张 伟,张焕新,武云龙

(江苏农牧科技职业学院食品科技学院,江苏泰州 225300)

淀粉是人类重要的膳食成分之一,淀粉的消化特性与人的许多疾病密切相关。抗性淀粉又被称为难消化淀粉或抗酶解淀粉,是指不能在健康人体小肠中消化吸收的淀粉及其降解物[1-2]。抗性淀粉被认为是膳食纤维的一种,但比传统的膳食纤维有更优越的生理功能[3-4]。研究表明,抗性淀粉能显著降低人体饭后血糖值,有效控制糖尿病;能降低血清胆固醇,预防心脑血管疾病;能改善微生物菌群,降低盲肠癌的发生率[5-6]。抗性淀粉还具有低持水性、不溶于水、粒径小,赋形性能强、口感舒适和颜色浅等特性,具有增加食品的脆度、膨胀性、提高产品质地等加工性能[7-8]。

蛋糕是主要的焙烤制品之一,具有营养丰富、质软、蓬松、风味佳、艺术性高、食用方便等优点,备受人们的青睐。蛋糕制品对面筋筋力要求较低,可以添加较大比例的抗性淀粉,提高产品稳定性,增加其功能性[9]。但抗性淀粉作为一种功能性成分,添加到食品中常常会引起感官品质下降,降低产品的可接受性[10]。

泰州作为中国四大银杏产区之一,拥有丰富的银杏资源[11],但银杏果加工程度较低,主要产品包括脱壳保鲜白果、银杏开心果、银杏饮品、银杏酒等[12]。本文拟用泰州产大佛指银杏果制备得到的银杏抗性淀粉取代部分面粉,研制一款具备良好感官特性的功能性蛋糕,并通过体外抗消化性能评价其功能性。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

银杏抗性淀粉 江苏农牧科技职业学院实验室制备;糕点专用粉 新乡市新良粮油加工有限责任公司;SP蛋糕油 广州市宝桃食品有限公司;鸡蛋、白砂糖、色拉油、食盐等 市售;胃蛋白酶(15000 U/g) 美国Sigma公司;α-淀粉酶(500000 U/g)、葡萄糖淀粉酶(100000 U/g) 无锡赛德生物有限公司;其他试剂(化学纯) 国药集团化学试剂有限公司。

ACS-30电子秤 上海乾峰电子仪器有限公司;HY44烤箱 新麦机械(无锡)有限公司;SM-25搅拌机 新麦机械(无锡)有限公司;HH-6数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司;TG16-WS高速台式离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司;LYTJ-1面包馒头体积测定仪 郑州良源分析仪器有限公司;T-6紫外分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;PHS-3C数字PH计 青岛扬中仪器有限公司

1.2 实验方法

1.2.1 银杏抗性淀粉蛋糕制作工艺流程

1.2.1.1 蛋糕混合粉的制备 蛋糕专用粉和银杏抗性淀粉分别过60目筛,按照试验设计的比例,称取蛋糕混合粉100 g,混匀。

1.2.1.2 配料及搅拌 室温(25 ℃左右)条件下,将称量好的鸡蛋和绵白糖放入搅拌缸内,慢速搅拌2 min,待糖蛋混合均匀,改用中速搅拌至蛋糖呈乳白色,用手指勾起,蛋糊不往下流时,再改用快速搅打至蛋糊能竖起,体积达到原来蛋糖混合体积的3倍左右[13]。

1.2.1.3 面糊的制作 将称量好的蛋糕混合粉均匀倒入搅拌缸内,慢速搅拌均匀,依次缓慢加入称量好的色拉油、食盐和水,慢速搅拌均匀。

1.2.1.4 入模 蛋糕模具先刷一层色拉油,然后将混合均匀的面糊以自流淌出方式,倒入蛋糕模具中,入模量约70%,用力振一下,使面糊表面平整,防止产生气泡[14],使蛋糕内部结构变粗糙。

1.2.1.5 烘烤 将装入面糊的模具立即放入烤炉,设定烤炉上火温度180 ℃,下火温度160 ℃,烘烤至手触摸蛋糕顶部有沙沙声及硬挺感[13]。

1.2.1.6 冷却 采用自然冷却法,把烤熟的蛋糕冷却至室温即得成品。

1.2.2 单因素实验 色拉油对蛋糕的柔软性和口感的细腻性起着重要作用[15],鸡蛋在搅打过程中与空气和面粉中的面筋作用,构成蛋糕的基本组织结构[16],白砂糖可以改进蛋糕的组织状态,调整蛋糕的口感[13]。本试验用银杏抗性淀粉含量大约为40%,而食品中抗性淀粉含量低于2%时,该食品就不具备抗性淀粉的生理功效[17]。因此,在预试验的基础上,本试验以100 g混合粉为基准,固定食盐5 g、泡打粉1 g、蛋糕油5 g、水30 g等辅料的添加量不变,分别探究全蛋液添加量180 g、色拉油添加量20 g、白砂糖添加量80 g的条件下,银杏抗性淀粉和蛋糕专用粉的比例(0∶100、5∶95、10∶90、15∶85、20∶80、25∶75)对蛋糕品质的影响;银杏抗性淀粉和蛋糕专用粉的比例15∶85、色拉油添加量20 g、白砂糖添加量80 g的条件下,全蛋液添加量(120、150、180、210、240、270 g)对蛋糕品质的影响;银杏抗性淀粉和蛋糕专用粉的比例15∶85、全蛋液添加量180 g、白砂糖添加量80 g的条件下,色拉油添加量(10、15、20、25、30、35 g)对蛋糕品质的影响;银杏抗性淀粉和蛋糕专用粉的比例15∶85、全蛋液添加量180 g、色拉油添加量20 g的条件下,白砂糖添加量(50、60、70、80、90、100 g)对蛋糕品质的影响。

1.2.3 响应面优化试验 在单因素试验的基础上,确定银杏抗性淀粉蛋糕配方各因素响应面优化水平,见表1。以蛋糕品质评分(Y)作为考核指标,选用Design-Expert 8.0统计软件中的Box-Behnken模型优化银杏抗性淀粉蛋糕的配方。

表1 响应面试验因素水平设计Table 1 Design for response surface test factor level

1.2.4 蛋糕烘焙品质分析 蛋糕烘焙品质评价采用百分制,遴选20名有经验的品评人员,根据GB/T 1020-2012《感官分析 方法学 总论》进行评定。评分由蛋糕比容评分(30分)和蛋糕内外部特征评分(70分)两部分组成。蛋糕比容评价测定方法和评价依据参照GB/T 24303-2009《粮油检验 小麦粉蛋糕烘焙品质试验 海绵蛋糕法》附录A。蛋糕内外部特征评分标准见表2。

表2 蛋糕内外部特征评分标准Table 2 Grading criteria for internal and external characteristics of cake

HR(水解率,%)=(取样时间点测定的葡萄糖量×0.9)/测定样品质量×100

式(1)

1.3 数据统计分析

采用SPSS Statistics 24统计软件对数据进行处理分析,组间数据采用Duncan法进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 银杏抗性淀粉和蛋糕专用粉的添加比例对蛋糕品质的影响 由图1可知,银杏抗性淀粉和蛋糕专用粉的添加比例在一定范围内(<15∶85),银杏抗性淀粉添加量对蛋糕品质的影响无显著性差异(p>0.05),当银杏抗性淀粉:蛋糕专用粉的添加比高于15∶85时,蛋糕品质评分显著下降(p<0.05),主要表现为蛋糕体积变小,硬度变硬,弹性下降,内部开始出现不均匀蜂窝,蛋糕外表出现裂纹,咀嚼有粗糙感、软绵性减弱。这是因为,抗性淀粉持水性差,且能降低面糊粘度和鸡蛋的起泡性,进而出现面糊充气量减少、比容和弹性下降等影响品质评分的现象[19-20]。综合考虑品质评分和蛋糕的功能性,选定15∶85～20∶80为银杏抗性淀粉和蛋糕专用粉的添加比例范围,进行响应面优化试验。

图1 银杏抗性淀粉和蛋糕专用粉的 添加比例对蛋糕品质的影响Fig.1 Effect of the proportion of Ginkgo biloba resistant starch and cake special powder on cake quality注:不同小写字母者表示组间 差异显著(p<0.05);图2～图4，图6同。

2.1.2 全蛋液添加量对蛋糕品质的影响 由图2可知,蛋糕品质评分随着全蛋液添加量的增加先增大后降低,当全蛋液添加量在180 g时，蛋糕的体积最大,质构最松软,颜色最诱人,品质评分最高。这是由于,蛋液在搅打过程中充入大量的空气,进而使烘烤后蛋糕体积膨大,形成松软的质构和诱人的色泽。但蛋液添加量过多会产生蛋腥味,使蛋糕粘腻、塌陷,蛋糕表皮色泽过深,影响蛋糕品质评分[21]。因此,选定150～210 g为全蛋液添加范围,进行响应面优化试验。

图2 全蛋液添加量对蛋糕品质的影响Fig.2 Effect of total egg mixture on cake quality

2.1.3 色拉油添加量对蛋糕品质的影响 由图3可知,在色拉油的添加量范围内,蛋糕的品质评分先增加后降低,当油脂添加量在20～25 g之间,蛋糕品质评分无显著性差异(p>0.05),均处于高水平。这是由于,油脂可以与鸡蛋白相互作用构成气泡膜,提高蛋白质的发泡性,使蛋糕体积松软,富有弹性[22],油脂还可以结合一定的水分子并使面筋蛋白和淀粉颗粒润滑柔软,增强口感,改善蛋糕风味[23]。但油脂具有消泡性,过多油脂不但使蛋糕口感油腻,还会导致蛋糊气泡消失,蛋糕蓬松度和比容下降,口感粗糙[24]。所以,选定15～25 g为色拉油的添加范围,进行响应面优化试验。

图3 色拉油添加量对蛋糕品质的影响Fig.3 Effect of salad oil addition on cake quality

2.1.4 白砂糖添加量对蛋糕品质的影响 由图4可知,蛋糕的品质评分随着白砂糖添加量的增加先增大后下降。当添加量为80 g时,蛋糕甜度适宜,质构细腻,比容最大,品质评分最高。这是由于,白砂糖在蛋液打发过程中能够使蛋液发松、膨大,在烘烤过程中参与发生焦糖化反应和美拉德反应,使蛋糕具有诱人的香味和金黄色色泽[25],白砂糖还具有吸湿性,可以增加蛋糕的柔软性。适当添加白砂糖可以改善蛋糕口感、组织状态和色泽,但过量添加时,会使蛋糕粘腻、甜味过重、易塌陷。所以,选定70～90 g为白砂糖的添加范围,进行响应面优化试验。

图4 白砂糖添加量对蛋糕品质的影响Fig.4 Effect of white sugar addition on cake quality

2.2 响应面优化试验结果

2.2.1 响应面优化试验结果及回归模型的建立 根据试验方案,选用Design-Expert 8.0统计软件中的Box-Behnken模型共设计出29组试验,其中24组试验为析因点,余下的5组是中心点试验,用于估计试验误差。响应面试验设计及结果见表3。

表3 Box-Behnken试验设计及结果Table 3 Box-Behnken test design and results

运用Design-Expert 8.0统计软件对29组实验的响应值进行回归分析,得到该模型的二次多项回归方程为Y=83.62-4.18A+0.58B+0.37C-0.31D-0.73AB-0.025AD-0.28BC-0.025BD-0.075 CD-0.39A2-2.93B2-0.79C2-1.48D2,模型方差分析结果见表4。

表4 回归模型方差分析表Table 4 Regression model variance analysisTable

影响银杏抗性淀粉蛋糕品质的因素主次为:A>B>C>D,即银杏抗性淀粉:蛋糕专用粉>全蛋液添加量>色拉油添加量>白砂糖添加量。其中银杏抗性淀粉:蛋糕专用粉(A)和全蛋液添加量(B)在试验范围内对银杏抗性淀粉蛋糕品质影响极显著(p<0.01),且银杏抗性淀粉:蛋糕专用粉和全蛋液添加量(AB)交互作用显著(p<0.05)。全蛋液添加量、色拉油添加量和白砂糖添加量三个因素的二次项(B2、C2、D2)在试验范围内对银杏抗性淀粉蛋糕品质的影响也极显著(p<0.01)。

2.2.2 3D响应曲面和等高线分析 将影响银杏抗性淀粉蛋糕品质的4个因素中的任意2个因素固定在零水平,得到另外2个因素之间的交互作用对蛋糕品质的影响,因素之间两两交互的3D响应曲面及其等高线结果见图5。

图5 各因素两两交互作用对银杏抗性淀粉蛋糕品质影响的3D响应曲面图Fig.5 3D response surface map of the effect of the interaction of two factors on the quality of ginkgo resistant starch cake

3D响应曲面中,影响的显著性可以通过3D响应曲面的陡峭程度来反应,曲面越陡峭,表示该因素对结果影响越显著[26]。等高线图是3D响应曲面在底面上的投影,可以直观地反映各自变量之间交互效应的强弱,椭圆形和马鞍形表示交互作用显著,圆形表示交互作用不显著[27-28]。图5a中银杏抗性淀粉:蛋糕专用粉(A)与全蛋液添加量(B)两因素的等高线呈较为突出的马鞍形,两者交互作用显著(p<0.05),其他因素之间的交互作用均不显著。

2.2.3 最佳配方的预测及验证 为确定银杏抗性淀粉蛋糕的最佳配方,利用Design-Expert 8.0统计软件对回归方程进行求解,得到优化后的最佳配方为:银杏抗性淀粉:蛋糕专用粉为15∶85,全蛋液添加量184.2 g,色拉油添加量16 g,白砂糖添加量79.5 g,此条件下银杏抗性淀粉蛋糕的品质评分预测为87.6分。为了方便配料,调整最佳配方为:银杏抗性淀粉:蛋糕专用粉为15∶85,全蛋液添加量185 g,色拉油添加量16 g,白砂糖添加量80 g,在此配方下进行3次平行试验,得到的银杏抗性淀粉蛋糕表皮呈金黄色,外表稍有裂纹;内部组织细腻,气泡均匀,无空洞硬块,口感柔软,香味纯正,无颗粒感,品质评分为87.4±0.2,与预测值的相对误差<1%,说明模型拟合能力强,优化得到的最佳配方准确可靠。

2.3 体外消化性能评价

食物消化过程中淀粉被体外酶水解率能准确体现其消化性能[29],根据1.2.5,普通蛋糕和银杏抗性淀粉蛋糕体外水解率结果见图6。

图6 淀粉水解率曲线Fig.6 Starch hydrolysis rate curve

由图6可知,水解初始阶段(0～30 min),试验组和对照组的淀粉水解速率均快速上升,随着水解时间的增加,试验组在60 min时水解率趋于平稳,为62.87%±0.95%,显著低于对照组的80.15%±1.16%(p<0.05),随后,水解率增幅不显著(p>0.05),对照组的水解率继续显著增加(p<0.05),在120 min时趋于平稳,达到87.29%±1.13%。水解最后(>120 min),两组的水解率均略有下降,下降幅度均不显著(p>0.05),这是由于淀粉分子发生凝沉,分子排列从无序变为有序,性质趋于稳定所致[29]。银杏抗性淀粉是双螺旋结晶体,具有更强的稳定性和抗酶解性[30],从而使水解率增幅变缓。淀粉在体外被酶水解率越低,抗消化能力越强,越能持续在体内释放能量,延长饱腹感,可作为肥胖、糖尿病人的理想食物来源。

3 结论

响应面试验优化得到的银杏抗性淀粉蛋糕的最佳配方为:银杏抗性淀粉:蛋糕专用粉配比为15∶85,全蛋液185 g,色拉油16 g,白砂糖80 g。在此条件下制得的蛋糕表皮呈金黄色,外表稍有裂纹;内部组织细腻,气泡均匀,无空洞硬块,口感柔软,香味纯正,无颗粒感,品质评分为87.4±0.2。制得的银杏抗性淀粉蛋糕体外水解率在60 min趋于稳定,为62.87%±0.95%,显著低于对照组的80.15%±1.16%(p<0.05)。银杏抗性淀粉是一种新型的食品原料,作为食品配料制作的银杏抗性淀粉蛋糕具有良好的适口性,显著提升了蛋糕产品的抗消化能力,是一种集营养与保健功能的新型休闲食品,具有广阔的市场前景和应用价值。