李凡姝, 王 崇, 王 霞, 崔晓彤, 肖志刚,, 武英华, 李 雪

(1. 沈阳师范大学 粮食学院, 沈阳 110034; 2. 东北农业大学 食品学院, 哈尔滨 150030)



食品与粮食

速膨蛋糕粉挤压工艺及微波熟化参数研究

李凡姝1, 王 崇2, 王 霞1, 崔晓彤1, 肖志刚1,2, 武英华2, 李 雪2

(1. 沈阳师范大学 粮食学院, 沈阳 110034; 2. 东北农业大学 食品学院, 哈尔滨 150030)

试验以低筋面粉与改性淀粉为原料,采用双螺杆挤压技术制备家用微波炉快速膨胀蛋糕粉。改良了蛋糕粉经微波熟化时的膨胀速度与程度,利用物理产气原理来替代化学产气原理,达到相同膨胀效果。向蛋糕糊中添加促褐变剂(L-赖氨酸与葡萄糖浆),来提高蛋糕在微波熟化的美拉德反应程度。结果表明:各工艺因素对蛋糕美拉德反应程度影响的显著性为:蛋糕糊pH值>微波炉功率>加热时间>水分含量。优化后得到的最优熟化工艺为:蛋糕糊pH=9,微波炉功率为750 W,加热时间为3.5 min,蛋糕糊水分含量为20%;最优挤压参数:机筒温度为90 ℃、螺杆转速为200 rmp,最优搅打时间为3 min。成品微波蛋糕品质优良,拥有一定的焙烤香气与色泽,操作过程简单、方便,适用于家庭制作。

快速膨胀; 挤压膨化; 美拉德反应; 微波熟化

0 引 言

蛋糕是一种常见的传统食品,以其营养丰富,食用方便而著称。但其烤制工艺复杂,过程繁琐,并不适用于家庭制作。如今微波食品因其具有高效、省时、便捷等优点,适用于家庭日常食用。微波蛋糕粉等产品已逐渐走入千家万户,但由于微波加热特点,市售蛋糕粉美拉德反应程度较低,缺少烘焙食品特有的颜色与气味。本试验以低筋面粉与改性淀粉为主要原料,采用双螺杆挤压机加工,改良的蛋糕粉利用物理产气原理来替代化学膨胀剂的使用(化学产气原理),达到相同膨胀效果。使成品蛋糕粉既具备传统烤制蛋糕的营养品质与颜色风味,又具有微波食品快捷与方便等特性,使其适用于家庭制作[1-3]。

挤压膨化是利用剪切力、热能、压力等一系列方式对食品进行改性的一种技术。食品经高压、高剪切力、高温等作用,经强烈的搅拌与混合后,随之变为熔融状态。至模头处高压区转变为全流体态,最后挤出模头达到常温常压态。此过程物料中溶胶淀粉快速膨化,得到产品内部爆裂,出现许多微孔,体积膨胀数倍,形成膨化产品[4-5]。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 原料

低筋面粉(每100 g:蛋白含量5.3 g、脂肪含量4.1 g、碳水化合物80.2 g,新乡市新良粮油加工有限责任公司)、改性淀粉、鲜鸡蛋、白砂糖、食用油(华润万家超市购入)、奶粉(内蒙古伊利实业集团有限公司)、单甘酯、L-赖氨酸、葡萄糖浆。

1.1.2 仪器与设备

DS56-Ⅲ型膨化食品挤压机(济南赛信膨化机械有限公司)、UV-9000型紫外分光光度计(上海元都有限公司)、HM-955电动打蛋器(广东东菱电器有点公司)、MM721NG1-PW微波炉(广东美的微波电器制造有限公司)、质构分析仪(英国 Stable Micro System公司)、400度电热恒温高温鼓风干燥箱烘箱(上海姚氏仪器设备厂)。

1.2 微波蛋糕粉加工工艺

1.2.1 蛋糕粉制备工艺流程

蛋糕制备工艺流程如图1所示。

图1 蛋糕粉制备工艺流程图Fig.1 Process flow diagram of cake powder preparation

1.2.2 微波蛋糕粉性质的测定

1) 搅打膨胀度的测定:准确秤取20.000 g微波蛋糕粉,加16 g鸡蛋糊,倒入量筒内测定其搅打前体积V1。将蛋糕糊按清黄分离差速搅打法搅打后,再次倒入量筒内,测定其搅打后体积V2。膨胀度按式(1)计算。

膨胀度

2) 微波蛋糕比容的测定:出炉后的蛋糕室温冷却30min后测定其体积V3与重量m1。比容按式(2)计算。

比容

3) 膨胀力的测定:准确称取2.000g微波蛋糕粉,置于50mL带塞的刻度试管中。向试管中添加蒸馏水50mL,均匀振荡后,室温静置24h,准确量取样品膨胀后的体积数值。膨胀力按式(3)计算[6-7]。

膨胀力

1.3 蛋糕微波熟化工艺

蛋糕的微波熟化工艺流程如图2所示。

1.4 微波熟化工艺优化

选取蛋糕糊pH、微波炉加热功率、微波炉加热时间这几个因素进行单因素试验。选取加热时间为3、3.5、4 min;加热功率为低火、中火、高火;蛋糕糊pH为7、9、11;蛋糕糊水分含量为10%、15%、20%。重复各个水平因素3次,测定蛋糕在420 nm处吸光值[10]。在单因素试验的基础上,设计正交优化试验,得微波蛋糕的最优熟化条件参数。

图2 微波工艺流程图Fig.2 Process flow diagram of microwave

1.5 微波速膨蛋糕的感官评价

选择10名不同年龄,不同性别,不同地区的人进行《食品感官鉴评》课程培训,然后对成品微波蛋糕进行感官评定。各评委分别对蛋糕的外观形状、色泽、弹性韧性、内部结构、气味和滋味5个方面进行品评[11]。

2 结果与分析

2.1 蛋糕粉制作工艺优化

2.1.1 面糊搅打时间对蛋糕比容的影响

由图3可知,当蛋糕糊搅打时间在1～3 min时,随着蛋糕糊搅打时间的上升,蛋糕的比容不断提高。当时间大于3 min时,随着搅打时间的上升,蛋糕的比容趋于下降。这是由于蛋液与面糊构建的面筋体系需要一定时间的搅打才可完善,当搅打时间升高时,劲性不断增强,此时空气不断形成气泡被包裹入蛋糕糊体系,最终形成稳定均一的小型气体孔室,该孔室在微波加热中受热膨胀,故而蛋糕体积膨胀增大。因面筋具有一定的筋性,且淀粉颗粒起到良好的填充作用,该体系故而稳定,并具备一定的张力;此后随着搅打时间继续上升,蛋糕体积有缓慢下降趋势。综合蛋糕膨胀特性以及口感品质与加工便捷性等条件下,选取搅打时间为3 min左右较为适宜。

2.1.2 机筒温度对蛋糕比容的影响

如图4所示,微波炉蛋糕的比容受机筒温度影响很大。随着机筒温度升高,其比容表现出上升趋势最后趋于平缓。当机筒温度低于60 ℃时,挤出物的糊化程度较低,糊化状态的熔融流体冷却变硬,导致微波蛋糕的质构特性较差,不能达到需要的膨胀效果;而当机筒温度高于120 ℃时,由于挤出物的糊化程度偏高,粘性较大部分产品有膨化的现象出现,这影响了产品的成型性和质构特性,蛋糕糊筋性也随之下降,比容下降。在机筒温度为90 ℃时,蛋糕微波加热后膨胀程度最大,综合感官评定结果,兼顾口感、弹性、粘附性等条件下,选取机筒温度在90 ℃左右较为适宜[12]。

图3 蛋糕糊搅打时间与蛋糕比容关系图Fig.3 Cake paste beat time and volume

图4 机筒温度与蛋糕比容关系图Fig.4 Barrel temperature and cake volume

2.1.3 螺杆转速对蛋糕比容的影响

如图5所示,螺杆转速对原料的剪切作用及原料在机筒内停留时间具有双重影响。随着螺杆转速的增加,蛋糕比容也随之增加,当达到最大值(240 rpm)后,比容又开始显著地降低。当转速较低时(低于120 rpm),面粉在挤压机内挤压时间较长,挤出物料其糊化度比较高,会对产品的成型性造成极大影响,而当螺杆转速过高时(高于280 rpm),由于物料停留时间过短,物料的糊化程度则较低,这导致产品的质构特性较差,其内部结构不紧密,此时蛋糕粉与鸡蛋构成的蛋糕糊网络并不稳定,且筋性小[13]。结合感官评定结果,选取螺杆转速在200 rpm左右较为适宜。

2.2 微波熟化工艺优化

以蛋糕糊pH、微波炉加热功率、微波炉加热时间、水分含量为因素,进行单因素试验,以蛋糕420 nm处吸光值作为判定美拉德反应程度的依据。当促褐变剂添加量在2%左右时,通过调节微波反应条件,寻找最适焙烤因素,从而加大蛋糕美拉德反应进行程度[14]。

2.2.1 蛋糕糊pH值对蛋糕美拉德反应程度的影响

由图6可知,蛋糕糊处于不同pH值条件下对其美拉德反应程度有着巨大的影响。利用HCl与NaOH调节蛋糕糊酸碱度,测得成品蛋糕420 nm处吸光值随着蛋糕糊pH变化的规律。发现蛋糕糊在pH=2～7时所产生的色素非常少,而在pH=9的碱性环境中色素产生量显著上升。对于风味化合物的产生量而言,pH值越高,所产生的风味化合物越多,而随着pH值的继续增加,美拉德反程度有平缓下降趋势。结合感官评定结果,选取pH值为9时较为适宜,此条件下最利于蛋糕中的还原糖与氨基酸进行美拉德反应,形成最多量的黑褐色物质,使蛋糕具有最优的烘焙颜色与气味[15]。

图5 螺杆转速与蛋糕比容关系图Fig. 5 screw rotation speed and cake volume

图6 蛋糕糊pH与蛋糕吸光值关系图Fig.6 pH of cake pasteand absorbance value

2.2.2 微波炉加热火力对蛋糕美拉德反应程度的影响

由图7所示,随着微波炉加热火力的上升,成品蛋糕在420 nm处吸光值也随之上升。这是因为同等条件下,温度的快速增加有利于还原糖与氨基酸的快速结合,更高的温度与熟化条件有利于美拉德反应的进行,有利于生成风味化合物,从而形成更多的黑褐色物质与焙烤香味。选取微波炉火力为最大的高火,此条件下最利于蛋糕中的还原糖与氨基酸进行美拉德反应,形成最多量的黑褐色物质,使蛋糕具有最优的烘焙颜色与气味。

图7 微波炉加热火力与蛋糕吸光值关系图Fig.7 The microwave firepower and cake absorbance

图8 微波炉加热时间与蛋糕吸光值Fig.8 The microwave heating time and cake absorbance

2.2.3 微波炉加热时间对蛋糕美拉德反应程度的影响

由图8所示,随着加热时间的增加,成品蛋糕在420 nm的吸光值也随之增加。当加热时间大于3.5 min时,随着加热时间的增加,微波蛋糕的美拉德反应程度的增长幅度较小且趋于平缓。这是因为蛋糕中的还原糖与氨基酸大多已经反应完全,美拉德反应进行彻底。综合蛋糕制作的快捷性与感官评价等因素,加热时间为3.5 min为最佳,此条件下最利于蛋糕中的还原糖与氨基酸进行美拉德反应,形成最多量的黑褐色物质,使蛋糕具有最优的烘焙颜色与气味[16]。

2.2.4 蛋糕糊水分含量对蛋糕美拉德反应程度的影响

图9 蛋糕糊水分含量与蛋糕吸光值关系图Fig.9 Moisture content and cake absorbance value

如图9所示,在0～20%内,随着水份含量渐渐增加,成品蛋糕在420 nm处吸光值也快速的增加,含水量为15%时吸光值达最大,然后随水份含量增加而降低。因为美拉德反应在进行时需要一定的水分参与发现色素的形成,水分含量过低时美拉德反应程度低是由于缺乏极性的水分子,体系无法吸收微波炉所产生的电磁波所致。而过高时美拉德反应程度的下降是由于高水分所引起的稀释效应。由此结果可知,在微波炉加热系统中,食物制品水分含量在15%左右是合适的,否则水份过高过低均会降低美拉德反应的速度。此条件下最利于蛋糕中的还原糖与氨基酸进行美拉德反应,形成最多量的黑褐色物质,使蛋糕具有最优的烘焙颜色与气味[14]。

2.3 正交优化试验

根据单因素试验结果可知,以蛋糕的420 nm吸光值为指标(美拉德反应程度),分别选取微波加热火力为低火、中火、高火。微波加热时间3、3.5、4 min,水分含量10%、15%、20%。蛋糕糊pH=5、7、9进行正交优化试验。正交优化试验方案与结果见表1。

表1 正交试验设计表Tab.1 Orthogonal experimental design

表2 正交试验结果分析表
Tab.2 The orthogonal experiment results analysis

序号ABCD吸光值试验1-1-1-1-12.243试验2-10002.839试验3-11112.961试验40-1013.570试验5001-13.704试验601-103.803试验71-1103.975试验810-113.802试验911014.219均值12.6333.2003.2673.367均值23.6673.4333.5003.500均值33.9673.6333.5003.400极差1.3340.4330.2330.133因素主次A>B>C>D最优水平A3B3C2D2

由表2可知,影响蛋糕美拉德反应特性几个因素中,影响微波蛋糕美拉德反应特性的得分各因素大小次序为ABCD,即蛋糕糊pH>微波加热功率>微波加热时间>蛋糕糊水分含量。其中蛋糕糊pH值对微波蛋糕美拉德反应进行程度影响效果极显著。分析可知,微波加工工艺条件的最佳配比为A3B3C2D2,即蛋糕糊pH=9,微波炉加热火力为高火,加热时间为3.5 min,蛋糕糊水分含量为20%。在此条件下测得蛋糕420 nm处吸光值为4.219。在此条件下烘焙出的微波蛋糕美拉德反应程度较高,且蛋糕口感良好且香气浓郁。

3 结论与分析

由试验结果得出,挤压法可以显著的改变低筋粉的结构性质。经过挤压的面粉其膨胀特性与填充特性大大提高。与未经挤压加工淀粉相比,其膨胀倍数、稳定性均大大增强。试验研究表明当挤压机筒温度为90 ℃、螺杆转速为200 rmp时,淀粉改性效果最佳。

通过添加促褐变剂与改善微波加热参数能大大提高微波蛋糕美拉德反应程度,改善市售微波蛋糕表面上色不足,欠缺焙烤风味等特性。最终优化微波炉加工工艺参数为:蛋糊pH=9、微波炉火力高火、加热时间3.5 min、蛋糊水分含量20%。此时微波蛋糕美拉德反应效果最佳。

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Study on extrusion process and microwave process parameters of quick expansion cake powder

LI Fanshu1, WANG Chong2, WANG Xia1, CUI Xiaotong1, XIAO Zhigang1,2, WU Yinghua2, LI Xue2

(1. College of Grain Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China; 2. Department of Food, Northeast Agriculture University, Harbin 150030, China)

This kind of cake is made by the low gluten flour and the modified starch. Twin screw extrusion technology for preparing rapid expansion cake powder. Using the physical principle of gas to replace the chemical principle of producing gas, which improve the cake powder by microwave expansion rate and degree of cure. And L-lysine and glucose syrup is added to the cake powder, in order to make the cake in the maillard reaction of microwave curing degree. We found that the impact results: Cake paste PH>Microwave oven power>Heating time>Water content; The optimal condition of microwave cake after the data processing was: Cake paste pH=9, Microwave oven power 750 W, Heating time 3.5 min, Water content 14%, Barrel temperature 90 ℃, Screw speed 200 rmp, Stiring time 3min. This kind of cake is excellent in quality, fragrance and colour. Cake making process is simple and convenient, suitable for family.

rapid expansion; extrusion expansion; maillard reaction; microwave curing

2016-01-19。

国家星火计划项目(2015GA650007); 辽宁“百千万人才工程”入选项目(2013921038)。

李凡姝(1991-),女,辽宁铁岭人,沈阳师范大学硕士研究生; 通信作者: 肖志刚(1972-),男,黑龙江庆安人,沈阳师范大学教授,博士,东北农业大学博士研究生导师。

1673-5862(2016)03-0305-06

TS2

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.03.011