黑芝麻蛋糕配方优化及质构特性研究

赵谢，甘巧，汤思忆，陈泗林，周航，范文教

（四川旅游学院食品学院，四川成都610100）

黑芝麻又名黑脂麻、胡麻、巨胜等，是脂麻科（胡麻科）脂麻属植物脂麻的干燥成熟种子，主要分布在我国江淮区和华南区，东北、西北和云贵高原区较少，是我国传统的滋补肝肾类中药，为药食兼用品种，不仅在传统食品中应用广泛，还具有独特的营养保健功能和医药治疗功能，极具开发前景。黑芝麻虽小，但他的功能却很大，有着广泛的药理作用和保健作用。其富含钙、磷、铁等矿物元素和维生素以及大量的脂肪和蛋白质，除此之外还含有木脂类素，包括芝麻素、芝麻素酚、芝麻林素等[1]，现代研究表明，黑芝麻具有强抗氧化功能、调节脂质代谢、降低胆固醇、保护肝脏、降低血压、抗癌等功能。长期食用有医疗保健之功效，如健胃、保肝、促进红细胞生长等，也有利于头发生长和防止头发的脱落。

随着近年来黑色食品的兴起与迅速走红，作为“黑五类”之首的黑芝麻，首当其冲成为一个火热的研究话题，其中有黑芝麻中黑色素的提取与研究、芝麻蛋白的研究与应用，以及黑芝麻保健食品的研究等[2-6]。在国内市场上多将黑芝麻加工成糊类、羹类食品，或者制备芝麻油等；黑芝麻也用作药膳的制作，以黑芝麻为原料的营养保健食品也越来越多[7-9]。而本产品将响应面法应用到黑芝麻蛋糕配方的确定中，优化其配方原料，使其风味口感独特，营养结构完善，成为新兴的一种即食食品。

1 材料与方法

1.1 试验材料

黑芝麻粉：湖北馥雅食品科技有限公司；白砂糖：成都市糖酒有限责任公司；鸡蛋：市售，符合国家卫生标准；色拉油、盐、低筋粉、鸡蛋、塔塔粉、泡打粉：市售。

1.2 试验设备与仪器

EK328香山电子秤：广东山衡器集团股份有限公司；XYF-3K远红外线食品烤炉：广州红菱电热设备有限公司；TMS-PRO食品物性分析仪：美国FTC公司；打蛋器、量筒、烧杯、不锈钢筛网、长柄刮刀、模具、牛皮纸、羊毛刷。

1.3 试验方法

1.3.1 黑芝麻蛋糕的制作工艺

原料预处理：按基础配方称量好原料，并将蛋白、蛋黄分离，低筋面粉加入玉米淀粉、盐、泡打粉混合均匀过筛后备用。

面糊调制：在蛋黄中加入黑芝麻和白糖，搅打均匀，然后分3次～4次加入色拉油、牛奶，搅打至蛋黄液体均匀、浓稠，没有油水分离的现象；轻轻加入过筛后的面粉，低速搅拌均匀，液体不能出现面粉颗粒。

蛋白膏制备：蛋白中加入塔塔粉（去除蛋腥味），用打蛋器打出鱼眼形的大泡，然后加入白糖，剩余的白糖每搅打1 min～2 min加入一次，分两次加入，直到蛋白硬性发泡。

调糊与装杯：取出1/3的蛋白膏和之前拌匀的面粉混合，用橡皮刮刀切拌均匀，然后将混合好的面糊倒入蛋白中，迅速的切拌均匀；加入量以蛋糕模具的1/2杯为宜，然后抖动模具排除里面不均匀的大气泡

烘烤：设定烤箱的温度为上火200℃，下火180℃，烘烤9 min将烤盘掉头，23 min时蛋糕表面呈深黄色时即可出炉。

1.3.2 工艺流程

1.4 试验设计

1.4.1 对比试验

在黑芝麻粉添加量与低筋面粉添加量比例相同的情况下，制作4款黑芝麻蛋糕：戚风蛋糕、海绵蛋糕、重油蛋糕以及蜂巢蛋糕，对产品进行品质对照，最终选取戚风蛋糕配方作为本试验的基础配方。

1.4.2 单因素试验设计

通过前期预试验，在基础配方中，选取3种对蛋糕品质影响最显著的因素：黑芝麻粉的添加量、蛋白中糖的添加量、低筋面粉和玉米淀粉的比例作为试验因素，通过感官评分探讨其对蛋糕口味和品质的影响，筛选出最佳参数，并在此基础上设计响应面试验。

1.4.3 响应面优化配方设计

根据单因素试验相关性及显著性结果分析，筛选出显著影响感官评分的参数，选择黑芝麻粉的添加量、蛋白中糖的添加量糖、低筋面粉和玉米淀粉的比例为自变量，根据Box-Behnken试验设计原理采用三因素三水平的响应面分析试验，确定黑芝麻蛋糕配方的最佳参数。

1.5 指标与检测方法

1.5.1 黑芝麻蛋糕感官评定标准

按照戚风蛋糕的评定标准，通过感官评价法。参与感官评价的人员为食品专业学生10人，每位评分人员分别从黑芝麻蛋糕外观形态、弹柔性、内部结构、口感、气味5个方面对黑芝麻蛋糕进行感官评价，结果取平均值，评定标准见表1，采用百分制。

表1 黑芝麻戚风蛋糕感官评价表Table 1 Sensory evaluation standards of black sesame cake

1.5.2 比容测定

蛋糕比容评分：蛋糕出炉后自然冷却至室温，脱模称重（精确至0.1 g），用“小米替换法”测量蛋糕体积（精确至1 mL），体积与质量之比即为比容（mL/g）；比容值为4.8时分值最高为30分，每减少或增加0.1分，值均减少1分。

1.5.3 质构指标检测方法

试验采用美国FTC公司TMS-PRO型高精度专业食品物性分析仪对样品进行测试，选择质构仪测试程序，测定条件为：测试速度1 mm/s；压缩比例60%；最小感应力0.375 N。每个样品平行测定3次，取平均值。选取内聚性（cohesiveness）、硬度（hardness）、咀嚼性（chewiness）、胶黏性（gumminess）作为评定黑芝麻蛋糕质构特性的指标。

1.5.4 质构特性与感官评分相关性分析

采用SPSS（17.0）软件对17个黑芝麻蛋糕产品的感官评分和质构特性的相关性进行分析，得到感官评分与内聚性、咀嚼性、硬度、胶黏性之间有线性关系。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 黑芝麻粉的添加量对黑芝麻蛋糕品质的影响

不同黑芝麻粉的添加量对黑芝麻蛋糕品质的影响如图1所示。

图1 黑芝麻粉的添加量对黑芝麻蛋糕品质的影响Fig.1 The effect of the addition about black sesame on cake’s quality

根据感官评分折线图可知，当黑芝麻粉添加量为23 g时，感官评分取得峰值。此时黑芝麻蛋糕呈特有的灰黑色，黑芝麻味浓郁，整体感官愉悦，滋味协调。当黑芝麻粉添加量太少时，黑芝麻味不明显，且颜色呈浅灰色，而当黑芝麻添加量继续增加时，蛋糕的口感下降，咀嚼时颗粒感明显且出现油腻感，黑芝麻内含油脂，对蛋糕比容影响显著，由图1可知，随着黑芝麻粉添加量的增加，比容得分先增加后下降，在添加量为20 g时，比容值达到峰值。综合考虑当黑芝麻粉的添加量在20 g～26 g之间，能够取得较为满意的感官品质。

2.1.2 蛋白中糖的添加量对黑芝麻蛋糕品质的影响

蛋白中糖的添加量对黑芝麻蛋糕品质的影响见图2。

图2 蛋白清中糖的添加量对黑芝麻蛋糕品质的影响Fig.2 The effect of the addition about sugger in the egg white on cake’s quality

蛋白中白砂糖的添加量对蛋白膏的打发起着重要作用，进而影响蛋糕的蓬松度，由比容折线图2可知，随着蛋白中糖的增加，比容值呈持续上升的趋势，在添加量为32 g时值最大，此时，蛋糕最为蓬松。甜味是调整和协调平衡风味、掩蔽异味、增加适口性的重要因素[10]，因此，白砂糖的添加量对黑芝麻蛋糕口味的影响至关重要，由感官评分柱形图可知，当白砂糖添加量为37 g时，感官得分最高。综合考虑，取蛋清中的白砂糖的添加量在32 g～42 g时较为恰当。

2.1.3 玉米淀粉和低筋面粉比例对黑芝麻蛋糕品质的影响

以低筋面粉和玉米淀粉的总量为47 g恒定不变。在蛋糕中加入玉米淀粉可以使蛋糕口感细腻，蛋糕外皮也十分细腻漂亮。玉米淀粉和低筋面粉比例对黑芝麻蛋糕品质的影响见图3。

图3 玉米淀粉和低筋面粉比例对黑芝麻蛋糕品质的影响Fig.3 The effect of the proportion of low gluten flour and corn flour on cake’s quality

由图3中感官评分的折线图可知，随着玉米淀粉量的增加，感官评分先下降，后上升至相对稳定。当玉米淀粉添加量为4 g时，感官评分和比容值都与整体的变化趋势相差很大，所以此时的值不予以考虑。由图3可知玉米淀粉的添加量对黑芝麻蛋糕的比容影响不大，对其口感有较大的影响，因此，玉米淀粉和低筋面粉的比例为 8∶39、10∶37、12∶35 3个水平做响应面试验进行优化。

2.2 响应面法优化模型的建立及其方差分析

根据单因素试验结果，根据Box-Behnken的中心组合设计原理，采用响应面法设计三因素三水平试验方案。响应变量Y为感官评分，响应因素A为黑芝麻粉添加量，B为玉米淀粉和低筋面粉的比例，C为蛋清中糖的添加量。具体试验因素水平见表2。

表2 响应面试验因素与水平表Table 2 Response surface test factor and level table

根据设计的试验方案，以不同的黑芝麻粉添加量、蛋清中糖的添加量、玉米淀粉和低筋面粉的比例进行17次试验，其中12个试验点为分析因点，自变量取值由A，B，C构成；余下为区域中心点，中心点试验重复5次用于估计试验误差。试验方案采用以感官评分为响应值得单一试验结果，利用Box-Behnken设计矩形回归拟合综合感官评分与各个响应因素之间的回归方程，其响应数据见表3。方程回归分析结果及方差分析见表4。

表3 响应面试验设计结果Table 3 The results of Response surface test

续表3 响应面试验设计结果Continue table 3 The results of Response surface test

表4 响应面回归结果及方差分析Table 4 Response surface regression results and analysis of variance

由表4可知，本模型显著性检验p＜0.001，表明该模型极显著。由表4知对黑芝麻蛋糕感官评分所建立的回归模型极显著（p＜0.01）。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。本模型p值为0.054 0＞0.05，对模型是有利的，无失拟因素存在，说明该方程拟合度良好。

用软件对表3中数据进行二次多元回归拟合分析，得到感C官综合评分对响应面的二次多项回归方程如下：

在所选取的三因素水平范围内，F值代表各因素对感官评分的影响程度，F值越大，影响越大。由表4可得，本试验中，按照对感官评分结果影响排序为：蛋白中糖的添加量（B）＞黑芝麻粉添加量（A）＞玉米淀粉和低筋面粉的比例（C）。此外，回归模型的诊断分析表明，模型的信噪比（Adeq P）=25.404，一般认为模型的可接受信噪比大于4，说明模型的拟合度和可信度相当高[11]；模型的校正决定系数AdjR2为0.987 9，说明模型能够接受98.79%响应值的变化。

2.2.1 等高线图及响应面图分析

响应面图能直接反应各因素与响应值的关系及各个因素间的相互作用，响应面坡度越陡、等高线密集成椭圆形表明两个因素交互作用的影响越大[12]。为了更直观地反映响应因素对响应值的影响，对获得的回归模型进行等高线图及响应面图分析，结果如图4～图 6。

图4 黑芝麻粉的添加量（A）和玉米淀粉和低筋面粉的比例（B）对蛋糕品质影响的三维响应分析图和等高线图Fig.4 Three-dimensional response analysis and contour map of the effect of the addition of black sesame powder and the amount of sugar in the egg white on the quality of the cake

图5 黑芝麻粉的添加量（A）和蛋白中糖的添加量（C）对蛋糕品质影响的三维响应分析图和等高线图Fig.5 The three-dimensional response analysis and contour map of the effect of the addition of black sesame powder and the proportion of corn starch and low gluten flour on the quality of the cake

图6 玉米淀粉与低筋面粉的比例（B）和蛋白中糖的添加量（C）对蛋糕品质影响的三维响应分析图和等高线图Fig.6 The three-dimensional response analysis and contour map of the effect of the addition of sugar in the egg white and the proportion of corn starch and low gluten flour on the quality of the cake

从图4～图6可以看出，3个响应面均为开口向下的凸行曲线，说明响应值存在极大值，说明配方的最优条件存在于所设计的因素水平范围内。可以看出，3个响应因素在选定的范围内都存在响应极值，且A和B交互作用以及A和C交互作用显著，B和C交互作用不显著，结果与方差的结果一致。由等高线和响应面图分析，结合回归模型可以预测出黑芝麻蛋糕感官评分最大响应值，即黑芝麻添加量为26.00 g，玉米淀粉和低筋面粉的比例为8.79∶38.21（低筋面粉添加量为38.21 g，玉米淀粉添加量为8.79 g），蛋白中白砂糖的添加量为35.46 g，黑芝麻蛋糕的感官评分为91.04。

2.2.2 黑芝麻蛋糕最佳工艺参数的确定

为了验证预测值和真实值之间的拟合，检查该响应面法优化条件的可靠性，将预测出来的黑芝麻蛋糕感官评分最大响应值作为最优配方进行试验验证，根据实际操作的可行性[13]，验证试验将响应因素值调整为黑芝麻添加量为26.00 g，玉米淀粉和低筋面粉的比例为9∶38（低筋面粉添加量为38 g，玉米淀粉添加量为9 g），蛋白中白砂糖的添加量为36 g。对此条件进行3次平行试验验证得黑芝麻蛋糕感官评分为90.89，与预测结果误差仅为0.13，可见该模型可靠性较高。因此，基于响应面法所得的黑芝麻蛋糕最佳配方参数准确可靠，具有一定的实用借鉴价值。

2.3 黑芝麻蛋糕感官评分与质构特性相关性分析

用质构仪对黑芝麻蛋糕进行TPA测试之后，得到其咀嚼性（chewiness）、胶粘性（gumminess）、硬度（hardness）和内聚性（cohesiveness）4个质构指标的平均值。具体结果见表5。

表5 黑芝麻蛋糕质构特性测试结果Table 5 The results of texture properties of black sesame cake

将黑芝麻蛋糕感官评分及质构特性指标经SPSS17.0分析后，得到感官评分Y与咀嚼性（a）、胶粘性（b）、硬度（c）、内聚性（d）之间有线性关系，多元二次回归方程为：Y=103.064-1.96a+2.21b-2.216c-17.382d。

3 结论

通过单因素试验和响应面试验得出黑芝麻蛋糕的最佳配方为：黑芝麻添加量26 g，面粉添加量38 g，玉米淀粉添加量9 g，蛋白中白砂糖添加量36 g，鸡蛋添加量120 g，塔塔粉添加量1 g，盐添加量1 g，色拉油添加量18 g，水添加量32 g，蛋黄中白砂糖添加量20 g，在此配方下黑芝麻蛋糕感官评分可达90.89。同时，在试验范围内建立的回归模型可靠有效，且拟合度较好，研究结果可为黑芝麻蛋糕的工业化生产提供参数依据。

所得的17个黑芝麻蛋糕样品进行TPA测试，得到硬度、胶粘性、咀嚼性的质构特性数据，在此基础上，质构特性与感官评分通过SPSS17.0软件分析处理，得到多元线性回归方程为：Y=103.064-1.96a+2.21b-2.216c-17.382d。