銀杏抗性淀粉蛋糕的 研制及其消化性能評價

張 偉,張煥新,武云龍

(江蘇農牧科技職業學院食品科技學院,江蘇泰州 225300)

淀粉是人類重要的膳食成分之一,淀粉的消化特性與人的許多疾病密切相關?？剐缘矸塾直环Q為難消化淀粉或抗酶解淀粉,是指不能在健康人體小腸中消化吸收的淀粉及其降解物[1-2]。抗性淀粉被認為是膳食纖維的一種,但比傳統的膳食纖維有更優越的生理功能[3-4]。研究表明,抗性淀粉能顯著降低人體飯后血糖值,有效控制糖尿病;能降低血清膽固醇,預防心腦血管疾病;能改善微生物菌群,降低盲腸癌的發生率[5-6]。抗性淀粉還具有低持水性、不溶于水、粒徑小,賦形性能強、口感舒適和顏色淺等特性,具有增加食品的脆度、膨脹性、提高產品質地等加工性能[7-8]。

蛋糕是主要的焙烤制品之一,具有營養豐富、質軟、蓬松、風味佳、藝術性高、食用方便等優點,備受人們的青睞。蛋糕制品對面筋筋力要求較低,可以添加較大比例的抗性淀粉,提高產品穩定性,增加其功能性[9]。但抗性淀粉作為一種功能性成分,添加到食品中常常會引起感官品質下降,降低產品的可接受性[10]。

泰州作為中國四大銀杏產區之一,擁有豐富的銀杏資源[11],但銀杏果加工程度較低,主要產品包括脫殼保鮮白果、銀杏開心果、銀杏飲品、銀杏酒等[12]。本文擬用泰州產大佛指銀杏果制備得到的銀杏抗性淀粉取代部分面粉,研制一款具備良好感官特性的功能性蛋糕,并通過體外抗消化性能評價其功能性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

銀杏抗性淀粉 江蘇農牧科技職業學院實驗室制備;糕點專用粉 新鄉市新良糧油加工有限責任公司;SP蛋糕油 廣州市寶桃食品有限公司;雞蛋、白砂糖、色拉油、食鹽等 市售;胃蛋白酶(15000 U/g) 美國Sigma公司;α-淀粉酶(500000 U/g)、葡萄糖淀粉酶(100000 U/g) 無錫賽德生物有限公司;其他試劑(化學純) 國藥集團化學試劑有限公司。

ACS-30電子秤 上海乾峰電子儀器有限公司;HY44烤箱 新麥機械(無錫)有限公司;SM-25攪拌機 新麥機械(無錫)有限公司;HH-6數顯恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司;TG16-WS高速臺式離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司;LYTJ-1面包饅頭體積測定儀 鄭州良源分析儀器有限公司;T-6紫外分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;PHS-3C數字PH計 青島揚中儀器有限公司

1.2 實驗方法

1.2.1 銀杏抗性淀粉蛋糕制作工藝流程

1.2.1.1 蛋糕混合粉的制備 蛋糕專用粉和銀杏抗性淀粉分別過60目篩,按照試驗設計的比例,稱取蛋糕混合粉100 g,混勻。

1.2.1.2 配料及攪拌 室溫(25 ℃左右)條件下,將稱量好的雞蛋和綿白糖放入攪拌缸內,慢速攪拌2 min,待糖蛋混合均勻,改用中速攪拌至蛋糖呈乳白色,用手指勾起,蛋糊不往下流時,再改用快速攪打至蛋糊能豎起,體積達到原來蛋糖混合體積的3倍左右[13]。

1.2.1.3 面糊的制作 將稱量好的蛋糕混合粉均勻倒入攪拌缸內,慢速攪拌均勻,依次緩慢加入稱量好的色拉油、食鹽和水,慢速攪拌均勻。

1.2.1.4 入模 蛋糕模具先刷一層色拉油,然后將混合均勻的面糊以自流淌出方式,倒入蛋糕模具中,入模量約70%,用力振一下,使面糊表面平整,防止產生氣泡[14],使蛋糕內部結構變粗糙。

1.2.1.5 烘烤 將裝入面糊的模具立即放入烤爐,設定烤爐上火溫度180 ℃,下火溫度160 ℃,烘烤至手觸摸蛋糕頂部有沙沙聲及硬挺感[13]。

1.2.1.6 冷卻 采用自然冷卻法,把烤熟的蛋糕冷卻至室溫即得成品。

1.2.2 單因素實驗 色拉油對蛋糕的柔軟性和口感的細膩性起著重要作用[15],雞蛋在攪打過程中與空氣和面粉中的面筋作用,構成蛋糕的基本組織結構[16],白砂糖可以改進蛋糕的組織狀態,調整蛋糕的口感[13]。本試驗用銀杏抗性淀粉含量大約為40%,而食品中抗性淀粉含量低于2%時,該食品就不具備抗性淀粉的生理功效[17]。因此,在預試驗的基礎上,本試驗以100 g混合粉為基準,固定食鹽5 g、泡打粉1 g、蛋糕油5 g、水30 g等輔料的添加量不變,分別探究全蛋液添加量180 g、色拉油添加量20 g、白砂糖添加量80 g的條件下,銀杏抗性淀粉和蛋糕專用粉的比例(0∶100、5∶95、10∶90、15∶85、20∶80、25∶75)對蛋糕品質的影響;銀杏抗性淀粉和蛋糕專用粉的比例15∶85、色拉油添加量20 g、白砂糖添加量80 g的條件下,全蛋液添加量(120、150、180、210、240、270 g)對蛋糕品質的影響;銀杏抗性淀粉和蛋糕專用粉的比例15∶85、全蛋液添加量180 g、白砂糖添加量80 g的條件下,色拉油添加量(10、15、20、25、30、35 g)對蛋糕品質的影響;銀杏抗性淀粉和蛋糕專用粉的比例15∶85、全蛋液添加量180 g、色拉油添加量20 g的條件下,白砂糖添加量(50、60、70、80、90、100 g)對蛋糕品質的影響。

1.2.3 響應面優化試驗 在單因素試驗的基礎上,確定銀杏抗性淀粉蛋糕配方各因素響應面優化水平,見表1。以蛋糕品質評分(Y)作為考核指標,選用Design-Expert 8.0統計軟件中的Box-Behnken模型優化銀杏抗性淀粉蛋糕的配方。

表1 響應面試驗因素水平設計Table 1 Design for response surface test factor level

1.2.4 蛋糕烘焙品質分析 蛋糕烘焙品質評價采用百分制,遴選20名有經驗的品評人員,根據GB/T 1020-2012《感官分析 方法學 總論》進行評定。評分由蛋糕比容評分(30分)和蛋糕內外部特征評分(70分)兩部分組成。蛋糕比容評價測定方法和評價依據參照GB/T 24303-2009《糧油檢驗 小麥粉蛋糕烘焙品質試驗 海綿蛋糕法》附錄A。蛋糕內外部特征評分標準見表2。

表2 蛋糕內外部特征評分標準Table 2 Grading criteria for internal and external characteristics of cake

HR(水解率,%)=(取樣時間點測定的葡萄糖量×0.9)/測定樣品質量×100

式(1)

1.3 數據統計分析

采用SPSS Statistics 24統計軟件對數據進行處理分析,組間數據采用Duncan法進行多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 銀杏抗性淀粉和蛋糕專用粉的添加比例對蛋糕品質的影響 由圖1可知,銀杏抗性淀粉和蛋糕專用粉的添加比例在一定范圍內(<15∶85),銀杏抗性淀粉添加量對蛋糕品質的影響無顯著性差異(p>0.05),當銀杏抗性淀粉:蛋糕專用粉的添加比高于15∶85時,蛋糕品質評分顯著下降(p<0.05),主要表現為蛋糕體積變小,硬度變硬,彈性下降,內部開始出現不均勻蜂窩,蛋糕外表出現裂紋,咀嚼有粗糙感、軟綿性減弱。這是因為,抗性淀粉持水性差,且能降低面糊粘度和雞蛋的起泡性,進而出現面糊充氣量減少、比容和彈性下降等影響品質評分的現象[19-20]。綜合考慮品質評分和蛋糕的功能性,選定15∶85～20∶80為銀杏抗性淀粉和蛋糕專用粉的添加比例范圍,進行響應面優化試驗。

圖1 銀杏抗性淀粉和蛋糕專用粉的 添加比例對蛋糕品質的影響Fig.1 Effect of the proportion of Ginkgo biloba resistant starch and cake special powder on cake quality注:不同小寫字母者表示組間 差異顯著(p<0.05);圖2～圖4，圖6同。

2.1.2 全蛋液添加量對蛋糕品質的影響 由圖2可知,蛋糕品質評分隨著全蛋液添加量的增加先增大后降低,當全蛋液添加量在180 g時，蛋糕的體積最大,質構最松軟,顏色最誘人,品質評分最高。這是由于,蛋液在攪打過程中充入大量的空氣,進而使烘烤后蛋糕體積膨大,形成松軟的質構和誘人的色澤。但蛋液添加量過多會產生蛋腥味,使蛋糕粘膩、塌陷,蛋糕表皮色澤過深,影響蛋糕品質評分[21]。因此,選定150～210 g為全蛋液添加范圍,進行響應面優化試驗。

圖2 全蛋液添加量對蛋糕品質的影響Fig.2 Effect of total egg mixture on cake quality

2.1.3 色拉油添加量對蛋糕品質的影響 由圖3可知,在色拉油的添加量范圍內,蛋糕的品質評分先增加后降低,當油脂添加量在20～25 g之間,蛋糕品質評分無顯著性差異(p>0.05),均處于高水平。這是由于,油脂可以與雞蛋白相互作用構成氣泡膜,提高蛋白質的發泡性,使蛋糕體積松軟,富有彈性[22],油脂還可以結合一定的水分子并使面筋蛋白和淀粉顆粒潤滑柔軟,增強口感,改善蛋糕風味[23]。但油脂具有消泡性,過多油脂不但使蛋糕口感油膩,還會導致蛋糊氣泡消失,蛋糕蓬松度和比容下降,口感粗糙[24]。所以,選定15～25 g為色拉油的添加范圍,進行響應面優化試驗。

圖3 色拉油添加量對蛋糕品質的影響Fig.3 Effect of salad oil addition on cake quality

2.1.4 白砂糖添加量對蛋糕品質的影響 由圖4可知,蛋糕的品質評分隨著白砂糖添加量的增加先增大后下降。當添加量為80 g時,蛋糕甜度適宜,質構細膩,比容最大,品質評分最高。這是由于,白砂糖在蛋液打發過程中能夠使蛋液發松、膨大,在烘烤過程中參與發生焦糖化反應和美拉德反應,使蛋糕具有誘人的香味和金黃色色澤[25],白砂糖還具有吸濕性,可以增加蛋糕的柔軟性。適當添加白砂糖可以改善蛋糕口感、組織狀態和色澤,但過量添加時,會使蛋糕粘膩、甜味過重、易塌陷。所以,選定70～90 g為白砂糖的添加范圍,進行響應面優化試驗。

圖4 白砂糖添加量對蛋糕品質的影響Fig.4 Effect of white sugar addition on cake quality

2.2 響應面優化試驗結果

2.2.1 響應面優化試驗結果及回歸模型的建立 根據試驗方案,選用Design-Expert 8.0統計軟件中的Box-Behnken模型共設計出29組試驗,其中24組試驗為析因點,余下的5組是中心點試驗,用于估計試驗誤差。響應面試驗設計及結果見表3。

表3 Box-Behnken試驗設計及結果Table 3 Box-Behnken test design and results

運用Design-Expert 8.0統計軟件對29組實驗的響應值進行回歸分析,得到該模型的二次多項回歸方程為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,模型方差分析結果見表4。

表4 回歸模型方差分析表Table 4 Regression model variance analysisTable

影響銀杏抗性淀粉蛋糕品質的因素主次為:A>B>C>D,即銀杏抗性淀粉:蛋糕專用粉>全蛋液添加量>色拉油添加量>白砂糖添加量。其中銀杏抗性淀粉:蛋糕專用粉(A)和全蛋液添加量(B)在試驗范圍內對銀杏抗性淀粉蛋糕品質影響極顯著(p<0.01),且銀杏抗性淀粉:蛋糕專用粉和全蛋液添加量(AB)交互作用顯著(p<0.05)。全蛋液添加量、色拉油添加量和白砂糖添加量三個因素的二次項(B2、C2、D2)在試驗范圍內對銀杏抗性淀粉蛋糕品質的影響也極顯著(p<0.01)。

2.2.2 3D響應曲面和等高線分析 將影響銀杏抗性淀粉蛋糕品質的4個因素中的任意2個因素固定在零水平,得到另外2個因素之間的交互作用對蛋糕品質的影響,因素之間兩兩交互的3D響應曲面及其等高線結果見圖5。

圖5 各因素兩兩交互作用對銀杏抗性淀粉蛋糕品質影響的3D響應曲面圖Fig.5 3D response surface map of the effect of the interaction of two factors on the quality of ginkgo resistant starch cake

3D響應曲面中,影響的顯著性可以通過3D響應曲面的陡峭程度來反應,曲面越陡峭,表示該因素對結果影響越顯著[26]。等高線圖是3D響應曲面在底面上的投影,可以直觀地反映各自變量之間交互效應的強弱,橢圓形和馬鞍形表示交互作用顯著,圓形表示交互作用不顯著[27-28]。圖5a中銀杏抗性淀粉:蛋糕專用粉(A)與全蛋液添加量(B)兩因素的等高線呈較為突出的馬鞍形,兩者交互作用顯著(p<0.05),其他因素之間的交互作用均不顯著。

2.2.3 最佳配方的預測及驗證 為確定銀杏抗性淀粉蛋糕的最佳配方,利用Design-Expert 8.0統計軟件對回歸方程進行求解,得到優化后的最佳配方為:銀杏抗性淀粉:蛋糕專用粉為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,此條件下銀杏抗性淀粉蛋糕的品質評分預測為87.6分。為了方便配料,調整最佳配方為:銀杏抗性淀粉:蛋糕專用粉為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,在此配方下進行3次平行試驗,得到的銀杏抗性淀粉蛋糕表皮呈金黃色,外表稍有裂紋;內部組織細膩,氣泡均勻,無空洞硬塊,口感柔軟,香味純正,無顆粒感,品質評分為87.4±0.2,與預測值的相對誤差<1%,說明模型擬合能力強,優化得到的最佳配方準確可靠。

2.3 體外消化性能評價

食物消化過程中淀粉被體外酶水解率能準確體現其消化性能[29],根據1.2.5,普通蛋糕和銀杏抗性淀粉蛋糕體外水解率結果見圖6。

圖6 淀粉水解率曲線Fig.6 Starch hydrolysis rate curve

由圖6可知,水解初始階段(0～30 min),試驗組和對照組的淀粉水解速率均快速上升,隨著水解時間的增加,試驗組在60 min時水解率趨于平穩,為62.87%±0.95%,顯著低于對照組的80.15%±1.16%(p<0.05),隨后,水解率增幅不顯著(p>0.05),對照組的水解率繼續顯著增加(p<0.05),在120 min時趨于平穩,達到87.29%±1.13%。水解最后(>120 min),兩組的水解率均略有下降,下降幅度均不顯著(p>0.05),這是由于淀粉分子發生凝沉,分子排列從無序變為有序,性質趨于穩定所致[29]。銀杏抗性淀粉是雙螺旋結晶體,具有更強的穩定性和抗酶解性[30],從而使水解率增幅變緩。淀粉在體外被酶水解率越低,抗消化能力越強,越能持續在體內釋放能量,延長飽腹感,可作為肥胖、糖尿病人的理想食物來源。

3 結論

響應面試驗優化得到的銀杏抗性淀粉蛋糕的最佳配方為:銀杏抗性淀粉:蛋糕專用粉配比為15∶85,全蛋液185 g,色拉油16 g,白砂糖80 g。在此條件下制得的蛋糕表皮呈金黃色,外表稍有裂紋;內部組織細膩,氣泡均勻,無空洞硬塊,口感柔軟,香味純正,無顆粒感,品質評分為87.4±0.2。制得的銀杏抗性淀粉蛋糕體外水解率在60 min趨于穩定,為62.87%±0.95%,顯著低于對照組的80.15%±1.16%(p<0.05)。銀杏抗性淀粉是一種新型的食品原料,作為食品配料制作的銀杏抗性淀粉蛋糕具有良好的適口性,顯著提升了蛋糕產品的抗消化能力,是一種集營養與保健功能的新型休閑食品,具有廣闊的市場前景和應用價值。