大豆分离蛋白海绵蛋糕加工工艺优化及其质构特性评价

李雨奇

（吕梁学院生命科学系，山西 吕梁 033000）

传统海绵蛋糕利用了鸡蛋蛋清中蛋白质的起泡性，是以鸡蛋、面粉和白糖为原料，经搅打、调糊、焙烤而得到的一款方便食品，因具有柔软蓬松的组织状态，口感好且易于咀嚼和消化而备受大众的喜爱[1-2]。近年来，植物源蛋白质在传统食品中的发展和应用越来越受到重视，同时随着蛋清蛋白的价格持续上涨，需要寻求一种绿色、健康且价格适宜的植物源蛋白部分代替动物源蛋白，来生产新型海绵蛋糕，成为了市场趋势。

大豆分离蛋白（soy protein isolate，SPI）是来源于植物的优质蛋白，其蛋白质吸收率与鸡蛋蛋清相接近，但其脂肪和胆固醇含量远低于鸡蛋蛋清[3-4]。将SPI应用到食品加工中，不仅可以作为营养成分，还可以在发挥其蛋白质的良好功能特性的同时，减少消费者对脂肪、胆固醇等脂类物质的过多摄入。因此SPI目前在肉制品、面制品、果蔬制品、乳制品、调味品等加工领域均发挥着重要作用[5-7]。目前，SPI在烘焙蛋糕中的应用也受到了研究者的广泛关注。李维瑶[8]用SPI替代25%蛋清蛋白，制作出了质构与感官方面比传统蛋糕都更优的蛋糕；另外SPI的加入也可缓解蛋糕的老化，从而延长其货架期[8]。谢晋等[9]研究表明，在蛋糕中加入SPI会增大加工过程中蛋糊的比重，同时使其黏度降低，当替代率为10%时制备得到的蛋糕，在感官方面与传统蛋糕接近，没有显著性差异。史双枝等[10]通过正交试验发现，在蛋糕的加工中，当SPI取代鸡蛋的比例为20%时，蛋糕的感官评分最佳，此时可形成稳定的亚稳态泡沫，有助于蛋糕形成稳定的组织结构。王丽杰等[4]发现加入改性大豆分离蛋白可提高戚风蛋糕的咀嚼性和弹性，降低硬度、内聚性和胶性。使用SPI部分替代蛋清用于蛋糕中，不仅可降低生产成本，还可以实现营养的互补，增加蛋糕中氨基酸的种类与含量，获得植物蛋白保健功效的同时，避免动物蛋白及脂肪的过量摄入，具有一定的市场前景。

因此，本文拟采用SPI为辅料，依次利用单因素和正交试验，研究SPI的不同取代量对海绵蛋糕感官品质和质构特性的影响，确定SPI海绵蛋糕加工工艺的最佳参数，从而得到营养美味的新型海绵蛋糕，也可为大豆分离蛋白的综合利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆分离蛋白（食品级）：河南万邦实业有限公司；鸡蛋、低筋面粉、黄油、白砂糖、牛奶：市售。

1.2 仪器与设备

打蛋器（DH133-2）：中山市德和电机有限公司；电烤箱（VH-12）：广州旭众食品机械有限公司；电子天平（WT）：杭州万特衡器有限公司；电热鼓风干燥箱（H2475）：河北朵麦信息科技有限公司；色差仪（CM-5型）：柯尼卡美能达控股公司；质构仪（TMS-Pilot）：美国Food Technology Corporation公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

原辅料预处理→双蛋白打发→入模→烘烤→出炉→冷却后脱模→成品。

1.3.2 操作要点

1）面糊的制备：将鸡蛋黄、牛奶、黄油等原料混合后用打蛋器搅拌均匀，之后加入过筛的低筋面粉，用硅胶铲从同一方向翻拌均匀，制成面糊备用。

2）蛋白膏的制作：将一定量的SPI部分取代鸡蛋清，并与鸡蛋清、白砂糖混合，于容器中用打蛋器高速搅打至蛋清呈白色泡沫状，即为蛋白膏。

3）蛋糕的制作：将步骤2）中制备好的蛋白膏放入步骤1）制备得到的面糊中，搅拌均匀后即成蛋糊，将其注入模具中，轻轻震出气泡。放入烤箱中，上下火180℃，烘烤20 min，将烤好的蛋糕倒扣冷却后脱模。

1.3.3 单因素试验

1.3.3.1 SPI取代量对SPI海绵蛋糕的影响

以低筋面粉和SPI加入量的总和为100%的基准，加入白砂糖25%，黄油7.5%，分别将SPI取代鸡蛋清的量控制为10%、15%、20%、25%、30%，与鸡蛋清混合后用打蛋器高速打发7.5 min，按照工艺流程制备海绵蛋糕，比较不同SPI取代量对产品感官的影响。

1.3.3.2 白砂糖添加量对SPI海绵蛋糕的影响

以低筋面粉和SPI加入量的总和为100%的基准，白砂糖 15%、20%、25%、30%、35%，黄油 7.5%，将 SPI取代鸡蛋清的量控制为20%，与鸡蛋清混合后用打蛋器高速打发7.5 min，按照工艺流程制备海绵蛋糕，比较白砂糖添加量对产品感官的影响。

1.3.3.3 黄油添加量对SPI海绵蛋糕的影响

以低筋面粉和SPI加入量的总和为100%的基准，白砂糖25%，黄油 2.5%、5.0%、7.5%、10.0%、12.5%，将SPI取代鸡蛋清的量控制为20%，与鸡蛋清混合后用打蛋器高速打发7.5 min，按照工艺流程制备海绵蛋糕，比较黄油添加量对产品感官的影响。

1.3.3.4 打发时间对SPI海绵蛋糕的影响

以低筋面粉和SPI加入量的总和为100%的基准，黄油7.5%，白砂糖25%，将SPI取代鸡蛋清的量控制为20%，与鸡蛋清混合后分别用打蛋器高速打发2.5、5.0、7.5、10.0、12.5 min，按照工艺流程制备海绵蛋糕，比较打发时间对产品感官的影响。

1.3.4 正交试验

在单因素试验基础上，对SPI取代量、白砂糖添加量、黄油添加量以及打发时间这4个因素设计L9（34）正交试验，以SPI海绵蛋糕的色泽、外观、口感和组织状态4个方面的感官品质评分为指标，确定海绵蛋糕加工过程的最佳工艺参数，正交试验因素水平如表1所示。

表1 正交试验因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.3.5 感官评价

选择10名具备一定感官评价经验的食品科学专业的师生组成感官评审小组，分别对SPI海绵蛋糕的外形、口感、色泽和组织结构4个方面进行感官品质的评价，总分为100，感官评分的标准如表1所示[11]。

表2 海绵蛋糕感官评价表Table 2 Sensory evaluation of sponge cake

1.3.6 蛋糕品质的测定

1.3.6.1 水分含量

参照王颖等[12]的方法测定海绵蛋糕水分含量。

1.3.6.2 比容

参照文献[9]采用油菜籽置换法测定并按以下公式计算海绵蛋糕的比容。

1.3.6.3 高度差及烘焙损失率

蛋糕纵切面上端的最高点与最低点的高度差即为蛋糕的高度差，烘焙损失率的计算公式如下。

式中：m1为烘焙前蛋糕的质量，g；m2为烘焙冷却后蛋糕的质量，g。

1.3.6.4 色泽

采用色差计测定蛋糕纵切面的L*值。

1.3.7 质构分析

选择TMS-75mm圆盘挤压探头进行质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）[13]，测定海绵蛋糕的弹性、硬度、咀嚼性、胶黏性，参数设定为形变量30%，测试速度30 mm/min，压缩间隔时间1.00 s，触发力0.30 N。

1.3.8 微生物指标

参照GB 4789.2—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》平板计数法测定SPI海绵蛋糕的菌落总数，参照GB 4789.3—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》平板计数法测定SPI海绵蛋糕的大肠菌群。

1.4 数据处理

所有试验数据至少重复测定3次，试验数据以平均值±标准差的形式表示。采用SPSS17.0软件处理数据并进行显著性检验，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 单因素试验分析

2.1.1 SPI取代量对SPI海绵蛋糕的影响

SPI取代量对SPI海绵蛋糕感官评分的影响如图1所示。

图1 SPI取代量对SPI海绵蛋糕感官评分的影响Fig.1 Effect of SPI substitution on the sensory score of SPI sponge cake

由图1可知，SPI部分代替蛋清会影响蛋糕的感官品质，随着SPI取代量的升高，SPI海绵蛋糕的感官评分呈现先增加后减小的趋势。当SPI取代量为20%时，其感官品质的评分最高，达到90分。试验过程中发现，随着SPI取代量的增加，SPI海绵蛋糕的蛋白膏的打发程度增强。这是由于大豆分离蛋白能够快速吸附气液界面的空气并形成泡沫，且在起泡过程中其浓度的提高有助于大豆分离蛋白分子在短时间内与更多的气泡结合，从而增强其起泡能力，形成更加稳定的泡沫[14]，由此使得海绵蛋糕的内部结构致密，气孔分布均匀，感官评分增加。但之后随着SPI取代量的增加，其感官评分缓慢下降，这是由于当SPI的取代量过多时，会赋予海绵蛋糕一定的豆腥味，不符合大众口味的要求。同时在试验中发现，当大豆分离蛋白溶液浓度较高时，其起泡能力降低，从而影响海绵蛋糕的膨起。李维瑶[8]研究结果表明，当溶液中大豆分离蛋白浓度高于10%时，其组织状态较为黏稠，因此会阻碍大豆分离蛋白分子从溶液内部至气液界面的转移，导致起泡性下降，这与本研究结果相似。因此，SPI取代量为20%较为合适。

2.1.2 白砂糖添加量对SPI海绵蛋糕的影响

白砂糖添加量对SPI海绵蛋糕感官评分的影响如图2所示。

图2 白砂糖添加量对SPI海绵蛋糕感官评分的影响Fig.2 Effect of white granulated sugar addition on the sensory score of SPI sponge cake

由图2可知，随着白砂糖添加量从15%增加至35%，SPI海绵蛋糕的感官评分先升高后降低。当白糖添加量为25%时，SPI海绵蛋糕的感官评分出现最大值，达到90分；之后随着白砂糖加入量的增大，其感官品质评分略有下降。白砂糖的添加可以增加蛋糕的甜味、减少豆腥味，有助于蛋糕在烘烤过程中表面金黄色色泽的形成，但是当白砂糖的添加量过多时，不仅会使得海绵蛋糕的口感过于甜腻，而且更容易使蛋糕烤焦，使得口感变差，从而降低其感官品质[15]。因此，白砂糖添加量为25%较为合适。

2.1.3 黄油添加量对SPI海绵蛋糕的影响

黄油添加量对SPI海绵蛋糕感官评分的影响如图3所示。

图3 黄油添加量对SPI海绵蛋糕感官评分的影响Fig.3 Effect of butter addition on the sensory score of SPI sponge cake

由图3可知，随着黄油添加量从2.5%增加到7.5%，SPI海绵蛋糕的感官评分升高，当黄油添加量为7.5%时，其感官品质评分最高，达到93分。这是因为油脂具有疏水性，可在一定程度上抑制面筋的形成，降低面团的内聚力，使得成品海绵蛋糕具有蓬松绵密的结构，同时也可以赋予其光泽和黄油浓郁的香气[16]，故其感官评分升高。而在此之后随着黄油添加量的继续增大，SPI海绵蛋糕的感官品质评分出现下降趋势，这是由于黄油量过多时，容易打发过度，使得最终的蛋糕组织结构发软。因此，黄油添加量为7.5%时较为合适。

2.1.4 打发时间对SPI海绵蛋糕的影响

打发时间对SPI海绵蛋糕感官评分的影响如图4所示。

图4 打发时间对SPI海绵蛋糕感官评分的影响Fig.4 Effect of whisk time on the sensory score of SPI sponge cake

由图4可知，随着打发时间从2.5min增加为7.5min，SPI海绵蛋糕的感官品质评分明显升高，当打发时间为7.5 min时，其感官品质评分最高，为95分。当打发时间超过7.5 min后，随着打发时间的继续增加，SPI海绵蛋糕感官评分出现下降趋势。因为一定的打发时间，有利于蛋白泡沫的形成，从而赋予海绵蛋糕蓬松的组织结构，提升其口感；但当打发时间大于7.5 min时，由于过长的打发时间使得蛋白膏打发过度，导致成品海绵蛋糕没有弹性，蛋糕表面塌陷，这与李连新等[17]的研究相似。因此，适宜的打发时间为7.5 min。

2.2 正交试验

在单因素基础上设计正交试验，试验结果如表3所示。

表3 正交试验结果Table 3 Result of orthogonal test

根据表3设计正交试验表，对每个单因素的k值进行分析。通过正交试验优化出SPI海绵蛋白加工过程中的最佳工艺参数组合为A3B2C3D2，即SPI取代量25%，白砂糖添加量25%，黄油添加量10.0%，打发时间7.5 min。影响SPI海绵蛋糕感官品质评分因素的顺序大小为打发时间＞白砂糖添加量＞黄油添加量＞SPI取代量。

在正交试验的基础上对A3B2C3D1的组合进行验证，对得到的SPI海绵蛋糕进行感官品质评价，其得分为96分，比正交试验中的各项处理分数都高，由此可知SPI海绵蛋糕最佳工艺参数为SPI取代量25%，白砂糖25%，黄油10.0%，打发时间7.5 min，在此条件下得到的SPI海绵蛋糕感官风味最佳。

2.3 蛋糕品质分析

对最佳工艺参数下制得的SPI海绵蛋糕和相同工艺条件下制备得到的传统鸡蛋清海绵蛋糕，进行蛋糕品质分析，结果如表4所示。

表4 蛋糕品质分析Table 4 Analysis of cake properties

由表4可知，SPI海绵蛋糕的水分含量为29.24%，符合国家标准≤60%（GB/T 31059—2014《裱花蛋糕》）的要求，且略低于传统的鸡蛋清海绵蛋糕。SPI海绵蛋糕的比容为3.14 mL/g，高于传统的鸡蛋清海绵蛋糕，这是由于SPI的加入可提高蛋白膏的起泡性，打发过程中可以充入更大的空气量，从而使得成品蛋糕可以获得更大的体积[18]。蛋糕的高度差可以表明蛋糕中心的下陷程度，SPI海绵蛋糕高度差高于传统鸡蛋清海绵蛋糕，在打发过程中，SPI的加入可以增强蛋糕糊的起泡能力，所以SPI蛋糕膨起更高。当烘烤条件相同时，蛋糕损失的重量主要是由于水分的丧失，且主要受到蛋糕糊持水性的影响。大豆分离蛋白与蛋清相比，其与水分子的结合能力更弱，因此在烘烤过程中水分更易从蛋糕糊体系中损失，使得其烘焙损失率增加[19]。添加SPI后的海绵蛋糕L*值略有降低，即蛋糕的白度下降，这可能与大豆蛋白本身具有的微黄色有关。在感官方面，SPI海绵蛋糕块形更加丰满，内部的组织结构气孔更加细密，分布均匀，外观、口感与组织结构等方面均优于鸡蛋清海绵蛋糕。

2.4 蛋糕质构结果分析

对最佳工艺参数下制得的SPI海绵蛋糕和相同工艺条件下制备得到的传统鸡蛋清海绵蛋糕进行质构分析，结果如表5所示。

表5 蛋糕质构结果Table 5 Texture results of cake

由表5可知，与传统的鸡蛋清海绵蛋糕相比，在最佳加工工艺参数条件下制作得到的SPI海绵蛋糕质构特性有所改善。有研究表明，蛋糕的硬度和咀嚼性与蛋糕品质呈负相关。这是由于硬度和咀嚼性越大，蛋糕的松软度就越差，感官评价时其口感就越差；而蛋糕的弹性与其品质呈正相关，弹性越大，蛋糕口感就越好[20-22]。SPI的加入会使得海绵蛋糕的硬度和胶黏性降低，但是对其弹性和内聚性无明显影响，同时会改善其咀嚼性。以上结果说明，SPI海绵蛋糕的口感更为绵软，且易于咀嚼，而在组织状态方面与传统海绵蛋糕相似。

2.5 微生物指标

最佳工艺参数下的SPI海绵蛋糕，其细菌总数为33 CFU/g，大肠杆菌未检出，符合国家标准GB 7099—2015《食品安全国家标准糕点、面包》中的规定。

3 结论

由试验结果可知，制作SPI海绵蛋糕的最佳加工工艺参数为SPI取代量25%、白砂糖添加量25%、黄油添加量10.0%、打发时间7.5 min。最佳工艺制作得到的SPI海绵蛋糕表面油润，色泽金黄，均匀且具有光泽，并且组织结构丰满，顶部有较大弧度，表面光滑，无焦斑，蛋糕风味浓郁，甜度适宜，口感细密疏松，没有豆腥味。且该SPI海绵蛋糕与传统鸡蛋清海绵蛋糕相比，比容、高度差、烘焙损失率有所增加，外观更加蓬松，水分含量和L*值有所降低，感官评分没有明显区别。在质构分析中，SPI的加入会使得海绵蛋糕的硬度和胶黏性显著降低，但是对其弹性和内聚性无明显影响，同时会改善其咀嚼性，拓宽SPI在焙烤食品领域的应用。