程冰， 王箏， 趙龍珂， 付夢超， 李夢琴

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

奇亞籽(chia seed)學(xué)名芡歐鼠尾草(SalviahispanicaL.)，是熱帶和亞熱帶氣候1 a生植物，其種子無味，呈橢圓形，顏色為白色或深棕色，又被稱為奇亞籽[1]。奇亞籽具有豐富的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、膳食纖維和灰分[2]，尤其富含人體必需脂肪酸α-亞麻酸和多種抗氧化活性成分，營養(yǎng)價值高。α-亞麻酸是天然多元不飽和脂肪酸omega-3脂肪酸的重要來源，因此攝入富含奇亞籽的食品可以在增加人體內(nèi)α-亞麻酸含量的同時降低飽和脂肪酸的攝入量，改善人體健康狀態(tài)[3]。研究表明，100 g奇亞籽中含有30～40 g膳食纖維[4]。豐富的膳食纖維使奇亞籽在食品領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值和潛力。在食品烘焙中，奇亞籽膳食纖維不僅可以作為天然食品穩(wěn)定劑替代蛋白、脂肪或面筋，還具有抗氧化、調(diào)節(jié)血脂、預(yù)防心腦血管疾病、降低人體膽固醇水平并有助于改善腸道功能等眾多功效[5-6]。因此，將奇亞籽添加到食品中是開發(fā)有益人體健康的功能性產(chǎn)品的有效途徑。馬榮琨等[7]研究表明，適量添加奇亞籽可改善希臘式酸奶的感官品質(zhì)，提高其營養(yǎng)價值，并使其具有一定的抗氧化效果。段秋虹等[8]將奇亞籽、菊粉和木糖醇添加至果凍中，發(fā)現(xiàn)該果凍產(chǎn)品不僅品質(zhì)優(yōu)良，還具有預(yù)防肥胖和潤腸通便等保健功能。

餅干是一種具有豐富營養(yǎng)價值且保質(zhì)期較長、成本低廉的烘焙食品，受眾面廣泛[9-10]。酥性餅干作為傳統(tǒng)且具有代表性的餅干種類，憑借酥脆的感官特性與豐富的口感層次受到消費者的喜愛。目前，人們的生活水平逐漸提高，對食品的需求也不再僅限于口感和外觀，而是更加注重營養(yǎng)和健康。餅干也逐步朝著保健型產(chǎn)品方向轉(zhuǎn)化，這其中就包括膳食纖維餅干。ALONGI等[11]用富含膳食纖維的蘋果渣制作餅干，發(fā)現(xiàn)該餅干血糖指數(shù)顯著降低。?，摰萚12]以大麥粉替代低筋小麥粉制作薄脆餅干，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大麥粉的添加有利于增加餅干中膳食纖維含量。然而，膳食纖維餅干普遍存在口感一般、糖分過大以及營養(yǎng)不均衡等問題。將奇亞籽粒和全麥粉直接加入餅干烘焙中可以改善這類問題[13]。用木糖醇等甜味劑代替蔗糖可以降低餅干中糖的含量[14]。油脂決定了餅干的嫩度和口感。玉米油富含維生素E、維生素A、維生素D與不飽和脂肪酸，并且不含有膽固醇，可以減少油脂含量高對人體帶來的危害[15]。張曉華等[16]以燕麥為原料，奇亞籽為輔料制作的膳食纖維餅干，風(fēng)味醇香，且具有高纖維和低熱量的特點。但是，將奇亞籽應(yīng)用在餅干中的研究較少且僅限于膳食纖維添加量方面。酥脆性(硬度和脆性)和咀嚼性是評價酥性餅干品質(zhì)的重要指標(biāo)，通過質(zhì)構(gòu)分析進行量化。酥脆性越好，則餅干的口感越好[17]。餅干的硬度會影響餅干的口感和陳化速率[18]。餅干的口感和保質(zhì)期與水分含量的變化密切相關(guān)[19]，通過弛豫時間T2可以了解餅干中水分的遷移規(guī)律，反映水分的相態(tài)特征[20]。

本研究以全麥粉、玉米油、木糖醇和奇亞籽為主要原料，研制出無糖、低熱量、具有高膳食纖維和強飽腹感的全麥粉奇亞籽膳食纖維低糖酥性餅干(以下簡稱奇亞籽低糖餅干)，以感官評分為評價指標(biāo)，經(jīng)單因素試驗和正交試驗確定最優(yōu)配方，并在此基礎(chǔ)上對奇亞籽低糖餅干進行表征分析，包括質(zhì)構(gòu)測定(硬度、脆性和咀嚼性)及水分分布分析，從而為擴大奇亞籽應(yīng)用范圍、提高功能性餅干的開發(fā)水平以及推動功能性餅干工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

全麥粉，深圳市海尚國際貿(mào)易有限公司；低筋小麥粉，濰坊風(fēng)箏面粉有限責(zé)任公司；奇亞籽粒，匯聚(東莞)食品有限公司；木糖醇，禾甘母公司；食用鹽，中鹽長江鹽化有限公司；玉米胚芽油，西王食品股份有限公司；碳酸氫鈉(小蘇打)，安琪酵母股份有限公司。

1.2 試驗方法

面團調(diào)制：將玉米油、木糖醇、奇亞籽、碳酸氫鈉和食用鹽按比例混合成漿狀，加入低筋小麥粉和全麥粉以及適量水?dāng)嚢柚镣耆芙?，和? min。

輥印成型：使用DMT-008 電動家用面條機(溫州快康機械制造有限公司)將面團輥壓成型，面餅厚度為3 mm，用圓形模具壓制成型。

烘焙條件：將成型的餅干放入YXD-Z202 烤箱(廣東樂創(chuàng)電器有限公司)中，上火160 ℃，下火160 ℃，烘烤24 min(12 min烤盤調(diào)整方向，保證均勻烤制)，冷卻至室溫25 ℃。

上述流程符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20980—2021[21]相關(guān)要求。

1.2.2 基礎(chǔ)配方 低筋小麥粉70 g、全麥粉30 g、玉米油20 g、木糖醇20 g、奇亞籽6 g。此外，碳酸氫鈉0.5 g、食用鹽0.5 g。

1.2.3 奇亞籽低糖餅干制備工藝單因素試驗設(shè)計

結(jié)合基礎(chǔ)配方，單因素添加水平為全麥粉和低筋小麥粉質(zhì)量比(10∶90、20∶80、30∶70、40∶60、50∶50)、玉米油質(zhì)量(10、15、20、25、30 g)、木糖醇質(zhì)量(10、15、20、25、30 g)和奇亞籽質(zhì)量(2、4、6、8、10 g)，以感官評分為評定指標(biāo)，進行單因素試驗。

1.2.4 奇亞籽低糖餅干制備工藝正交試驗設(shè)計 根據(jù)單因素試驗得到全麥粉和低筋小麥粉質(zhì)量比以及玉米油、木糖醇和奇亞籽的最佳添加質(zhì)量，進行4因素3水平的正交試驗，正交設(shè)計如表1所示。

表1 奇亞籽低糖餅干的制備工藝正交試驗因素水平表Table 1 Orthogonal experiment factors and levels table of chia seed low sugar biscuit preparation technology

1.3 奇亞籽低糖餅干的檢測指標(biāo)

1.3.1 奇亞籽低糖餅干的感官評分 由5名經(jīng)過培訓(xùn)的具有一定感官評價經(jīng)驗的專業(yè)人士組成感官評定小組，評定內(nèi)容包括產(chǎn)品的外觀、色澤、滋味及氣味、組織和雜質(zhì)5個方面，評分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示[22]。

表2 奇亞籽低糖餅干的感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The sensory evaluation criteria of chia seed low sugar biscuit

1.3.2 奇亞籽低糖餅干的質(zhì)構(gòu)分析 通過TA.XT.Plus 物性測試儀(英國Stable Micro Stytems 公司)進行質(zhì)構(gòu)分析。分別以正交優(yōu)化試驗中9組配方制得的奇亞籽低糖餅干樣品為試驗對象，參照鄧楚君等[23]的方法，采用柱形探頭P/50，測試前速度1 mm·s-1、測試中速度1.5 mm·s-1、測試后速度為1.5 mm·s-1、壓縮程度為30%。每種餅干樣品測試6次，取平均值。

1.3.3 奇亞籽低糖餅干水分分布的測定 通過PQ001 MicroMR 柜式核磁共振成像儀(上海紐邁電子科技有限公司)進行水分分布測定。分別以正交優(yōu)化試驗中9組配方制得的奇亞籽低糖餅干樣品為試驗對象，切分放入直徑25 mm的核磁共振專用試管，然后放入低場核磁共振儀中(low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR)進行測定。參數(shù)設(shè)置[24]:采樣點數(shù)為140 056，采樣頻率200 kHz，采樣間隔時間4 500 ms，重復(fù)采樣回波時間0.35 ms，回波數(shù)為2 000，重復(fù)采樣次數(shù)為4。每個樣品3次重復(fù)，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 奇亞籽低糖餅干的單因素試驗結(jié)果

2.1.1 全麥粉對奇亞籽低糖餅干品質(zhì)的影響 由圖1可知，當(dāng)全麥粉和低筋小麥粉質(zhì)量比為10∶90～30∶70時，感官評分逐漸增加，奇亞籽低糖餅干的麥香味逐漸增大，酥脆性大。當(dāng)全麥粉和低筋小麥粉質(zhì)量比為30∶70時，感官評分最高，此時的奇亞籽低糖餅干色澤鮮亮，呈金黃色，麥香味濃郁。當(dāng)全麥粉和低筋小麥粉質(zhì)量比為40∶60～50∶50時，感官評分逐漸降低，餅干粗糙度增加，口感逐漸變差。因此，當(dāng)全麥粉和低筋小麥粉質(zhì)量比為30∶70時，奇亞籽低糖餅干品質(zhì)較好。

圖1 全麥粉和低筋小麥粉質(zhì)量比對奇亞籽低糖餅干品質(zhì)的影響Fig.1 Effects of mass proportion of whole wheat flour and low gluten wheat flour on quality of chia seed low sugar biscuit

2.1.2 玉米油對奇亞籽低糖餅干品質(zhì)的影響 由圖2可知，感官評分隨著玉米油質(zhì)量的增加呈先增加后下降的趨勢。當(dāng)玉米油低于20 g時，餅干面團不容易翻拌均勻，容易粘黏，面團成型困難且較硬不光滑，無油光。但當(dāng)玉米油超過20 g時，面團黏度較差，不易形成，餅干口感油膩，表面裂紋增加，脆性增加，容易破碎。綜合考慮，當(dāng)玉米油為20 g時，奇亞籽低糖餅干品質(zhì)較好。

圖2 玉米油對奇亞籽低糖餅干品質(zhì)的影響Fig.2 Influence of corn oil on the quality of chia seed low sugar biscuit

2.1.3 木糖醇對奇亞籽低糖餅干品質(zhì)的影響 由圖3可知，隨著木糖醇的增加，奇亞籽低糖餅干的感官評分先增大后降低。當(dāng)木糖醇為25 g時，感官評分最高，色澤均勻，甜度適中，酥脆可口。當(dāng)木糖醇添加較少時，甜味較淡，顏色較淺，口感較差。當(dāng)木糖醇大于25 g時，甜味濃，口感較硬，有裂痕。綜合考慮，當(dāng)木糖醇為25 g時，奇亞籽低糖餅干品質(zhì)較好。

圖3 木糖醇對奇亞籽低糖餅干品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of xylitol on quality of chia seed low sugar biscuit

2.1.4 奇亞籽對奇亞籽低糖餅干品質(zhì)的影響 由圖4可知，當(dāng)奇亞籽為4 g時，奇亞籽低糖餅干的感官評分最高。當(dāng)奇亞籽小于4 g時，餅干色澤不均，容易出現(xiàn)破裂。當(dāng)奇亞籽超過4 g時，感官評分呈降低趨勢，咀嚼過程中口感粗糙，奇亞籽香味過濃，質(zhì)地逐漸變硬，不酥脆，感官評分逐漸降低。綜合考慮，當(dāng)奇亞籽為4 g時，奇亞籽低糖餅干品質(zhì)較好。

圖4 奇亞籽對奇亞籽低糖餅干品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of chia seeds on the quality of chia seed low sugar biscuit

2.2 奇亞籽低糖餅干的正交試驗結(jié)果

在單因素試驗基礎(chǔ)上，通過正交試驗確定奇亞籽低糖餅干的最優(yōu)配方，試驗結(jié)果如表3所示。奇亞籽低糖餅干感官評分最高的是第4組(A2B1C2D3)，即全麥粉和低筋小麥粉質(zhì)量比為30∶70、玉米油15 g、木糖醇25 g、奇亞籽6 g時感官評分為87.2。通過表3中的極差R，可知各因素對奇亞低糖餅干綜合品質(zhì)的影響順序為A>D>C>B，即影響奇亞籽低糖餅干品質(zhì)的主要因素是全麥粉，其次是奇亞籽，然后是木糖醇和玉米油。經(jīng)驗證試驗，測得在此配方下奇亞籽低糖餅干的質(zhì)構(gòu)特性均較好，硬度為10 677.60 g，脆性為5 731.24 g，咀嚼性為3 589.90 g，水分分布均勻，與感官評分一致，正交試驗結(jié)果準(zhǔn)確，優(yōu)化結(jié)果可靠。

表3 奇亞籽低糖餅干正交試驗結(jié)果Table 3 Orthogonal test results of chia seed fiber low sugar biscuit

2.3 奇亞籽低糖餅干質(zhì)構(gòu)特性分析

由圖5可知，試驗組3和試驗組4硬度和咀嚼性顯著高于其他組的餅干，試驗組3、試驗組4和試驗組7脆性顯著高于其他組的餅干(P<0.05)。綜上所述，試驗組3和試驗組4酥脆性和咀嚼性較好，與感官評分一致。

PCA主成分得分圖能直觀看出各組試驗與主成分之間的關(guān)系。以質(zhì)構(gòu)特性第一主成分(PC1)和奇亞籽低糖餅干正交試驗組第二主成分(PC2)繪制PCA得分坐標(biāo)圖，如圖6所示。PC1主要綜合了餅干硬度、脆性、咀嚼性的信息，其中硬度在PC1正向分布最大，因此PC1主要反映硬度，咀嚼性呈負向分布且分值最小。PC2正向區(qū)間的指標(biāo)為脆性且分值最大，因此PC2主要反映脆性。而硬度和咀嚼性在PC2上負向分布最小。從各組試驗與PC1和PC2的關(guān)系來看，3、4、7、8組試驗同時都落在PC1和PC2的正向區(qū)間，表明這4組餅干不僅脆性好，同時也具有較好的硬度，酥脆性較好，口感佳，與感官分析結(jié)果基本一致。

注：A為硬度測定，B為脆性測定，C為咀嚼性測定。1～9分別為正交優(yōu)化試驗中1～9組配方制得的奇亞籽低糖餅干樣品。下同。

圖6 奇亞籽低糖餅干正交試驗組主成分分析Fig.6 Relationship between PC1 and PC2 of chia seed low sugar biscuit orthogonal test group

2.4 奇亞籽低糖餅干的水分分布分析

LF-NMR是測定食品體系中水分流動性和分布情況的一種無損檢測的手段。在水分分布圖中，橫坐標(biāo)表示弛豫時間T2，縱坐標(biāo)表示每個弛豫時間的信號強度，每個峰值的積分面積表示弛豫時間的信號幅度，根據(jù)每個峰面積可以得到不同狀態(tài)下的含水量和遷移程度[25]。朱瑩瑩等[26]研究發(fā)現(xiàn)，利用低場核磁共振技術(shù)可以快速、無損預(yù)估韌性餅干樣品中的水分含量，方法可行、結(jié)果可靠。

由圖7可知，餅干中的水分形態(tài)可以分為3種，即T21、T22和T23。將峰對應(yīng)時間0.1～2 ms定義為T21，表示與餅干結(jié)合最緊密的結(jié)合水；將峰對應(yīng)時間2～11 ms定義為T22，表示介于結(jié)合水與自由水之間的不易流動的水；將峰對應(yīng)時間11～100 ms定義為T23，表示具有流動性的自由水。由圖8比較峰面積可知，第5組樣品的結(jié)合水含量最高，第6組最低。餅干樣品在低水分時，T22峰反演結(jié)果為0，如圖第6和第8組。試驗組4T21和T22峰面積基本處于中等位置，結(jié)合水和不易流動的水處于中等水平。

圖7 奇亞籽低糖餅干品質(zhì)正交試驗組的橫向弛豫時間 T2 的變化Fig.7 Change of transverse relaxation time T2 in orthogonal test group of chia seed low sugar cookies

圖8 奇亞籽低糖餅干品質(zhì)正交試驗組的峰面積變化Fig.8 Change of peak area in orthogonal test group of chia seed low sugar biscuit

3 結(jié)論與討論

本試驗以全麥粉、奇亞籽、木糖醇和玉米油為研究材料，深入研究膳食纖維餅干的綜合開發(fā)利用，開發(fā)一種易于吸收、味道更好、高纖維和低糖特性相結(jié)合的餅干。通過單因素和正交試驗得出，奇亞籽低糖餅干的研制的制備工藝最優(yōu)配方為全麥粉和低筋小麥粉質(zhì)量比30∶70、玉米油15 g、木糖醇25 g、奇亞籽6 g，此時感官評分最高。根據(jù)此配方制得的酥性餅干外形完整，色澤金黃均勻，香味濃郁，口感酥脆無雜質(zhì)，而且無糖，營養(yǎng)高，含有豐富的膳食纖維，改善了餅干的色澤口感及香氣。本研究發(fā)現(xiàn)，在摻入膳食纖維后，餅干的味道和風(fēng)味得到了改善，這與AJILA等[27]的研究結(jié)果一致。劉悅等[28]研究發(fā)現(xiàn)，餅干在生產(chǎn)過程中需要添加更多的糖和油，膳食纖維具有吸油作用，非常適合添加到餅干中。李琦等[29]研究發(fā)現(xiàn)，在餅干中加入適量的膳食纖維可以提高面粉的吸水性，使產(chǎn)品更加松軟，在一定程度上可改善產(chǎn)品的質(zhì)地和感官質(zhì)量，提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，降低熱量。同時，麥麩膳食纖維的添加可以得到致密性良好且穩(wěn)定的面團，從而改善餅干品質(zhì)，推測是因為麥麩膳食纖維利用其側(cè)鏈上的羧基和羥基等活性基團的良好水化性能與面團中的水相互作用，降低淀粉、蛋白質(zhì)和水的結(jié)合，從而影響面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

目前關(guān)于奇亞籽餅干的相關(guān)研究較少。張曉華等[16]以燕麥為主料研究了燕麥和奇亞籽膳食纖維餅干的加工工藝，得出全麥粉和奇亞籽質(zhì)量分數(shù)分別為16%和10%。根據(jù)歐盟委員會(European Commission，EC)的規(guī)范，奇亞籽已被批準(zhǔn)用作烘焙產(chǎn)品中的新型食品成分，但其潛在的致敏性使其添加質(zhì)量不能超過10 g[30]。因此，本試驗添加更多粉質(zhì)細膩的全麥粉以保證膳食纖維的含量和餅干口感。研究顯示，添加多種膳食纖維的效果比單一膳食纖維好，細粉末比粗粉末好[28]。木糖醇作為一種天然甜味劑來替代蔗糖，可以增強奇亞籽低糖餅干的營養(yǎng)保健功能，滿足血糖高的人群。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)木糖醇大于25 g時，餅干口感變硬有裂痕，推測是木糖醇的起泡能力不如白糖，面團的疏水性減弱所致[31]。同時，木糖醇的吸濕性也會使餅干松脆度下降[32]。當(dāng)玉米油超過20 g時，面團黏性差，不易成型，這是由于油脂分布在淀粉微粒和面筋蛋白周圍形成一層薄薄的油膜，限制了面團的吸水，從而控制面筋的脹潤。由于油膜之間相互隔離，面筋顆粒不易形成面筋網(wǎng)絡(luò)，降低了餅干的抗裂性，使面團黏度降低，不易成型[33]。從健康和營養(yǎng)的角度來看，添加4 g奇亞籽已經(jīng)可以產(chǎn)生效果較好的產(chǎn)品，這與其他補充奇亞籽的食物如面包[34]和薯條[35]的研究結(jié)果一致。當(dāng)全麥粉和低筋小麥粉質(zhì)量比為70∶30時，產(chǎn)品效果較好，這是因為全麥粉的添加弱化了面團的筋力，削弱了面團的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加了餅干的酥脆性，口感變好。

本研究對奇亞籽低糖餅干進行了質(zhì)構(gòu)試驗。王彩虹等[36]以紫皮洋蔥粉為特征風(fēng)味原料，將其添加至酥性餅干配方中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)最優(yōu)配方制備的洋蔥餅干比空白餅干的硬度、脆度以及咀嚼性都大，說明產(chǎn)品的口感佳。咀嚼性是指牙齒在咀嚼食物時將食物從固體狀態(tài)轉(zhuǎn)化至可吞咽過程中所做的功。餅干的硬度越大，咀嚼性數(shù)值越大，在口腔中的咀嚼時間越長[37]。餅干的硬度較高，咀嚼過程中需要的唾液更多，口感會更好[18]。本試驗結(jié)果表明，最優(yōu)配方下的奇亞籽低糖餅干硬度、脆性和咀嚼性均較好。同時，水分分析表明，該配方下制作的奇亞籽低糖餅干水分含量適中。餅干是一種水分含量較低的食品，且主要以氣孔結(jié)構(gòu)為主，水分對其質(zhì)地和加工特性起著非常重要的作用。如果含水量低，餅干在烘焙后的冷卻、包裝和儲存過程中容易破碎，造成損失；如果水分含量過高，會影響餅干的質(zhì)地，容易滋生微生物，縮短產(chǎn)品保質(zhì)期[38]。因此，在最優(yōu)配方為全麥粉和低筋小麥粉質(zhì)量比30∶70、玉米油15 g、木糖醇25 g、奇亞籽6 g時，制作的奇亞籽低糖餅干水分含量適中，適合餅干產(chǎn)品化生產(chǎn)。本研究通過優(yōu)化奇亞籽低糖餅干的制備工藝，豐富了市場中餅干的種類，增加了餅干的功能特性，提供了奇亞籽深加工的新途徑，為奇亞籽餅干工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。