紫甘薯曲奇饼干配方优化与风味成分分析

韩冰霜，吴 晶 ，陈婉莹，刘丹婷，张文波*

(1.惠州城市职业学院 民生学院，广东 惠州 516025；2.安徽农业大学 茶与食品科技学院，安徽 合肥 230036)

紫甘薯也称之为黑甘薯，其原因是紫甘薯皮和肉不同于其他甘薯颜色，而成紫黑色得名，属于草本块根植物，生长期为一年或多年[1].紫甘薯含有丰富营养和功能性成分，如花色苷、胡萝卜素、紫色素、粘液蛋白、多糖等[2-5]，含有大量的花青素、碘和硒元素，碘、硒元素的含量比普通甘薯高 20 倍以上[6].紫甘薯中含有的这些营养元素，使其本身具有很强的抗氧化作用，并且能够预防和抑制某些致癌物质的产生，保护和调节肝功能，并且在视力改善等方面也具有很好的效果[7-9].

固相微萃取技术(SPME)结合气相色谱-质谱(GC-MS)分离与鉴定样品中的挥发性香气成分已经广泛应用于食品、环境等领域中.高永欣[10]利用GC-MS测定香菇饼干中的风味成分，共检测出36种风味成分，其中检测出4种含硫化合物，王雪莹等[11]的研究结果表明含硫化合物是香菇的特征成分.本研究以紫甘薯曲奇饼干的感官评价、硬度和咀嚼性为指标，对紫甘薯曲奇饼干的加工工艺进行优化，并对紫甘薯曲奇饼干和普通饼干风味成分分析，为以紫甘薯为功能性原料的产品开发提供参考.

1 材料与方法

1.1 试验材料

紫甘薯全粉(厦门圣王生物科技有限公司)；美玫低筋小麦面粉(蛇口南顺面粉有限公司)；安佳黄油(恒天然集团)；低钠盐(广东省盐业集团广州有限公司)；鸡蛋(市售).

1.2 仪器与设备

Agilent 7890B-5977气质联用仪GC-MS(安捷伦科技(中国)有限公司)；TMS-PRO食品物性分析仪(美国FTC公司)；GL124i-1SCN天平(赛多利斯集团)；SunMate SCVE-4C电风炉(珠海三麦机械有限公司)；XZTQ-02A奶油机(徐州三麦食品机械有限公司)；YF-120饼干切片机 (昆山五谷乐食品设备有限公司).

1.3 试验方法

1.3.1 饼干制备流程

紫甘薯全粉饼干制备流程如图1所示.

图1 紫甘薯全粉饼干的制作工艺流程

(1)饼干的基本配方[12](烘焙百分比)：低筋面粉70%、紫甘薯全粉30%、黄油50%、糖粉30%、鸡蛋25%、食盐1%.

(2)原料处理：黄油与糖分混合打至发白；糖粉过100目筛备用；低筋面粉和紫甘薯粉过100目筛备用.

(3)调制面团：先将鸡蛋逐渐加入打发好的黄油和糖分，并不停的搅拌，至鸡蛋与黄油均匀混合，然后将混合粉、食盐放入搅拌缸中混匀，调成面团.

(4)静置：将揉好的面团在室温条件下静置20 min，以消除面团内应力，提高面团的加工性能.

(5)成型：将面团放入饼干切片机，设置饼干厚8 mm，长30 mm，宽20 mm，装入烤盘.

(6)烘烤：145 ℃烘烤28 min后取出，冷却至室温即得成品.

1.3.2 紫甘薯曲奇饼干配方优化

在基本配方的基础上，固定紫甘薯曲奇饼干的鸡蛋添加量25%，同时固定烘焙时间和温度，进一步对低筋面粉、黄油、糖粉、盐的添加量4个因素采用L9(34)的正交试验进行优化.紫甘薯曲奇饼干正交设计的试验因素水平因素如表1所示.冷却至室温的曲奇饼干，通过测定质构特性，同时进行感官评价，综合考虑来确定紫甘薯曲奇饼干的配方.

表1 正交试验水平因素

1.3.3 紫甘薯曲奇饼干的感官评价标准

将烘烤好的紫甘薯饼干自然冷却至室温后进行感官评价.感官评价小组成员依据GB/T 16291.1-2012 《感官分析 选拔、培训与管理评价员一般导则 》进行人员的选拔、培训，对评价人员依据GB/T 29605-2013《 感官分析 食品感官质量控制导则》要求进行培训.感官评价小组由9名烹饪食品专业教师和学生组成，评价标准参照安徽省食品行业协会团体标准T/AHFIA 019-2019《曲奇饼干》制定，按照表2的评价标准对产品进行评分.

表2 紫甘薯曲奇饼干感官评价标准

1.3.4 质构测定方法

采用TMS-PRO食品物性分析仪测定饼干的相关质构特性.取冷却好的饼干作为待测样品，选取1 000 N力量感应元，直径36 mm圆柱探头，打开软件选择1 000 N TPA程序.参数设置参照梁霞[13]的方法设定参数：探头上升为20 mm，检测前后速度均为60 mm/min，起始力为1.5 N，形变量为25%，重复压缩一次，两次间隔时间为0 s.完成设置后，先进行校零，然后把样品放置在食品物性分析仪金属平盘上进行检测，每组试验重复3次.

1.3.5 气相色谱质谱联用分析( GC-MS)

风味物质测定分析参照廖素兰等[14]对抹茶锥栗豆渣三复配曲奇饼干特征风味成分分析方法修改参数进行测定.固相微萃取：将固相微萃取头置于GC进样口于250 ℃下老化30 min. 称样品2.0 g研磨碎，置于15 mL顶空瓶中， 封口后置于60 ℃水浴中平衡 10 min， 磁力搅拌350 r/min， 然后插入固相微萃取头提取40 min 后取出进样. 进样口解析时间为4 min.

GC条件：毛细管色谱柱为HP-5MS石英毛细柱(30 m× 0.25 mm，膜厚0.25 μm)；载气为高纯He，流速为1.0 mL/min，不分流模式进样；进样口温度为250 ℃；升温程序：初始温度35 ℃，保持 3 min，以 5 ℃/min升温至180 ℃，保持4 min，再以10 ℃/min的速率升温至230 ℃，保持3 min；不分流进样.

MS条件：离子化模式EI；电子能量 70 eV；离子源温度为230 ℃；传输线温度为280 ℃；质量扫描范围 33～450 m/z，数据采集方式为全扫描.

香气成分的化合物量采用查找谱图库，检索结果经人工分析而确定.物质相对含量采用峰面积归一法分析得出.

1.3.6 数据处理

所有试验均平行测试3次，取平均值.试验采用SPSS 26.0及Excel系统对数据进行处理和分析；作图采用 Origin 2018.

2 结果与分析

2.1 紫甘薯曲奇饼干的正交试验结果

紫甘薯曲奇饼干制作工艺优化的正交试验结果见表3，考察了紫甘薯全粉与低筋面粉的比例(A)、黄油添加量(B)、糖粉添加量(C)、食盐添加量(D)对产品硬度、咀嚼性和感官评分的影响.

表3 正交试验结果

由表3的3组极差R值可知，对紫甘薯曲奇饼干感官评分的因素主次顺序是A>B>C>D，即紫甘薯全粉替代比例为主要影响因素，其次是黄油的添加量，最后是盐和糖的添加量，其最佳配方为A2B2C1D2；对紫甘薯曲奇饼干硬度的影响因素主次顺序是C>A>B>D，即糖粉的量对曲奇饼干的硬度影响最大，硬度越小，饼干越好，其最佳配方为A2B2C1D2；对紫甘薯曲奇饼干咀嚼性的影响因素主次顺序是A>B>C>D，其最佳配方为A2B2C1D2.因此最佳的配方为A2B2C1D2.

2.2 方差分析结果

方差分析结果见表4.

通过测试可知，对紫甘薯曲奇饼干感官评分有显著性影响的是紫甘薯全粉添加量(P<0.05)，黄油添加量对感官评分有一定的影响，盐和糖的添加量对感官评价影响不显著.当紫甘薯曲奇饼干受到挤压力的时候，第一次受力过程中出现的最高的一个峰值，即为硬度.硬度值越大，紫甘薯曲奇饼干就越硬，口感变差，因此硬度值越小越好.曲奇饼干的硬度值最大变异来源是糖粉(P<0.05)，其次是紫甘薯全粉.咀嚼性是咀嚼固体样品时需要的能量，曲奇饼干的咀嚼性最大变异来源是紫甘薯全粉添加量，可能是由于紫甘薯全粉含有的水分低，黄油是变异的次要因素，因为黄油的多少对曲奇饼干的酥脆性影响比较大.

表4 方差分析

因此，最佳的配方工艺为A2B2C1D2，即低筋面粉70%、紫甘薯全粉为30%、黄油50%、糖粉20%、食盐1%、鸡蛋25%.

2.3 普通曲奇饼干和优化后的紫甘薯曲奇饼干的风味成分GC-MS分析

普通曲奇饼干(30 %紫甘薯全粉替换成低筋面粉)和优化后的紫甘薯曲奇饼干的挥发性风味成分种类组成及相对含量见表5和表6.紫甘薯曲奇饼干风味物质主要来源于醛类、酮类、酯类等.

由表5和表6可知，用GC-MS从未添加紫甘薯全粉曲奇饼干中检测出20种含量和匹配度较高的风味成分，而最优组合紫甘薯全粉的曲奇饼干中检测出27种含量和匹配度较高的风味成分.

表5 固相微萃取气质族用分析普通曲奇饼干风味成分结果

表6 固相微萃取气质族用分析紫甘薯曲奇饼干风味成分结果

普通曲奇饼干和紫甘薯曲奇饼干的部分风味成分来源于醛、醇类化合物，如普通曲奇饼干中: 壬醛7.57%、正己醛1.09%、庚醛0.87%；紫甘薯曲奇饼干中:壬醛10.83% 、正癸醛0.99%、苯乙醛1.67% 、正己醛1.37%.紫甘薯曲奇饼干的醛醇类明显比普通曲奇饼干的多，同时部分风味成分上升, 如壬醛由7.57 %上升到10.83 %，部分风味成分生成，如新生成的醇3,7,11-三甲基-1-十二烷醇.但无论是普通曲奇饼干还是紫甘薯曲奇饼干，测得的醇类物质并不多，可能的原因是醇类物质和酸类物质在加热过程中发生了酯化反应[15].这类物质具有水果的芳香味、咖啡味、干果等味道，尤其是新生成的苯甲醛，更是突出了水果的芳香味和杏仁的气味.

曲奇饼干中的黄油是油脂类，脂类氧化降解主要产物有酮类物质，有研究表明酮类物质会影响饼干的风味.如普通曲奇饼干中:2-庚酮2.94% 、2-壬酮5.35% 、2(5H)-呋喃酮0.76% ；紫甘薯曲奇饼干中：2-庚酮3.71%、2-壬酮7.37%、2(5H)-呋喃酮1.43%.呋喃酮对曲奇饼干的香气贡献比较大，主要提供烘焙焦糖味道，酮类物质在普通曲奇饼干和紫甘薯曲奇饼干中对香气的贡献差不了太多.

含氮的化合物一般具有较低阈值，烘焙过程中发生羰氨缩合反应，形成呋喃、吡喃等及它们的衍生物，形成了焦香和烤香的风味，是饼干香气中的主要成分物质[16].但普通曲奇饼干和紫甘薯曲奇饼干中，呋喃、吡喃类化合物比较少，可能是由于烘焙过程中生成了酸类物质，而羰氨缩合反应在酸性条件下为可逆反应，影响了其产物的生成.还有就是紫甘薯中富含的花青素有较强的抗氧化性，可能会对反应起到一定的阻碍作用，这可能是导致呋喃、吡喃类物质生成较少的原因[17].

烯类化合物是一种植物性天然香料，在植物体内通过异戊二烯途径合成，其产物大多是芳香类物质，具有芳香味道，如柠檬烯具有特异香味.在普通曲奇饼干中没有检测出烯类，在紫甘薯曲奇饼干中检测出具有新鲜橙子香气及柠檬样香气的d-柠檬烯，含量占6.56%.

3 结论

通过对(低筋面粉∶紫甘薯全粉)、黄油、糖粉、食盐进行34正交试验和方差分析，结果表明，(低筋面粉∶紫甘薯全粉)对紫甘薯曲奇饼干的感官评价和咀嚼性有显著性差异(P<0.5);糖粉对紫甘薯曲奇饼干的硬度有显著差异(P<0.5).配方正交筛选结果为低筋面粉70%、紫甘薯全粉为30%、黄油50%、糖粉20%、食盐1%、鸡蛋25%.运用SPME-GC-MS对紫甘薯曲奇饼干和未加紫甘薯全粉曲奇饼干的挥发性风味物质成分进行检测和分析，从未添加紫甘薯全粉曲奇饼干中检测出20种挥发性风味物质，从添加了30%紫甘薯全粉的曲奇饼干中检测出27种挥发性风味物质.检测到的挥发性风味成分主要包括酮类、酯类、醛类、酸类、醇类、芳香杂环化合物、呋喃类化合物类，都是焙烤食品中常见的香气物质，同时找到了一种紫甘薯曲奇饼干的特有新鲜橙子香气及柠檬样香气的成分d-柠檬烯.