速凍微波青稞蛋糕復合品質改良劑組合篩選

丁捷，廖誠成，趙雪梅，黃益前，何江紅，周航，鄭萬琴

(四川旅游學院，四川 成都，610100)

青稞是四川、云南、西藏等高原地區(qū)的主要糧食作物，富含β-葡聚糖和維生素等營養(yǎng)物質[1]，隨著青稞保健功能價值被廣泛認可，青稞加工產品不再局限于傳統(tǒng)藏族食品青稞酒、糌粑等，多種化的休閑食品如餅干、啤酒、薩其馬、蛋糕等逐漸成為研發(fā)熱點，其中微波食品以其加工方便快捷而日益受到市場的關注。作者所在團隊相繼開發(fā)了青稞微波蛋糕預拌粉[2]、速凍微波青稞蛋糕[3]等系列產品。與預拌粉相比，速凍微波蛋糕避免了配料、打發(fā)等專業(yè)技巧要求較高的加工環(huán)節(jié)，僅需按照建議參數(shù)微波加熱即可獲得成品；且較成品冷凍蛋糕更易于運輸，貨架期更長，留給消費者在風味上進行二次加工的空間更大[4-7]。

青稞粉中的支鏈淀粉含量較高，淀粉老化速度較慢，凍融穩(wěn)定性佳，適合用于速凍食品加工。但青稞原料口感粗糙，面筋蛋白質低，面團不僅難以形成良好的面筋網絡結構，還具有較大的黏性[8]，極大限制了青稞在烘培產品中的應用。采用微波解凍烘培冷凍蛋糕糊，雖然方便快捷，但水分在食物內部的遷移及由表皮向環(huán)境蒸發(fā)的速度快、損失大且美拉德反應難以發(fā)生。因此速凍微波青稞蛋糕與傳統(tǒng)蛋糕產品相比，存在內部組織不均勻、堅硬不松軟、口感粗糙等不足之處[9-10]。因此，開發(fā)改善速凍微波青稞蛋糕的復合改良劑，對青稞深加工產業(yè)的發(fā)展具有積極意義。

趙亞楠[11]發(fā)現(xiàn)，單硬脂酸甘油酯可使蛋糕中脂肪微粒更細、更均勻分散，還能與淀粉相互作用，延緩蛋糕老化；SHIN等[12-13]將大豆粉添加于焙烤食品中，可以明顯提高產品的體積；韓天龍等[14]發(fā)現(xiàn)，蔗糖脂肪酸酯可與小麥面粉中蛋白質和淀粉發(fā)生作用，使發(fā)酵焙烤食品體積增大，質地柔軟，延緩其老化時間。然而單一改良劑的作用對蛋糕品質改良效果并不全面，優(yōu)勢互補的復合添加劑研發(fā)已經成為一種趨勢。李嘉瑜等采用正交實驗優(yōu)化海綿蛋糕品質的改良劑配方[15]；張娟娟等以蛋糕的面糊特性和感官評分為評價指標，發(fā)現(xiàn)多種蛋糕改良劑的復配應用能使添加劑之間的功能互補，協(xié)同增效，從而篩選出海藻酸鈉、海藻酸丙二醇酯 (PGA)和黃原膠的最佳配比，是一款比較理想的品質改良劑[16]。本實驗利用central composite(CCD)響應面實驗優(yōu)化速凍微波青稞蛋糕復合品質改良劑，探討了不同品質改良劑及其相互作用對成品品質的影響，以期為青稞微波食品的進一步開發(fā)及其生產加工提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

1.1.1 試驗材料

實驗室自制青稞粉，四川旅游學院培育新品種94-8-10，收獲于2015年四川甘孜州農科所道孚縣八美農場；玉棠白砂糖，上海市糖業(yè)煙酒(集團)有限公司；雞蛋，市售；新良中筋粉，上海聯(lián)拓食品有限公司；食鹽，中鹽上海鹽業(yè)公司；名花奶香粉，廣州市名花香料有限公司；金龍魚色拉油，益海嘉里公司；SE-11蔗糖脂肪酸酯，杭州瑞林化工有限公司；食用小蘇打(NaHCO3)，山東?；瘓F有限公司小蘇打廠；單硬脂酸甘油酯，廣州嘉德樂生化科技有限公司；茶多酚，深圳恒生生物科技有限公司；大豆蛋白，安陽市齊天生物技術有限公司。

1.1.2 儀器與設備

YP-N型電子天平，上海精密儀器儀表有限公司；TMS-PRO型高精度專業(yè)食品物性分析儀，美國FTC公司；DS-1高速組織搗碎機，上海標本模型廠；XHF-D高速分散器(內切式勻漿機)，寧波新芝生物科技股份有限公司；BCD-158JDE型星星牌冷藏冷凍箱，浙江星星家電有限公司；G80F23CN2P-BM1(S0)型微波爐，佛山市順德區(qū)格蘭仕微波爐電器有限公司；力豐B-20攪拌機：廣州市番禹力豐食品機械廠；JC13-DC-P3A全自動色差儀，北京北信未來電子科技中心。

1.2 實驗方法

1.2.1 速凍微波青稞蛋糕制備工藝

原輔料基礎配方：以1 000 g中筋粉為基準，白砂糖1 200 g，青稞粉240 g，色拉油200 g，sp蛋糕油130 g，食鹽24.7 g，雞蛋2 352 g。

加工工藝：將雞蛋、白砂糖倒入攪拌缸內，用攪拌器低速攪打2 min至白砂糖完全溶解。將稱量好的中筋粉、青稞粉、奶香粉、食鹽和添加劑混合過篩，加入到已打發(fā)好的蛋液中，再加入sp蛋糕油，先低速攪打1 min，使干濕原料混合均勻，然后換至高速攪打5 min，使其體積膨脹約3倍；接著加入定量清水繼續(xù)攪打1 min左右，最后換低速加入色拉油拌和30 s。入模前在紙杯內壁均勻涂抹一層油，將制作好的面糊注入蛋糕紙杯中，至紙杯體積的1/2。注模完成后在-30 ℃條件下速凍35 min。食用前先微波解凍4 min后，再中火加熱3.5 min即得成品。

1.2.2 單因素實驗

以蛋糕原料總量為基準，分別研究蔗糖脂肪酸酯(0、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%)、單硬脂酸甘油酯(0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)、NaHCO3(0、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%)、大豆蛋白(0、1%、2%、3%、4%、5%)、茶多酚(0、0.008%、0.016%、0.024%、0.032%、0.04%)的添加量對速凍微波青稞蛋糕比容、感官評分、色差、硬度、咀嚼性、內聚性、黏附性、彈性、膠黏性、品質綜合評分的影響。

1.2.3 CCD響應面實驗

根據(jù)CCD響應面實驗設計原理，在單因素實驗的基礎上，選取蔗糖脂肪酸添加量、單硬脂酸甘油酯添加量、碳酸氫鈉添加量、大豆蛋白添加量、茶多酚添加量5個因素，以成品蛋糕品質綜合評分為考察指標，采取5因素3水平的響應面面分析方法對速凍微波青稞蛋糕復合品質改良劑組合進行篩選，實驗因素水平見表1。

表1 因素水平編碼表Table 1 The coded form of factor level

1.3 指標測定

1.3.1 質構特性測定

參考陳佩等文獻方法進行改進[17-19]。使用高4 cm、直徑3 cm的圓柱形探頭，儀器參數(shù)為高度4.5 cm、壓縮程度60%、壓縮速度60 mm/min。每個樣品測定3次平行，取其平均值。選取硬度、彈性、內聚性、咀嚼性、膠黏性和黏附性6個參數(shù)來判斷速凍微波青稞蛋糕品質。

1.3.2 色差的測定

1.3.3 感官評定

由10名相關專業(yè)人員組成評議小組，在特定的試驗環(huán)境中對試制產品各個因素進行逐一評價，感官評定標準見表2，得出各因素分值，相加即得感官評定總分[20-21]。

1.3.4 比容測定

采用小米測定法[22]。

P=V/m

(1)

式中：P表示面包比容，mL/g；V表示面包體積，mL；m表示面包質量，g。

1.3.5 品質綜合評分

評價項目比容U1、感官評分U2、色差U3、硬度U4、咀嚼性U5、內聚性U6、黏附性U7、彈性U8、膠黏性U9，根據(jù)實踐并參考文獻，確定指標范圍：U1=3～6，U2=60～80，U3=40～50，U4=8～40 N，U5=80～200 mJ，U6=0.5～0.7，U7=0.05～0.4，U8=8～17 mm，U9=5～25 N。根據(jù)線性模型建立如下隸屬度函數(shù)[23]。

表2 感官評定標準Table 2 Sensory analysis standards of grading

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

綜合評分=p(U1)×a1+p(U2)×a2+p(U3)×a3+p(U4)×a4-p(U5)×a5+p(U6)×a6+p(U7)×a7+p(U8)×a8+p(U9)×a9

(11)

式中：a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9為各評價指標在評價體系中所占的權重，由加工經驗結合參考文獻確定[24]，其數(shù)值分別為0.1、0.2、0.1、0.1、0.1、0.1、0.1、0.1和0.1。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用Microsoft Excel 2010軟件， Duncan多重比較顯著性差異分析采用SPSS 22.0軟件，方差分析、響應面分析采用Desgin 8.0.6軟件。

2 結果與分析

2.1 蔗糖脂肪酸酯對速凍微波青稞蛋糕品質的影響

由表3可知，速凍微波青稞蛋糕的硬度隨蔗糖脂肪酸酯添加量的增大呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，且在0.15%時硬度達到最大值37.48，較其它水平差異顯著；膠黏性、咀嚼性及感官的變化與硬度的變化趨勢相似，前二者均在0.15%水平上達到峰值，后者于0.2%時最大達到78.00，3者都較其他水平差異顯著。色差整體呈現(xiàn)下降的趨勢，添加量為0.1%～0.2%時處理組差異顯著，而在0～0.05%范圍內差異不顯著。比容的變化則存在整體增大的趨勢，表明蔗糖脂肪酸與比容的關系呈現(xiàn)正相關。綜上所述蔗糖脂肪酸酯添加量為0～0.1%時，蛋糕的各項指標相對較佳。

2.2 單硬脂酸甘油酯對速凍微波青稞蛋糕品質的影響

由表4可知，蛋糕硬度隨單硬脂酸甘油酯用量的增大造成的差異在0～0.4%間不顯著，當繼續(xù)添加至0.5%時硬度顯著變化，蛋糕質地明顯變軟。黏附性整體呈現(xiàn)增加的趨勢，添加量為0.5%時黏附性最大為0.24。咀嚼性呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在添加量為0.3%咀嚼性最大，說明在一定范圍內，單硬脂酸甘油酯添加量增加與咀嚼性大小呈正相關。色差的變化趨勢與咀嚼性相反，在添加量為0%色差值最大，較其他添加量存在顯著性差異。比容呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在0.3%～0.5%比容相對較大。感官在添加量為0.4%時顯著上升至79.67，與空白組相比漲幅達22.38%。綜上所述單硬脂酸甘油酯添加量為0.3%～0.5%較佳。

表3 蔗糖脂肪酸酯添加量對速凍青稞蛋糕品質的影響Table 3 Effect of sucrose fatty acid ester on quality of frozen microwave cake of highland barley

注：同列不同字母表示顯著性差異(p<0.05,n=3)；表4～表7同。

表4 單硬脂酸甘油酯對速凍微波青稞蛋糕品質的影響Table 4 Effect ofglycerol monostearate on quality of frozen microwave cake of highland barley

2.3 NaHCO3對速凍微波青稞蛋糕品質的影響

由表5可知，低水平組(0～0.3%)較中高水平組(0.3%～1.5%)對蛋糕硬度的影響顯著，且在1.5%水平時達到最低值12.63。內聚性隨NaHCO3添加量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，添加量為0～0.9%時顯著增大至0.64。彈性的變化趨勢與內聚性比較相似，隨著添加量的增加，在0.9%時增大至15.28，較添加量為0%存在顯著性差異。比容隨著NaHCO3的增加呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，在0.6%～1.2%比容相對較大且差異不顯著，進一步增大或減小NaHCO3的量蛋糕的蓬發(fā)程度顯著降低。感官評分的變化趨勢與比容相似，在1.2%評分最高為79.50，超過1.2%評分顯著下降為65.00。當添加量達到0.6%時蛋糕硬度適宜，表皮色差較佳，蓬松度及感官評分較高，蛋糕品質顯著優(yōu)于除空白組的其他水平，因此碳酸氫鈉添加量在0.3%～0.9%時較佳。

表5 碳酸氫鈉對速凍微波青稞蛋糕品質的影響Table 5 Effect of sodium bicarbonate on quality of frozen microwave cake of highland barley

2.4 大豆蛋白對速凍微波青稞蛋糕品質的影響

由表6可知，大豆蛋白添加量在1%～2%時蛋糕較柔軟，硬度與其他水平相比差異顯著。內聚性呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，2%時達到最大值0.61，在1%～3%內聚性變化差異不顯著。同時，適量大豆蛋白的添加(1%～3%)能顯著改善蛋糕彈性。對色差而言各組間的差異顯著，在1%水平上達到峰值47.58。比容與大豆蛋白添加量呈正相關，但除對照組外的變化差異并不顯著。感官的變化趨勢與內聚性大小較為相似，在3%～4%時評分最高高達78.70，較其他組差異顯著。綜上所述，大豆蛋白添加量為2%～4%較佳。

表6 大豆蛋白對速凍微波青稞蛋糕品質的影響Table 6 Effect of soy protein powder on quality of frozen microwave cake of highland barley

2.5 茶多酚對速凍微波青稞蛋糕品質的影響

茶多酚對速凍微波青稞蛋糕品質的影響由表7所示。硬度表現(xiàn)為波浪形的間歇增大，在0.032%水平上存在最低值，較其他水平顯著。內聚性呈現(xiàn)增加后減小的趨勢，當添加量為0.032%達到最大內聚性為0.60，在添加量為0.016%～0.04%時聚性變化不顯著。比容除0.016%～0.024%水平外呈現(xiàn)顯著下降的趨勢，零水平時比容最大為4.82，因此茶多酚雖能改善蛋糕的內聚性，但會影響成品蛋糕的蓬發(fā)程度。感官的變化趨勢與內聚性變化相似，結合色差數(shù)據(jù)來看，在0.024%時蛋糕外觀、色澤、氣味、組織與口感均較為理想，且各個添加量下的色差和感官評分差異顯著。綜上所述，添加量為0.016%～0.032%較為合適。

表7 茶多酚對速凍微波青稞蛋糕品質的影響Table 7 Effect of tea-polyphenols on quality of frozen microwave cake of highland barley

2.6 CCD響應面實驗結果分析

2.6.1 設計及結果

利用Desgin8.0.6軟件進行實驗設計和數(shù)據(jù)處理，以品質綜合評分作為響應值(R)，實驗設計與結果見表8。

表8 響應面設計與結果Table 8 Experiment design and results

續(xù)表8

?實驗號X1X2X3X4X5R實驗號X1X2X3X4X5R1211-11-10.771 3700-2.378000.538 13-1-111-10.593 38002.378000.581 141-111-10.338 39000-2.37800.534 15-1111-10.938 400002.37800.517 161111-10.581 410000-2.3780.790 17-1-1-1-110.665 4200002.3780.651 181-1-1-110.536 43000000.958 19-11-1-110.536 44000000.957 2011-1-110.402 45000000.791 21-1-11-110.826 46000000.965 221-11-110.454 47000000.956 23-111-110.729 48000000.965 24111-110.353 49000000.983 25-1-1-1110.694 50000000.951

2.6.2 方差分析

對表8中的實驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到品質綜合評分(R)為響應值的回歸方程：

(12)

2.6.3 單因素效應分析

采用降維分析法進行單因素效應分析，即將回歸方程中2個因素固定在零水平，分別得到5個因素的因素模型如下：

RX1=0.94-0.087X1-0.079X2

(13)

RX2=0.94+0.035X2-0.051X2

(14)

RX3=0.94+5.293E-003X3-0.072X2

(15)

RX4=0.94-2.619E-003X4-0.078X2

(16)

RX5=0.94-0.033X5-0.043X2

(17)

根據(jù)以上方程得到各因素的單因素軌跡圖見圖1，隨著蔗糖脂肪酸酯、茶多酚用量的增加，品質綜合評分先緩慢增加，隨之快速下降；隨單硬脂酸甘油酯、碳酸氫鈉、大豆蛋白用量的增加，品質綜合評分先增加后下降，變化趨勢較穩(wěn)定，各因素在-0.5～0.5水平間對品質綜合評分的影響存在極大值。

表9 綜合品質評分的方差分析Table 9 Variance analysis of the comprehensive quality scores

續(xù)表9

方差來源平方和自由度方差F值p值顯著性X3X40.06210.06229.88< 0.0001極顯著X3X50.01710.0178.090.008 極顯著X4X52.40E-0312.40E-031.150.293 不顯著X210.3410.34165.19< 0.000 1極顯著X220.1410.1468.35< 0.000 1極顯著X230.2910.29136.87< 0.000 1極顯著X240.3410.34160.77< 0.000 1極顯著X250.110.149.79< 0.000 1極顯著誤差0.061292.09E-03失擬項0.034221.56E-030.410.946 不顯著純差0.02673.76E-03總和1.849R2=0.966 4R2adj=0.943 2C.V/%=6.96%精密度=22.039

圖1 單因素軌跡圖Fig.1 Perturbation of single factors

2.6.4 因素交互作用分析

根據(jù)回歸方程得出不同因子的響應面分析圖見圖2。大豆蛋白和單硬脂酸甘油酯用量(圖2-c)、大豆蛋白和NaHCO3用量(圖2-f)的圖形曲線走勢較陡，說明其影響最為顯著。圖2-f中，當大豆蛋白用量達到3%左右和NaHCO3用量達到0.7%左右時，品質綜合評分達到最大值；在大豆蛋白用量低于3%、NaHCO3用量低于0.7%的水平范圍內，品質綜合評分隨兩者用量增加而增高，這是由于2種品質改良劑協(xié)同作用作用所致，其中NaHCO3受熱會產生一定的CO2，具有一定的發(fā)泡性，使蛋糕更加松軟，而大豆蛋白的加入，會給蛋糕帶來特殊風味，其中含有的脂肪和纖維能使蛋糕芯松軟, 有助于蛋糕與模具分開，隨著加入2種品質改良劑量的增加，成品蛋糕的品質得到改善[25-26]；當在大豆蛋白用量高于3%、NaHCO3用量高于0.7%，品質綜合評分隨兩者的增加而降低，因為過量加入NaHCO3和大豆蛋白，會使蛋糕產生堿味和不愉快的豆腥味，影響口感，品質下降[27]。同理，圖2-a～圖2-d、圖2-g變化趨勢與圖2-f相比，雖有些響應面圖的變化趨勢較緩，但各因素的交互作用仍對響應值有較大的影響。

圖2 各因素交互作用的響應面圖Fig.2 Contour and response surface plots showing the interactive effects of three factors on bacteriostatic rate

2.6.5 復合品質改良劑配方優(yōu)化及驗證實驗結果

通過Desgin 8.0.6進行模型優(yōu)化的復合品質改良劑最佳配方為：蔗糖脂肪酸酯用量0.02%、單硬脂酸甘油酯用量0.49%、NaHCO3用量0.71%、大豆蛋白用量3.14%、茶多酚用量0.02%，預測品質綜合評分為0.991。以此配方進行驗證實驗，重復6次，成品口感松軟，色澤明亮，風味較佳，實際品質綜合評分為(0.988±0.008)，顯著優(yōu)于較優(yōu)組實驗結果，與預測值相接近，表明優(yōu)化過后所得復合品質改良劑配方可靠，具有實際運用的意義。

3 結論

通過回歸優(yōu)化以及驗證實驗所得的復合品質改良劑的最佳配方為:蔗糖脂肪酸酯用量0.02%、單硬脂酸甘油酯用量0.49%、NaHCO3用量0.71%、大豆蛋白用量3.14%、茶多酚用量0.02%，此配方下成品蛋糕的品質綜合評分為(0.978±0.008)，與預測值0.991較接近，在該品質改良劑配方下制作出的蛋糕有組織細膩，富有彈性，入口綿軟等優(yōu)點，能夠達到實際生產要求，對其進一步推廣具有指導意義。

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