超微红茶粉海绵蛋糕的制作工艺优化

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(1.浙江农林大学农业与食品科学学院,浙江临安 311300; 2.中国农业科学院茶叶研究所,浙江杭州 310008; 3.西南大学食品科学学院,重庆 400715)

茶是我国传统的健康饮品,茶叶中含有多种营养成分,具有较高的保健养生功能[1]。利用茶叶的功能成分开发新型茶食品已成为茶产业和食品产业的一大趋势[2],茶食品逐渐受到了消费者的青睐。

超微茶粉是指利用现代超微粉碎技术，使茶叶的细胞破壁率达到95%以上的茶叶粉末[3],它保持了茶叶原有的营养成分和天然性,有很强的表面吸附力及亲和力、固香性及良好的悬浮稳定性等有机特性,易被肠胃消化吸收[4-6]。经研究,茶叶冲泡后茶多酚浸出率约为70%,与之相比,超微茶粉水浸出物含量明显提高,茶多酚浸出率达到90%以上[7-8]。超微茶粉充分保留了生物活性成分,能够有效地利用茶叶中的营养成分,提高了茶叶的生物利用率。超微茶粉可直接饮用或添加于各类食品中,并赋予各类食食品天然的色泽和特有的茶风味,改善食品的口感,在食品领域的应用范围较为广泛。

目前，国内关于超微茶粉蛋糕制作工艺的研究大多集中在以超微绿茶粉为原料上[9-11],以超微红茶粉为原料的研究很少。因此,本文对超微红茶粉海绵蛋糕的制作工艺进行优化,设计单因素实验,以感官评分为评价指标,选出较优的参数。在单因素实验的基础上,利用响应面法Box-Behnken中心组合设计,以超微红茶粉的粒度、茶粉添加量、烘烤温度、烘烤时间四个因素为自变因素,蛋糕硬度和感官评分为评价指标,对超微红茶粉蛋糕的工艺进行优化,以期对其工业化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

茶树鲜叶(鸠坑种) 采自建德市峰鼎茶叶有限公司,采摘标准为一芽二叶,鲜叶在建德市峰鼎茶叶有限公司加工,经过萎凋-揉捻-发酵-干燥等工艺制得毛茶,超微红茶粉由南京大学雨润集团纳米科技工程中心加工而成;低筋面粉、鸡蛋、白糖、植物油、泡打粉 均为市售。

AM-CG108型厨师机 北美电器(珠海)有限公司;PE5456型多功能电烤箱 北京中兴柏翠电器有限公司;ME104E/02型电子天平 梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司;TA-XT plus质构仪 北京超技仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 蛋糕制作工艺

操作要点:150 g鸡蛋、60 g白糖放入搅拌盆中,用厨师机4档中速搅拌5 min至均匀,转6档搅拌15 min,使鸡蛋打发。低筋面粉、超微茶粉、和泡打粉分别过60目网筛,取低筋面粉80 g、一定量的超微红茶粉和1.5 g泡打粉混合至打发好的蛋液中,再用1档低速搅拌15 s,倒入30 g植物油,继续搅拌均匀[12]。将面糊倒入模具中,选择烤箱上下火温度和时间进行烘烤[13-14]。

1.2.2 单因素实验

1.2.2.1 不同茶粉粒度对蛋糕品质的影响 设计超微红茶粉500、1500、3500、4000和4500目五个粒度水平进行单因素实验,固定茶粉添加量6%(以面粉添加量的百分比计),烘烤温度为上火165 ℃/下火165 ℃,烘烤时间25 min[15],考察不同粒度对蛋糕品质的影响,通过感官评价,预选出合适的茶粉粒度进行优化实验。

1.2.2.2 不同茶粉添加量对蛋糕品质的影响 设计超微红茶粉的添加量为2%、4%、6%、8%和10%(以面粉添加量的百分比计)五个水平进行单因素实验,固定烘烤温度为上火165 ℃/下火165 ℃,烘烤时间25 min[15],茶粉粒度3500目,考察不同茶粉添加量对蛋糕品质的影响,通过感官评价,预选出合适的茶粉添加量进行优化实验。

1.2.2.3 不同烘烤温度对蛋糕品质的影响 设计烘烤温度上火155 ℃/下火155 ℃、上火160 ℃/下火160 ℃、上火165 ℃/下火165 ℃、上火170 ℃/下火170 ℃、上火175 ℃/下火175 ℃五个水平进行单因素试验,固定茶粉添加量6%(以面粉添加量的百分比计),烘烤时间25 min[15],茶粉粒度3500目,考察不同烘烤温度对蛋糕品质的影响,通过感官评价,预选出合适的烘烤温度进行优化实验。

1.2.2.4 不同烘烤时间对蛋糕品质的影响 设计烘烤时间为20、25、30、35、40 min五个水平进行单因素试验,茶粉添加量6%(以面粉添加量的百分比计),上火165 ℃/下火165 ℃[15],茶粉粒度3500目,考察不同烘烤时间对蛋糕品质的影响,通过感官评价,预选出合适的烘烤时间进行优化实验。

1.2.3 响应面优化蛋糕工艺配方 在单因素实验的基础上,根据Box-Behnken中心组合设计原理,选择茶粉粒度、茶粉添加量、烘烤温度、烘烤时间四个因素为自变因素,以硬度和感官评分为响应值,分别做四因素三水平的响应面优化实验,确定超微红茶粉蛋糕的最佳工艺。响应面因素水平表如表1所示。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Factors and levels table of response surface experiment

1.2.4 蛋糕感官评价方法 按照GB 7099-2015《食品安全国家标准 糕点、面包》[16]和GB/T 24303-2009《粮油检验 小麦粉蛋糕烘焙品质试验 海绵蛋糕法》[17]中的方法,结合GB/T 23776-2018《茶叶感官审评方法》[18]对超微茶粉蛋糕品质进行评价。由10名经过培训的食品专业学生组成评定小组,对蛋糕的外形、色泽、组织结构和口感滋味进行感官评价。超微红茶海绵蛋糕感官评分标准见表2所示。

表2 超微红茶海绵蛋糕感官评分标准Table 2 Sensory evaluation criteria of superfine black tea sponge cake

1.2.5 蛋糕质构测定 将蛋糕切成的4 cm×4 cm×2 cm块状测定。选用TPA模式,采用P/36R压盘式测试探头,测定条件为:测前速率2 mm/s;测试速率1 mm/s;测后速率10 mm/s;压缩程度50%;感应力度5 g;两次压缩之间停留时间5 s;每项测试重复3次[19]。由质构特征曲线可以得到表征蛋糕质构状况的评价参数,选择能够显著反映蛋糕品质变化的参数,故选取硬度数值作为参考数据[20]。

1.3 数据处理

实验结果采用Excel 2003软件进行单因素分析;采用Design-Expert 8.0.6.1软件对Box-Behnken响应面设计的数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 不同茶粉粒度对蛋糕品质的影响 图1为不同茶粉粒度对蛋糕感官品质和硬度的影响。由图1可知,随着茶粉粒径的增大,蛋糕感官评分现先升高后下降,硬度逐渐增加。这是因为当茶粉粒度较大时颗粒感明显,影响了蛋糕的口感,随着茶粉粒度变小,蛋糕口感变得细腻,感官评分升高,茶粉粒度为4000目时,感官评分达到最高78.2分,蛋糕呈红棕色,组织均匀柔软,口感细腻,茶香明显且纯正。4500目分数略有下降,产生此结果的原因是当茶粉粒度减小,茶粉的黏性增强,流动性变差,蛋糕的组织变硬。故选择4000目的红茶粉进行实验。

图1 茶粉粒度对蛋糕感官评分和硬度的影响Fig.1 Effects of tea powder size on sensorysore and hardness of cake

2.1.2 不同茶粉添加量对蛋糕品质的影响 图2为不同茶粉添加量对蛋糕品质和硬度的影响。由图2可知,蛋糕中超微红茶粉的添加量为2%～10%时,感官评分先升高后降低,硬度逐步升高。随着茶粉添加量的增加,蛋糕色泽由浅至深,组织结构变得细密,硬度变大,蓬松度降低,口感变厚实,滋味略苦涩。当茶粉添加量为6%时,感官评分达到最高77.48分,此时红茶蛋糕色泽红棕有光泽,组织细密,口感绵软,有明显红茶香气。故选择茶粉添加量为6%进行实验。

图2 茶粉添加量对蛋糕感官品质和硬度的影响Fig.2 Effects of adding amount of tea powder on sensory score and hardness of cake

2.1.3 不同烘烤温度对蛋糕品质的影响 图3为不同烘烤温度对蛋糕品质和硬度的影响。由图3可知,随着烘烤温度升高,蛋糕感官评分先升高后降低,硬度不断升高。当温度较低时,蛋糕冷却后收缩,弹性和恢复性差,口感较黏;温度过高,蛋糕水分散失,组织变硬,口感发干、粗糙,出现焦味。当烘烤温度为165 ℃时,蛋糕感官评分达到最高74.3分,此时蛋糕软硬适中,气孔均匀、口感细腻,有蛋香和明显红茶香气。故选择165 ℃的烘烤温度进行实验。

图3 烘烤温度对蛋糕感官品质和硬度的影响Fig.3 Effects of baking temperature on sensory score and hardness of cake

2.1.4 不同烘烤时间对蛋糕品质的影响 图4为不同烘烤时间对蛋糕品质和硬度的影响。由图4可知,随着烘烤时间增加,蛋糕感官得分先增加后下降,硬度由低到高。当烘烤时间为15 min时,蛋糕冷却后收缩,组织较湿软;蛋糕在烘烤25 min时,感官评分达到最高74.98分,此时蛋糕入口松软,茶香凸显;烘烤35 min的蛋糕含水率下降,硬度升高明显,回弹性差,口感干涩,茶香弱,焦香明显。故选择烘烤时间为25 min进行实验。

图4 烘烤时间对蛋糕感官品质和硬度的影响Fig.4 Effects of baking time on sensory score and hardness of cake

2.2 响应面法优化实验结果

2.2.1 响应面试验设计及结果分析 结合单因素实验结果,应用Design Expert8.0.6响应面试验设计结果如表3所示,以茶粉粒度(A)、茶粉添加量(B)、烘烤温度(C)、烘烤时间(D)为自变因素,每个因素选择3水平进行29次实验,其中24次实验为析因点,中心点实验重复5次用于估计实验误差。

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Design and results of response surface experiment

2.2.2 Y1回归方程模型方差分析 应用Design Expert8.0.6对表中数据进行分析。对硬度的回归模型为:Y1=960.17+49.74A+139.09B+74.58C+86.43D+35.30AB+17.86AC-49.26AD-13.90BC+74.69BD+72.98CD+58.54A2+18.31B2-27.56C2-36.86D2。

由表4可以看出,模型显著性检验p<0.0001,R2=0.9479,模型具有显著性,表明该模型具有统计学意义。失拟项用来表示所用模型与实验拟合的程度,即二者差异的程度。失拟项p=0.1144>0.05,对模型是有利的,无失拟因素存在,因此可用该回归方程代替试验真实点对实验结果进行分析。由方差分析可知,模型中一次项A、B、C、D,二次项A2,交互项BD、CD对硬度影响达到极显著水平(p<0.01);二次项D2、交互项AD对硬度影响达到显著水平(p<0.05),其他项对硬度的影响不显著(p>0.05)。由F值检验可以得到各因素对蛋糕硬度的影响为茶粉添加量>烘烤时间>烘烤温度>茶粉粒度。

表4 Y1回归方程模型方差分析Table 4 Variance analysis of Y1 regression equation model

2.2.3 Y1响应面图分析 根据回归方程做出各因素交互作用的响应面图,响应面曲面坡度越陡峭,表明响应值受到相应因素变化的影响越显著;反之曲面坡度越平缓,则表明响应值受相应因素变化的影响越小;投影面的等高线的形状也可反映出交互作用的强弱,椭圆形表示两因素交互作用显著,而圆形则与之相反[21]。由图5～图10可知,烘烤时间与茶粉添加量、烘烤温度与烘烤时间、烘烤时间与茶粉粒度的交互作用显著,其他交互项交互作用不显著。从曲面的变化趋势看,茶粉粒度、茶粉添加量、烘烤时间以及烘烤温度对蛋糕硬度的影响均较大。

图5 茶粉粒度和茶粉添加量的交互作用对硬度的影响Fig.5 Effect of the interaction of tea powder size and tea powder adding amount on the hardness

图6 茶粉粒度和烘烤温度的交互作用对硬度的影响Fig.6 Effect of the interaction of tea powder size and baking temperature on the hardness

图7 茶粉粒度和烘烤时间的交互作用对硬度的影响Fig.7 Effect of the interaction of tea powder size and baking time on the hardness

图8 茶粉添加量和烘烤温度的交互作用对硬度的影响Fig.8 Effect of the interaction of tea powder adding amount and baking temperature on the hardness

图9 茶粉添加量和烘烤时间的交互作用对硬度的影响Fig.9 Effect of the interaction of tea powder adding amount and baking time on the hardness

图10 烘烤温度和烘烤时间的交互作用对硬度的影响Fig.10 Effect of the interaction of baking temperature and baking time on the hardness

2.2.4 Y2回归方程模型方差分析 应用Design Expert8.0.6对表中数据进行分析。对感官评分的回归模型为:Y2=73.90-2.17A-3.95B+0.21C+0.52D-2.09AB-0.075AC-0.81AD+2.11BC-0.63BD-2.60CD-1.91A2-2.62B2-1.52C2-1.88D2。

由表5可以看出,模型显著性检验p=0.0008<0.05,R2=0.8599,模型具有显著性,该模型具有统计学意义。模型中一次项A、B,二次项B2对感官评分达到极显著水平(p<0.01),交互项CD,二次项A2、D2对感官评分达到显著水平(p<0.05)，其它项对感官评分的影响不显著(p>0.05)。失拟项p=0.2770>0.05,对模型是有利的,无失拟因素存在,因此可用该回归方程代替试验真实点对实验结果进行分析。由F值检验可以得到各因素对蛋糕感官评分的影响为茶粉添加量>茶粉粒度>烘烤时间>烘烤温度。

表5 Y2回归方程模型方差分析Table 5 Variance analysis of Y2 regression equation model

2.2.5 Y2响应面图分析 根据回归方程得出不同因素的响应面结果见图11～图16,从该组图可以分析出茶粉粒度、茶粉添加量、烘烤温度和烘烤时间对红茶蛋糕感官评分的影响。从曲面的变化趋势可知,烘烤温度与烘烤时间有明显的交互作用。茶粉粒度、茶粉添加量的曲面变化均较大,对感官评分有极显著的影响,但二者交互的影响不显著,此外,烘烤温度与茶粉粒度、烘烤时间与茶粉粒度、烘烤温度与茶粉添加量、烘烤时间与茶粉添加量的交互作用均不显著。

图12 茶粉粒度和烘烤温度的交互作用对感官评分的影响Fig.12 Effect of the interaction of tea powder size and baking temperature on the sensory score

图13 茶粉粒度和烘烤时间的交互作用对感官评分的影响Fig.13 Effect of the interaction of tea powder size and baking time on the sensory score

图14 茶粉添加量和烘烤温度的交互作用对感官评分的影响Fig.14 Effect of the interaction of tea powder adding amount and baking temperature on the sensory score

图15 茶粉添加量和烘烤时间的交互作用对感官评分的影响Fig.15 Effect of the interaction of tea powder adding amount and baking time on the sensory score

图16 烘烤温度和烘烤时间的交互作用对感官评分的影响Fig.16 Effect of the interaction of baking temperature and baking time on the sensory score

2.2.6 最佳工艺配方预测与验证 应用Design Expert 8.0.6对超微红茶蛋糕的硬度和感官性能评分进行综合分析,预测最佳工艺配方的条件为:茶粉粒度3806.88目,茶粉添加量4.30%,烘烤温度160.74 ℃,烘烤时间29.14 min。在此工艺条件下,蛋糕硬度预测值为726.17 g,感官评分预测值为77.13分。

为了检测软件模拟最佳值与实际情况之间的差距,采用以下工艺配方对预测值进行验证:茶粉粒度4000目,茶粉添加量4.30%,烘烤温度160 ℃,烘烤时间29 min。在此工艺条件下,红茶蛋糕硬度值为731.63 g,感官评分为78.20分,与预测指标相近。可见采用响应面法优化茶为红茶蛋糕生产工艺配方具有实际的应用价值。

3 结论

本研究以超微红茶粉为原料制作海绵蛋糕,通过单因素实验和响应面法Box-Behnken中心组合原理对蛋糕工艺进行优化,设计超微红茶粉的粒度、茶粉添加量、烘烤温度、烘烤时间四个因素对蛋糕硬度和感官评分的回归模型。通过对模型分析可知,各因素对超微红茶蛋糕硬度的影响顺序为:茶粉添加量>烘烤时间>烘烤温度>茶粉粒度,各因素对蛋糕感官评分的影响顺序为:茶粉添加量>茶粉粒度>烘烤时间>烘烤温度。超微红茶粉海绵蛋糕的最优工艺配方为:超微红茶粉粒度4000目、茶粉添加量4.30%、烘烤温度160 ℃、烘烤时间29 min,该条件下蛋糕硬度值为731.63 g,感官评分为78.20分,与模型预测值结果相近,表明响应面法优化超微红茶粉海绵蛋糕工艺切实可行。此工艺制作的蛋糕色泽呈红棕色,组织细腻,柔软有弹性,口感绵软,红茶香气纯正且馥郁,回味较好。