結構通過酶處理以后，由原本的致密結構變得較為松散，暴露出較多的活性基團，使得油脂更易進入膳食纖維的分子中并與疏水基團相結合，從而提高了對油脂的吸附能力。

2.3 單因素試驗結果

2.3.1 改性甘薯膳食纖維粉添加量對酥性餅干感官評分的影響

改性膳食纖維粉添加量對餅干感官評分的影響見圖1。

圖1 改性膳食纖維粉添加量對餅干感官評分的影響Fig.1 Effect of modified dietary fiber addition on the sensory score of cookies

如圖1 所示，改性膳食纖維酥性餅干的感官評分隨改性膳食纖維粉添加量的增加呈現先增加后降低的趨勢，當添加量在6% 時，酥性餅干的感官評分最高，原因可能是改性膳食纖維粉和低筋面粉的混合粉吸水性及吸油性適中，使餅干易成型，口感酥脆不僵硬；當添加量大于6%時，由于改性膳食纖維粉的比例增大，使餅干口感粗糙，顆粒感增強，且在焙烤過程中易僵硬，顏色較深，風味下降，評分降低；當添加量小于6%時，混合粉中低筋面粉比例高，改性膳食纖維粉所占比例較低，餅干不易成型，口感軟糯黏性強，感官評分較低。因此，選擇改性膳食纖維粉添加量3%、6%、9%進行后續試驗。

2.3.2 黃油添加量對酥性餅干感官評分的影響

黃油添加量對餅干感官評分的影響見圖2。

圖2 黃油添加量對餅干感官評分的影響Fig.2 Effect of butter addition on the sensory score of cookies

在酥性餅干制作過程中，黃油不僅可以起到起酥作用，還可以提高產品風味，同時油脂的疏水性可以在調制過程中降低面團的彈性和韌性，增加空氣含量，使面團更易成型、成品體積膨大、質地疏松。由圖2 可知，酥性餅干的感官評分隨黃油添加量的增加呈現先增加后降低的趨勢，當黃油添加量在45% 時，餅干的評分最高，是因為適當的黃油起到了起酥和產氣的作用，餅干質構酥松，風味適中不油膩，口感酥脆；而添加量大于45% 時，面粉中面筋形成被阻止，油膜阻斷作用不斷上升，餅干油膩且不易成型，外觀和口感均較差，因此感官評分下降；當黃油添加量小于45%時，由于黃油含量較低，面筋蛋白形成受黃油影響小，餅干成品質地緊密，硬度較高、口感較差，感官評分較低。因此，選擇黃油添加量40%、45%、50%進行后續試驗。

2.3.3 白砂糖添加量對酥性餅干感官評分的影響

白砂糖添加量對餅干感官評分的影響見圖3。

圖3 白砂糖添加量對餅干感官評分的影響Fig.3 Effect of white granulated sugar addition on the sensory score of cookies

如圖3 所示，改性膳食纖維酥性餅干的感官評分隨白砂糖添加量的增加呈現先增加后降低的趨勢，可能是因為當白砂糖添加量在40%時，適當的白砂糖賦予餅干香甜的風味，餅干口感細膩，很好地中和了改性膳食纖維粉的顆粒感，所以感官評分最高；當添加量大于40% 時，由于白砂糖產生過量的焦糖化反應，餅干表面顏色加深，且餅干口感過于甜膩，風味較差，評分下降；當白砂糖添加量小于40%時，餅干口感粗糙，寡淡無味，餅干表面顏色過白，導致感官評分降低。因此白砂糖添加量選擇35%、40%、45%進行后續試驗。

2.4 正交試驗結果與分析

正交試驗因素水平及結果見表4、表5。

表4 正交試驗因素水平Table 4 Factors and levels of orthogonal test

表5 正交試驗結果Table 5 Results of orthogonal test

由表5 可知，影響改性膳食纖維酥性餅干感官評分的因素順序依次為B>C>A，由正交試驗結果可知，酥性餅干配方組合為A2B2C3時，感官評分最高。因此，改性膳食纖維酥性餅干的最優配方為A2B2C3，即添加6% 改性膳食纖維粉，45% 黃油和45% 白砂糖，這一組合得到的酥性餅干感官品質最好。

2.5 3 種不同餅干品質特性測定分析

2.5.1 改性膳食纖維對酥性餅干內部結構的影響

3 種不同類型餅干的內部結構結果如圖4 所示。

圖4 改性甘薯膳食纖維對酥性餅干結構的影響Fig.4 Effect of modified dietary fiber from sweet potato on the texture of cookies

從圖4a 可以看出，餅干內部結構緊密，存在較小空隙；甘薯渣膳食纖維具有疏松多孔的結構特點，從圖4b 可以看出，加入甘薯渣膳食纖維后的酥性餅干內部結構出現了較大的空隙及空洞，網絡之間黏連性變小；圖4c 中由于加入了改性后的甘薯渣膳食纖維，酥性餅干的內部結構疏松度更為明顯，空隙進一步變大，這可能是因為在纖維素酶及木聚糖酶的作用下，使得甘薯渣膳食纖維中的IDF 糖苷鍵瓦解，緊密結構被破壞，轉化為質地松散的SDF[23]，餅干酥性好，風味更佳。

2.5.2 改性膳食纖維對酥性餅干色度的影響

3 種餅干色度的測定結果如表6 所示。

表6 3 種酥性餅干色差值Table 6 Color differences of cookies

由表6 可知，添加改性膳食纖維酥性餅干L*值居中，顯著低于未添加膳食纖維酥性餅干，且顯著高于添加未改性膳食纖維酥性餅干（p<0.05），添加改性膳食纖維酥性餅干顏色深淺適中，色澤呈均勻棕黃色；而改性膳食纖維會使餅干a*值變小，添加改性膳食纖維后，會使酥性餅干的色澤變綠；而酥性餅干添加改性膳食纖維粉后，b*值與ΔE值均居中，且與其他兩種餅干有顯著差異，說明添加改性膳食纖維會使酥性餅干的色差值稍微趨向于藍色。因此，改性膳食纖維對酥性餅干的色差值有一定的影響。

2.5.3 改性膳食纖維對酥性餅干出品率的影響

改性甘薯膳食纖維對酥性餅干出品率的影響見圖5。

圖5 改性甘薯膳食纖維對酥性餅干出品率的影響Fig.5 Effect of modified dietary fiber from sweet potato on the yield of cookies

從圖5 可以看出，添加改性膳食纖維酥性餅干和添加未改性膳食纖維酥性餅干出品率沒有顯著差異，添加未改性和改性膳食纖維酥性餅干的出品率與未添加膳食纖維餅干的出品率差異顯著。餅干原料在高溫焙烤后，水分揮發，餅干成品基本為干物質[24]，水分的揮發是餅干成品質量低于原料質量的主要原因。甘薯膳食纖維有較好的持水力，能夠促進餅干中淀粉與水的結合，從而提高餅干在焙烤過程中結合水的能力，提高產品的成品率；改性膳食纖維經過纖維素酶與木聚糖酶的作用后，部分IDF 結構被破壞，轉變為SDF[25]，因此IDF 含量減少，持水力也隨之提高，最終使得餅干出品率提高。最優配方下，添加改性膳食纖維酥性餅干出品率為93.5%。

2.5.4 改性膳食纖維對酥性餅干直徑和厚度的影響

改性膳食纖維對酥性餅干直徑和厚度的影響見表7。

表7 3 種酥性餅干直徑和厚度Table 7 Diameter and thickness of cookies

如表7 所示，添加未改性膳食纖維酥性餅干直徑最大，添加改性膳食纖維酥性餅干次之，未添加膳食纖維酥性餅干直徑最小，而餅干厚度的變化與直徑相同，原因可能是甘薯膳食纖維具有疏松的結構，因此與未添加膳食纖維酥性餅干相比，無論是添加改性還是未改性膳食纖維，在直徑和厚度上均有一定的增加。同時，在雙酶的改性作用下，甘薯膳食纖維中IDF 轉化為SDF，SDF 具有更好的吸油力、吸水力等理化性質，添加改性膳食纖維酥性餅干塑性好，成品不易變形，因此直徑和厚度比添加未改性膳食纖維的餅干稍小，且延展性比純面粉餅干好。

2.5.5 改性膳食纖維對酥性餅干質構的影響

TPA 數據是表征酥性餅干品質的重要指標，表8為3 種酥性餅干TPA 數據。

表8 3 種酥性餅干TPA 參數值Table 8 Parameters in texture profile analysis of cookies

從表8 可知，添加改性膳食纖維對餅干的質構影響較大，與添加未改性膳食纖維酥性餅干及未添加膳食纖維餅干相比均有顯著變化。硬度用來描述餅干軟硬、咀嚼所需的力度大小，改性甘薯膳食纖維會使酥性餅干硬度顯著增大，但其咬合口感在普通消費者接受范圍內，且餅干抗震不易碎；酥性餅干的脆度和彈性在添加改性膳食纖維粉后顯著提高，餅干酥脆，口感好；添加改性膳食纖維粉的酥性餅干的內聚性、咀嚼性以及回復性均有顯著上升，改性后甘薯膳食纖維SDF 占比增加，持水力及持油力提高，且膳食纖維結構變疏松，對餅干質構會產生一定影響。而添加改性膳食纖維后，餅干黏附性小于未添加膳食纖維餅干，低于添加未改性膳食纖維餅干，說明改性甘薯膳食纖維粉會使酥性餅干粘牙、口感適中，具有適宜的酥松程度，感官性狀較好。

3 結論

以甘薯渣中改性膳食纖維為主要原材料，通過單因素試驗及正交試驗對酥性餅干配方進行工藝優化，得到改性甘薯渣膳食纖維酥性餅干的最優工藝配方：主料94%低筋面粉、6%酶改性甘薯渣膳食纖維粉，輔料（以主料質量計）0.65% 小蘇打、1.2% 泡打粉、20%雞蛋液、45%黃油及45%白砂糖。改性甘薯渣膳食纖維可以使餅干內部結構更疏松，同時對酥性餅干的直徑及厚度、色度、質構均有一定影響，并且由試驗可得，改性甘薯渣膳食纖維酥性餅干的出品率和未添加膳食纖維餅干相比也有一定變化，測得的出品率為93.5%。

甘薯渣資源巨大，且餅干市場廣闊，將甘薯膳食纖維用于酥性餅干制作工藝的進一步完善，能更好地保證食品品質，提高食品的感官性狀以及營養價值，幫助人們減少熱量攝入，契合低脂低油的飲食觀念，膳食纖維進入人體還能產生很多有益的生理作用，對維護公眾身體健康也大有裨益。