紫薯曲奇饼干的质量特性及其抗氧化性

田文静*，孙玉清

北京农业职业学院食品与生物工程系（北京 102442）

紫薯富含碳水化合物、膳食纤维、矿物质和维生素等多种营养物质，同时也是天然有益成分的良好来源，如酚酸、维生素E、β-胡萝卜素和花青素等[1-3]。其中的花青素是一种多酚化合物，具有多种生物功能[4-5]。花青素结构中的多酚羟基可通过氧化还原作用释放电子，对体内的自由基进行直接清除，具有显著的抗氧化作用[6]。王杉等[7]将紫薯花青素注入小鼠体内，发现其具有明显的抗氧化作用，可延缓动物的衰老。楚文靖等[8]也发现紫薯制备的紫薯酒具有较强的抗氧化活性。花青素在水果或蔬菜中主要呈现红色、蓝色和紫色，这也赋予它天然着色剂的功效[9-10]。Zhang等[11]表明紫薯中的花青素比草莓或紫甘蓝中的花青素结构更稳定，故紫薯可以为用作天然着色剂和生物活性材料的花青素提供良好来源[12]。

鉴于紫薯不仅拥有鲜艳的色泽、良好的感官品质，而且具有一定的营养价值和保健功能，紫薯产品的开发越发受到研究者的关注。目前，越来越多的研究者致力于新型紫薯产品的开发，包括紫薯粉丝、馒头、面条等米面制品[13]，紫薯面包、饼干、饮料、蛋卷等休闲食品[14]，紫薯泡菜、薯酒、紫薯乳酸饮料等薯类发酵制品[15-19]。

此前，许多研究用紫薯粉部分替代小麦粉来制备饼干，发现产品具有良好的物理性质和感官性状[20]。但对其抗氧化性研究较少，且由于紫薯粉添加量较少，花青素含量相对较低，故抗氧化能力有限。试验以紫薯粉全部代替小麦粉来制作曲奇饼干，并对其理化及感官性质进行评价，同时对最终产品的花青素含量及其抗氧化性能进行检测，为开发具有抗氧化功能特性的新型紫薯焙烤产品提供基础理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫薯粉（秦皇岛紫龙生物有限公司）；鲜鸡蛋、植物油（金龙鱼，益海嘉里投资有限公司）、糖粉（展艺，江西巧嫂食品有限公司）、黄油（安佳，新西兰恒天然集团）。

1, 1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、福林-酚（Folin-Ciocalteu）：美国Sigma公司，两者均为分析纯。石油醚、盐酸、乙醇、福林酚、没食子酸：国药试剂公司，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

VFM-7搅拌机（奉化市福得食品机械有限公司）；FC 60 TQ对衡式回风烤箱（法国乐桥有限公司）；UV-2600紫外分光光度计（岛津仪器有限公司）；CT 3质构仪（美国Brookfleld公司）；WSC-S测色色差计（上海精科仪器有限公司）；RE-2000 A旋转蒸发器（陕西禾普仪器设备有限公司）；等。

1.3 方法

1.3.1 紫薯饼干的制备

按照孙玉清[21]的紫薯曲奇饼干的制备方法。将65 g鸡蛋和70 g糖粉（过筛）加入打蛋机，低速搅拌5～7 min，再高速搅拌，将鸡蛋与糖粉混合至奶油状的蛋糊。将在60～65 ℃条件下融化为膏状的95 g黄油加入打蛋机中，打至絮状，然后加入100 g紫薯粉（过筛），搅拌至充分均匀。选择模具，挤出呈中空椭圆状的饼坯，上下火均150 ℃烘烤10 min。

同时，将100 g紫薯粉换成100 g低筋小麦粉，其他工艺条件不变，制作小麦粉曲奇饼干作为对照。具体配方见表1。

表1 两种曲奇饼干的配方 g

1.3.2 成分分析

根据AOAC的方法，对饼干的水分、粗蛋白、粗脂肪和灰分等进行分析[22]。检测过程委托北京市营养源研究院进行。

1.3.3 色差分析

采用色差仪对饼干样品的色泽进行测定。首先分别用黑板和白板对色差仪进行校正，然后取同等厚度的饼干样品放置在色差仪上进行测定。每组样品重复测定3次，取平均值。

L*值表示明亮度；a*值为正值时表示偏红色，为负值时表示偏绿色；b*值为正值时表示偏黄色，为负值时表示偏蓝色[23]。

1.3.4 质构特性测定

取两种饼干样品，用CT3型质构仪进行测定，采用TA-7探头。测定条件：Normal模式，4.5 g Trigger，测试速率0.5 mm/s，测试距离3 mm，数据采集率300 pps，每项测试重复3次，结果取平均值[24]。通过硬度、黏着性和咀嚼性对两种饼干进行质构分析[25-27]。

1.3.5 感官评定

将饼干样品放在一次性盘子中，分别标记数字1～9，请20位经过训练的评价员对饼干进行感官评定。饼干的感官评定包括表面颜色、紫薯的气味、风味、硬度和脆度等，样品随机排列，评价员根据外观、喜好程度和整体可接受性进行评分。评分采用9分制，9分表示非常喜欢，5分为既不喜欢也不讨厌，1分表示极度讨厌。结果由评分的平均值表示。

1.3.6 紫薯饼干中花青素的提取及含量测定

参照王宏兹等[23]的方法，对紫薯饼干中的花青素进行提取及含量测定。将紫薯饼干研磨成粉，加入石油醚中，在30 ℃下脱脂8 h，然后在通风厨中除去残余的石油醚。通过超声-微波协同萃取法，用HCl-乙醇（5︰95，V/V）对紫薯饼干样品中的花青素进行提取，离心后收集上清液，即为紫薯饼干的花青素提取液，置于4 ℃冰箱储存待用。

花青素含量采用消光系数法进行测定。取花青素提取液定容，以提取剂为空白对照，在波长525 nm处测定其吸光度，并按式（1）计算花青素含量[28]。

式中：A525nm为在波长525 nm处测定的吸光度；m为样品质量，g；V为定容体积×稀释倍数；98.2为花青素的克分子消光系数。

1.3.7 紫薯饼干中多酚的提取及含量测定

将饼干样品磨碎，加入10倍的乙醇溶液（80%），在37 ℃下震荡提取2 h，将样品溶液离心，收集上清液，重复此操作两次。将两次提取液合并，在40 ℃下进行旋转蒸发直至干燥，得到多酚提取物样品，置于干燥器中备用。

根据Lachman等[29]的方法，采用福林酚法对饼干碎屑中总酚含量进行测定，以没食子酸为标准品，配制质量浓度为0.01，0.02，0.03，0.04和0.05 mg/mL的系列标准溶液，以没食子酸浓度（mg/mL）为横坐标，吸光度为纵坐标，得到标准曲线方程。取多酚提取物样品，用30%的乙醇溶液溶解，配成1 mg/mL的样品提取液。取5 mL样品提取液，加入2.5 mL福林酚试剂，混合均匀后加入7.5 mL 20% Na2CO3溶液，在室温下反应2 h，用分光光度计在765 nm波长处测定其吸光度，代入标准曲线方程，得样品中总酚含量。每组试验重复3次，结果取平均值。以没食子酸为标准品，结果表示为每千克干物质中含有的没食子酸克数。

1.3.8 清除DPPH自由基能力的测定

根据DPPH自由基的清除能力考察紫薯饼干中多酚提取物的抗氧化活性。参照Faller等[30]和王玉婷等[31]的方法。用30%的乙醇配制多酚待测液，取1 mL多酚待测液于试管中，加入2 mL DPPH乙醇溶液和2 mL 95%乙醇，充分混匀后，在黑暗处反应30 min，在波长517 nm处测定吸光度。空白组用2 mL 95%乙醇代替DPPH溶液。对照组为不加待测液，直接用2 mL DPPH溶液与3 mL 95%乙醇混合。反应体系的吸光度越低，表明其清除DPPH自由基的能力越强。DPPH自由基清除率可按式（2）计算：

式中：I为清除率，%；Ai为样品组吸光度；Aj为空白组吸光度；Ac为对照组吸光度。

1.3.9 氧化稳定性测定[22]

将紫薯饼干装于密封的聚乙烯袋中，在60 ℃的条件下储存90 d。根据AOAC的方法，测定其过氧化值（POV）和酸价（AV），以探讨紫薯饼干在储存过程中的脂质氧化程度。

1.4 数据处理

所有试验均重复3次，数据采用SAS（Statistical Analysis System，version 8.12）和SPSS进行统计分析，均以平均值±标准差显示。

2 结果与讨论

2.1 两种饼干的成分分析

由表2中可以看出，紫薯曲奇的水分含量为4.41%，显著低于小麦粉曲奇的水分含量（5.22%，p＜0.05），原因可能是紫薯粉的含水量低于低筋小麦粉；此外，紫薯粉蛋白含量较低，用紫薯粉替代小麦粉可以减弱面筋蛋白网络的形成，从而降低其持水力。两种曲奇饼干的碳水化合物和粗脂肪含量没有明显差异。而紫薯曲奇饼干的灰分含量却显著高于小麦粉曲奇，这是由于紫薯粉的灰分含量高于小麦粉。

表2 两种饼干的成分分析 %

2.2 两种饼干的色差分析

通过色差仪检测两种饼干的L*值、a*值和b*值，其结果如表3所示。L*值反映样品的亮度，对照组饼干的亮度为82.35，而紫薯粉曲奇的亮度仅为22.07，表明紫薯粉的添加极大降低了产品的亮度（p＜0.05）。a*值反映样品的红绿色，b*值反映样品的黄蓝度，紫薯粉的添加可以显著增加产品的红度（16.47 VS 0.83，p＜0.05），降低产品黄度（7.53 VS 31.87，p＜0.05），这主要取决于紫薯粉本身的色泽。因此，随着紫薯粉添加量的增加，产品的色泽会变得更红、更暗。同样，Chung[20]也获得了类似的结论，他发现紫薯粉的添加使产品的L*和b*值显著降低，a*值显著增加，且随着紫薯粉添加量的增加，差异愈加明显。

表3 两种饼干的色差分析

2.3 两种饼干的硬度测定

硬度是使曲奇达到一定变形所需的力，是评价曲奇质地的一个重要指标，对曲奇面团的加工以及焙烤过程有重要影响，从而影响制得产品的感官品质[32]。从表4可以看出，小麦粉曲奇的硬度为18.12 N，而紫薯粉曲奇的硬度较小，为16.38 N，可能是紫薯粉面筋蛋白含量少，面团内部结构疏松，造成产品硬度较低。

咀嚼性是食物从固体状态到可吞咽过程中人咀嚼所用的功。咀嚼性能反映出曲奇饼干对人咀嚼的抵抗性。咀嚼性越大则曲奇饼干越难被嚼碎，曲奇饼干特有的酥松口感也会降低[33]。由表4可知，紫薯粉饼干的咀嚼性（7.60 mJ）与小麦粉饼干（6.58 mJ）相比也有所下降，这与硬度的变化一致。

胶黏性是用于描述测试样品的黏性特征，和咀嚼性一样，都与曲奇的品质呈负相关性[34]。由表4可知，与小麦粉曲奇饼干相比，紫薯粉饼干的胶黏性明显降低，原因可能是以紫薯粉为原料的曲奇饼干内部结构较为疏松，黏着性也随之下降。

表4 两种饼干的质构特性

2.4 两种饼干的感官评定

表5为两种饼干的感官评定结果，通过对饼干的表观状态、色泽、风味、口感和整体可接受性进行评分，发现紫薯粉曲奇的表观状态和色泽的评分比小麦粉曲奇要低，其主要原因是紫薯粉的添加使产品的亮度降低、色泽变暗，呈现出紫薯的颜色，这与常见的曲奇饼干差异较大。而从风味、口感和整体可接受性来看，紫薯粉曲奇的评分比小麦粉曲奇更高，原因可能是紫薯粉为饼干提供了独特的紫薯风味，使评价员更喜欢、更容易接受。总体来说，紫薯粉的添加对曲奇饼干的整体感官性状有积极影响。

表5 两种饼干的感官评定

2.5 两种饼干中的花青素、多酚含量及其对DPPH自由基的清除

花青素不仅使植物呈现缤纷的颜色，同时也具有抗氧化、抗菌、抗炎甚至抗癌等保健功效[35-36]。由表6可知，小麦粉曲奇中几乎不含花青素，而紫薯粉曲奇中花青素含量高达74.46 mg/100 g产品，证明紫薯粉的添加大大增加了曲奇饼干的功能特性。

此外，紫薯粉曲奇饼干中的多酚含量为143.35 mg没食子酸/g产品，约为小麦粉曲奇中多酚的4倍（36.78 mg没食子酸/g产品）。同时，紫薯粉曲奇的DPPH自由基清除率高达83%，约为小麦粉曲奇的16倍。原因可能是紫薯粉曲奇中所含的花青素有较强的抗氧化性和自由基清除作用，这与Furuta等[37]、Saigusa等[38]的研究结果一致。

表6 两种饼干的花青素、多酚含量及DPPH自由基清除率

2.6 两种饼干的氧化稳定性

图1为两种饼干在60 ℃下贮藏90 d的过程中的POV和AV值的变化情况。在贮藏过程中，两种饼干的POV和AV值均有所增加，但与小麦粉曲奇相比，紫薯粉曲奇的增幅显著减小（p＜0.05），这可能是紫薯粉曲奇中含有较高的多酚和花青素，它们作为天然抗氧化剂，增加了对过氧化氢的抑制程度，进而可以改善饼干的保质期。同样，Chung[20]研究表明，与普通曲奇饼干相比，添加紫薯粉的曲奇饼干在贮藏过程中拥有更低的酸价和过氧化值。

图1 两种饼干在贮藏过程中POV和AV的变化

3 结论

紫薯粉的添加使产品的L*和b*值显著降低，a*值显著增加，饼干呈现较暗的紫红色。此外，由于紫薯曲奇中面筋蛋白含量较低，结构较为酥松，造成紫薯曲奇的硬度、咀嚼性和胶黏性相比小麦粉曲奇有所下降。感官评定结果显示，紫薯粉的添加对曲奇的整体感官性状有积极影响，其为饼干提供独特的紫薯风味和良好的口感，使评价员更喜欢、更容易接受。

与传统的小麦粉曲奇饼干相比，紫薯粉饼干含有更多的花青素、多酚，具有更好的DPPH自由基清除效果，在贮藏过程中也有更好的氧化稳定性。

综上所述，以紫薯粉全部代替小麦粉制作的曲奇饼干不仅具有良好的感官性状，而且含有较高的花青素，具有很好的抗氧化性和贮藏稳定性，可以显著提高曲奇饼干的功能特性，具有十分良好的市场开发前景。