马铃薯全粉在粗粮发酵饼干中的应用

李 梦，席婉婷，胡竞月，岳 芽，戢得蓉

（四川旅游学院食品学院，四川成都 610100）

马铃薯（Solanumtu berosum L.） 是茄科茄属一年生草本植物，块茎中含有大量碳水化合物。马铃薯可广泛用于食品、医药等领域[1]，具有预防肠胃疾病、抗衰老、抗氧化、降低胆固醇、预防动脉硬化、补气养血、健脑益智等作用[2]。马铃薯全粉是马铃薯的脱水制品[3-4]，能够克服鲜薯不耐存储，不方便运输，易发芽、霉烂等缺点，并能保全马铃薯的营养成分及风味物质，推进马铃薯主食化战略化进程。饼干是主要的烘焙休闲产品，烘焙食品中的丙烯酰胺具有致癌风险[5]，该危害也被人们日益关注着，有研究表明在饼干中添加乳酸菌，可发酵降低饼干中丙烯酰胺含量，主要是由乳酸菌在发酵过程中所产生的有机酸抑制了丙烯酰胺的合成[6-7]。已有研究发现，采用乳酸菌协同酵母菌发酵工艺对面制食品的风味、质地及货架期等都有积极的作用[8-10]。

采用乳酸菌协同酵母菌发酵技术制成发酵饼干，以燕麦、荞麦、玉米、大豆等粗粮为原料，以酵母菌和乳酸菌为发酵剂，添加一定的马铃薯全粉，制作马铃薯粗粮发酵饼干，并研究马铃薯全粉对粗粮发酵饼干品质的影响，以期为马铃薯全粉在粗粮发酵饼干的应用提供试验依据和理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

马铃薯全粉，上海今粮食品技术有限公司提供；低筋小麦粉，上海枫未实业有限公司提供；干酵母、酵母菌（活菌数为3×1010个/ g），安琪酵母股份有限公司提供；乳酸菌（活菌数为1×109个/ g 的优比特酸奶发酵菌粉），益加生物科技成都有限公司提供；食盐、饼干专用酶、糖、燕麦、荞麦、玉米、大豆，均为市售。

恒联FX13 型发酵箱，广东恒联食品机械有限公司产品；CKF-52GS 型烤箱，佛山市伟士达电器实业有限公司产品；pH 计，奥豪斯仪器有限公司产品；DC-P3 型全自动测色色差仪，北京市兴光测色仪器公司产品；TA.XT Plus 型质构仪，英国Stable Micro Systems 公司产品；脂肪测定仪，上海华睿仪器有限公司产品；FA 1104 N 型电子天平，常州市衡正电子仪器有限公司产品；101 型电热鼓风干燥箱，北京路达实验仪器有限公司产品；GC-MS 型SQ680 气相色谱－质谱联用仪，美国Perkin Elmer 公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 粗粮饼干的制作

参考郝发义等人[11]的配方，进行预试验调整后得到基础配方为小麦粉+马铃薯全粉100 g，燕麦5 g，荞麦5 g，玉米5 g，大豆5 g，黄油10 g，白砂糖2 g，食盐1.5 g，干酵母1.5 g，乳酸菌2.5 g，饼干专用酶0.065 g，小苏打0.3 g。

工艺流程：粗粮粉碎→过筛→调粉→醒发→成型→烘焙→冷却→成品→抽真空包装。

基础发酵工艺：称取面粉、马铃薯全粉、粗粮粉、食盐、白砂糖、小苏打、水、黄油搅拌2 min，加入温水活化的干酵母、酶、乳酸菌中速搅拌10 min，醒发箱发酵2.5 h，温度34 ℃，相对温度90%。用压片机压成2 mm 厚的薄片，制成饼干胚烤制，上火170 ℃，下火155 ℃，烘烤时间9 min。

1.2.2 发酵工艺的单因素试验

在基础配方及发酵工艺条件上，以感官评价为主要指标，以质构特性、色差及pH 值为辅助指标，考查发酵时间（1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 h）、发酵温度（22，26，30，34，38 ℃）、酵母用量（0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 g） 及乳酸菌用量（0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 g） 对粗粮发酵饼干品质的影响，考查其中任一因素时，其他因素条件固定。

1.2.3 发酵工艺的正交试验

在单因素试验基础上，从中选取几个对饼干感官品质影响较大的因素进行四因素三水平的正交试验L9（34）（见表1），以感官评价为主要指标，以质构特性、色差、pH 值为辅助指标，对最终结果进行极差分析，确定最优马铃薯粗粮发酵饼干的发酵工艺。

表1 正交试验因素与水平设计

正交试验因素与水平设计见表1。

1.2.4 马铃薯全粉添加量

在较优发酵工艺的基础上，以小麦粉与马铃薯粉用量总和100 g 为前提，探讨马铃薯全粉（0，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%） 添加量改变对粗粮发酵饼干品质的影响，配方中其他成分按基础配方及正交试验结果进行。

马铃薯全粉与小麦粉的替代情况见表2。

表2 马铃薯全粉与小麦粉的替代情况

1.2.5 感官评价

由10 位食品专业人员组成评定小组，从饼干外观形态、色泽、口感与滋味、风味和组织结构等5 个方面进行评价[12]，总分为100 分，评价结果取10 人的平均值。

发酵饼干的感官评定标准见表3。

表3 发酵饼干的感官评定标准

1.2.6 质构特性测定

测定参数：P/5 型探头，压缩模式，测前速度2 mm/s，测中速度1 mm/s，测后速度2 mm/s；目标模式：位移13 mm，触发力5.0 g。

1.2.7 色差的测定

利用色差仪对样品L*，a*，b*值进行测定。

1.2.8 pH 值的测定

将饼干磨碎，称取5 g 于50 mL 煮沸冷却的蒸馏水中，搅拌静置后用pH 计测定读数。

1.2.9 水分含量的测定

根据GB 5009.3—2016 食品中水分的测定，采用直接干燥法进行测定。

1.2.10 持水性的测定

参考刘宇等人[13]的方法进行测定，称取1.000 g研磨后的饼干渣置于100 mL 烧杯中加蒸馏水75 mL，在室温下浸泡1 h 将液体倒入滤纸漏斗上过滤待水滴干后称质量。

1.2.11 GC-MS 的测定

参考文献[14]方法，对饼干进行GC-MS 测定并分析。

1.3 数据处理

试验数据由Excel 2010，SPSS 17.0 处理完成。

2 结果与分析

2.1 发酵工艺优化结果

各因素对马铃薯粗粮发酵饼干品质影响见图1。

图1 各因素对马铃薯粗粮发酵饼干品质影响

由图1 可知，随发酵时间的延长，感官评分先升后降。发酵时间短，酵母产气不足，饼干过硬，难以吞咽；若发酵时间过长，饼干面团瘫软、难以成型，饼干过软，没有酥脆口感[15-16]。当发酵时间为2.5 h 时，发酵面团松软、口感酥脆、酸味适中、发酵风味突出，感官评分相对高。发酵温度为30 ℃时，面团柔润光滑，有弹性，饼干感官评分最高，总体算平稳。随酵母用量为1~2 g 时，感官评分整体呈上升趋势。随乳酸菌用量为1.5 g 时，感官评分最高；超过1.5 g 后，感官评分降低。

根据单因素试验结果，以发酵温度、发酵时间、酵母用量、乳酸菌用量为因素，感官评分为指标进行正交试验。

正交试验结果见表4。

表4 正交试验结果

由表4 可知，4 个因素对饼干感官评分影响大小顺序为发酵时间>发酵温度>乳酸菌用量>酵母用量。极差分析得马铃薯粗粮发酵饼干配方所探讨各因素水平理论最优组合为A2B1C2D1，即饼干发酵时间2.5 h，发酵温度26 ℃，酵母用量2 g，乳酸菌用量1 g。

2.2 感官评分及pH 值结果

马铃薯全粉对粗粮发酵饼干感官品质及pH 值的影响见图2。

图2 马铃薯全粉对粗粮发酵饼干感官品质及pH 值的影响

由图2 可知，马铃薯全粉添加量为30%时，感官评分最高为82.2 分。此时面团成型容易，制作出的饼干外观形态良好，酥脆性和口感良好。马铃薯全粉的添加，弱化了面团的面筋，使饼干质地酥松，但马铃薯全粉添加超过一定量时，过分削弱了面团的筋力，使其成型效果变差，会降低面粉蛋白与油脂的结合力，进而促进水化作用，使饼干硬度增加[17-18]。所以，继续加大马铃薯全粉添加量，发酵饼干的感官品质反而下降。发酵饼干的pH 值主要受乳酸菌影响，在所选考查范围内，随着马铃薯全粉的添加，发酵饼干的pH 值在20%时最大，之后减小；在50%时达到新的高点，从整体上看，马铃薯全粉的添加对pH 值影响并不大。

2.3 色差结果

马铃薯全粉对粗粮发酵饼干色差的影响见表5。

表5 马铃薯全粉对粗粮发酵饼干色差的影响

由表5 可知，L*值随马铃薯全粉添加量的增加而减小，说明随着马铃薯全粉的添加，发酵饼干的色泽由亮色向暗色转变，a*值、b*值随着马铃薯粉的添加整体呈增大的趋势，均呈正值，黄色值明显，颜色逐渐加深，使发酵饼干呈现明显黄褐色，添加量为0~30%时，亮度和色度无明显变化，这说明添加适量的马铃薯粉发酵饼干将有较好的色泽。

2.4 持水性及水分含量测定结果

马铃薯全粉对粗粮发酵饼干持水性及水分含量的影响见图3。

图3 马铃薯全粉对粗粮发酵饼干持水性及水分含量的影响

由图3 可知，随着马铃薯全粉添加量的增加，发酵饼干的持水性整体呈略上升再下降的趋势，但其整体变化差异不显著（p>0.05），这说明在持水性特性上，马铃薯全粉可有效替代小麦粉。八组发酵饼干的水分含量介于10%~20%，水分含量较低，易于贮藏。发酵饼干的水分含量在马铃薯全粉添加量30%，40%时达到最高，但添加过量则下降，与试验马铃薯全粉对粗粮发酵饼干持水性的影响结果相吻合，这可能是由于随着马铃薯全粉的添加，稀释了面筋网络结构，饼干的水合能力减弱[19]。

2.5 质构特性测试结果

马铃薯全粉添加量对饼干质构的影响见图4。

图4 马铃薯全粉添加量对饼干质构的影响

由图4 可知，粗粮发酵饼干的咀嚼性随着马铃薯淀粉的添加，整体呈下降趋势，马铃薯全粉不含面筋蛋白[20]，添加一定量的马铃薯全粉到低筋面粉中稀释了面筋，削弱了面团的强度，使马铃薯发酵粗粮饼干产生酥脆感[21]。与其他添加量相比，50%，60%添加量的硬度明显增大，70%添加量的弹性明显增大；在添加量为30%时，达到最佳脆性，与感官结果一致。可能是因为是面团的吸水率降低，马铃薯纤维的破坏作用大，阻塞了面筋的空间网络结构，其填充作用使面团变硬[22-23]。

2.6 各因素相关性分析

各因素相关性分析见表6。

表6 各因素相关性分析

由表6 可知，添加马铃薯全粉制作的粗粮发酵饼干的持水性、水分含量、咀嚼性、硬度、pH 值与感官评分均呈正相关，弹性与感官评分之间呈负相关；咀嚼性和持水性呈现负相关，相关系数为-0.794，说明持水性越高咀嚼性越差；持水性与弹性呈负相关，说明持水性越高，弹性越差；所以感官最佳的粗粮发酵饼干的特点是弹性较小，具有较好的咀嚼性、适中的硬度及较好的持水性。

2.7 GC-MS 测定结果

根据GC-MS 测定结果及查阅相关资料，对添加量为30%的马铃薯饼干和普通饼干香气成分做出分析。

GC-MS 测定结果见表7。

表7 GC-MS 测定结果

由表7 可知，在马铃薯饼干中检测出的主要挥发性物质有30 种，其中醇类4 种、醛类5 种、脂类8 种、酮类6 种、酸类3 种、杂环化合物3 种、酚类1 种，分别占总香气成分的1.59%，3.32%，2.36%，1.81%，1.50%，3.20%，6.14%。在普通饼干中检测出的主要挥发性物质有29 种，其中醇类4 种、醛类4 种、脂类9 种、酮类3 种、酸类6 种、杂环化合物3 种，分别占总香气成分的0.92%，1.35%，5.87%，0.33%，2.15%，3.61%。在马铃薯饼干和普通饼干中检测出的相同物质共有19 种，其中醇类3 种、醛类2 种、脂类6 种、酮类3 种、酸类2 种、杂环化合物3 种，主要表现为果香、花香、特殊臭味。马铃薯饼干比普通饼干多检测出来11 种挥发性物质，包括正己醇、壬醛、反- 2 -十一烯醛、十四烷醛、壬酸乙酯、正辛酸异丁酯、3 - 辛烯- 2 - 酮、2 - 庚酮、四氢- 6 -戊基- 2H -吡喃- 2 -酮、癸酸、麦芽酚，这11 种挥发性物质主要表现为果香、花香、奶油香、油脂香。利用GC-MS 对马铃薯饼干与普通饼干的挥发性物质进行测定，结果表明马铃薯饼干中的风味物质较普通饼干更为丰富。

3 结论

通过单因素试验及正交优化得出马铃薯粗粮发酵饼干的发酵工艺，即发酵时间2.5 h，发酵温度26 ℃，酵母菌用量2 g，乳酸菌用量1 g。在优化后的发酵工艺下，将不同替代量的马铃薯全粉加入替代小麦粉制作粗粮发酵饼干，对马铃薯粗粮发酵饼干的品质进行测定，结果表明，在马铃薯粉添加量为30%时，感官评分最高；马铃薯全粉的添加对饼干的pH值、含水量和持水性改变不大，饼干色泽加深，且能有效保留粗粮饼干含水量低的特点，不影响其保存，而对饼干的硬度、弹性和酥脆性有一定影响，马铃薯粉的添加对饼干的咀嚼性明显降低，食用时酥脆感增强，部分添加量能改变饼干的硬度及弹性，但规律性不明显，同时，随着马铃薯粉的添加，为粗粮发酵饼干赋予了更加浓郁和独特的香味。通过GC-MS 对马铃薯饼干的挥发性成分的测定，在该饼干中检测出的主要挥发性物质有30 种，其中主要为酚类、醛类、杂环化合物，其特征风味为焦香奶油糖香气、蜜蜡花香气息、新鲜醛气味、油脂和鸢尾香气、月桂油香、马铃薯片香味、甜味，茴香气味。因此，在发酵饼干中添加30%的马铃薯全粉能有效地改善其感官口感和外观色泽等，对饼干的蛋白质、脂肪等营养成分的变化情况需要进一步研究。