4种功能性低聚糖对海绵蛋糕的面糊性能和烘焙品质的影响

2019-06-20王永俊邓雯婷郑建仙黄卫宁

食品与机械 2019年5期

王永俊 - 邓雯婷 - 郑建仙 - 黄卫宁 -

(1. 华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州 510640；2. 江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡 214122)

蛋糕是一款深受消费者欢迎的美食，结构松软，口感与风味俱佳。但蛋糕也是一种高糖食品，现代社会许多疾病如肥胖症、糖尿病、高脂血症等，与高糖饮食直接或间接相关[1-4]。如何降低蛋糕的含“糖”量，一直是烘焙领域的研究热点[5]，目前，普遍采用糖醇、高倍甜味剂等低热量甜味剂代替蛋糕中的蔗糖，但使用纽甜、三氯蔗糖等高倍甜味剂完全替代蛋糕中的蔗糖时，会使蛋糕比容降低，组织发硬，可接受度降低[6-9]。Ronda等[10]发现，木糖醇海绵蛋糕在风味、回味等方面超过蔗糖海绵蛋糕，但是木糖醇价格高，且不能参与美拉德反应而影响产品色泽。

功能性低聚糖，如大豆低聚糖、低聚果糖、菊粉、低聚半乳糖、水苏糖、低聚木糖等，因不被人体消化吸收可直接进入大肠成为双歧杆菌的增殖因子，带来润肠通便、促进矿物质元素吸收、增强免疫力等多种益处，是重要的功能性食品原料[11]。同时，功能性低聚糖在甜度、水分活度、黏度等方面具有与蔗糖相似的性质[12]7,38,104，可在食品制作过程中代替蔗糖发挥相同的作用。因此，将功能性低聚糖应用到蛋糕当中，可降低蛋糕热值的同时，并带来保健功能。

本研究拟选用低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖和天然菊粉完全代替海绵蛋糕中的蔗糖，分别分析它们对面糊性能和蛋糕烘焙品质的影响，旨在为功能性低聚糖蛋糕的开发提供理论依据，以满足消费者的需求。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 试验材料

低聚异麦芽糖：IMO-900型，山东百龙创园生物科技有限公司；

低聚果糖：P95型，比利时Beneo-Orafti公司；

低聚半乳糖：900P型，云浮市新金山生物科技有限公司；

菊粉：GR型，比利时Beneo-Orafti公司；

低筋面粉、玉米油、白砂糖、鸡蛋：优级品，市售。

1.1.2 主要仪器设备

电烤箱：HK-60型，广东省中山市豪通有限公司；

布拉本德糊化黏度仪：803202型，德国Brabender公司；

旋转流变仪：HAKKE RS600型，热电(Karlsruhe)公司；

色彩色差仪：CR-400型，柯尼卡美能达有限公司；

质构仪：TA-XTPlus型，英国Stable Micro System有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 海绵蛋糕的制作方法海绵蛋糕配方见表1。制作步骤：将全蛋液置于打发盆中，中速打发3 min，加入蔗糖/功能性低聚糖，中速打发5 min，转高速打发10 min。加入过筛的低筋粉，搅拌混合5 min，加入玉米油和水，拌合3 min，即成蛋糕面糊。注模，烘烤条件：上下火190 ℃，25 min。

1.2.2 蛋液打发效果的测定分别测定蔗糖、4种功能性低聚糖的全蛋液打发效果，采用式(1)计算蛋液的起泡能力[13]。

(1)

式中：

FC——起泡能力，%；

V1——100 g全蛋蛋液的体积，mL；

V2——打发后的体积，mL。

表1 海绵蛋糕配方

1.2.3 面粉—糖混合粉糊化特性的测定按GB/T 14490—2008的方法，采用布拉本德糊化黏度仪测定面粉—糖(1∶1)混合粉的糊化特性。称量若干克的混合粉至布拉本德黏度仪测量杯中，加水至100 g，配制15%的浓度(按干基算)，以7.5 ℃/min速率从30 ℃升温至95 ℃，保温5 min，以同样速度降温到50 ℃保温5 min。测定条件：扭矩0.068 6 N·m，转速250 r/min。

1.2.4 面糊相对密度的测定面糊按照1.2.1的配方与步骤制作，取一个平底容器并测定其质量为m0；然后盛满纯水，记录容器与水的重量为m1；再将平底容器装满面糊，拍打三下并确保容器里的面糊不留有大气泡，抹平表面，此时记录容器与面糊的重量为m2。按式(2)计算出面糊的相对密度。

(2)

式中：

ρ面糊——相对密度，g/mL；

ρ水——水的密度，1 g/mL；

m0——容器质量，g；

m1——容器与水的质量，g；

m2——容器与面糊的质量，g。

1.2.5 面糊流变学特性的测定面糊按照1.2.1配方与步骤制作，5 min后取适量的面糊放置旋转流变仪测试板中心。该流变仪配置有Universal Peltier和水浴控温系统，流变仪平板直径27.83 mm，间隙1.0 mm，测试前调零。在恒温25 ℃、频率1 Hz的条件下，剪切速率在5 min 内从0.1 s-1线性增加至100 s-1，记录面糊黏度的变化。

1.2.6 海绵蛋糕比容的测定海绵蛋糕比容的测定，参照GB/T 14611—2008，蛋糕烘烤冷却后，去除表皮，切成边长约为2 cm的立方块，测定其质量为m，用菜籽置换法测量其体积，蛋糕比容采用式(3)计算。每组蛋糕重复测量6次，去除最大值最小值后计算平均值。

(3)

式中：

v——蛋糕比容，mL/g；

m——蛋糕块的质量，g；

V——蛋糕块的体积，mL。

1.2.7 海绵蛋糕色差的测定去除海绵蛋糕表皮后，使用便携式色差仪测定蛋糕芯的色差。每组测量5次取平均值。

1.2.8 海绵蛋糕质构特性的测定海绵蛋糕烘烤完成后，冷却至室温，去除表皮并切成边长为2 cm的立方测试块。测试参数设置：使用P/36R平底圆柱探头，触发值5 g，压缩比75%，循环数2，测试前速度5 mm/s，试验速度1 mm/s，返回速度5 mm/s。每个样品平行测定6次，去除最大值和最小值，取4个数的平均值。

1.2.9 海绵蛋糕感官分析参考GB/T 16290—1996并略加修改，选取色泽、风味、口感、甜度、回味、整体可接受度6个指标，采用9分标度法进行评价，即：符合需求的7～9分，尚好的4～6分，不符合需求的1～3分。参加感官评分的人员共11人(男∶女=4∶7)，评分前均经过简单的培训，分别评价焙烤后放置1，24，72 h的海绵蛋糕。5组试验样品随机编号，所得结果去除最大值和最小值后，取平均值进行分析。评分标准见表2。

1.2.10 数据分析试验所得数据用微软EXCEL 2013与SPSS 22.0进行统计与分析。

表2 感官评价标准

2 结果与分析

2.1 4种功能性低聚糖对海绵蛋糕面糊性能的影响

2.1.1 蛋液起泡能力与面糊相对密度 4种功能性低聚糖对全蛋液起泡能力、面糊相对密度的影响结果见表3。起泡能力是蛋液在打发过程中体积的增加率，即泡沫的生成能力。由表3可见：低聚果糖的起泡能力最强，比蔗糖高3%(P<0.05)，而低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、菊粉分别比蔗糖组低10%，18%，36%(P<0.05)。理想的起泡体系，应具备以下特点：① 蛋白质分子在搅打时快速移动至界面并重排定向；② 体系有中等强度的黏度并形成能抵挡剪切的膜。纯蛋液因为黏度过小，直接打发起泡效果不好，而加入糖后可以提高体系黏度，经搅打得到蓬松稳定的泡沫体系。低聚果糖水溶液的黏性与蔗糖相当[12]104，所以两者打发效果较为接近。而菊粉最不利于蛋液打发起泡，可能是天然菊粉的聚合度与其他4种糖相比较高，分子中具有较多活性羟基，具有良好的亲水性，与蛋白质分子竞争性结合蛋液里的水分子[14]，减缓蛋白质分子在界面上扩散与重新排列的速度，黏度过大，空气不易进入内部形成气泡。

表3 面糊的起泡能力、相对密度、稠度系数和流动特性指数†

† 同列字母不同表示显著性差异(P<0.05)。

低聚果糖、低聚半乳糖面糊的相对密度与蔗糖组相比无显著性差异(P>0.05)，而低聚异麦芽糖、菊粉组的面糊相对密度比蔗糖组分别高5.6%和52.3%(P<0.05)。试验还发现，面糊的相对密度与该糖蛋液的起泡能力呈显著负相关，Pearson相关系数为-0.911(P<0.05)，即起泡能力越强，面糊相对密度越小。

2.1.2 流变学特性 5种面糊的表观黏度随剪切速率变化的结果见图1。结果表明，在剪切速率变化范围内，5种面糊的表观黏度很好地拟合了幂律方程(μ=K×γn-1)，试验组和对照组的R2>0.99，稠度系数K和流动特性指数n见表3。面糊的流变学性质是影响蛋糕体积和质构的主要因素之一[15]，其中又以面糊黏度最为重要，它与焙烤制品最终质量密切相关，面糊的初始黏度和加热过程中黏度的变化分别决定了气泡的结合能力和气泡的稳定性[16]。

试验结果表明，用低聚果糖代替海绵蛋糕中的蔗糖，两者面糊稠度系数、流动特性指数在统计上无显著性差异(P>0.05)，显示出良好的替代性。这可能是低聚果糖的黏性、吸湿性、保湿性等食品应用特性都与蔗糖相近[12]38。用低聚异麦芽糖代替蔗糖则会显著提高面糊的黏度(P<0.05)，与窦光朋等[17]的研究结果一致，低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、菊粉面糊的黏度分别是蔗糖组的2.19，2.79，29.76倍(P<0.05)，可能与低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、菊粉的多羟基结构有关，表现出与水分子有较强的结合能力，从而限制水的活度，增加了面糊黏度。试验还发现，面糊的相对密度与面糊的稠度系数呈极显著正相关关系(P<0.01)，即相对密度大的面糊拥有较高的黏度。

2.1.3 糊化特性使用布拉本德微型糊化黏度仪测定面粉—糖1∶1混合粉的糊化特性，结果见表4。结果表明，4种功能性低聚糖和蔗糖一样，都可以显著地提高低筋粉的糊化起始温度(P<0.05)，而使峰值黏度、恒温阶段起始黏度、冷却阶段起始黏度、冷却阶段结束黏度、恒温阶段结束黏度、崩解值、回升值显著下降(P<0.05)。说明4种功能性低聚糖、蔗糖分子可与淀粉颗粒竞争性结合水分子，从而降低水分活度和利用率[18]，或与淀粉链之间形成交联作用“糖桥”，限制淀粉膨胀并稳定结晶区，因此需要更多的能量(外部加热)才能使其分开[19]。面糊的糊化起始温度升高后，可以延迟烘焙时气泡的溢出，从而帮助蛋糕形成疏松多孔的结构。低聚异麦芽糖、低聚果糖、菊粉3组的糊化起始温度比蔗糖组高约2 ℃(P<0.05)，展现出良好的替代性，而低聚半乳糖组则比蔗糖组低1.3 ℃(P<0.05)。

图1 面糊表观黏度随剪切速率的变化图

组号糊化起始温度/℃峰值黏度/BU恒温阶段起始黏度/BU冷却阶段起始黏度/BU崩解值/BU回升值/BU恒温阶段结束黏度/BU冷却阶段结束黏度/BU158.9±0.2d632±3a507±6a373±3a260±3a171±2a580±3a543±3a268.8±0.1b148±1b143±1b100±2b48±1b72±1b186±2b173±2b370.7±0.1a133±2d124±1d89±1d44±1c54±1f169±1d144±2f470.7±0.1a140±2c128±1c92±1c47±1b58±1d176±2c150±2e567.5±0.3c145±1b131±2c100±1b46±1b62±1e178±2c161±1d670.6±0.2a100±2e86±1e82±1e18±1d50±1c154±1e132±1c

† 同列字母不同表示有显著性差异(P<0.05)；组号1～6分别表示纯小麦粉、蔗糖混合粉、低聚异麦芽糖混合粉、低聚果糖混合粉、低聚半乳糖混合粉、菊粉混合粉。

2.2 4种功能性低聚糖对海绵蛋糕烘焙品质的影响

2.2.1 比容、色差和质构特性使用色差仪测定5种海绵蛋糕芯的色差，结果见表5。从表5中可以看出，使用4种功能性低聚糖替换海绵蛋糕中的蔗糖，蛋糕芯的亮度会显著降低(P<0.05)，低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、菊粉组的亮度分别比蔗糖组低5.52%，5.19%，3.79%，17.65%，说明它们美拉德反应和焦糖化反应较为强烈。蔗糖组偏绿的倾向较大，低聚异麦芽糖、低聚果糖组与蔗糖组相比在统计上没有显著性差异(P>0.05)，而低聚半乳糖、菊粉海绵蛋糕的偏绿倾向较小(P<0.05)。低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、菊粉组蛋糕的b*值比蔗糖组高(P<0.05)，而低聚果糖比蔗糖组低(P<0.05)。

海绵蛋糕的比容、质构特性数据见表6。结果表明，使用低聚果糖代替海绵蛋糕中的蔗糖，两者的比容数据在统计学上无显著性差异(P>0.05)，低聚异麦芽糖、低聚半乳糖组的比容分别比对照组低11.75%和14.10%(P<0.05)。对于松软可口的海绵蛋糕而言，其烘焙品质高低与硬度、胶黏性、咀嚼性大小是负相关的关系，而与内聚性、弹性、回复性大小呈正相关关系。因此，结合质构特性数据可以看出，低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖海绵蛋糕的硬度、胶黏性、咀嚼性均比蔗糖海绵蛋糕低，而内聚性、弹性、回复性与蔗糖组相近，展现出良好的替代性。菊粉海绵蛋糕比容最低，比对照组低30.89%，蛋糕的硬度最大，弹性和回复性差，罗登林等[14,20]认为菊粉的聚合度相对较高，分子中活性羟基较多，吸水极强，因此面糊黏度大，阻碍了水蒸气的形成和气体的散失，不利于面糊体积的膨胀，增加焙烤食品的硬度。试验结果还发现，海绵蛋糕比容与面糊的相对密度呈显著负相关，Pearson相关性系数为-0.879(P<0.05)，即面糊密度越大，蛋糕比容越小。

表5 4种功能性低聚糖对海绵蛋糕色差的影响†

† 同列字母不同表示有显著性差异(P<0.05)。

表6 海绵蛋糕的比容、质构数据†

† 同列字母不同表示有显著性差异(P<0.05)。组号1～5分别表示蔗糖海绵蛋糕、低聚异麦芽糖海绵蛋糕、低聚果糖海绵蛋糕、低聚半乳糖海绵蛋糕、菊粉海绵蛋糕。

2.2.2 感官评价采用9分标度法对5种海绵蛋糕进行感官评价，结果见图2。由图2可知：菊粉海绵蛋糕在72 h 贮藏期内6个维度的得分都是最低的，新鲜出炉的菊粉海绵蛋糕可接受度仅为4.23分，远远低于蔗糖组的8.32分，贮藏72 h的菊粉海绵蛋糕可接受度变得更低，为3.23分。由于菊粉具有极强的吸水性，其海绵蛋糕成品口感较差，咀嚼时粉质感强烈，让人觉得干燥而难以下咽。Fernanda等[21]的研究也认为，含有菊粉的蛋糕比对照组硬度更大和更脆，最终降低菊粉蛋糕的可接受度。使用低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖制作的海绵蛋糕，其在1 h时成品色泽、风味、口感三方面与蔗糖组相近，这3种蛋糕外观金黄色，颜色均匀，具有蛋糕应有的香气，入口软绵，回味纯正愉快，但是在甜度方面远远落后于蔗糖组，三者的可接受度分别为6.93，7.05，6.58分，蔗糖组为8.12分。低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖贮藏72 h后整体可接受度分别为5.84，6.48，6.37分。因此，从整体上看，使用低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖完全代替海绵蛋糕中的蔗糖，在72 h 的贮藏期内，应用效果是可以接受的(可接受度>5分)。

3 结论

本试验探究了4种功能性低聚糖对海绵蛋糕的面糊性能和烘焙品质的影响，结果表明：低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖的面糊性能与蔗糖组较为接近，显示出良好的替代性；同时，海绵蛋糕的比容、色差、质构特性和感官数据说明，使用这3种糖制作的海绵蛋糕贮藏3 d后依然是可接受的，但是甜度方面仍有待加强。菊粉由于吸湿性极强，其海绵蛋糕成品比容小，硬度大，咀嚼时粉质感强烈，可接受度最低。