酶改性甘薯渣膳食纤维对酥性饼干品质的影响

渠琦，马舒宁，梁静怡，高拦，朱洪梅，李国琴，额日赫木

（山西师范大学 食品科学学院，山西 太原 030031）

甘薯又被称为地瓜、番薯，在我国种植分布广，种植面积及产量均处于世界首位[1]。近年来，以甘薯为原料的加工业快速发展，其中45%～50% 为淀粉生产工业，到2013 年，甘薯淀粉加工厂在全国的数量已达到800 多家[2]。据2023 年数据统计，随着以甘薯为原料的淀粉加工业的发展，我国每年约产生550 万t 干重的加工产物——甘薯渣[3]，其中只有少量用于动物饲料，而大量的甘薯渣会被当作废弃物废弃，有些甚至会随污水排放，对环境造成极大危害[4]。

甘薯渣营养价值丰富，含有淀粉44.74%、膳食纤维27.40%、蛋白质5.26%、脂类0.38%、灰分2.95%、粗纤维29.30%[5]。甘薯渣可作为良好的膳食纤维原料，将这一资源用于开发新型功能性食品，不仅可以解决甘薯渣难处理、易污染的问题，还可以提高甘薯的附加经济效益，改善人们膳食纤维摄入量低的现状[6]。甘薯渣中膳食纤维提取的方法主要有化学方法、物理方法以及酶提取法等，利用酶提取法提取膳食纤维安全、高效且温和，可用于食品加工[7]。提取后的膳食纤维（dietary fibre，DF）分为可溶性膳食纤维（soluble dietary fibre，SDF）和不可溶性膳食纤维（insoluble dietary fibre，IDF）两大类[8]，SDF 的占比是评价DF 优劣的指标之一，但是在很多天然的膳食纤维原料中，SDF 一般含量较低[9]，所以需要对其进行改性处理，以便得到更具生理活性的DF，用于食品的开发[10]。目前，对膳食纤维常见的改性方法为物理方法、化学方法和酶法三大类，相比之下，酶法改性效果明显且作用条件温和，常被用于食品分子反应催化及工艺优化，尤其是复合酶协同改性，具有高特异性、专一性等优势，可同时作用于多个化学键。如木聚糖酶和纤维素酶可以通过破坏纤维素结构中的β-糖苷键来改变膳食纤维的性质。研究表明，纤维素酶和木聚糖酶协同预处理马铃薯膳食纤维，可加强其胆酸钠结合能力以及清除羟自由基的活性功能，且联合改性效果优于单酶处理组[11]。

酥性饼干是老少皆宜且广受消费者喜爱的一种休闲食品，具有工业化程度高、食用方便、保质期长等特点[12]，并且食用膳食纤维类酥性饼干易产生饱腹感，能够促进肠道蠕动[13]。目前甘薯渣膳食纤维在酥性饼干中加工利用的技术还不够完善，感官性状及营养价值难以达到消费者的食用需求，本试验旨在从甘薯渣中提取并将改性后的膳食纤维用于酥性饼干的加工制作，优化其饼干配方，开发一种口感更好、营养价值更高的新型产品，并分析改性甘薯膳食纤维对饼干品质的影响，为改性甘薯渣膳食纤维酥性饼干制作工艺的进一步完善和优化提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甘薯渣：山西省太谷县粮谷中心；α-淀粉酶（10 000 U/g）、糖化酶（50 000 U/g）、木瓜蛋白酶（100 000 U/g）、纤维素酶（10 000 U/g）：南宁庞博生物工程有限公司；木聚糖酶（50 000 U/g）：绵阳禾本生物工程有限公司；低筋面粉、白砂糖、小苏打、泡打粉、黄油、鸡蛋：市售；无水乙醇（分析纯）：河北瑞康医药科技有限公司。

1.2 仪器与设备

NR10 精密色差仪：深圳市三恩时科技有限公司；TA.XT Plus 质构仪：北京微讯超技仪器技术有限公司。

1.3 甘薯渣基本成分的测定

膳食纤维含量：参照GB 5009.88—2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》的方法测定；淀粉含量：采用3，5-二硝基水杨酸法测定还原糖，还原糖换算为淀粉的系数为0.9，其他具体操作参考魏玉梅等[14]的方法；蛋白质含量：采用考马斯亮蓝G-250 法测定，具体参考赵彤彤[15]的方法。

1.4 甘薯渣膳食纤维的提取与改性

1.4.1 甘薯渣膳食纤维的提取

将甘薯渣粉碎后过60 目筛，加入11 倍体积的蒸馏水浸泡12 h，100 ℃下糊化10 min，冷却至室温后再加入20%α-淀粉酶和糖化酶的混合酶（质量比1∶1）、0.6%木瓜蛋白酶，60 ℃酶解3 h，去除淀粉及蛋白质大分子物质，沸水浴灭酶10 min，灭酶后加入4 倍液体体积的无水乙醇，静置24 h，使可溶性膳食纤维沉淀完全，滤去乙醇并烘干，得到甘薯膳食纤维。

1.4.2 甘薯渣膳食纤维的改性

将甘薯膳食纤维粉碎后过60 目筛，加入11 倍体积的蒸馏水及5% 木聚糖酶和纤维素酶的混合酶（质量比1∶1），50 ℃水浴酶法改性1 h，沸水浴灭酶10 min，灭酶后加入4 倍液体体积的乙醇静置24 h，使可溶性膳食纤维完全沉淀，滤去乙醇并烘干，得到改性甘薯渣膳食纤维。

1.4.3 改性前后甘薯渣膳食纤维理化性质测定

1.4.3.1 持水力测定

参考刘映萍等[10]的方法，首先将样品1.0 g（m1）放入离心管（干燥且体积为15 mL）中称其质量（m2）。向其中加10 mL 水，摇匀后放在室温环境下静置12 h，倒掉上清液，称其质量（m3），持水力（X，g/g）计算公式如下。

1.4.3.2 膨胀力测定

参考龚卫华等[16]的方法，向15 mL 干燥离心管中加入样品1.0 g（m），读取其体积（V0），再向其中加10 mL水并摇匀，常温环境下静置12 h 后，读取其体积（V1），按照下列公式计算膨胀力（Y，mL/g）。

1.4.3.3 持油力的测定

参考程力等[17]的方法，0.5 g 样品（m1）加入到15 mL离心管中，称其质量（m2）。然后向其中加入大豆油（体积10 mL）并将其混匀，在室温环境下静置12 h，弃去上层油，称其质量（m3），按照下列公式计算持油力（A，g/g）。

1.5 酥性饼干的制作

1.5.1 工艺流程

1.5.2 基本配方

主料：改性膳食纤维粉和低筋面粉的混合粉；辅料：0.65% 小苏打、1.2% 泡打粉、20% 鸡蛋液、黄油和白砂糖（以主料质量百分比计）。

1.5.3 操作要点

主辅料的预处理：将低筋面粉和改性膳食纤维粉过筛备用，在面粉中加入改性膳食纤维粉、泡打粉、小苏打混匀得到混合粉；黄油隔水融化后与鸡蛋液和白砂糖混匀，用搅拌器均匀搅拌，使料液充分乳化并形成乳浊液。

面团的调制：将混合粉和乳浊液搅拌混匀，用堆叠法反复揉搓均匀，用力不可过大。

入模成型：将面团分成20 g 的面团胚，用饼干模具使面团胚成型，制成具有规则形状、表面光滑无裂纹且花纹清晰的饼干胚，入模前模具内表面刷一层植物油。

烘烤：将烤盘清洗烘干后，均匀涂抹一层油脂，再将饼干胚有序地摆放在烤盘上。将面火及底火温度均调至180 ℃，烘烤20 min。

冷却：为使水分充分散发，采取自然冷却法对烘烤完成的饼干进行降温、冷却[18]。

1.6 甘薯膳食纤维酥性饼干配方的确定

1.6.1 单因素试验

固定改性膳食纤维粉和低筋面粉的总质量为100 g，并以此为基准计算其他辅料的添加量，研究改性膳食纤维粉添加量（0%、3%、6%、9%、12%）、黄油添加量（35%、40%、45%、50%、55%）、白砂糖添加量（30%、35%、40%、45%、50%）对饼干品质的影响。

1.6.2 正交试验

在单因素试验的基础上，以改性膳食纤维粉添加量（A）、黄油添加量（B）、白砂糖添加量（C）为考察因素，进行三因素三水平的正交试验，并通过感官评分标准，判断酥性饼干最优配比。

1.7 酥性饼干感官评价及品质分析

1.7.1 感官评价

酥性饼干的感官评价参考GB/T 20980—2021《饼干质量通则》和曹丽萍等[19]方法。从改性甘薯膳食纤维酥性饼干的外观、颜色、口感、滋味4 个不同指标来评定饼干的感官性状。感官评分满分为20，由10 个具有丰富知识的相关人员根据感官评分标准进行客观公正的评价，感官评分标准如表1 所示。

表1 酥性饼干的感官评分标准Table 1 Sensory evaluation criteria for cookies

1.7.2 内部结构

将制作好的酥性饼干切开，选取较为平整的截面，放置于放大镜下观察饼干内部结构，放大倍数为20 倍。

1.7.3 出品率

饼干原材料的质量记为m，饼干成品冷却后的质量记为M，饼干出品率（B，%）由以下公式得出[19]。

1.7.4 直径和厚度

饼干直径和厚度的测定参照谢婧等[20]的方法并稍作修改，将成品酥性饼干冷却至室温后，测量2 块饼干的直径，再将2 块饼干分别朝不同方向旋转90°，再次测量直径，按此方法共测4 次，取其平均值；测定2 块叠起的饼干的厚度，按不同顺序叠放，共测4 次，取其平均值。

1.7.5 色度

取不同饼干样品，利用色差仪分别测定其L*值、a*值、b*值，对饼干亮度（L*值：0=黑色，100=白色）、红绿色度（a*值：-a*为绿色，+a*为红色）、黄蓝色度（b*值：-b*为蓝色，+b*为黄色）进行分析，分别测量6 次取平均值[21]。

1.7.6 质构

酥性饼干质构的测定参照赵金梅等[22]的方法并稍作修改，将质构仪调整为全质构分析（texture profile analysis，TPA）模式，选用P/36R 探头进行测定，测定参数为测前速度：2 mm/s；测试速度：1 mm/s；测后速度：2 mm/s；压缩比60%；数据采集率：400 组/s。以硬度、脆度、黏附性、弹性、内聚性、咀嚼性、回复性7 个指标评定饼干质构特性，每个样品重复3 次，结果取平均值。

1.8 数据统计及分析

数据均以平均值±标准差表示，采用SPSS Statistics、Origin 2018 软件及ANOVA 检验进行数据分析，显著性水平为p<0.05。正交试验采用Excel 2007 软件设计。

2 结果与分析

2.1 甘薯渣基本成分的测定结果

甘薯渣基本成分见表2。

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

由表2 可知，甘薯渣中有含量高达70.19%的DF，说明对甘薯渣DF 进行提取、加工与使用可行，并且存在1.53% 蛋白质及22.75% 淀粉。所以在对DF 提取并加以利用时，需要将淀粉和蛋白质去除。

2.2 改性前后甘薯渣膳食纤维理化性质的比较

改性前后甘薯渣膳食纤维理化性质的比较见表3。

表3 改性前后甘薯渣膳食纤维理化性质的比较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纤维的持水力、膨胀力和持油力均增加，甘薯渣DF 通过酶改性后，膨胀力显著提升了23.87%，持水力显著提升了41.29%（p<0.05），主要是因为甘薯渣DF 在酶解后，比表面积增大，并且暴露出很多亲水基团，其与水的触碰面积变大，分散性变强。另外，持油力显著增加了21.82%（p<0.05），因为甘薯渣膳食纤维的结构通过酶处理以后，由原本的致密结构变得较为松散，暴露出较多的活性基团，使得油脂更易进入膳食纤维的分子中并与疏水基团相结合，从而提高了对油脂的吸附能力。

2.3 单因素试验结果

2.3.1 改性甘薯膳食纤维粉添加量对酥性饼干感官评分的影响

改性膳食纤维粉添加量对饼干感官评分的影响见图1。

图1 改性膳食纤维粉添加量对饼干感官评分的影响Fig.1 Effect of modified dietary fiber addition on the sensory score of cookies

如图1 所示，改性膳食纤维酥性饼干的感官评分随改性膳食纤维粉添加量的增加呈现先增加后降低的趋势，当添加量在6% 时，酥性饼干的感官评分最高，原因可能是改性膳食纤维粉和低筋面粉的混合粉吸水性及吸油性适中，使饼干易成型，口感酥脆不僵硬；当添加量大于6%时，由于改性膳食纤维粉的比例增大，使饼干口感粗糙，颗粒感增强，且在焙烤过程中易僵硬，颜色较深，风味下降，评分降低；当添加量小于6%时，混合粉中低筋面粉比例高，改性膳食纤维粉所占比例较低，饼干不易成型，口感软糯黏性强，感官评分较低。因此，选择改性膳食纤维粉添加量3%、6%、9%进行后续试验。

2.3.2 黄油添加量对酥性饼干感官评分的影响

黄油添加量对饼干感官评分的影响见图2。

图2 黄油添加量对饼干感官评分的影响Fig.2 Effect of butter addition on the sensory score of cookies

在酥性饼干制作过程中，黄油不仅可以起到起酥作用，还可以提高产品风味，同时油脂的疏水性可以在调制过程中降低面团的弹性和韧性，增加空气含量，使面团更易成型、成品体积膨大、质地疏松。由图2 可知，酥性饼干的感官评分随黄油添加量的增加呈现先增加后降低的趋势，当黄油添加量在45% 时，饼干的评分最高，是因为适当的黄油起到了起酥和产气的作用，饼干质构酥松，风味适中不油腻，口感酥脆；而添加量大于45% 时，面粉中面筋形成被阻止，油膜阻断作用不断上升，饼干油腻且不易成型，外观和口感均较差，因此感官评分下降；当黄油添加量小于45%时，由于黄油含量较低，面筋蛋白形成受黄油影响小，饼干成品质地紧密，硬度较高、口感较差，感官评分较低。因此，选择黄油添加量40%、45%、50%进行后续试验。

2.3.3 白砂糖添加量对酥性饼干感官评分的影响

白砂糖添加量对饼干感官评分的影响见图3。

图3 白砂糖添加量对饼干感官评分的影响Fig.3 Effect of white granulated sugar addition on the sensory score of cookies

如图3 所示，改性膳食纤维酥性饼干的感官评分随白砂糖添加量的增加呈现先增加后降低的趋势，可能是因为当白砂糖添加量在40%时，适当的白砂糖赋予饼干香甜的风味，饼干口感细腻，很好地中和了改性膳食纤维粉的颗粒感，所以感官评分最高；当添加量大于40% 时，由于白砂糖产生过量的焦糖化反应，饼干表面颜色加深，且饼干口感过于甜腻，风味较差，评分下降；当白砂糖添加量小于40%时，饼干口感粗糙，寡淡无味，饼干表面颜色过白，导致感官评分降低。因此白砂糖添加量选择35%、40%、45%进行后续试验。

2.4 正交试验结果与分析

正交试验因素水平及结果见表4、表5。

表4 正交试验因素水平Table 4 Factors and levels of orthogonal test

表5 正交试验结果Table 5 Results of orthogonal test

由表5 可知，影响改性膳食纤维酥性饼干感官评分的因素顺序依次为B>C>A，由正交试验结果可知，酥性饼干配方组合为A2B2C3时，感官评分最高。因此，改性膳食纤维酥性饼干的最优配方为A2B2C3，即添加6% 改性膳食纤维粉，45% 黄油和45% 白砂糖，这一组合得到的酥性饼干感官品质最好。

2.5 3 种不同饼干品质特性测定分析

2.5.1 改性膳食纤维对酥性饼干内部结构的影响

3 种不同类型饼干的内部结构结果如图4 所示。

图4 改性甘薯膳食纤维对酥性饼干结构的影响Fig.4 Effect of modified dietary fiber from sweet potato on the texture of cookies

从图4a 可以看出，饼干内部结构紧密，存在较小空隙；甘薯渣膳食纤维具有疏松多孔的结构特点，从图4b 可以看出，加入甘薯渣膳食纤维后的酥性饼干内部结构出现了较大的空隙及空洞，网络之间黏连性变小；图4c 中由于加入了改性后的甘薯渣膳食纤维，酥性饼干的内部结构疏松度更为明显，空隙进一步变大，这可能是因为在纤维素酶及木聚糖酶的作用下，使得甘薯渣膳食纤维中的IDF 糖苷键瓦解，紧密结构被破坏，转化为质地松散的SDF[23]，饼干酥性好，风味更佳。

2.5.2 改性膳食纤维对酥性饼干色度的影响

3 种饼干色度的测定结果如表6 所示。

表6 3 种酥性饼干色差值Table 6 Color differences of cookies

由表6 可知，添加改性膳食纤维酥性饼干L*值居中，显著低于未添加膳食纤维酥性饼干，且显著高于添加未改性膳食纤维酥性饼干（p<0.05），添加改性膳食纤维酥性饼干颜色深浅适中，色泽呈均匀棕黄色；而改性膳食纤维会使饼干a*值变小，添加改性膳食纤维后，会使酥性饼干的色泽变绿；而酥性饼干添加改性膳食纤维粉后，b*值与ΔE值均居中，且与其他两种饼干有显著差异，说明添加改性膳食纤维会使酥性饼干的色差值稍微趋向于蓝色。因此，改性膳食纤维对酥性饼干的色差值有一定的影响。

2.5.3 改性膳食纤维对酥性饼干出品率的影响

改性甘薯膳食纤维对酥性饼干出品率的影响见图5。

图5 改性甘薯膳食纤维对酥性饼干出品率的影响Fig.5 Effect of modified dietary fiber from sweet potato on the yield of cookies

从图5 可以看出，添加改性膳食纤维酥性饼干和添加未改性膳食纤维酥性饼干出品率没有显著差异，添加未改性和改性膳食纤维酥性饼干的出品率与未添加膳食纤维饼干的出品率差异显著。饼干原料在高温焙烤后，水分挥发，饼干成品基本为干物质[24]，水分的挥发是饼干成品质量低于原料质量的主要原因。甘薯膳食纤维有较好的持水力，能够促进饼干中淀粉与水的结合，从而提高饼干在焙烤过程中结合水的能力，提高产品的成品率；改性膳食纤维经过纤维素酶与木聚糖酶的作用后，部分IDF 结构被破坏，转变为SDF[25]，因此IDF 含量减少，持水力也随之提高，最终使得饼干出品率提高。最优配方下，添加改性膳食纤维酥性饼干出品率为93.5%。

2.5.4 改性膳食纤维对酥性饼干直径和厚度的影响

改性膳食纤维对酥性饼干直径和厚度的影响见表7。

表7 3 种酥性饼干直径和厚度Table 7 Diameter and thickness of cookies

如表7 所示，添加未改性膳食纤维酥性饼干直径最大，添加改性膳食纤维酥性饼干次之，未添加膳食纤维酥性饼干直径最小，而饼干厚度的变化与直径相同，原因可能是甘薯膳食纤维具有疏松的结构，因此与未添加膳食纤维酥性饼干相比，无论是添加改性还是未改性膳食纤维，在直径和厚度上均有一定的增加。同时，在双酶的改性作用下，甘薯膳食纤维中IDF 转化为SDF，SDF 具有更好的吸油力、吸水力等理化性质，添加改性膳食纤维酥性饼干塑性好，成品不易变形，因此直径和厚度比添加未改性膳食纤维的饼干稍小，且延展性比纯面粉饼干好。

2.5.5 改性膳食纤维对酥性饼干质构的影响

TPA 数据是表征酥性饼干品质的重要指标，表8为3 种酥性饼干TPA 数据。

表8 3 种酥性饼干TPA 参数值Table 8 Parameters in texture profile analysis of cookies

从表8 可知，添加改性膳食纤维对饼干的质构影响较大，与添加未改性膳食纤维酥性饼干及未添加膳食纤维饼干相比均有显著变化。硬度用来描述饼干软硬、咀嚼所需的力度大小，改性甘薯膳食纤维会使酥性饼干硬度显著增大，但其咬合口感在普通消费者接受范围内，且饼干抗震不易碎；酥性饼干的脆度和弹性在添加改性膳食纤维粉后显著提高，饼干酥脆，口感好；添加改性膳食纤维粉的酥性饼干的内聚性、咀嚼性以及回复性均有显著上升，改性后甘薯膳食纤维SDF 占比增加，持水力及持油力提高，且膳食纤维结构变疏松，对饼干质构会产生一定影响。而添加改性膳食纤维后，饼干黏附性小于未添加膳食纤维饼干，低于添加未改性膳食纤维饼干，说明改性甘薯膳食纤维粉会使酥性饼干粘牙、口感适中，具有适宜的酥松程度，感官性状较好。

3 结论

以甘薯渣中改性膳食纤维为主要原材料，通过单因素试验及正交试验对酥性饼干配方进行工艺优化，得到改性甘薯渣膳食纤维酥性饼干的最优工艺配方：主料94%低筋面粉、6%酶改性甘薯渣膳食纤维粉，辅料（以主料质量计）0.65% 小苏打、1.2% 泡打粉、20%鸡蛋液、45%黄油及45%白砂糖。改性甘薯渣膳食纤维可以使饼干内部结构更疏松，同时对酥性饼干的直径及厚度、色度、质构均有一定影响，并且由试验可得，改性甘薯渣膳食纤维酥性饼干的出品率和未添加膳食纤维饼干相比也有一定变化，测得的出品率为93.5%。

甘薯渣资源巨大，且饼干市场广阔，将甘薯膳食纤维用于酥性饼干制作工艺的进一步完善，能更好地保证食品品质，提高食品的感官性状以及营养价值，帮助人们减少热量摄入，契合低脂低油的饮食观念，膳食纤维进入人体还能产生很多有益的生理作用，对维护公众身体健康也大有裨益。