超微板栗粉對海綿蛋糕品質(zhì)的影響

胡欣宇 明 建,2 王 姝 薛艾蓮 寇福兵 曾凱芳,2

(1. 西南大學食品科學學院，重慶 400715；2. 食品科學與工程國家級實驗教學示范中心〔西南大學〕，重慶 400715)

板栗(CastaneamollissimaBlume)又名栗、栗子、風臘，是一種殼斗科栗屬喬木經(jīng)濟植物。中國是世界上板栗生產(chǎn)加工大國，板栗種植面積和產(chǎn)量均居世界第一，且遠超其他國家和地區(qū)[1]。板栗富含淀粉、多糖、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素以及多種礦物元素，素有“干果之王”“木本糧食”的美譽[2]。在食品工業(yè)中，板栗因其含水量高，不耐貯藏，常被用來制作成板栗粉[3]，以延長其貨架期，同時也為其他食品的研發(fā)提供了原料，如軟糖、餅干[4]、面包[5]等。

海綿蛋糕(Sponge Cake)是一種利用蛋白質(zhì)的起泡性使蛋液充入大量空氣，然后添加低筋小麥粉制成的烘焙食品。其結(jié)構(gòu)類似海綿，柔軟細膩，因口感風味俱佳，色澤誘人，在全世界范圍內(nèi)都備受歡迎[6-7]。近年來，隨著人們生活水平的提高，消費者對烘焙食品的品質(zhì)和營養(yǎng)要求也越來越高。此前，已有將紅棗粉、諾麗果粉[8]、玉米粉[9]、白菜粉[10]等果蔬粉添加到蛋糕制作過程中的研究。但是，尚未見將板栗粉應(yīng)用于蛋糕制作中的相關(guān)報道。研究擬將超微粉碎的板栗粉添加到傳統(tǒng)海綿蛋糕的制作中，探究超微板栗粉添加量對海綿蛋糕質(zhì)構(gòu)品質(zhì)、感官品質(zhì)、烘焙特性、老化特性以及營養(yǎng)品質(zhì)的影響，以期為高品質(zhì)蛋糕的開發(fā)加工提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

蛋糕用小麥粉：上海楓未實業(yè)有限公司；

板栗(產(chǎn)地：遼寧丹東)、雞蛋、蛋糕油、糖霜、食用鹽等：重慶市北碚區(qū)永輝超市；

濃鹽酸、濃硫酸、濃硝酸、石油醚(沸程30～60 ℃)等：分析純，賽卡姆(北京) 科學儀器有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

冷凍干燥機：SCIENTZ-20F型，寧波新芝生物科技有限公司；

多功能粉碎機：1000G型，永康市兆申電器有限公司；

高能納米沖擊磨：CJM-SY-B型，秦皇島市太極環(huán)納米制品有限公司；

遠紅外電熱食品烤爐：FKB型，佛山市華興實業(yè)有限公司；

色差儀：Ultra Scan?PRO型，美國HunterLab公司；

差示掃描量熱儀：DSC25型，美國TA儀器公司；

質(zhì)構(gòu)儀：TA. XT Plus型，英國Surface Measurement Systems公司；

電熱恒溫干燥箱：FD115型，德國BINDER公司；

脂肪抽提測定儀：B-811型，瑞士BUCHI公司；

超高壓微波消解儀：MERS6型，美國CEM公司；

自動凱氏定氮儀：KT8400型，丹麥FOSS公司；

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：NEXION2000型，美國PE公司。

1.2 方法

1.2.1 超微板栗粉制備 參考寇福兵等[3]的方法，將經(jīng)過挑選的板栗去殼、去皮、切片，然后采用冷凍干燥(干燥時間36 h，真空度<10 Pa，冷阱溫度-60 ℃)制得干板栗，隨即將其粉碎過篩得到粗粉。將粗粉用高能納米沖擊磨進行超微粉碎處理(粉碎腔體為不銹鋼材質(zhì)，粉碎磨介為氧化鋯球，5～35 ℃調(diào)頻，粉碎時間6 h)，最后制得超微板栗粉，密封貯藏于-18 ℃冰柜中，備用。

1.2.2 蛋糕制作

(1) 海綿蛋糕基礎(chǔ)配方：小麥粉100 g、雞蛋180 g、糖霜50 g、蛋糕油8 g、水20 g、食用鹽1 g。

(2) 工藝流程：

(3) 操作要點：① 預熱：采用熱起泡法[11]，將原料混合后隔水加熱至40 ℃左右，慢速攪拌使其受熱均勻避免結(jié)塊直至糖霜完全融化為止。② 攪打：先低速攪打2 min使部分原料混合均勻，然后高速攪打20 min左右，使蛋液包入大量空氣，產(chǎn)生泡沫體系，當?shù)芭菥鶆?，表面有光澤，且體積膨脹到蛋液的3倍以上即可。③ 混合、過篩：將兩種粉按照設(shè)置的比例，即板栗粉質(zhì)量分數(shù)為0%(Control)，5%，10%，20%，40%，充分混合均勻，然后分3次將混合粉篩入發(fā)起的蛋泡中。④ 調(diào)糊：用硅膠刮刀輕盈且緩慢地攪拌過篩加粉的蛋糊，翻拌直至無肉眼可見粉質(zhì)即為混合均勻狀態(tài)。在調(diào)糊的過程中，要注意控制力度、速度以及時間，以防形成過量的面筋，降低蛋糕糊的可塑性，從而影響后續(xù)操作而導致蛋糕品質(zhì)降低。⑤ 烘烤：放入烤爐前要輕輕震去面糊表面的大氣泡，并提前1 h打開烤爐預熱，以方便及時進行烘烤?？局茣r，調(diào)節(jié)面火160 ℃，底火150 ℃，精確烘烤30 min即可出爐，烘烤完再次摔模。⑥ 冷卻：室溫冷卻30 min，脫模得到成品。

1.2.3 質(zhì)構(gòu)測定 參考易碧清等[12]的方法并略做修改，將室溫冷卻2 h的樣品切成高20.0 mm、直徑50.0 mm的圓柱體，采用質(zhì)構(gòu)儀進行壓縮測試，探頭選用P36/R，測試模式為TPA，測前速度2 mm/s，測試速1.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，壓縮程度50%，觸發(fā)力0.049 N，間隔時間2 s。測定樣品的質(zhì)構(gòu)參數(shù)包括硬度、咀嚼性、彈性、內(nèi)聚性和回復性。

1.2.4 色澤測定 參考Borges等[13]的方法，用色差儀對蛋糕外表皮以及芯部進行顏色分析，記錄L*、a*、b*值，按式(1)計算色調(diào)角。

(1)

式中：

h——色調(diào)角值，°；

a*——紅度值；

b*——黃度值。

1.2.5 比容測定 準備冷卻脫模的蛋糕，用天平準確稱量其質(zhì)量，然后利用小米置換法測出蛋糕體積[14]，按式(2) 計算蛋糕比容。

(2)

式中：

SV——蛋糕比容，mL/g；

V——蛋糕體積，mL；

m——蛋糕質(zhì)量，g。

1.2.6 烘焙損失率測定 參考Díaz-Ramírez等[15]的方法，按式(3)計算蛋糕的烘焙損失率。

(3)

式中：

L——烘焙損失率，%；

m1——烘烤前面糊的質(zhì)量，g；

m2——烘烤后成品蛋糕的質(zhì)量，g。

1.2.7 蛋糕老化分析 參考Hao等[7]的方法進行改進，將蛋糕置于4 ℃冷藏，然后分別于第5天和第10天取出蛋糕樣品，用鋁制坩堝準確稱量10.0 mg，密封后以空坩堝為空白對照，采用差示掃描量熱儀進行分析，測試參數(shù)為：掃描溫度范圍20～130 ℃，掃描速率10 ℃/min，記錄蛋糕老化焓值(ΔH)。

1.2.8 營養(yǎng)指標測定 取制作過程中留取的面糊樣品和成品蛋糕樣品，置于-18 ℃冰柜中，待測。

(1) 水分含量：參照GB 5009.3—2016 《食品安全國家標準 食品中水分的測定》第一法直接干燥法。

(2) 還原糖含量：參照GB 5009.7—2016 《食品安全國家標準 食品中還原糖的測定》第一法直接滴定法。

(3) 蛋白質(zhì)含量：參照GB 5009.5—2016 《食品安全國家標準 食品中蛋白質(zhì)的測定》第一法凱氏定氮法，蛋白質(zhì)折算系數(shù)F取5.7[16]。

(4) 脂肪含量：參照GB 5009.6—2016 《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》第一法索氏抽提法。

(5) 礦物元素含量：參照GB 5009.268—2016 《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》第一法電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)，選取指標為K、Ca、Mg、Mn、Fe、Zn、Cu。

1.2.9 感官分析 由8位具有一定分辨差別能力的人員(4男4女)組成感官評定小組。在一間特定的房間內(nèi)(室溫25 ℃，相對濕度55%)，蛋糕樣品經(jīng)過隨機三位數(shù)字編碼，送到感官評定小組人員手中。利用“9點快感標尺”對蛋糕進行接受性評價檢驗[13]，1點相當于“非常不喜歡”，9點相當于“非常喜歡”。測定指標包括色澤、外觀形狀、香氣、滋味、軟硬度以及總體喜好程度。

1.3 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 原料粉基本營養(yǎng)成分

板栗粉的營養(yǎng)成分值根據(jù)課題組前期試驗[3]所得，從表1可以看出，兩種原料粉的基本營養(yǎng)物質(zhì)含量差別較大，其中板栗粉的水分、碳水化合物、蛋白質(zhì)含量均低于蛋糕用小麥粉，而脂肪和灰分含量均高于蛋糕用小麥粉。這種營養(yǎng)物質(zhì)含量的差異主要由小麥和板栗的生長環(huán)境及原料屬性不同造成，這些差異可能會直接影響成品海綿蛋糕的品質(zhì)。

表1 原料粉的基本營養(yǎng)成分(干基)Table 1 Basic nutrients of raw powder (Dry base) %

2.2 板栗粉對蛋糕質(zhì)構(gòu)特性的影響

蛋糕的質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果如表2所示。蛋糕的品質(zhì)與質(zhì)構(gòu)特性有不可分割的關(guān)系，一般來說，硬度、咀嚼性越小，彈性、內(nèi)聚性、回復性越大，蛋糕變得松軟，口感越好，品質(zhì)越高[17]。與對照組相比，當板栗粉質(zhì)量分數(shù)<10%時，蛋糕的硬度、內(nèi)聚性及回復性無顯著變化；當質(zhì)量分數(shù)超過10%時，硬度顯著增大，內(nèi)聚性、回復性顯著減小(P<0.05)。當板栗粉質(zhì)量分數(shù)達到40%時，蛋糕的硬度、內(nèi)聚性及回復性分別是對照組的3.37，0.93，0.41倍。對于蛋糕的彈性，板栗粉質(zhì)量分數(shù)為40%顯著降低了蛋糕的彈性(P<0.05)，除此之外，板栗粉質(zhì)量分數(shù)對蛋糕的彈性無顯著影響。另外，隨著板栗粉的添加，蛋糕的咀嚼性呈先降低后增加的趨勢，在板栗粉質(zhì)量分數(shù)為5%時最低，為335.55。板栗粉添加可能會增加面糊的黏度，導致蛋白質(zhì)分子吸附于界面上難以展開，從而減小了泡沫體積與界面面積，致使蛋糕的硬度增大而彈性降低[18]。總的來說，板栗粉質(zhì)量分數(shù)為5%時，制備的蛋糕質(zhì)構(gòu)品質(zhì)最佳。

表2 不同板栗粉質(zhì)量分數(shù)海綿蛋糕的質(zhì)構(gòu)參數(shù)?Table 2 Texture parameters of sponge cake with different contents of chestnut powder

2.3 板栗粉對蛋糕色澤的影響

色澤往往會引起消費者的消費欲望，一般來說，消費者更加傾向于購買由于美拉德反應(yīng)形成的較深顏色的食品[13]。從表3可知，板栗粉添加量對蛋糕的色澤有顯著影響，且對蛋糕芯部色澤影響更明顯。具體地，相較于對照組蛋糕芯部，隨著板栗粉的添加，蛋糕L*、b*值會顯著減小，a*值顯著性增大(P<0.05)；但板栗粉質(zhì)量分數(shù)為40%時，蛋糕的色調(diào)角h顯著增加。對于蛋糕表皮而言，色澤的變化無明顯規(guī)律，可能是蛋糕表面受熱不均，也可能是板栗粉中特殊的氨基酸和碳水化合物組成不同，導致美拉德反應(yīng)程度及產(chǎn)物各異所致[19]，但是基本趨勢還是L*值和b*值減小，而a*值增加。結(jié)合實物圖也可以觀察到類似的規(guī)律。

表3 不同板栗粉質(zhì)量分數(shù)海綿蛋糕的色澤參數(shù)?Table 3 Color parameters of sponge cake with different contents of chestnut powder

2.4 板栗粉對蛋糕比容的影響

根據(jù)GB/T 24303—2009《糧油檢驗 小麥粉蛋糕烘焙品質(zhì)試驗 海綿蛋糕法》規(guī)定，蛋糕比容在2.5～4.8 mL/g時，比容評分隨蛋糕比容的增大而增大，當超過4.8 mL/g 時，比容評分隨蛋糕比容的增大反而減小。從蛋糕實物來看，在體積大小方面，肉眼幾乎很難區(qū)分出差別。而通過圖1可以看出，當板栗粉質(zhì)量分數(shù)<10%時，蛋糕的比容無顯著變化；當質(zhì)量分數(shù)>10%時，隨著板栗粉質(zhì)量分數(shù)的增加，蛋糕比容顯著降低(P<0.05)，與對照組相比，板栗粉質(zhì)量分數(shù)為40%的蛋糕比容降低了20.39%，可能是因為板栗粉的筋力比蛋糕用小麥粉高，導致在調(diào)糊階段充入蛋糊的氣體損失較多，比容減小，從而影響成品蛋糕的蓬松度。

不同樣品間小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖1 不同板栗粉質(zhì)量分數(shù)海綿蛋糕的比容Figure 1 The specific volume of sponge cake with different contents of chestnut powder

2.5 板栗粉對蛋糕烘焙損失率的影響

由圖2可看出，板栗粉的添加可顯著降低海綿蛋糕的烘焙損失率(P<0.05)，與對照組相比，隨著板栗粉的添加，蛋糕的烘焙損失率從19.06%下降至11.06%(質(zhì)量分數(shù)為40%)，表明板栗粉的添加有利于改善面糊的持水性，可以使面糊內(nèi)部蛋白質(zhì)、淀粉等物質(zhì)與水分結(jié)合狀態(tài)變得更緊密，且劉薈等[20]通過試驗也證實了在加熱過程中特別是70 ℃以后板栗淀粉的溶解度和膨潤力均迅速增加且遠遠高于小麥淀粉。

不同樣品間小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖2 不同板栗粉質(zhì)量分數(shù)海綿蛋糕的烘焙損失率Figure 2 Baking loss of sponge cake with different contents of chestnut powder

2.6 板栗粉對蛋糕老化特性的影響

食品老化是一個復雜的過程，包括烘焙產(chǎn)品在貯藏過程中發(fā)生的許多物理、化學和感官變化，會直接降低消費者的消費接受度，從而導致巨大的經(jīng)濟損失[5]。板栗粉的添加對海綿蛋糕老化焓值的影響如圖3所示，隨著板栗粉添加量的增大，蛋糕老化焓值顯著減小(P<0.05)，說明板栗粉的添加對蛋糕抗老化有明顯作用，添加量越多蛋糕抗老化效果越好。這可能與板栗粉的吸濕性有關(guān)，試驗發(fā)現(xiàn)，無論是面糊還是蛋糕的含水量均隨著板栗粉的增加而增加(表4)，而蛋糕的老化特性與其水分含量有密切聯(lián)系，一般來說，蛋糕的含水量越高可以因延遲老化而降低蛋糕的老化速度[10]。這種抗老化效果對于蛋糕的長期貯藏(10 d)也表現(xiàn)出相同的規(guī)律，可以推測添加板栗粉可能會延長成品蛋糕的貨架期[21]。

不同樣品間小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖3 不同板栗粉添加量海綿蛋糕的老化焓值Figure 3 Aging enthalpies of sponge cake with different contents of chestnut powder

2.7 板栗粉對蛋糕營養(yǎng)指標的影響

2.7.1 基本營養(yǎng)指標 由表4可知，板栗粉的添加對面糊的營養(yǎng)指標影響不大，但對成品蛋糕的影響卻非常顯著。對海綿蛋糕而言，隨著板栗粉的增加，水分含量也在增加，這也印證了前文所述蛋糕比容、烘焙損失率以及老化分析的結(jié)果。隨著蛋糕水分含量的增加，蛋糕質(zhì)量也會提高，可以引起較多消費者的購買欲望，同時又可增加經(jīng)濟效益；另外，隨著板栗粉質(zhì)量分數(shù)的增加，面糊和蛋糕的還原糖含量顯著增加，蛋白質(zhì)含量顯著減少(P<0.05)，但面糊經(jīng)過烘焙后，二者的含量均降低，且還原糖的降低幅度大于蛋白質(zhì)。就質(zhì)量分數(shù)為10%和40%的面糊和蛋糕而言，在烘焙過程中，還原糖含量分別降低了48.80%，47.65%，蛋白質(zhì)含量降低了24.86%，28.85%。這可能是因為板栗粉和小麥粉含有不同種類的糖與蛋白質(zhì)，在烘焙過程中由于高溫發(fā)生美拉德反應(yīng)與焦糖化反應(yīng)分解成各種風味物質(zhì)與成色物質(zhì)，增加了海綿蛋糕的感官風味[22]；對脂肪含量來說，由于相比于小麥粉而言，板栗粉脂肪含量是其6倍左右(表1)，所以導致海綿蛋糕脂肪含量顯著增加(P<0.05)。有文獻[23]報道，板栗粉的飽和脂肪酸占比低(16.28%～20.98%)，單不飽和脂肪酸(38.76%～44.34%)和多不飽和脂肪酸(38.41%～43.94%)占比高，富含人體必不可少的亞油酸(34.68%～40.04%)和亞麻酸(2.64%～3.89%)等，這就使得板栗粉在海綿蛋糕或者重油蛋糕上的應(yīng)用優(yōu)于紅棗粉、玉米粉等其他果蔬粉。

表4 板栗粉質(zhì)量分數(shù)對面糊和蛋糕基本營養(yǎng)指標的影響?Table 4 Effects of chestnut powder on basic nutritional parameters of batter and cake %

2.7.2 礦物元素含量 從表1可以看出，板栗粉中的灰分含量為普通小麥粉的4倍左右。表5是利用ICP-MS檢測7種元素時繪制的標準曲線表，其R2均趨近1，說明擬合度高，檢測效果較好。而表6和表7分別給出了面糊和蛋糕的7種微量元素含量。添加板栗粉可顯著增加蛋糕的礦物質(zhì)元素含量(P<0.05)，極大程度上豐富了蛋糕的礦物元素。這些礦物元素不能在人體內(nèi)合成，但卻是構(gòu)成機體組織和維持正常生理功能必不可少的成分。因此，從營養(yǎng)健康的角度出發(fā)，板栗粉確實是一種優(yōu)質(zhì)的營養(yǎng)素來源，制作出的海綿蛋糕營養(yǎng)含量也同樣豐富。

表5 7種礦物元素線性回歸方程及擬合優(yōu)度?Table 5 Linear regression equations and R2 of 7 mineral elements

表6 板栗粉質(zhì)量分數(shù)對面糊7種礦物元素含量的影響?Table 6 Effects of chestnut powder on contents of 7 mineral elements in batter

表7 板栗粉質(zhì)量分數(shù)對蛋糕7種礦物元素含量的影響?Table 7 Effects of chestnut powder on contents of 7 mineral elements in cake

2.8 感官分析

如圖4所示，添加板栗粉能使蛋糕的色澤、外觀形狀、香氣、滋味、軟硬度、總體喜好程度均得到提升。在色澤上，消費者傾向于選擇板栗粉質(zhì)量分數(shù)為5%或者未添加板栗粉的蛋糕，可能是其金黃色的外表更符合消費者心中對蛋糕的期望；對于外觀形狀來說，消費者更傾向于選擇板粟粉質(zhì)量分數(shù)為5%和40%的蛋糕；對于香氣來說，與板栗粉質(zhì)量分數(shù)呈正相關(guān)的趨勢，說明板栗粉能顯著提高蛋糕的香味，從而引起消費者的喜愛；對于滋味來說，板粟粉質(zhì)量分數(shù)為10%和5%的蛋糕評分更高，這與軟硬度的結(jié)果也較相似；對于總體喜好程度來說，板粟粉質(zhì)量分數(shù)為5%的蛋糕評分遠超其余蛋糕，說明消費者最為認可板栗粉質(zhì)量分數(shù)為5%的蛋糕。

圖4 不同板栗粉質(zhì)量分數(shù)海綿蛋糕的感官評定結(jié)果Figure 4 Sensory evaluation of sponge cake with different contents of chestnut powder

3 結(jié)論

試驗探究了不同超微板栗粉質(zhì)量分數(shù)(5%，10%，20%，40%)對海綿蛋糕品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：超微板栗粉的添加對海綿蛋糕質(zhì)構(gòu)品質(zhì)和比容評分不利，只有控制在10%以內(nèi)的蛋糕與對照組無顯著性差異；對于成品蛋糕色澤來說，超微板栗粉的加入會顯著減小其亮度和黃度，增加其紅度；但是對于降低蛋糕烘焙損失率，減小老化焓值，以及增加蛋糕營養(yǎng)成分特別是礦物元素方面，超微板栗粉的加入表現(xiàn)出了特別優(yōu)秀的能力，與對照組相比，板粟粉質(zhì)量分數(shù)為40%的蛋糕烘焙損失率和老化焓值(5 d)分別減少42.01%和65.04%，而平均礦物元素含量增加75.50%；感官分析結(jié)果也證實：并不是超微板栗粉添加量越大成品蛋糕的品質(zhì)就越好，而是需要控制在一定范圍(10%)內(nèi)才能引起消費者的購買欲望。綜合看來，板粟粉添加量為5%的海綿蛋糕表現(xiàn)出最佳的品質(zhì)。通過添加超微板栗粉到海綿蛋糕中研制板栗蛋糕，不僅滿足了消費者對食品營養(yǎng)的需求，而且能進一步開拓板栗和海綿蛋糕的消費市場，研發(fā)出高品質(zhì)的蛋糕，為烘焙食品的工業(yè)化開辟新的方向。