通过添加胡萝卜粉来提升华夫饼的质量并增加消费者的接受度

《Applied Food Research》：Carrot powder fortification for improved waffle quality and consumer acceptance

　　法赫雷丁·萨利希|塞皮德·韦贾迪尼瓦希德
伊朗哈马丹布阿里·西纳大学食品工业学院食品科学与技术系

**摘要**
胡萝卜粉作为一种富含膳食纤维、类胡萝卜素和天然抗氧化剂的物质，为改善传统烘焙食品的营养成分和功能性特性提供了有希望的途径。本研究探讨了用胡萝卜粉（0-45%）替代小麦粉对华夫饼的物理化学性质、营养价值及感官特性的影响。替代比例的增加显著改变了面糊的流变学特性，导致剪切稀化现象，并由于胡萝卜纤维的吸水能力而显著提高了表观黏度。最终产品中，加入胡萝卜粉后营养价值得到了显著提升：水分和灰分含量逐渐增加，总酚类物质含量和抗氧化能力也呈剂量依赖性上升，分别达到了1344.6 μg GAE/g和80.7%。颜色发生了显著变化，亮度降低，红色/黄色加剧，呈现出类胡萝卜素特有的深橙色调。然而，这伴随着硬度的显著增加（从0.10 N增加到0.46 N）。感官评估显示，尽管外观接受度因颜色变化而下降，但风味、质地和整体满意度在最高替代比例（45%）时显著提高，整体评分为9.0分。结果表明，胡萝卜粉是一种多功能成分，同时具有天然着色剂、营养强化剂和质地改良剂的作用。45%的替代比例优化了感官接受度，并带来了最大的生物活性收益，使富含胡萝卜粉的华夫饼成为功能性食品开发的理想选择。

**1. 引言**
消费者对营养丰富、功能性强且标签清洁的食品需求不断增加，推动了烘焙产品创新的步伐（Salehi和Aghajanzadeh，2020）。传统的华夫饼主要由精制小麦粉制成，营养价值较低，膳食纤维、抗氧化剂和必需微量营养素含量不足。用营养密集型成分强化这些流行食品是一个提升公众健康状况的战略性机会（Huber和Schoenlechner，2017a, 2017b；Zohry等，2025；Salehi和Vejdanivahid，2026a, 2026b）。胡萝卜粉是这一目标的理想选择，它是膳食纤维、类胡萝卜素（尤其是β-胡萝卜素）、酚类化合物和矿物质的浓缩来源（Salehi和Aghajanzadeh，2020；Bas-Bellver等，2024）。这些成分具有显著的抗氧化活性和潜在的健康益处，与改善视力、增强免疫功能及降低慢性疾病风险有关（Sharma等，2012；Jamal Asl等，2024；Noshad等，2025）。从技术角度看，其细腻的质地和高吸水能力使其可以直接加入面粉混合物中。然而，其添加会深刻改变食品的结构，影响面糊的流变学特性、最终产品的质地、颜色和风味，这些都是影响消费者接受度的关键因素（Kamel等，2023；Kausar等，2024）。Hussein等人（2013）报告称，小麦粉和胡萝卜粉的粗纤维含量分别为0.78%和7.16%，研究表明，在面包配方中用胡萝卜粉替代8%的小麦粉可将产品的粗纤维含量从0.73%提高到1.60%。Ahmad等人（2016）也发现，将胡萝卜渣粉与小麦粉混合可降低混合物的蛋白质含量并增加纤维含量，从而生产出低麸质且抗氧化性能更好的饼干。虽然已有研究关注胡萝卜粉在面包、蛋糕和饼干中的应用，但其在华夫饼中的研究相对较少（Salehi，2020；Salehi和Aghajanzadeh，2020；Kausar等，2024）。华夫饼具有独特的口感（外脆内软），可能对富含纤维的添加剂特别敏感。在提升营养价值与保持感官质量之间找到最佳平衡对于成功强化产品至关重要。本研究系统探讨了用胡萝卜粉替代小麦粉（0–45%）对华夫饼特性的影响，目标包括：（1）分析面糊流变学特性和煮熟后华夫饼的物理化学性质变化；（2）量化营养价值的提升，特别是总酚类物质含量和抗氧化能力；（3）确定既能最大化生物活性又能提升消费者接受度的替代比例。我们假设胡萝卜粉将作为一种多功能成分，其最佳替代比例是那些在风味和整体满意度方面能够抵消任何质地或外观变化的水平。研究结果旨在提供一个实用的配方，以开发出既美观又健康的华夫饼产品。

**2. 材料与方法**
2.1. 胡萝卜粉的制备
新鲜胡萝卜洗净后用擦丝器切成薄片，然后在70°C的烤箱（K.M 55，Pars Azma Co.，伊朗伊斯法罕）中干燥100分钟。最后使用中国Best公司生产的工业磨机（1600瓦）将其磨成粉末，并通过60目筛网过滤以获得适当的颗粒大小。新鲜胡萝卜的初始含水量约为88%，干燥和磨粉后，胡萝卜粉的最终含水量约为12.7%。每生产1公斤干燥胡萝卜粉需要大约7.3公斤新鲜胡萝卜。

2.2. 材料与华夫饼配方
本研究使用的原材料和化学试剂及其制造商和来源国家见表1。所有用于制备华夫饼的成分均从伊朗哈马丹的当地市场采购。

**表1. 本研究使用的原材料和化学试剂**
| 材料/试剂 | 品牌/制造商 | 国家 |
|-------------|----------------|---------|
| 小麦粉 | Zar Macaron | 伊朗 |
| 糖 | Mojeze | 伊朗 |
| 巴氏杀菌全脂牛奶（3.4%脂肪）| Damdaran | 伊朗 |
| 葵花籽油 | Famila | 伊朗 |
| 发酵粉 | Golestan | 伊朗 |
| 香草精 | Golha | 伊朗 |
| 新鲜鸡蛋 | Telavang | 伊朗 |
| Folin–Ciocalteu试剂 | Sigma-Aldrich | 美国 |
| 碳酸钠 | Merck | 德国 |
| 没食子酸 | Merck | 德国 |
| 2,2-二苯基-1-吡啶肼（DPPH）| Sigma-Aldrich | 美国 |
| 乙醇 | Kimia Alcohol Zanjan | 伊朗 |

**表2. 基本华夫饼配方及各成分用量**
| 成分 | 用量（克） | |
|------------|----------------|-------------| |
| 小麦粉 | 100 | |
| 糖 | 50 | |
| 全脂牛奶 | 50 | |
| 葵花籽油 | 25 | |
| 发酵粉 | 5 | |
| 香草精 | 2 | |
| 全蛋 | 5 | |
| | | |

**2.3. 华夫饼样品的制备**
面糊的制备过程如下：首先用电动搅拌器搅打鸡蛋2分钟，然后加入液体油并继续搅拌1分钟。加入25克牛奶后继续搅拌，再加入预先筛过的干性成分（包括小麦粉-胡萝卜粉、糖和发酵粉），搅拌3分钟。接着加入剩余的25克牛奶，继续搅拌5分钟。将面糊在室温下静置5分钟。烘焙时使用180–190°C的华夫饼模具，每面烤7分钟。烤好后冷却至室温，并装入低氧低湿气的聚乙烯容器中。

2.4. 颜色参数测定
采用数字图像分析技术评估华夫饼面糊和烤制后的颜色特征。样本图像使用高分辨率4800万像素相机（iPhone 15 Pro Max，苹果公司，中国）在受控和均匀的光照条件下拍摄。图像处理使用ImageJ软件（版本1.42e，美国）。通过专用插件将RGB颜色模型转换为CIE L*、a*和b*颜色空间，从而定量评估亮度和色度参数（Samaray等，2025）。

2.5. 华夫饼面糊的表观黏度测量
通过在不同转盘转速（5、10和15 rpm）下测量华夫饼面糊的表观黏度，时间间隔为0-120秒。使用带有RV-07转盘的旋转粘度计（Brookfield DV2T，RV型号，美国）进行测量，所有测试均在25°C恒温条件下进行。

2.6. 水分和灰分含量测定
水分含量使用德国Kern公司的DBS60-3数字水分分析仪在105°C下测定至恒重（约15分钟）。灰分含量通过将3克样品在600°C的马弗炉中烧蚀至恒重来测定，结果以样品百分比表示（Hosseini，2006）。

2.7. pH值和酸度测定
华夫饼的pH值和可滴定酸度依据Vejdanivahid和Salehi（2025）的方法测定。

2.8. 总酚类物质含量和抗氧化能力测定
华夫饼的总酚类物质含量采用Samaray等人（2025）的方法测定，结果以每克样品的没食子酸当量（μg GAE/g）表示，通过标准没食子酸校准曲线计算得出。抗氧化能力依据Vejdanivahid和Salehi（2025）的方法评估。

2.9. 塑造性（硬度）测定
使用Santam公司的纹理分析仪（STM-5，伊朗）进行硬度测量。使用直径0.5厘米的圆柱形探针以1毫米/秒的恒定速度穿刺，直至穿透深度达到1厘米（Salehi和Vejdanivahid，2026a）。该方法能准确量化华夫饼的抗变形能力。

2.10. 华夫饼的感官评估
所有参与者在评估前均签署了知情同意书。感官测试在新型技术实验室进行，由20名训练有素的评估人员组成评估小组，按照既定的感官评估协议对样品的外观、香气、风味和整体满意度进行评价。

2.11. 统计分析
所有数据均重复三次测量并报告为平均值±标准差。使用SPSS v21进行单因素方差分析，并通过Duncan检验进行多重比较（p < 0.05）。

**3. 结果与讨论**
3.1. 华夫饼面糊的颜色特性
首先测定了本研究中使用的原材料的色度参数（L*、a*和b*）。小麦粉的L*、a*和b*值分别为82.8、-2.2和12.5，表明颜色较浅，红色和黄色较低。相比之下，胡萝卜粉的L*值较低（61.6），而红色（a*）和黄色（b*）显著较高（27.5和53.2），反映了其强烈的橙色色素。图2显示了胡萝卜粉替代比例对华夫饼面糊色度参数的影响：随着替代比例的增加，面糊的亮度显著下降（p < 0.05）。对照组（0%替代）的亮度最高，而含有15%、30%和45%胡萝卜粉的样品亮度逐渐降低。这种亮度下降可能是由于胡萝卜粉中的天然橙色素使面糊变深所致。

图2b显示，随着胡萝卜粉替代比例的增加，红色（a*）值显著上升。对照组表现出负的a*值，带有轻微的绿色调，而15%、30%和45%的替代比例则导致红色逐渐显著增强（p < 0.05）。这一趋势反映了类胡萝卜素化合物（尤其是β-胡萝卜素）的贡献，它们赋予面糊红橙色调。同样，随着替代比例的增加，黄色（b*）值也显著上升（图2c）。对照组的b*值最低，而45%替代比例时黄色最为明显。黄色的增强与胡萝卜粉本身的黄橙色调相符，进一步证实了其对面糊颜色特性的显著影响。总体而言，L*、a*和b*值的变化表明胡萝卜粉显著改变了华夫饼面糊的视觉特性。亮度的降低和红色、黄色的增加表明面糊颜色变得更暗、更鲜艳，这可能影响消费者的感知和接受度。**流变性分析**

将富含纤维的粉末（如胡萝卜粉）添加到烘焙和糖果产品的配方中，通常会显著改变面团的流变性，进而影响最终烘焙产品的性质。这些变化通常表现为水分吸收增加、表观粘度改变、在较高替代水平下破坏面筋网络的稳定性以及烘焙特性的改变（Hussein等人，2013年；Majzoobi等人，2017年）。通过表观粘度测量评估了胡萝卜粉替代对华夫饼面糊流变行为的影响，如图3和图4所示。

**图3. 胡萝卜粉替代水平对华夫饼面糊表观粘度的影响（主轴转速=10 RPM）。**
**图4. 不同主轴转速（5–15 RPM）下胡萝卜粉替代水平对华夫饼面糊表观粘度的影响。**
用不同字母标记的柱子在p<0.05水平上存在显著差异。

图3显示了在恒定主轴转速10 RPM下的具体效果。随着替代水平的增加，表观粘度显著且逐步升高。这一趋势表明，添加胡萝卜粉显著增强了面糊的稠度和内部结构。可能的机制是胡萝卜粉中的膳食纤维和多糖具有较高的持水能力，从而增加了面糊在剪切作用下的抗流动性。为了简洁起见，图3报告了在代表性主轴转速10 RPM下的表观粘度，因为在5 RPM和15 RPM下都观察到了相同的增加趋势。

图4提供了更全面的流变特性，比较了在三种主轴转速（5、10和15 RPM）下所有替代水平的表观粘度。有两个关键发现：首先，在任何给定的替代水平下，随着主轴转速的增加，粘度降低，显示出面糊的剪切稀释（假塑性）行为。这一特性对于加工至关重要，因为它确保面糊在静止时比较稠（防止成分分离），但在混合或灌注过程中受到剪切作用时变得更加流动。其次，由于添加胡萝卜粉导致的粘度增加在所有转速下都是一致的，但对照组和高替代组面糊之间差异的大小在最低剪切速率（5 RPM）时最为明显。图4中的统计分析（p < 0.05）用不同字母表示，证实大多数替代水平下的粘度存在显著差异，尤其是在较高浓度下。这强调了胡萝卜粉对面糊流变性的剂量依赖性和显著影响。

与本研究的结果一致，Majzoobi等人（2017年）研究了添加胡萝卜渣粉和果胶与黄原胶混合物对无麸质面糊和蛋糕质量的影响。他们报告说，增加胡萝卜渣粉的用量以及添加胶质显著提高了面糊的粘度。

**3.3. 华夫饼的水分和灰分含量**

在配方制定之前确定了原材料的近似组成。小麦面粉的水分含量为10.8%，灰分含量为1.0%，而胡萝卜粉的水分含量为12.7%，灰分含量为1.5%。图5展示了胡萝卜粉替代对华夫饼近似组成的影响，详细说明了不同替代水平下的水分（5a）和灰分（5b）含量。随着胡萝卜粉替代水平的增加，这两个参数都显著且逐步升高。水分含量（图5a）大幅上升，表明胡萝卜粉具有很强的保水能力。这归因于其高膳食纤维含量，特别是可溶性纤维（如果胶），它们结合水分并形成凝胶网络，减少了烘焙过程中和之后的水分损失。这一结果与图3和图4中观察到的面糊粘度增加相符，因为相同的水分结合机制既促进了流变性的变化，也影响了组成。较高的水分含量是一个关键的积极因素，因为它直接影响最终产品的湿润度、柔软度和保质期。

**图5. 胡萝卜粉替代水平对华夫饼水分（a）和灰分（b）含量的影响。**
用不同字母标记的柱子在p<0.05水平上存在显著差异。

同样，灰分含量（图5b）也显著增加，代表了总矿物质残留物。这是直接的营养增强效果，反映了胡萝卜粉中天然矿物质（如钾、钙、镁）的转移。剂量依赖性的增加证实了胡萝卜粉作为一种有效的矿物质强化剂。统计分析（p < 0.05）证实大多数替代水平下的水分和灰分含量与对照组以及其他替代水平之间存在显著差异。与本研究的结果一致，Hussein等人（2013年）报告说，在烤面包配方中用胡萝卜粉替代8%的小麦面粉后，灰分含量从0.45%增加到2.20%。

**3.4. 华夫饼的pH值和酸度**

本研究中使用的小麦面粉的pH值为7.3，酸度为0.16，而胡萝卜粉的pH值略高，为7.2，酸度为0.19。图6展示了胡萝卜粉替代对华夫饼化学环境的影响，详细说明了不同替代水平下的pH值（6a）和酸度（6b）。观察到一个明显且显著的趋势：随着替代水平的增加，华夫饼的pH值（图6a）系统性下降，表明其酸度趋于增加。同时，可滴定酸度（图6b）也相应且显著增加。这种反比关系是预期之中的，并证实了胡萝卜粉的添加引入了酸性成分到面糊系统中。主要原因可能是胡萝卜中存在的天然有机酸（如柠檬酸和抗坏血酸（维生素C）降低了整体pH值。统计分析（p < 0.05）证实大多数替代水平之间的差异是显著的，用不同字母表示。这表明胡萝卜粉的酸化效应是可测量且剂量依赖的。与本研究的结果一致，Majzoobi等人（2017年）研究了添加胡萝卜渣粉对无麸质蛋糕质量的影响，并报告说增加胡萝卜渣粉的用量使蛋糕的pH值从7.23降至6.78。

**3.5. 华夫饼的总酚含量和抗氧化能力**

本研究中使用的小麦面粉的总酚含量为457.3 μg GAE/g，抗氧化能力为72.2%，而胡萝卜粉的总酚含量（634.2 μg GAE/g）和抗氧化能力（83.2%）显著更高。图7展示了胡萝卜粉替代对华夫饼生物活性特性的影响，详细说明了不同替代水平下的总酚含量（7a）和抗氧化能力（7b）。随着替代水平的增加，这两个参数都显著且剂量依赖性地增加。总酚含量（图7a）从对照组的707.0 μg GAE/g增加到最高替代水平（45%）的超过1344.6 μg GAE/g。同样，抗氧化能力（图7b）从对照组的约51.7%增加到45%替代时的近80.7%。抗氧化剂在中和自由基方面起着关键作用，其摄入量的增加与多种健康益处相关。这种转变使华夫饼从基本的烘焙食品提升为潜在的功能性食品或营养保健品。Bas-Bellver等人（2024年）报告说，在无麸质松饼配方中添加由胡萝卜废弃物制成的粉末可以提高产品的抗氧化特性。

**图7. 胡萝卜粉替代水平对华夫饼总酚含量（a）和抗氧化能力（b）的影响。**
用不同字母标记的柱子在p<0.05水平上存在显著差异。

这种显著的增强直接得益于用胡萝卜粉强化华夫饼，因为胡萝卜粉本身具有较高的总酚含量和抗氧化能力。来自胡萝卜粉的酚类化合物和抗氧化剂（如类胡萝卜素，主要是β-胡萝卜素和其他多酚）在烘焙过程中有效转移并得以保留。统计分析（p < 0.05）证实连续替代水平之间的差异是显著的，用不同字母表示，强调了即使是中等替代水平也能显著提高生物活性含量。

**3.6. 烘焙华夫饼的颜色参数**

图8展示了胡萝卜粉替代对烘焙华夫饼视觉特性的影响，详细说明了不同替代水平下的亮度（L*）（8a）、红色度（a*）（8b）和黄色度（b*）的变化。

**图8. 胡萝卜粉替代水平对烘焙华夫饼亮度（a）、红色度（b）和黄色度（c）的影响。**
用不同字母标记的柱子在p<0.05水平上存在显著差异。

观察到颜色参数的显著且系统的变化：亮度（图8a）大幅下降，从对照组的约86.2降至最高替代水平（45%）的接近67.8。这表明，随着胡萝卜粉含量的增加，华夫饼的颜色变得更暗，这是由于添加了富含色素和纤维的成分，这些成分促进了美拉德褐变并减少了光线反射。Salehi等人（2016年）的研究中，在海绵蛋糕配方中添加了不同水平的胡萝卜粉，结果显示添加胡萝卜粉显著提高了面糊的粘度，并增强了营养价值，包括β-胡萝卜素、灰分和水分含量。添加10%的胡萝卜粉使蛋糕碎屑颜色变得更暗且更浓郁。总体而言，10%替代水平的样品获得了最积极的感官评价。

相反，色度坐标显著增加。红色度（图8b）从对照组的略微负值（约-2.8，表示微绿色）变为45%替代时的强正值（超过21.0）。更引人注目的是，黄色度（图8c）从对照组的约52.3增加到最高水平的超过75.3。这种a*和b*值的显著增加直接反映了胡萝卜粉中天然类胡萝卜素（主要是β-胡萝卜素）的存在。这种颜色变化明显遵循剂量-反应关系，使华夫饼的颜色从浅黄色/奶油色变为深橙黄色。与本研究的结果一致，Salehi等人（2016年）报告说，在蛋糕配方中用胡萝卜粉替代小麦面粉后，产品的亮度降低，而红色度和黄色度指数增加。

统计分析（p < 0.05）证实大多数替代水平之间的差异是显著的，用不同字母表示。这强调了胡萝卜粉的强烈且可预测的着色效果。图8中描绘的显著颜色变化对产品的吸引力和消费者认知有重要影响。深橙色是天然强化的明显视觉指标，可以提升产品的营养价值和天然感，符合清洁标签的趋势。

**3.7. 烘焙华夫饼的硬度**

图9展示了胡萝卜粉替代对华夫饼质地特性的影响，详细说明了不同替代水平下的硬度变化。观察到一个明显且显著的趋势：随着胡萝卜粉替代水平的增加，华夫饼的硬度显著增加。硬度从对照组的约0.10 N增加到45%替代时的超过0.46 N，表明华夫饼变得更硬，抗压缩性更强。统计分析（p < 0.05）证实替代水平之间的差异是显著的，用不同字母表示。这种硬度的显著增加是替代引起的根本变化的直接结果。主要贡献因素可能是胡萝卜粉中的高膳食纤维含量及其持水能力，这一点通过图3和图4中观察到的面糊粘度增加得到了证实。此外，替代成分稀释了小麦面粉中的面筋网络，而面筋网络通常为产品提供弹性和柔软度。
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图9. 胡萝卜粉替代比例对华夫饼硬度的影响
用不同字母标记的列在p<0.05水平上存在显著差异。

3.8. 烘焙华夫饼的感官评估
图10总结了消费者对不同胡萝卜粉替代比例华夫饼的接受度。结果显示，在不同感官属性上存在复杂而微妙的影响。外观接受度呈现出明显的下降趋势，从对照组（0%替代）的9.0分下降到45%替代时的6.2分。这种下降直接与图8中显示的显著变暗和强烈的橙色变化有关，表明这种视觉上的显著变化偏离了传统华夫饼的外观，因此不太受消费者欢迎。
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图10. 胡萝卜粉替代比例对烘焙华夫饼感官属性的影响（数据以平均值显示，N=20）

相比之下，香气接受度在所有替代比例下始终保持在9.0分，表明添加胡萝卜粉没有产生显著的负面影响。
更重要的是，风味、质地和整体接受度都随着替代比例的增加而显著上升。风味接受度从对照组的6.70分上升到了45%替代时的最高值8.95分。质地接受度从对照组的6.6分上升到了45%替代时的9.0分，整体接受度也呈现相同的上升趋势，从6.5分提高到了9.0分。这表明，尽管外观得分较低，但风味（可能是来自胡萝卜的愉悦、自然的甜味或复杂性）和质地（如图9所示的硬度增加和图5a中的水分含量所暗示的适度的湿润度和质感）在较高替代比例下非常受消费者欢迎。Kausar等人（2024年）建议添加15%的胡萝卜渣粉来改善蛋糕的感官特性。他们报告说，这种粉末可以提高蛋糕的营养成分、抗氧化活性和感官品质，为烘焙产品的开发提供了一种可持续的方法。

4. 结论
本研究明确证明了胡萝卜粉是一种非常有效的功能性成分，可用于增强华夫饼的营养和感官价值。高达45%的替代比例显著改变了产品的特性。添加胡萝卜粉显著提高了产品的营养成分（如灰分和水分保持能力），尤其是生物活性化合物的含量。华夫饼的总酚类化合物含量和抗氧化能力大幅增加，使其成为一种具有额外健康益处的功能性食品。

这些物理化学变化的影响是深远且相互关联的。胡萝卜粉中的高纤维含量提高了面糊的粘度和最终产品的含水量，但也增加了硬度，并使颜色明显变为深橙色，从而降低了习惯于传统华夫饼的消费者的接受度。尽管如此，感官分析得出了一个关键结论：在45%替代比例下，整体接受度、风味和质地方面的得分最高。这表明，如果消费者了解到色素的自然来源，那么优越的风味和令人满意的湿润质地可以弥补对颜色的担忧。因此，最佳配方是使用高替代比例（45%），以最大化营养价值和感官喜好。

**资助信息**
本研究得到了伊朗哈梅丹市Bu-Ali Sina大学的资助（资助编号：40346，资助对象为Fakhreddin Salehi）。

**利益冲突**
无。

**数据可用性**
本研究中生成或分析的所有数据均包含在已发表的手稿中。

**伦理声明——人体研究**
该研究获得了伊朗Bu-Ali Sina大学生物医学研究伦理委员会的伦理批准（伦理批准代码：294）。

**CRediT作者贡献声明**
Fakhreddin Salehi：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原始稿、验证、监督、软件使用、项目管理、方法论、调查、数据分析、数据整理、概念构建。
Sepideh Vejdanivahid：撰写 – 原始稿、软件使用、方法论、调查、数据分析、数据整理。