表1 饼干感官评定标准
Table1 Criteria for sensory evaluation of cookies
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甘薯渣是新鲜甘薯提取淀粉后的副产品，我国每年大约有1 000万 t的甘薯渣产生，甘薯渣中含有极为丰富的膳食纤维资源[1]。膳食纤维中可溶性膳食纤维含量是评价膳食纤维生理功能的一个重要指标，其可以促进肠道内益生菌的生长，对糖尿病、肥胖病、冠心病、动脉硬化、高血脂等具有有益的功效[2-4]。近年来，由于人们的饮食结构发生了很大变化，膳食纤维的摄入量日趋减少，随着消费者健康意识的增强，富含可溶性膳食纤维的功能性食品的需求量正不断增加[5]。
蒸汽爆破技术是Mason于1928年首次提出，随后被应用于生物质的转化，其工作原理是将原料置于高温、高压环境中，原料被过热液体润胀，蒸汽充满孔隙，当瞬间解除高压时（0.008 75 s以内），原料孔隙中的过热液体迅速汽化，体积瞬间膨胀导致细胞“爆破”[6]。蒸汽压的瞬间释放可以破坏纤维束之间的相互连接，从分子水平上破坏纤维大分子结晶结构，进而降解部分半纤维素、木质素，促进果胶、可溶性半纤维素等可溶性膳食纤维溶出，并使纤维素、不溶性半纤维素等难溶大分子聚合物的糖苷键断裂，发生改性，从而转化为可溶性膳食纤维[7-8]。本课题组前期研究表明，应用蒸汽爆破技术处理后的甘薯渣的可溶性膳食纤维含量增加了3.49 倍[9]。
小麦粉是主食原料之一，被用来生产各种面制品及休闲食品，因此开发富含膳食纤维的功能性面制食品越来越受到人们的关注。钱海峰等[10]介绍了添加膳食纤维对面制品的粉质、拉伸等流变特性的影响及其作用机理；Aravind等[11]把不同量的菊粉添加到意大利面中，研究了其感官品质的变化；Sabanis等[12]经研究得出按一定比例添加玉米和燕麦膳食纤维到无谷蛋白面包中，面包体积显著增大、面包心柔软度提升，产品风味得到改善。随着研究的深入，更多具有功能性的初级产品经过处理加入到面包、饼干、蛋糕等日常焙烤产品或其他面制品中以增加其营养价值，如小米粉[13]、无花果粉[14]、玉米浆和玉米秸秆芯[15-16]、燕麦[17]和葡萄籽[18]；因此，将蒸汽爆破后高可溶性膳食纤维甘薯渣粉以一定比例与小麦粉混合生产饼干，对甘薯渣副产物利用及提高饼干营养价值具有重要的意义。
饼干烘焙过程中，混合粉的粉质特性将对产品品质产生较大的影响，本研究将蒸汽爆破后的甘薯渣粉（sweet potato residue treated by steam explosion，SE-SPR）以一定的比例分别添加到高筋小麦面粉（high-gluten flour，HGF）和低筋小麦粉（low-gluten flour，LGF）中，研究其混合粉的粉质特性、糊化特性，以及添加蒸汽爆破甘薯渣粉对饼干的质构和感官品质的影响，为应用蒸汽爆破甘薯渣粉开发食品新产品提供理论及实践依据。
商薯19甘薯渣粉 郑州市福源生物科技有限公司；HGF、LGF 五得利面粉集团有限公司；细白砂糖、黄油、鸡蛋、奶粉等均购于新乡当地超市。
QBS-80型蒸汽爆破工艺实验台 河南鹤壁正道重型机械厂；RVA-Super3快速黏度分析仪 澳大利亚Newport Scientific仪器公司；Farinograph-E电子粉质仪德国Brabender公司；TA.XT Plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司；CRTF42W烤箱 佛山市伟仕达电器实业有限公司。
1.3.1 蒸汽爆破甘薯渣粉的制备
蒸汽爆破甘薯渣粉的制备参照文献[9]。称取300 g粒径为59.1 目的甘薯渣放入蒸汽爆破实验台的汽爆缸中，拧上活塞，设置蒸汽爆破压强0.35 MPa，高温高压的气体从进气阀进入到气缸中，维压时间121.27 s，进气阀门关闭，瞬间解压（0.008 75 s），完成物料的爆破，收集爆破后的甘薯渣，并在-20 ℃保存，备用。
1.3.2 配粉
分别将HGF、LGF和蒸汽爆破甘薯渣粉按比例混合，其中甘薯渣粉替代质量分数分别为0、2%、4%、6%、8%、10%，制备成混合粉后，用聚乙烯自封袋封装，于4 ℃冰箱保存备用。
1.3.3 混合粉饼干的制作
饼干的制作配方为：黄油30 g/100 g、蛋清5 g/100 g、细白砂糖17 g/100 g、奶粉8 g/100 g、LGF+蒸汽爆破甘薯渣粉（质量分数0～10%）40 g/100 g。油用打蛋机打发，加入蛋清、奶粉和细白糖继续搅拌2 min，加入混合粉用和面机混合，直到面团成型，用擀面杖把面团擀平，用模具将压好的面片冲印成型，放入烤箱，180 ℃保持20 min至饼干呈金黄色，四周颜色偏深即可。
1.3.4 饼干的感官评定
选择男、女各10 名感官评定人员，对产品的形态、色泽、滋味与口感、组织4 个方面进行评定，满分100 分，评定方法及评分标准依据文献[19-20]，具体评定标准见表1。
表1 饼干感官评定标准
Table1 Criteria for sensory evaluation of cookies
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1.3.5 分析测定方法
1.3.5.1 甘薯渣主要成分测定
水分质量分数测定：GB 5009.3—2010《食品中水分的测定》；脂肪质量分数测定：GB 5009.6—2003《食品中脂肪的测定》；蛋白质质量分数测定：GB 5009.5—2010《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》；灰分质量分数测定：GB 5009.4—2010《食品中灰分的测定》；膳食纤维质量分数测定：GB 22224—2008《食品中膳食纤维的测定 酶重量法和酶重量法-液相色谱法》。
1.3.5.2 混合粉的沉淀指数测定
按照GB/T 15685—2011《粮油检验 小麦沉淀指数测定 SDS法》测定。
1.3.5.3 混合粉的糊化特性测定
按照GB/T 14490—2008《粮油检验 谷物及淀粉糊化特性测定 粘度仪法》测定。
1.3.5.4 混合粉的粉质特性测定
按照GB/T 14614—2006《小麦粉 面团的物理特性吸水量和流变学特性的测定 粉质仪法》测定。
1.3.5.5 饼干的质构性质测定
饼干的质构性质的测定参照文献[21]。采用质构仪对混合粉制成的饼干进行质构特性测定分析，包括硬度、咀嚼性、回复性、弹性、内聚性。测定条件：探头采用P50，测定开始速率：2 mm/s；测定时速率：1 mm/s；测定结束速率：1 mm/s；2 次压缩间停留的时间为10 s；压缩百分比50%。每块饼干测试3 个点取平均值，每个样品重复3 次。
用SPSS 12.0统计软件进行方差分析，用Duncan新复极差法进行显著性检验，以P＜0.05为显著性检验标准。
依据1.3.5.1节方法，对蒸汽爆破前后甘薯渣主要成分进行测定，结果见表2。
表2 甘薯渣的主要成分
Table2 Major components of sweet potato residue
注：同行小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。
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由表2可知，与未处理甘薯渣相比，蒸汽爆破技术处理后的甘薯渣的脂肪、蛋白、灰分和总膳食纤维质量分数未发生显著性变化（P＞0.05），不溶性膳食纤维质量分数由（36.26±0.65）%降至（20.23±0.87）%，可溶性膳食纤维质量分数由（6.47±0.61）%增加到了（22.79±0.35）%，提高了2.52 倍。Wang Tianlin等[9]研究表明，与未处理甘薯渣相比，蒸汽爆破后甘薯渣纤维孔隙增大、结构疏松，其可溶性膳食纤维的持水力、持油力和吸水膨胀力分别提高了40.64%、89.40%和37.79%。因此，将蒸汽爆破甘薯渣粉与小麦粉混合，研究混合粉粉质及饼干品质特性将是有益的尝试。
图1 不同蒸汽爆破后甘薯渣粉质量分数对小麦面粉沉淀指数的影响
Fig.1 Effect of SE-SPR addition on sedimentation index of wheat flour
沉淀指数是反映小麦蛋白质及面筋品质和数量的综合性指标，其决定了面粉的烘烤品质[14]。由图1可知，蒸汽爆破甘薯渣粉的质量分数在0～6%时，HGF混合粉和LGF混合粉的沉淀指数分别由（43.5±1.9）mL和（30.1±1.3）mL缓慢下降至（38.8±1.2）mL和（26.7±1.3）mL，当质量分数高于6%时，混合粉的沉淀指数显著下降（P＜0.05）。这表明蒸汽爆破甘薯渣粉加入小麦粉中稀释了面筋蛋白的数量，蒸汽爆破甘薯渣粉因可溶性膳食纤维含量较高且结构疏松，沉淀指数下降不明显，当质量分数达到8%时，混合粉中剩余的面筋蛋白不足以维持面团的稳定性，所以混合粉的沉淀指数降低[22]。
表3 不同蒸汽爆破后甘薯渣粉质量分数对小麦粉糊化特性的影响
Table3 Effect of SE-SPR addition on starch gelatinization properties of wheat flour
注：同种面粉类型下同列小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。表4同。
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面粉的糊化特性是反映淀粉品质的重要指标，LGF混合粉和HGF混合粉的糊化指标如表3所示。随着蒸汽爆破甘薯渣粉的添加，两种混合粉的峰值黏度、低谷黏度和最终黏度均降低（P＜0.05），蒸汽爆破甘薯渣粉的质量分数在0～6%黏度下降比较缓慢，当质量分数高于8%时，黏度显著下降。淀粉经升温后的黏附性能使得面筋相互黏合形成组织细腻的面团，而蒸汽爆破甘薯渣粉的加入，使混合粉中淀粉的质量和数量都在一定程度上缩减，导致淀粉黏度下降[23]。稀懈值可以表示物质淀粉凝胶的稳定性，其值越大，加热过程中的稳定性越差，所以蒸汽爆破甘薯渣粉的加入可以改善制品在加工过程中凝胶的稳定性。反弹值随着蒸汽爆破甘薯渣粉质量分数的增加而下降，表明蒸汽爆破甘薯渣粉的添加使面粉制品的抗老化性能增加。这主要是因为蒸汽爆破甘薯渣粉中含有的大量可溶性膳食纤维具有很强的吸水性，限制了面粉可利用的水分，阻碍了小麦淀粉的膨胀，占体系比例大的面粉糊化不充分，导致最终黏度、反弹值等的降低[24-25]。Li Man[26]和Ktenioudaki[27]等分别研究了在面粉中添加超微绿茶粉和啤酒渣后，混合粉的峰值黏度、低谷黏度、最终黏度及反弹值的变化情况，结果表明各值均有所降低。
总之，研究结果表明添加蒸汽爆破甘薯渣粉会对面团的稳定性和抗老化能力有小幅提升，但由于淀粉的稀释造成了糊化黏度降低，整体上会对面粉的糊化特性造成一定程度上的不利影响。
表4 不同蒸汽爆破后甘薯渣粉质量分数对小麦粉粉质特性的影响
Table4 Effect of SE-SPR addition on farinographical properties of wheat flour
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两种混合粉的粉质特性如表4所示，随着蒸汽爆破甘薯渣粉质量分数的增加，混合粉的粉质特性改变较大。添加蒸汽爆破甘薯渣粉后，由于蒸汽爆破甘薯渣粉中含有大量的可溶性膳食纤维，而其分子结构中的羟基等亲水基团，使混合粉制成的面团具有较强的持水力[28-29]，所以吸水率升高。LGF混合粉面团的形成时间和稳定时间在蒸汽爆破甘薯渣粉质量分数为0～6%时逐渐缩短，而质量分数高于8%又略微延长，这是因为蒸汽爆破甘薯渣粉在最初加入小麦粉后，稀释了小麦粉中的面筋蛋白，破坏了面团的连续性，结果造成了面团形成时间和稳定时间的缩短。而之后随着蒸汽爆破甘薯渣粉比例增大，面团的吸水性增大，蒸汽爆破甘薯渣粉中的可溶性膳食纤维具有一定的凝胶特性，形成一定的网络结构，使面团的形成时间和稳定时间又略微延长[30]。弱化度表现了面团对机械搅拌产生的剪切力的耐受程度，弱化度越大，表明面筋品质越差[31-32]，面团的弱化度随着蒸汽爆破甘薯渣粉的增加呈现急剧上升的趋势，而粉质质量指数却大幅下降，这两个指标测定结果表明，蒸汽爆破甘薯渣粉加入小麦粉后稀释面筋蛋白，对面团的粉质特性有不利影响。
由于面包、馒头等需要高筋粉来维持形状和结构，而饼干等糕点只需要低筋粉就能成型，当高筋粉中加入蒸汽爆破甘薯渣粉时，对饼干的形成影响较大，现用蒸汽爆破甘薯渣粉加入到低筋小麦粉中制饼干为例，考察蒸汽爆破甘薯渣粉的加入对饼干质构特性的影响。
图2 不同蒸汽爆破后甘薯渣粉质量分数对饼干质构特性的影响
Fig.2 Effect of SE-SPR addition on texture properties of cookies
将蒸汽爆破甘薯渣粉以不同的质量分数添加到小麦粉中，焙烤出的饼干的质构特性如图2所示。随着蒸汽爆破甘薯渣粉质量分数的增加，饼干的硬度逐渐降低，这是由于蒸汽爆破甘薯渣粉质量分数的增加，膳食纤维和面筋蛋白之间形成致密的网络结构，使得饼干对水分的截留量增加，进而降低饼干的硬度[33]。而随着蒸汽爆破甘薯渣粉质量分数的增加，饼干的内聚性、回复性和弹性则明显提升，这可能是因为蒸汽爆破甘薯渣粉中可溶性膳食纤维本身的空隙结构与面筋蛋白之间形成的致密结构，会进一步提高饼干的内聚性、回复性和弹性[34]。当蒸汽爆破甘薯渣粉质量分数从0增加到6%时，由于饼干硬度的降低，饼干表现出较好的咀嚼性，而当蒸汽爆破甘薯渣粉质量分数大于8%时，由于面团中的面筋蛋白稀释过多，面团的黏附性降低，饼干咀嚼性明显下降。
表5 饼干的感官评分
Fig.5 Sensory evaluation of cookies
注：同列小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。
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表5是添加不同质量分数的蒸汽爆破甘薯渣粉对饼干感官品质的影响。结果表明，当蒸汽爆破甘薯渣粉的质量分数由0增加至6%时，饼干的形态、色泽、滋味与口感、组织等评分逐渐增加，当蒸汽爆破甘薯渣粉的质量分数为6%时，感官评定总分最高为（91.3±1.0）分，当蒸汽爆破甘薯渣粉质量分数为8%～10%时，饼干的整体感官评定总分迅速下降。根据方差分析，蒸汽爆破甘薯渣粉质量分数为6%时与其他质量分数组有显著性差异（P＜0.05），因此，小麦粉中添加质量分数6%蒸汽爆破甘薯渣粉不仅提高饼干中可溶性膳食纤维质量分数，还可增强小麦粉的加工性能，提高了饼干形态、口感和组织状态等感官品质。
蒸汽爆破甘薯渣粉添加到小麦粉中，混合粉沉淀指数下降，在蒸汽爆破甘薯渣粉质量分数为0～6%时沉淀指数下降较缓慢，当质量分数高于8%时，混合粉的沉淀指数下降明显；混合粉面团的稳定性和抗老化能力提升，但糊化黏度降低；混合粉的粉质特性、持水力由于可溶性膳食纤维的增加而增加，面团的形成时间和稳定时间缩短，弱化度升高，粉质质量指数降低。混合粉饼干的质构特性发生变化，在质量分数为2%～6%时，饼干的综合评分较未添加时下降较少，当质量分数高于8%时，饼干的综合评分迅速下降。综上所述，在低筋面粉中添加6%蒸汽爆破甘薯渣粉不会显著地降低混合粉饼干的感官可接受性，且可以补充人体对可溶性膳食纤维的摄入量，从而改善机体健康。
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Effect of Addition of Sweet Potato Residue Treated by Steam Explosion on Wheat Flour Properties and Quality Characteristics of Cookies