響應(yīng)面法優(yōu)化植物基巧克力慕斯制備工藝

葉凌波，朱星桐，解 莉，呂新河，呂 慧，焦 銳，朱云龍

（1.南京旅游職業(yè)學(xué)院/烹飪與營養(yǎng)江蘇省文化和旅游重點實驗室，江蘇南京 211100；2.揚州大學(xué)旅游烹飪學(xué)院，江蘇揚州 225127）

植物基食品是以植物蛋白替代動物蛋白制成的一類食品[1]。作為未來食品的代表，植物基食品在健康[2?3]、安全[4]、環(huán)保[5]和道德[6]等方面均較傳統(tǒng)肉類食品具有顯著優(yōu)勢，是滿足消費者追求營養(yǎng)健康和可持續(xù)生活方式需求的新品類[7]，也是未來食品科學(xué)發(fā)展的重要方向[8]。

傳統(tǒng)慕斯蛋糕是指以牛奶、糖、蛋黃、食用膠和奶油為主要原料，經(jīng)攪打、混合、注模、成型和冷凍而成的具有穩(wěn)定泡沫結(jié)構(gòu)的充氣甜點，其中使用到的動物性原料主要包括牛奶、蛋黃和奶油。牛奶使慕斯更加細膩醇香；雞蛋具有較好的凝聚和乳化作用，是穩(wěn)定慕斯的重要成分；奶油打發(fā)后填充慕斯使其體積膨大，口感更為芬芳爽口[9?10]。開發(fā)新型植物基慕斯蛋糕，需將其中的動物性原料替換為植物性原料[11]。關(guān)于蛋糕制作過程中的植物性原料替代國內(nèi)鮮有報道，但國外有所研究[12]。Rana 等[13]研究了鷹嘴豆水代替雞蛋制作海綿蛋糕的可能性。Lafarga 等[14]發(fā)現(xiàn)鷹嘴豆烹飪過程中產(chǎn)生的粘性液體具有起泡、乳化和凝膠特性，Buhl 等[15]將這種粘性液體命名為鷹嘴豆水（Aquafaba），鷹嘴豆水既指來自鷹嘴豆罐頭中的液體，也包括煮沸鷹嘴豆過程中產(chǎn)生的液體。有報道稱鷹嘴豆水作為一種純素、無麩質(zhì)和無膽固醇的流變添加劑[16]，在無蛋蛋黃醬[17]、蛋白酥皮[18]、冰淇淋[19]和烘焙食品[20]等制備中表現(xiàn)出一定潛力，對植物基食品的開發(fā)具有重要意義。

為緊跟植物基食品的發(fā)展步伐，滿足人們對綠色健康飲食的需求，豐富國內(nèi)對鷹嘴豆水的研究，本研究選取最為常見且深受消費者喜愛的巧克力慕斯為研究對象，使用椰漿替代牛奶，鷹嘴豆水替代蛋黃和奶油，零卡糖替代白砂糖制備植物基巧克力慕斯，研究煮豆時間、零卡糖添加量和打發(fā)溫度對鷹嘴豆水泡沫性能的影響，通過單因素實驗和響應(yīng)面試驗進行配方和工藝優(yōu)化研究，并對條件下制備的植物基巧克力慕斯進行營養(yǎng)成分分析，為營養(yǎng)健康植物基食品的研究與開發(fā)提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鷹嘴豆 新疆天山北坡冷糧食品有限公司，2021年8 月采收；零卡糖（赤蘚糖醇99.71%、羅漢果甜苷0.25%、甜菊糖苷0.04%）浙江華康藥業(yè)股份有限公司；純凈水、黑巧克力、海藻膠、椰漿 市售；硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、氫氧化鈉、鹽酸、乙醇、無水乙醚、碘化鉀等 均為分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

YS20E 高壓鍋 浙江蘇泊爾集團有限公司；HM 340 打蛋器 青島漢尚電器有限公司；C22-IJ59E 電磁爐 浙江蘇泊爾集團有限公司；BL4100S 電子天平 美國Setra 西特公司；ALS250-4A 分析天平 德國科恩公司；SE-A6 全自動脂肪測定儀 濟南阿爾瓦儀器有限公司；KND-1000 自動凱氏定氮儀 上海昕瑞儀器儀表有限公司；E2695 高效液相色譜系統(tǒng) 美國Waters 公司等。

1.2 實驗方法

1.2.1 植物基巧克力慕斯制備工藝 植物基巧克力慕斯制備主要工藝如圖1 所示：

圖1 植物基巧克力慕斯制備工藝圖Fig.1 Process flow chart for making plant-based chocolate mousse

鷹嘴豆水打發(fā)[14]：稱取鷹嘴豆500 g，清水浸泡8 h，過濾并棄去濾液，泡發(fā)后的鷹嘴豆加入純凈水于高壓鍋中煮豆一定時間，過濾并將濾出液轉(zhuǎn)移至不銹鋼盆中，向濾出液中加入一定量零卡糖，用電動打蛋器高速打發(fā)至濕性發(fā)泡，拉起打蛋器時有彈性挺立，尾端稍彎曲。

慕斯基底調(diào)制：稱取210 g 椰漿加入一定量零卡糖，加熱煮沸，加入4 g 海藻膠加熱融化，加入220 g黑巧克力攪拌均勻，水浴法對慕斯基底進行調(diào)溫。

混合注模：將打發(fā)后的鷹嘴豆水泡沫加入到調(diào)制好的慕斯基底中，翻拌均勻，動作應(yīng)輕而快，防止發(fā)生消泡。將混合均勻的慕斯糊倒入慕斯模具中，用刮刀抹平慕斯表面，放入冰箱冷藏4 h 以上，取出后脫模。

1.2.2 單因素實驗 取50 g 鷹嘴豆，清水浸泡8 h，過濾并棄去濾液，泡發(fā)后的鷹嘴豆加入300 mL 純凈水于高壓鍋中煮豆，取上清液并加入零卡糖共計20 mL進行打發(fā)實驗。固定零卡糖添加量為10%，打發(fā)溫度為20 ℃，考察鷹嘴豆煮豆時間（20、30、40、50 和60 min）對泡沫膨脹率和泡沫穩(wěn)定性的影響；固定鷹嘴豆煮豆時間為40 min，打發(fā)溫度為20 ℃，考察零卡糖添加量（0、4%、8%、10%和12%）對泡沫膨脹率和泡沫穩(wěn)定性的影響；固定零卡糖添加量為10%，鷹嘴豆煮豆時間為40 min，考察打發(fā)溫度（0、10、20、30 和40 ℃），對泡沫膨脹率和泡沫穩(wěn)定性的影響，零卡糖添加量為零卡糖占含糖鷹嘴豆水總量的百分比。

以鷹嘴豆水打發(fā)最優(yōu)條件為基礎(chǔ)，固定零卡糖添加量為17%，混合溫度為25 ℃，考察鷹嘴豆水添加量（15%、20%、25%、30%、35%）對慕斯感官品質(zhì)的影響；固定鷹嘴豆水添加量為25%，混合溫度為25 ℃，考察零卡糖添加量（11%、14%、17%、20%、23%）對慕斯感官品質(zhì)的影響；固定鷹嘴豆水添加量為25%，零卡糖添加量為17%，考察基料混合溫度（20、25、30、35、40 ℃）對感官品質(zhì)的影響，鷹嘴豆水和零卡糖添加量均分別為占混合后慕斯糊總量的百分比。

1.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗 在單因素實驗的基礎(chǔ)上，以感官評分為響應(yīng)值，鷹嘴豆水添加量（A）、零卡糖添加量（B）以及混合溫度（C）為三個影響因素，根據(jù)Box-Behnken 試驗設(shè)計[21]進行三因素三水平的響應(yīng)面試驗，試驗的具體因素與水平設(shè)計詳見表1。運用Design Expert 12.0.3 軟件進行實驗設(shè)計以及響應(yīng)面分析。

表1 響應(yīng)面試驗因素及水平設(shè)計Table 1 Box-Behnken test factors and horizontal design

1.2.4 泡沫性能測定 在Wang 等[22]方法的基礎(chǔ)上稍作調(diào)整測定鷹嘴豆水打發(fā)后的泡沫膨脹率和泡沫穩(wěn)定性。稱取零卡糖溶解于鷹嘴豆水中并定容，取20 mL（記為V0）定容后鷹嘴豆水，于恒溫水浴中保溫30 min，轉(zhuǎn)移至500 mL 塑料量杯中，用電動打蛋器高速打發(fā)10 min，打發(fā)后泡沫體積記為V1，靜置1 h，靜置后剩余泡沫體積記為V2，泡沫膨脹率（FE，%）和泡沫穩(wěn)定性（FS，%）的計算分別如式（1）和式（2）：

式中：V0是初使鷹嘴豆水體積，mL；V1是初使泡沫的體積，mL；V2是靜置后的泡沫體積，mL。

1.2.5 感官評定 采用感官評定方法對慕斯進行評價。感官評定小組由10 位食品專業(yè)人員組成，參照GB/T 31059-2014《裱花蛋糕》中對慕斯蛋糕的感官要求[23]，建立分別從外觀色澤、滋味氣味、組織形態(tài)和口感四個方面進行評分，每個方面的評分各占25%，合計為總分，詳見表2。取10 位評委的平均分作為最終評分。

表2 植物基巧克力慕斯感官評價表Table 2 The sensory evaluation form of plant-based chocolate mousse

1.2.6 成品營養(yǎng)成分測定 植物基巧克力慕斯中蛋白質(zhì)、脂肪和總糖的測定分別參照GB 5009.5-2016《食品安全國家標(biāo)準食品中蛋白質(zhì)的測定》[24]、GB 5009.6-2016《食品安全國家標(biāo)準食品中脂肪的測定》[25]和GB 5009.8-2016《食品安全國家標(biāo)準食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定》[26]進行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組試驗均重復(fù)3 次，使用Box-Benhnken 進行試驗設(shè)計，DesignExpert 12 和SPSS 25.0 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，使用Origin 9.1 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 泡沫性能影響因素實驗結(jié)果

鷹嘴豆水中含有糖、可溶性和不溶性纖維等碳水化合物、低分子量蛋白質(zhì)、皂苷和一些美拉德反應(yīng)產(chǎn)物[17]。這些成分使鷹嘴豆水具有一定的起泡性能[27]。不同的煮豆時間、零卡糖添加量和打發(fā)溫度對鷹嘴豆水泡沫膨脹率和泡沫穩(wěn)定性的影響結(jié)果如下。

2.1.1 煮豆時間對泡沫膨脹率和泡沫穩(wěn)定性的影響

不同煮豆時間對鷹嘴豆水泡沫穩(wěn)定性和泡沫膨脹率的影響結(jié)果如圖2 所示。

圖2 鷹嘴豆煮豆時間對泡沫性能的影響Fig.2 Effect of aquabafa cooking time on foaming properties

從圖2 中可以看出，隨著煮豆時間的增加，泡沫膨脹率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在40 min 時達到最佳達580%，而泡沫穩(wěn)定性持續(xù)上升。在煮豆過程中，具有起泡性能的蛋白質(zhì)等成分不斷析出，鷹嘴豆水中蛋白質(zhì)濃度的提高使泡沫膨脹率得以提升，在煮豆時間為40 min 時達到最大，而隨著煮豆時間的繼續(xù)增加，鷹嘴豆水的粘度也隨之升高，過高的粘度對泡沫的膨脹產(chǎn)生了一定的抑制作用。而鷹嘴豆水粘度的增加，有助于抑制氣體在泡沫間流動，從而提升泡沫的穩(wěn)定性[17]。綜合考慮煮豆時間對泡沫穩(wěn)定性和泡沫膨脹率的影響，確定最佳煮豆時間為40 min。

2.1.2 零卡糖添加量對泡沫膨脹率和泡沫穩(wěn)定性的影響 零卡糖的添加對鷹嘴豆水打發(fā)的泡沫膨脹率和泡沫穩(wěn)定性的影響結(jié)果如圖3 所示。

圖3 零卡糖添加量對泡沫性能的影響Fig.3 Effect of zero calorie sugar addition on the foaming properties

從圖3 可以看出，隨著零卡糖添加量的增加，泡沫膨脹率呈現(xiàn)下降趨勢，而泡沫穩(wěn)定性呈現(xiàn)上升趨勢。零卡糖的主要成分為赤蘚糖醇，赤蘚糖醇的添加會增加蛋白液的粘度，阻礙蛋白分子從液相遷移至氣液界面，從而對泡沫的形成產(chǎn)生一定的抑制作用，同時增強泡沫持水能力，泡沫更加穩(wěn)定，這與Nastaj 等[28]的研究結(jié)果相一致。綜合考慮煮豆時間對泡沫穩(wěn)定性和泡沫膨脹率的影響，當(dāng)糖添加量超過10%，泡沫膨脹率下降更為顯著（P<0.05），泡沫穩(wěn)定性上升不顯著（P>0.05），因此確定最佳零卡糖添加量為10%。

2.1.3 打發(fā)溫度對泡沫膨脹率和泡沫穩(wěn)定性的影響

打發(fā)溫度也是影響泡沫性質(zhì)的一個因素，其對泡沫膨脹率和泡沫穩(wěn)定性的影響如圖4 所示。

圖4 打發(fā)溫度對泡沫穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of whisking temperature on foaming properties

從圖4 可以看出，隨著打發(fā)溫度的升高，泡沫膨脹率略有上升，這可能是由于較高的溫度有利于蛋白質(zhì)的展開，從而促進促進蛋白發(fā)泡。泡沫穩(wěn)定性與溫度呈現(xiàn)負相關(guān)，溫度越低，蛋白氣泡表面張力越強，更有利于泡沫的穩(wěn)定[27]。綜合考慮煮豆時間對泡沫穩(wěn)定性和泡沫膨脹率的影響，當(dāng)打發(fā)溫度超過20 ℃時，泡沫膨脹率上升不顯著（P>0.05），泡沫穩(wěn)定性下降更為顯著（P<0.05），因此確定最佳打發(fā)溫度為20 ℃。

2.2 慕斯感官品質(zhì)影響因素實驗結(jié)果

2.2.1 鷹嘴豆水添加量對慕斯感官品質(zhì)的影響 鷹嘴豆水添加量對慕斯感官品質(zhì)的影響結(jié)果如圖5所示。

圖5 鷹嘴豆水添加量對感官評分的影響Fig.5 Effect of aquabafa addition on sensory scores

從圖5 中可以看出，隨著鷹嘴豆水添加量的增加，感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)其添加量為25%時，感官評分最高，為84。鷹嘴豆水添加量過少時，慕斯質(zhì)地不夠細膩；反之，其組織結(jié)構(gòu)不夠緊實，易析水。綜上，鷹嘴豆水添加量選取20%、25%、30%三水平進行響應(yīng)面設(shè)計。

2.2.2 零卡糖添加量對慕斯感官品質(zhì)的影響 零卡糖添加量對慕斯感官品質(zhì)的影響結(jié)果如圖6 所示。

圖6 零卡糖添加量對感官評分的影響Fig.6 Effect of zero calorie sugar addition on sensory scores

從圖6 中可以看出，隨著零卡糖添加量的增加，感官評分先上升后下降。當(dāng)其添加量為11%時風(fēng)味不足，口感偏苦，添加量為23%時，則甜味過重，口感膩人。零卡糖的添加量分別為14%和17%時，感官評分相近，在添加量為17%時達到最高。綜上，零卡糖添加量選取14%、17%和20%三水平進行響應(yīng)面設(shè)計。

2.2.3 基料混合溫度對慕斯感官品質(zhì)的影響 基料混合溫度對慕斯感官品質(zhì)的影響結(jié)果如圖7 所示。

圖7 混合溫度對感官評分的影響Fig.7 Effect of mixing temperature on sensory scores

從圖7 中可以看出，混合溫度為25 ℃時，慕斯感官評分最高。高于此溫度時，感官評分呈下降趨勢，慕斯組織形態(tài)變化較為明顯，逐步出現(xiàn)塌陷析水的現(xiàn)象，這可能是由于較高的溫度影響了鷹嘴豆水泡沫的穩(wěn)定性；低于此溫度，感官評分也較低，慕斯的均勻度和細膩度較差，這是由于該溫度下慕斯基底趨于凝固，導(dǎo)致混合效果受到影響[27]。綜上，混合溫度選取20、25 和30 ℃進行響應(yīng)面設(shè)計。

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計與結(jié)果分析

2.3.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果 在單因素實驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken 設(shè)計原理，以鷹嘴豆水添加量、零卡糖添加量以及混合溫度為考察因素，感官評分為響應(yīng)值，建立17 組植物基巧克力慕斯工藝優(yōu)化試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 Box-Behnken 試驗設(shè)計和結(jié)果Table 3 Box-Behnken test design and results

2.3.2 模型建立與方差分析 根據(jù)表4 的試驗數(shù)據(jù)，運用Design Expert 軟件進行二次多項回歸擬合，得到響應(yīng)值回歸方程為：Y=87.80+2.88A?0.63B+C+1.25AB+0.50AC+BC?4.53A2?3.53B2?1.27C2，方差分析結(jié)果見表4。

表4 感官評分的回歸模型方差分析Table 4 Regression model analysis of variance for sensory score

從表4 可以看出，該模型P值小于0.01，表明模型具有極顯著性，失擬項F值為3.75，P值為0.1171，大于0.05，失效項不顯著，相關(guān)系數(shù)R2和R2Adj分別為0.9878和0.9721，信噪比為25.28，遠大于4，表明該模型擬合程度較好，模型可靠[29]。一次項A 和C的影響極顯著，一次項B 影響顯著（P<0.05）；交互項AB 極顯著（P<0.01），BC 顯著（P<0.05），AC 不顯著（P>0.05）；二次項A2、B2和C2均極顯著（P<0.01）。由F值可知，三個因素對響應(yīng)值感官評分的影響大小排序為鷹嘴豆水添加量（A）>混合溫度（C）>零卡糖添加量（B）。

2.3.3 響應(yīng)面分析 鷹嘴豆水添加量（A）、零卡糖添加量（B）和混合溫度（C）兩兩交互作用對感官評分影響的響應(yīng)面圖見圖8～圖10。由圖可知鷹嘴豆水添加量和零卡糖添加量（AB）、零卡糖添加量和混合溫度（BC）交互作用的響應(yīng)曲面坡度趨勢陡峭，表明這兩組交互作用對感官評分影響顯著，而鷹嘴豆水添加量和混合溫度（AC）交互作用的響應(yīng)曲面趨勢平緩，對感官評分影響較小。響應(yīng)面分析結(jié)果與方差分析結(jié)果一致。

圖8 鷹嘴豆水添加量和零卡糖添加量交互作用的響應(yīng)面圖Fig.8 Response surface diagram of the interaction between aquabafa and sugar additions

圖9 鷹嘴豆水添加量和混合溫度交互作用的響應(yīng)面圖Fig.9 Response surface diagram of the interaction between aquabafa addition and mixing temperature

圖10 零卡糖添加量和混合溫度交互作用的響應(yīng)面圖Fig.10 Response surface diagram of the interaction between sugar addition and mixing temperature

2.3.4 最優(yōu)條件與驗證試驗 通過Design Expert 軟件分析計算，得到植物基巧克力慕斯最優(yōu)工藝條件為：鷹嘴豆水添加量26.75%、零卡糖添加量17.12%和混合溫度27.39 ℃，在此條件下，感官評分預(yù)測值為88.53 分。為方便試驗操作，調(diào)整工藝條件為鷹嘴豆水添加量27%、零卡糖添加量17%和混合溫度27 ℃進行3 組驗證試驗，得到感官評分為89，與預(yù)測值接近。

2.4 成品營養(yǎng)成分測定結(jié)果

按照優(yōu)化后的工藝條件制備植物基巧克力慕斯蛋糕，按照Gisslen[30]的方法制備普通巧克力慕斯，運用國標(biāo)方法分別測定兩種巧克力慕斯中蛋白質(zhì)、脂肪和總糖含量，并將檢測結(jié)果與GB/T 31059-2014《裱花蛋糕》中對慕斯蛋糕的理化檢測要求[23]進行比對，結(jié)果詳見表5。從表5 中我們可以看出，兩種巧克力慕斯每100 g 的蛋白質(zhì)、脂肪和總糖含量均符合國標(biāo)要求。植物基巧克力慕斯相比普通巧克力慕斯，蛋白質(zhì)含量較高、脂肪含量較低。此外，由于植物基巧克力在制備過程中使用了零卡糖代替白砂糖，因此在保證口感的同時，總糖含量也遠低于普通巧克力慕斯。

表5 巧克力慕斯?fàn)I養(yǎng)成分比對Table 5 Nutrition facts comparison of chocolate mousse

3 結(jié)論

通過鷹嘴豆水替代奶油打發(fā)制備植物基巧克力慕斯，首先通過單因素實驗，確定了鷹嘴豆水的打發(fā)條件為：煮豆時間40 min、零卡糖添加量10%和打發(fā)溫度20 ℃；其次通過單因素實驗研究了鷹嘴豆水添加量、零卡糖添加量和基料混合溫度對慕斯感官品質(zhì)的影響，并在此基礎(chǔ)上通過Box-Behnken 響應(yīng)面試驗優(yōu)化慕斯制備工藝，得到最佳的工藝條件為鷹嘴豆水添加量27%、零卡糖添加量17%和混合溫度27 ℃，該條件下制備的慕斯表面平整，甜度適口，氣味濃郁，口感細膩。與普通巧克力慕斯相比，植物基巧克力慕斯的品質(zhì)更優(yōu)、營養(yǎng)成分組成更優(yōu)。在良好口感的基礎(chǔ)上，更加營養(yǎng)健康，既滿足了人們對綠色健康飲食的需求，也為植物基食品的開發(fā)和利用提供了新途徑。