玉米淀粉-卵白蛋白复合物替代小麦粉对纸杯蛋糕品质和消化特性的影响

2024-05-12洪玉珠张佳乐张龙鑫

食品工业科技 2024年10期

洪玉珠，张佳乐，张龙鑫，周彬，胡冰，褚上,*

（1.湖北工业大学生物工程与食品学院，湖北武汉 430068；2.大连民族大学生命科学学院，辽宁大连 116600）

随着居民消费水平的提高，人们对烘焙食品的接受程度不断上升。纸杯蛋糕是传统蛋糕的一种便携式、分量控制的产品形式，由于其分量减少，更易受到消费者的青睐。然而，典型的高血糖反应和低纤维水平限制了纸杯蛋糕的发展。同时，消费者对消化速率缓慢、营养全面的甜品需求不断增长，这给消化速度快，营养单一的产品带来了挑战。

纸杯蛋糕以小麦粉为主要原料，小麦粉中的普通淀粉含量高达75%，且多为易消化淀粉，容易引起强烈的血糖反应和胰岛素抵抗。目前主要通过添加食品组分来降低淀粉的消化率。高直链淀粉中慢消化淀粉含量高，高温处理后抗性成分损失少，且适口性好，在食品中被普遍应用。有研究使用高直链淀粉小麦粉代替普通小麦粉来增加面包中的抗性淀粉（resistant starch，RS）含量[1-2]。然而，加入高直链淀粉后，理化特性的变化在很大程度上取决于替代水平。例如，添加20%的高直链淀粉小麦粉制备的面包比体积、面包屑孔隙率和质地均有明显改善。然而当替代率达到30%时，这些指标会变差[3-4]。当用100%高直链淀粉大麦粉或50%中直链淀粉小麦粉替代配方制备面包时，也发现面包的体积变小，硬度增加[5]。

同时，蔗糖升糖指数高，且在传统的纸杯蛋糕配方中使用量较大，不适合糖尿病人和肥胖症人群食用[6-7]。零卡糖是一种天然甜味剂，甜度为蔗糖的60%～80%，具有甜味纯正、不会引起血糖波动等特点[8]，代替蔗糖添加到食品中，能够降低产品的总糖含量及热量。

玉米是淀粉生产的主要来源，玉米淀粉（corn starch，CS）是食品、医药、化工领域的重要原料。卵白蛋白（ovalbumin，OVA）是蛋清中含量最丰富的蛋白质，含有所有的必需氨基酸，是食品加工中一种良好的功能性成分。玉米淀粉-卵白蛋白复合物（corn starch-ovalbumin complex，CSOVA）不仅能降低快速消化淀粉含量，还能改善加工特性和品质特征，强化营养。目前，淀粉-蛋白质复合物的研究主要集中在制备方法改善和理化性质研究，而很少应用于食品体系中。

本研究用玉米淀粉-卵白蛋白复合物（CSOVA）部分或全部替代小麦粉，同时用零卡糖代替蔗糖，评价CSOVA 替代量对蛋糕糊的流变学行为和纸杯蛋糕品质和消化速率的影响。将CSOVA 作为一种添加剂，改变面糊的粘弹性和纸杯蛋糕的质地，以期为淀粉-蛋白质复合物在食品加工体系的应用提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

正常玉米淀粉（CS）山东福洋生物科技有限公司；卵白蛋白（OVA）江苏鑫瑞生物科技有限公司；零卡糖、鸡蛋、玉米油、牛奶、泡打粉市售；乙酸钠、冰醋酸、无水乙醇分析纯，国药集团化学试剂有限公司；胰酶（酶活200 U/mg）美国Sigma 公司；淀粉葡糖苷酶（酶活100000 U/mL）上海麦克林生化科技有限公司；葡萄糖试剂盒上海荣盛生物科技有限公司。

GZX-9070MBE 电热鼓风干燥箱上海博讯实业有限公司；MG38CB 电烤箱广东美的厨房电器有限公司；MCR92 安东帕流变仪奥地利安东帕有限公司；Color Flex EZ 色差仪美国Hunter Lab 颜色管理公司；TU-1900 型双光束紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司。

1.2 实验方法

1.2.1 玉米淀粉-卵白蛋白复合物的制备参考Chen等[9]的方法，并做适当修改。在密封容器中称量CS，根据CS 原始水分含量加入去离子水，调节水分含量至20%。在25 ℃平衡24 h 后，加入OVA（15%，基于淀粉干重）并混合均匀。将混合物置于称量瓶中，用铝箔覆盖，并在110 ℃的热风干燥箱中加热18 h。冷却至室温后，在50 ℃下干燥12 h，常温球磨筛分过100 目筛，在4 ℃下储存备用。

1.2.2 蛋糕的制作工艺蛋糕基本配方：小麦粉10 g、零卡糖7 g、蛋黄10 g、蛋清20 g、牛奶6 g、玉米油4 g、泡打粉0.2 g、白醋0.5 g。工艺流程为：原料预处理（蛋清蛋白分离至无水无油的容器中）→蛋黄液制作→蛋白膏制作（蛋清加白醋打发至鱼眼泡大，然后分三次加入糖，搅打至勾起尾端呈坚挺状）→蛋糕糊的制作（将蛋白膏分2 次加入到蛋黄液中切拌均匀，蛋糕糊不宜久放）→入模成型→烘焙（上下火150 ℃，30 min）→倒置冷却→脱模后装在聚乙烯袋中以防止干燥。CSOVA 的添加量为小麦粉质量的0%、25%、50%、75%、100%。

1.2.3 面糊的动态流变特性使用流变仪对蛋糕糊的变化进行流变学分析，该流变仪配有平行板（直径50 mm，间隙1 mm）。具体步骤如下[10]：

振幅扫描：大振幅振荡剪切是在频率为1 Hz 和应变0.1%～100%之间进行的应变扫描。

频率扫描：在线性粘弹性范围内，频率扫描在0.5%的应变和0.1～10 Hz 的条件下进行测量。

黏度测试：在1 Hz 恒定频率和0.1～100 s-1的剪切速率下进行。

1.2.4 蛋糕烘烤损失率的测定根据Díaz-Ramírez等[11]的方法进行测定，通过称量烘烤前蛋糕糊（W0）和烘烤冷却后蛋糕（Wf）的质量，并使用公式确定：

式中：W0为烘烤前蛋糕糊的重量（g）；Wf为烘烤后蛋糕的重量（g）。

1.2.5 蛋糕比容的测定采用小米置换法进行测定[12]。将小米装入烧杯中至刻度线处，倒出小米后放入蛋糕，继续倒入小米至同一刻度线处，剩余小米体积即蛋糕体积。

1.2.6 蛋糕色度的测定沿蛋糕横截面切开后，用色度仪分别测量蛋糕表皮与内芯的色度值，其中L*为明暗偏向，a*为红绿偏向，b*为黄蓝偏向。

1.2.7 蛋糕质构的测定将蛋糕外表皮剔除后，切至长、宽、高均为1 cm 的立方体，确保表面平整。采用P/36R 探头进行分析[13]，测试参数为：测定前速度1.0 mm/s，测定速度1.0 mm/s，测后速度2.0 mm/s，应变位移40%，引发力5 g，引发类型为自动。

1.2.8 蛋糕的感官评价随机选取15 名20～50 岁具有良好视觉、嗅觉、味觉等感官分析能力的评价员，按表1 进行感官评定[14]，在评定不同样品时先喝水漱口，排除样品之间的相互影响。

表1 蛋糕的感官评分标准Table 1 Sensory scoring criteria of cakes

1.2.9 蛋糕消化特性的测定为了保证样品的均匀性，去除蛋糕表皮，使用蛋糕芯进行体外消化实验。在消化之前，面包芯被切成大小均匀的小块。将蛋糕样品（100 mg）压碎，悬浮在5 mL 去离子水中，通过涡旋充分混合。然后加入10 mL（0.2 mol/L，pH5.2）乙酸钠缓冲液，并在37 ℃水浴中平衡10 min。将5 mL 胰淀粉酶（8 mg/mL）和65 μL 淀粉葡糖苷酶（10000 U/mL）添加到每个试管中。在37 ℃水浴中消化，0、20、30、60、90、120、150 和180 min 时，收集0.1 mL 消化液并与0.9 mL 无水乙醇混合以停止酶促反应。然后25 ℃下8000 r/min 离心5 min，使用葡萄糖试剂盒测定上清液中葡萄糖含量，水解淀粉以葡萄糖（mg）×0.9 计算，根据葡萄糖含量计算RDS、SDS 和RS 的含量[15]。

式中：G0为水解前淀粉中的葡萄糖，mg；G20为水解20 min 释放的葡萄糖，mg；G120为水解120 min释放的葡萄糖，mg；TS 为总淀粉含量，mg。

1.2.10 蛋糕老化速率的计算测定在4 ℃分别储藏了0 d 和7 d 的蛋糕的硬度，蛋糕的老化速率为储藏7 d 内蛋糕硬度增加的平均值[16]，计算公式如下：

式中：H0为储藏0 d 的蛋糕硬度；Hn为储藏第n d 的蛋糕硬度；n 为储藏天数。

1.2.11 蛋糕水分损失率的测定取在4 ℃分别储藏了0 和7 d 的蛋糕芯，根据GB 5009.3-2016 测定其水分含量。

1.3 数据处理

所有实验均3 次平行，结果以平均值±标准差表示，采用SPSS26.0 分析软件对数据进行显著性分析（P＜0.05），利用Origin 2017 软件绘图。

2 结果与分析

2.1 CSOVA 替代量对蛋糕糊流变特性的影响

图1A 显示了损耗因子tanδ=G″/G′相对于应变变化的函数。tanδ＜1 代表蛋糕糊的弹性大于粘度，样品呈固体状，而tanδ＞1 代表样品呈液体状。从弹性（G′＞G″）到粘性行为（G′＜G″）的转变取决于CSOVA 的替代量。低的复合物替代量（＜50%），蛋糕糊在较小应变下就出现粘弹性转变，随着替代量增加，粘弹性的转变越延迟，弹性保持时间更长久。据Nespeca 等[17]报道，蛋糕糊的弹性可能会成比例地影响纸杯蛋糕的弹性，蛋糕的质构特性与蛋糕糊的流变学特性之间存在显著相关性[18]。图1B 显示了蛋糕糊表观粘度与剪切速率的相关性。当剪切速率从0.1 s-1增加到100 s-1时，所有蛋糕糊表现出剪切稀化行为，这表明所有蛋糕糊都是非牛顿流体[19-20]。在较低的剪切速率下，CSOVA 的添加会降低蛋糕糊的表观粘度，粘度随着CSOVA 替代量的增加而逐渐降低。随着剪切速率的增加，所有样品粘度先快速下降然后趋于稳定。

图1 蛋糕糊的流变学行为Fig.1 Rheological behavior of batter

2.2 CSOVA 替代量对纸杯蛋糕烘烤损失率和比容的影响

蛋糕的烘烤损失率是评估在烘焙过程中蛋糕水分转移的重要指标，该值过大，经济损失提高[21]。由表2 可知，CSOVA 的添加使蛋糕的烘烤损失率显著降低（P＜0.05）。CSOVA 替代量到达100%时，烘烤损失率比全小麦粉蛋糕低6.52%，表明CSOVA 能够抑制蛋糕烘烤过程中水分的损失。比容能够反映蛋糕的膨胀程度和蓬松程度，能直接影响消费者的选择，是评价蛋糕品质的重要指标。CSOVA 替代量对蛋糕比容的影响见表2，总的来说，添加CSOVA 的蛋糕比容高于全小麦粉蛋糕，说明CSOVA 的加入，增加了蛋糕的气体保留能力，且随着CSOVA 替代量的增加，蛋糕比容显著增加（P＜0.05）。De 等[22]研究了大米淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉在无麸质面包生产中的应用，发现用这些淀粉制作的面包具有很高的比容。图2 是CSOVA 不同替代量的蛋糕宏观图。添加CSOVA 的蛋糕在结构和几何形状上均具有可接受的外观，且比容结果相一致。

图2 不同CSOVA 替代量制备的纸杯蛋糕的宏观图Fig.2 Images of cupcakes prepared with different CSOVA contents

表2 CSOVA 替代量对纸杯蛋糕烘烤损失率和比容的影响Table 2 Effects of CSOVA substitution on the loss rate and specific volume of cupcakes

2.3 CSOVA 替代量对纸杯蛋糕色度的影响

纸杯蛋糕的颜色是一个至关重要的因素，因为它增加了消费者的偏好和接受度。据报道，在一项享乐感官测试中[23]，消费者将高亮度的蛋糕评为“我非常喜欢”。更深和更多的黄色可能会吸引消费者的接受度[24]。蛋糕屑和表皮的L*、a*、b*参数如表3 所示。用CSOVA 替代小麦粉会导致蛋糕内芯和表皮的L*值略有所增加。蛋糕屑和表皮中a*和b*值均呈正值。随着CSOVA 含量的增加，蛋糕芯的a*和b*没有发生显著性变化（P＞0.05）。这些颜色的变化可能是因为用CSOVA 替代小麦粉所引起的蛋糕理化性质的变化。Esteller 等[25]指出，烘焙产品的物理化学特性的变化是决定其颜色特性的重要因素。

表3 CSOVA 替代量对纸杯蛋糕内芯和表皮颜色的影响Table 3 Effects of CSOVA substitution on the color from the crumb and crust of cupcakes

2.4 CSOVA 替代量对纸杯蛋糕质构特性的影响

蛋糕的质构特性是蛋糕品质的重要指标[26]，质构分析仪可通过模拟人体咀嚼来评价蛋糕品质。TPA 模式中弹性、回复性数值越大，蛋糕口感越绵软、爽口不粘牙，与蛋糕品质呈正相关；而硬度、咀嚼性数值越大，蛋糕口感越硬，缺乏弹性、绵软的感觉，与蛋糕品质呈负相关。添加CSOVA 对蛋糕质构特性的影响见表4。随着CSOVA 替代量的增加，蛋糕的硬度降低。比容越小，蛋糕的硬度就越高[27]。弹性和回复性随CSOVA 替代量的增加而增加，胶着性和咀嚼度呈现相反的趋势。适中的弹性、硬度和胶着性会使蛋糕有更好的口感[28]，表明用CSOVA 替代小麦粉后，纸杯蛋糕松软有弹性。

表4 CSOVA 替代量对纸杯蛋糕质构特性的影响Table 4 Effects of CSOVA substitution on the texture characteristics of cupcakes

2.5 CSOVA 替代量对纸杯蛋糕感官特性的影响

本研究从外观形态、色泽、内部组织结构、口感、滋味5 个方面评价了纸杯蛋糕的品质。由表5可知，CSOVA 替代度从0%到100%，纸杯蛋糕的外观评价值显著增加（P＜0.05）。在色泽方面，CSOVA替代量的多少对其并无影响，此结果与色度结果相一致。当CSOVA 替代量较低时，蛋糕内部组织有大气孔出现，气孔不均匀；而当CSOVA 替代量超过50%时，蛋糕内部气孔均匀、组织细密、横切面呈蜂窝状。CSOVA 的添加对纸杯蛋糕口感和滋味没有显著影响。根据感官总分可看出，蛋糕整体上的品质随CSOVA 替代量的增加总评分逐渐增加。

表5 感官评定结果Table 5 Results of sensory evaluation

2.6 CSOVA 替代量对淀粉体外消化特性的影响

不同CSOVA 替代量的纸杯蛋糕淀粉水解速率如图3A 所示。由图3A 可知，在0～60 min，CSOVA替代小麦粉的纸杯蛋糕和普通纸杯蛋糕的水解率显著升高（P＜0.05），在60～180 min，水解率增速减缓然后逐渐稳定，其中在0～20 min，水解速率表示快速消化淀粉（RDS）的水解率。CSOVA 替代小麦粉的纸杯蛋糕RDS 水解速率明显低于普通纸杯蛋糕，20 min时，样品（CSOVA 替代量0%、25%、50%、75%、100%）的水解度分别为31.31%、30.95%、28.5%、29.22%和26.89%，且随着CSOVA 的大幅度替代，淀粉水解速率显著下降（P＜0.05）。图3B 显示了快速消化淀粉（RDS）、缓慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）组分随CSOVA 替代量的变化。随着蛋糕中CSOVA 替代量（25%、50%、75%、100%）的增加，RDS 从32.26%分别降低至30.01%、29.64%、28.5%和26.89%。RDS 随着CSOVA 替代量的增加而下降，这是因为CSOVA 中OVA 在CS 表面形成包裹，降低了RDS 含量，增加了RS 含量[29-30]。SDS组分在统计学意义上没有变化，而RDS 组分随着CSOVA 替代度的增加而显著增加（P＜0.05）。当CSOVA 100%替代小麦粉时，RS 含量最高（47.33%）。与普通纸杯蛋糕相比，CSOVA 替代小麦粉的纸杯蛋糕慢性消化淀粉含量高，水解率低，能够以平缓的速率释放葡萄糖。因此，添加CSOVA 的纸杯蛋糕不仅适合普通消费者，也较适合糖尿病人和肥胖症人群食用。

图3 不同CSOVA 替代量的纸杯蛋糕的体外消化特性Fig.3 In vitro digestion characteristics of cupcakes with different CSOVA content

2.7 储藏品质

储藏期间，蛋糕水分损失，硬度增加，这些都会影响蛋糕的储藏品质。硬度增加速率高，水分损失率高时，蛋糕芯水分会流失，蛋糕会硬化掉渣，口感会发生劣变[31]。不同CSOVA 替代量的纸杯蛋糕在4 ℃储藏7 d 后蛋糕芯的老化速率（硬度增加速率）和水分损失率如图4 所示。如图4A，蛋糕在4 ℃储藏7 d后，所有蛋糕的硬度都呈现出增大的趋势。与对照组相比，CSOVA 的加入降低了蛋糕的硬度增加速率，表明CSOVA 替代小麦粉有利于延缓蛋糕的老化。随着CSOVA 替代量的增加，4 ℃储藏7 d 后蛋糕芯老化速率显著降低（P＜0.05），在CSOVA 100%替代小麦粉时，蛋糕芯的老化速率最慢。由图4B 可知，与对照组相比，CSOVA 的加入降低了蛋糕芯的水分损失率。然而，CSOVA 替代量在25%～75%时，蛋糕芯的水分损失率没有显著差异，当CSOVA100%替代小麦粉时，蛋糕芯的水分损失率最低。综上，CSOVA 替代小麦粉能保持蛋糕在储藏期间的稳定性。

图4 不同CSOVA 替代量的纸杯蛋糕的储藏品质Fig.4 Storage quality of cupcakes with different CSOVA contents

3 结论

本文研究了CSOVA 替代小麦粉对纸杯蛋糕品质的影响，包括面糊的流变学特性和蛋糕的烘烤损失率、比容、质构、色度、储藏品质、淀粉体外消化速率和淀粉营养组分。玉米淀粉-卵白蛋白复合物替代小麦粉影响了面糊的流变特性，且随着玉米淀粉-卵白蛋白复合物替代量的增加，蛋糕的比容、弹性和回复性和L*值都有所增加。而蛋糕烘烤损失率、硬度、咀嚼度和水分损失速率呈现出相反趋势。消费者接受度评价表明，含玉米淀粉-卵白蛋白的纸杯蛋糕更松软有弹性，比传统的纸杯蛋糕更受消费者青睐。玉米淀粉-卵白蛋白复合物能显著降低纸杯蛋糕的水解速率和快速消化淀粉含量，同时慢消化淀粉和抗性淀粉含量高于传统纸杯蛋糕。