4種功能性低聚糖對海綿蛋糕的面糊性能和烘焙品質(zhì)的影響

王永俊 - 鄧雯婷 - 鄭建仙 - 黃衛(wèi)寧 -

(1. 華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640；2. 江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214122)

蛋糕是一款深受消費(fèi)者歡迎的美食，結(jié)構(gòu)松軟，口感與風(fēng)味俱佳。但蛋糕也是一種高糖食品，現(xiàn)代社會許多疾病如肥胖癥、糖尿病、高脂血癥等，與高糖飲食直接或間接相關(guān)[1-4]。如何降低蛋糕的含“糖”量，一直是烘焙領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[5]，目前，普遍采用糖醇、高倍甜味劑等低熱量甜味劑代替蛋糕中的蔗糖，但使用紐甜、三氯蔗糖等高倍甜味劑完全替代蛋糕中的蔗糖時，會使蛋糕比容降低，組織發(fā)硬，可接受度降低[6-9]。Ronda等[10]發(fā)現(xiàn)，木糖醇海綿蛋糕在風(fēng)味、回味等方面超過蔗糖海綿蛋糕，但是木糖醇價格高，且不能參與美拉德反應(yīng)而影響產(chǎn)品色澤。

功能性低聚糖，如大豆低聚糖、低聚果糖、菊粉、低聚半乳糖、水蘇糖、低聚木糖等，因不被人體消化吸收可直接進(jìn)入大腸成為雙歧桿菌的增殖因子，帶來潤腸通便、促進(jìn)礦物質(zhì)元素吸收、增強(qiáng)免疫力等多種益處，是重要的功能性食品原料[11]。同時，功能性低聚糖在甜度、水分活度、黏度等方面具有與蔗糖相似的性質(zhì)[12]7,38,104，可在食品制作過程中代替蔗糖發(fā)揮相同的作用。因此，將功能性低聚糖應(yīng)用到蛋糕當(dāng)中，可降低蛋糕熱值的同時，并帶來保健功能。

本研究擬選用低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖和天然菊粉完全代替海綿蛋糕中的蔗糖，分別分析它們對面糊性能和蛋糕烘焙品質(zhì)的影響，旨在為功能性低聚糖蛋糕的開發(fā)提供理論依據(jù)，以滿足消費(fèi)者的需求。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料

低聚異麥芽糖：IMO-900型，山東百龍創(chuàng)園生物科技有限公司；

低聚果糖：P95型，比利時Beneo-Orafti公司；

低聚半乳糖：900P型，云浮市新金山生物科技有限公司；

菊粉：GR型，比利時Beneo-Orafti公司；

低筋面粉、玉米油、白砂糖、雞蛋：優(yōu)級品，市售。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

電烤箱：HK-60型，廣東省中山市豪通有限公司；

布拉本德糊化黏度儀：803202型，德國Brabender公司；

旋轉(zhuǎn)流變儀：HAKKE RS600型，熱電(Karlsruhe)公司；

色彩色差儀：CR-400型，柯尼卡美能達(dá)有限公司；

質(zhì)構(gòu)儀：TA-XTPlus型，英國Stable Micro System有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 海綿蛋糕的制作方法 海綿蛋糕配方見表1。制作步驟：將全蛋液置于打發(fā)盆中，中速打發(fā)3 min，加入蔗糖/功能性低聚糖，中速打發(fā)5 min，轉(zhuǎn)高速打發(fā)10 min。加入過篩的低筋粉，攪拌混合5 min，加入玉米油和水，拌合3 min，即成蛋糕面糊。注模，烘烤條件：上下火190 ℃，25 min。

1.2.2 蛋液打發(fā)效果的測定 分別測定蔗糖、4種功能性低聚糖的全蛋液打發(fā)效果，采用式(1)計(jì)算蛋液的起泡能力[13]。

(1)

式中：

FC——起泡能力，%；

V1——100 g全蛋蛋液的體積，mL；

V2——打發(fā)后的體積，mL。

表1 海綿蛋糕配方

1.2.3 面粉—糖混合粉糊化特性的測定 按GB/T 14490—2008的方法，采用布拉本德糊化黏度儀測定面粉—糖(1∶1)混合粉的糊化特性。稱量若干克的混合粉至布拉本德黏度儀測量杯中，加水至100 g，配制15%的濃度(按干基算)，以7.5 ℃/min速率從30 ℃升溫至95 ℃，保溫5 min，以同樣速度降溫到50 ℃保溫5 min。測定條件：扭矩0.068 6 N·m，轉(zhuǎn)速250 r/min。

1.2.4 面糊相對密度的測定 面糊按照1.2.1的配方與步驟制作，取一個平底容器并測定其質(zhì)量為m0；然后盛滿純水，記錄容器與水的重量為m1；再將平底容器裝滿面糊，拍打三下并確保容器里的面糊不留有大氣泡，抹平表面，此時記錄容器與面糊的重量為m2。按式(2)計(jì)算出面糊的相對密度。

(2)

式中：

ρ面糊——相對密度，g/mL；

ρ水——水的密度，1 g/mL；

m0——容器質(zhì)量，g；

m1——容器與水的質(zhì)量，g；

m2——容器與面糊的質(zhì)量，g。

1.2.5 面糊流變學(xué)特性的測定 面糊按照1.2.1配方與步驟制作，5 min后取適量的面糊放置旋轉(zhuǎn)流變儀測試板中心。該流變儀配置有Universal Peltier和水浴控溫系統(tǒng)，流變儀平板直徑27.83 mm，間隙1.0 mm，測試前調(diào)零。在恒溫25 ℃、頻率1 Hz的條件下，剪切速率在5 min 內(nèi)從0.1 s-1線性增加至100 s-1，記錄面糊黏度的變化。

1.2.6 海綿蛋糕比容的測定 海綿蛋糕比容的測定，參照GB/T 14611—2008，蛋糕烘烤冷卻后，去除表皮，切成邊長約為2 cm的立方塊，測定其質(zhì)量為m，用菜籽置換法測量其體積，蛋糕比容采用式(3)計(jì)算。每組蛋糕重復(fù)測量6次，去除最大值最小值后計(jì)算平均值。

(3)

式中：

v——蛋糕比容，mL/g；

m——蛋糕塊的質(zhì)量，g；

V——蛋糕塊的體積，mL。

1.2.7 海綿蛋糕色差的測定 去除海綿蛋糕表皮后，使用便攜式色差儀測定蛋糕芯的色差。每組測量5次取平均值。

1.2.8 海綿蛋糕質(zhì)構(gòu)特性的測定 海綿蛋糕烘烤完成后，冷卻至室溫，去除表皮并切成邊長為2 cm的立方測試塊。測試參數(shù)設(shè)置：使用P/36R平底圓柱探頭，觸發(fā)值5 g，壓縮比75%，循環(huán)數(shù)2，測試前速度5 mm/s，試驗(yàn)速度1 mm/s，返回速度5 mm/s。每個樣品平行測定6次，去除最大值和最小值，取4個數(shù)的平均值。

1.2.9 海綿蛋糕感官分析 參考GB/T 16290—1996并略加修改，選取色澤、風(fēng)味、口感、甜度、回味、整體可接受度6個指標(biāo)，采用9分標(biāo)度法進(jìn)行評價，即：符合需求的7～9分，尚好的4～6分，不符合需求的1～3分。參加感官評分的人員共11人(男∶女=4∶7)，評分前均經(jīng)過簡單的培訓(xùn)，分別評價焙烤后放置1，24，72 h的海綿蛋糕。5組試驗(yàn)樣品隨機(jī)編號，所得結(jié)果去除最大值和最小值后，取平均值進(jìn)行分析。評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.2.10 數(shù)據(jù)分析 試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用微軟EXCEL 2013與SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

表2 感官評價標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 4種功能性低聚糖對海綿蛋糕面糊性能的影響

2.1.1 蛋液起泡能力與面糊相對密度 4種功能性低聚糖對全蛋液起泡能力、面糊相對密度的影響結(jié)果見表3。起泡能力是蛋液在打發(fā)過程中體積的增加率，即泡沫的生成能力。由表3可見：低聚果糖的起泡能力最強(qiáng)，比蔗糖高3%(P<0.05)，而低聚異麥芽糖、低聚半乳糖、菊粉分別比蔗糖組低10%，18%，36%(P<0.05)。理想的起泡體系，應(yīng)具備以下特點(diǎn)：① 蛋白質(zhì)分子在攪打時快速移動至界面并重排定向；② 體系有中等強(qiáng)度的黏度并形成能抵擋剪切的膜。純蛋液因?yàn)轲ざ冗^小，直接打發(fā)起泡效果不好，而加入糖后可以提高體系黏度，經(jīng)攪打得到蓬松穩(wěn)定的泡沫體系。低聚果糖水溶液的黏性與蔗糖相當(dāng)[12]104，所以兩者打發(fā)效果較為接近。而菊粉最不利于蛋液打發(fā)起泡，可能是天然菊粉的聚合度與其他4種糖相比較高，分子中具有較多活性羥基，具有良好的親水性，與蛋白質(zhì)分子競爭性結(jié)合蛋液里的水分子[14]，減緩蛋白質(zhì)分子在界面上擴(kuò)散與重新排列的速度，黏度過大，空氣不易進(jìn)入內(nèi)部形成氣泡。

表3 面糊的起泡能力、相對密度、稠度系數(shù)和流動特性指數(shù)?

? 同列字母不同表示顯著性差異(P<0.05)。

低聚果糖、低聚半乳糖面糊的相對密度與蔗糖組相比無顯著性差異(P>0.05)，而低聚異麥芽糖、菊粉組的面糊相對密度比蔗糖組分別高5.6%和52.3%(P<0.05)。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，面糊的相對密度與該糖蛋液的起泡能力呈顯著負(fù)相關(guān)，Pearson相關(guān)系數(shù)為-0.911(P<0.05)，即起泡能力越強(qiáng)，面糊相對密度越小。

2.1.2 流變學(xué)特性 5種面糊的表觀黏度隨剪切速率變化的結(jié)果見圖1。結(jié)果表明，在剪切速率變化范圍內(nèi)，5種面糊的表觀黏度很好地?cái)M合了冪律方程(μ=K×γn-1)，試驗(yàn)組和對照組的R2>0.99，稠度系數(shù)K和流動特性指數(shù)n見表3。面糊的流變學(xué)性質(zhì)是影響蛋糕體積和質(zhì)構(gòu)的主要因素之一[15]，其中又以面糊黏度最為重要，它與焙烤制品最終質(zhì)量密切相關(guān)，面糊的初始黏度和加熱過程中黏度的變化分別決定了氣泡的結(jié)合能力和氣泡的穩(wěn)定性[16]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，用低聚果糖代替海綿蛋糕中的蔗糖，兩者面糊稠度系數(shù)、流動特性指數(shù)在統(tǒng)計(jì)上無顯著性差異(P>0.05)，顯示出良好的替代性。這可能是低聚果糖的黏性、吸濕性、保濕性等食品應(yīng)用特性都與蔗糖相近[12]38。用低聚異麥芽糖代替蔗糖則會顯著提高面糊的黏度(P<0.05)，與竇光朋等[17]的研究結(jié)果一致，低聚異麥芽糖、低聚半乳糖、菊粉面糊的黏度分別是蔗糖組的2.19，2.79，29.76倍(P<0.05)，可能與低聚異麥芽糖、低聚半乳糖、菊粉的多羥基結(jié)構(gòu)有關(guān)，表現(xiàn)出與水分子有較強(qiáng)的結(jié)合能力，從而限制水的活度，增加了面糊黏度。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，面糊的相對密度與面糊的稠度系數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，即相對密度大的面糊擁有較高的黏度。

2.1.3 糊化特性 使用布拉本德微型糊化黏度儀測定面粉—糖1∶1混合粉的糊化特性，結(jié)果見表4。結(jié)果表明，4種功能性低聚糖和蔗糖一樣，都可以顯著地提高低筋粉的糊化起始溫度(P<0.05)，而使峰值黏度、恒溫階段起始黏度、冷卻階段起始黏度、冷卻階段結(jié)束黏度、恒溫階段結(jié)束黏度、崩解值、回升值顯著下降(P<0.05)。說明4種功能性低聚糖、蔗糖分子可與淀粉顆粒競爭性結(jié)合水分子，從而降低水分活度和利用率[18]，或與淀粉鏈之間形成交聯(lián)作用“糖橋”，限制淀粉膨脹并穩(wěn)定結(jié)晶區(qū)，因此需要更多的能量(外部加熱)才能使其分開[19]。面糊的糊化起始溫度升高后，可以延遲烘焙時氣泡的溢出，從而幫助蛋糕形成疏松多孔的結(jié)構(gòu)。低聚異麥芽糖、低聚果糖、菊粉3組的糊化起始溫度比蔗糖組高約2 ℃(P<0.05)，展現(xiàn)出良好的替代性，而低聚半乳糖組則比蔗糖組低1.3 ℃(P<0.05)。

圖1 面糊表觀黏度隨剪切速率的變化圖

組號糊化起始溫度/℃峰值黏度/BU恒溫階段起始黏度/BU冷卻階段起始黏度/BU崩解值/BU回升值/BU恒溫階段結(jié)束黏度/BU冷卻階段結(jié)束黏度/BU158.9±0.2d632±3a507±6a373±3a260±3a171±2a580±3a543±3a268.8±0.1b148±1b143±1b100±2b48±1b72±1b186±2b173±2b370.7±0.1a133±2d124±1d89±1d44±1c54±1f169±1d144±2f470.7±0.1a140±2c128±1c92±1c47±1b58±1d176±2c150±2e567.5±0.3c145±1b131±2c100±1b46±1b62±1e178±2c161±1d670.6±0.2a100±2e86±1e82±1e18±1d50±1c154±1e132±1c

? 同列字母不同表示有顯著性差異(P<0.05)；組號1～6分別表示純小麥粉、蔗糖混合粉、低聚異麥芽糖混合粉、低聚果糖混合粉、低聚半乳糖混合粉、菊粉混合粉。

2.2 4種功能性低聚糖對海綿蛋糕烘焙品質(zhì)的影響

2.2.1 比容、色差和質(zhì)構(gòu)特性 使用色差儀測定5種海綿蛋糕芯的色差，結(jié)果見表5。從表5中可以看出，使用4種功能性低聚糖替換海綿蛋糕中的蔗糖，蛋糕芯的亮度會顯著降低(P<0.05)，低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、菊粉組的亮度分別比蔗糖組低5.52%，5.19%，3.79%，17.65%，說明它們美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)較為強(qiáng)烈。蔗糖組偏綠的傾向較大，低聚異麥芽糖、低聚果糖組與蔗糖組相比在統(tǒng)計(jì)上沒有顯著性差異(P>0.05)，而低聚半乳糖、菊粉海綿蛋糕的偏綠傾向較小(P<0.05)。低聚異麥芽糖、低聚半乳糖、菊粉組蛋糕的b*值比蔗糖組高(P<0.05)，而低聚果糖比蔗糖組低(P<0.05)。

海綿蛋糕的比容、質(zhì)構(gòu)特性數(shù)據(jù)見表6。結(jié)果表明，使用低聚果糖代替海綿蛋糕中的蔗糖，兩者的比容數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無顯著性差異(P>0.05)，低聚異麥芽糖、低聚半乳糖組的比容分別比對照組低11.75%和14.10%(P<0.05)。對于松軟可口的海綿蛋糕而言，其烘焙品質(zhì)高低與硬度、膠黏性、咀嚼性大小是負(fù)相關(guān)的關(guān)系，而與內(nèi)聚性、彈性、回復(fù)性大小呈正相關(guān)關(guān)系。因此，結(jié)合質(zhì)構(gòu)特性數(shù)據(jù)可以看出，低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖海綿蛋糕的硬度、膠黏性、咀嚼性均比蔗糖海綿蛋糕低，而內(nèi)聚性、彈性、回復(fù)性與蔗糖組相近，展現(xiàn)出良好的替代性。菊粉海綿蛋糕比容最低，比對照組低30.89%，蛋糕的硬度最大，彈性和回復(fù)性差，羅登林等[14,20]認(rèn)為菊粉的聚合度相對較高，分子中活性羥基較多，吸水極強(qiáng)，因此面糊黏度大，阻礙了水蒸氣的形成和氣體的散失，不利于面糊體積的膨脹，增加焙烤食品的硬度。試驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，海綿蛋糕比容與面糊的相對密度呈顯著負(fù)相關(guān)，Pearson相關(guān)性系數(shù)為-0.879(P<0.05)，即面糊密度越大，蛋糕比容越小。

表5 4種功能性低聚糖對海綿蛋糕色差的影響?

? 同列字母不同表示有顯著性差異(P<0.05)。

表6 海綿蛋糕的比容、質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)?

? 同列字母不同表示有顯著性差異(P<0.05)。組號1～5分別表示蔗糖海綿蛋糕、低聚異麥芽糖海綿蛋糕、低聚果糖海綿蛋糕、低聚半乳糖海綿蛋糕、菊粉海綿蛋糕。

2.2.2 感官評價 采用9分標(biāo)度法對5種海綿蛋糕進(jìn)行感官評價，結(jié)果見圖2。由圖2可知：菊粉海綿蛋糕在72 h 貯藏期內(nèi)6個維度的得分都是最低的，新鮮出爐的菊粉海綿蛋糕可接受度僅為4.23分，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蔗糖組的8.32分，貯藏72 h的菊粉海綿蛋糕可接受度變得更低，為3.23分。由于菊粉具有極強(qiáng)的吸水性，其海綿蛋糕成品口感較差，咀嚼時粉質(zhì)感強(qiáng)烈，讓人覺得干燥而難以下咽。Fernanda等[21]的研究也認(rèn)為，含有菊粉的蛋糕比對照組硬度更大和更脆，最終降低菊粉蛋糕的可接受度。使用低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖制作的海綿蛋糕，其在1 h時成品色澤、風(fēng)味、口感三方面與蔗糖組相近，這3種蛋糕外觀金黃色，顏色均勻，具有蛋糕應(yīng)有的香氣，入口軟綿，回味純正愉快，但是在甜度方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于蔗糖組，三者的可接受度分別為6.93，7.05，6.58分，蔗糖組為8.12分。低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖貯藏72 h后整體可接受度分別為5.84，6.48，6.37分。因此，從整體上看，使用低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖完全代替海綿蛋糕中的蔗糖，在72 h 的貯藏期內(nèi)，應(yīng)用效果是可以接受的(可接受度>5分)。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)探究了4種功能性低聚糖對海綿蛋糕的面糊性能和烘焙品質(zhì)的影響，結(jié)果表明：低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖的面糊性能與蔗糖組較為接近，顯示出良好的替代性；同時，海綿蛋糕的比容、色差、質(zhì)構(gòu)特性和感官數(shù)據(jù)說明，使用這3種糖制作的海綿蛋糕貯藏3 d后依然是可接受的，但是甜度方面仍有待加強(qiáng)。菊粉由于吸濕性極強(qiáng)，其海綿蛋糕成品比容小，硬度大，咀嚼時粉質(zhì)感強(qiáng)烈，可接受度最低。

圖2 海綿蛋糕的感官評價結(jié)果

本研究僅涉及降低海綿蛋糕的糖熱值問題，菊粉完全代替海綿蛋糕中的蔗糖雖不可取，但它可以提供類似脂肪的口感，后續(xù)可嘗試將其他功能性低聚糖代替蔗糖、菊粉代替蛋糕中的脂肪，從而得到風(fēng)味性良好的低糖低脂蛋糕。