發酵紫蘇粉對蛋糕儲藏穩定性的影響

田海娟，謝黎明， ，李小艷， ，陳亦婷， ，張艷，張傳智

1. 吉林工商學院糧油食品深加工吉林省高校重點實驗室（長春 130507）；2. 吉林工商學院糧食學院（長春 130507）

紫蘇（Perilla frutescens（L.）Britt.），古名荏，名引子、蘇子、白蘇、蘇麻、香蘇、蘇草及桂芢等，紫蘇屬是一年生草本植物[1]。紫蘇是中國的一種傳統藥用植物，是中國衛生部第一批發布的60種藥食兼用型植物之一[2]。紫蘇籽含有各種生物活性物質，如氨基酸、亞麻酸、迷迭香酸、油酸、亞油酸和棕櫚酸及維生素E等，它還具備降血脂、抑菌、抗炎、抗氧化、增加肝臟二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）含量等生理調節功能[3]。紫蘇作為一種多功能的經濟植物，在醫藥、食品、保健、畜牧等領域有著廣泛應用，其藥用價值與食用價值的研討與開發受到國內外關注[5]。紫蘇粕是紫蘇籽提取油后的主要副產品，含有少量紫蘇籽油[6]。紫蘇粕富含植物蛋白與膳食纖維，含粗蛋白質40.1%、粗纖維17.3%，粗脂肪8.7%，粗灰分8.14%，可溶性膳食纖維2.5%[7]。中國紫蘇粕主要應用于飼料、肥料的生產，由于其特殊氣味還未在食品中廣泛應用。

凝結芽孢桿菌是益生菌，具備抗逆性強、耐高溫高壓和易儲存等的長處，能夠改善人體腸道菌群結構、調節腸道功能紊亂、維持腸道內菌群平衡和提高機體免疫水平、促進營養物質代謝和利用，是近年來研究的熱門菌種[8]。乳酸克魯維酵母菌是用乳酸作唯一碳源和能源的酵母，具有營養要求簡單、生長旺盛、生物量大、生長溫度適應范圍廣、強大的分泌蛋白能力，產生內毒素和對人類無害等優點，可實現100 g/L高密度的發酵人血清白蛋白的表達水平最高達3.3 g/L[9-10]。

蛋糕在儲藏期間會發生緩慢老化，增強焙烤食品的儲藏穩定性一直是研究熱點。試驗通過對比發酵與未發酵2種紫蘇粉及其添加量對蛋糕保水性、老化度、脂肪氧化程度及支鏈淀粉焓值變化，研究添加發酵紫蘇粉對蛋糕儲藏穩定性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

凝結芽孢桿菌（Bacillus coagulans，北京創聯生物技術有限公司）；乳酸克魯維酵母菌（Kluyveromyces lactis ATCC 12426，北京創聯生物技術有限公司）；金龍魚非轉基因大豆油（維生素A營養強化，益海嘉里糧油工業有限公司）；百鉆無鋁害雙效泡打粉（安琪酵母股份有限公司）；伊仕特塔塔粉（安琪酵母股份有限公司）；利樂枕牛奶（廣澤乳業有限公司）；牛肉膏（北京奧博星生物技術有限責任公司）；蛋白胨（北京奧博星生物技術有限責任公司）；麥芽提取物（北京奧博星生物技術有限責任公司）；LP0042酵母提取物（英國0XOID公司）；氯化鈉（北京化工廠）；葡萄糖（天津市大茂化學試劑廠）；氫氧化鈉（北京化工廠）；紫蘇料、新鮮雞蛋、蛋糕專用粉、食鹽、白砂糖（市售）；2-硫代巴比妥酸（鄭州康善生物科技有限公司）；三氯乙酸（湖北遠成賽創科技有限公司）；蒸餾水（自制）。

1.1.2 儀器與設備

DHG-9245A鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）；HA220-50-06型超臨界萃取裝置（江蘇南通市華安超臨界萃取有限公司）；ZWY-2102氣浴全溫恒溫搖床（上海智誠分析儀器制造有限公司）；Cary 60 UV-Vis紫外、可見分光光度計（美國安捷倫科技公司）；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（上海豫康科教儀器設備有限公司）；TDL-5-A離心機（上海安亭科學儀器廠）；BXM-30R立式壓力蒸汽滅菌器（上海博訊實業有限公司醫療設備廠）；CP214電子天平（美國奧豪斯公司）；SQW-6A超微粉碎機（山東三清不銹鋼設備有限公司）；SVEBA DAHLEN AB DC-11旋轉烤箱（深圳市瑞達成科技有限公司）；凈化工作臺（上海新苗醫療器械制造有限公司）；SWEEDA打蛋機（深圳通世海國際貿易有限公司）；DSC-100差示掃描量熱儀（南京大展機電研究所）；LHS-1 50SC恒溫恒濕箱培養箱（上海一恒科學儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 發酵紫蘇粉的預處理

紫蘇籽清洗→烘干→粗粉碎→超臨界萃取（萃取壓力25 MPa，萃取溫度40 ℃，CO2流量20 L/h）→超微粉碎（74 μm）→高壓蒸汽滅菌→接菌→恒溫培養→高壓蒸汽滅菌→烘干→超微粉碎→冷藏備用

1.2.2 菌種的活化

制備酵母菌培養基及營養肉汁培養基，將2種培養基滅菌，備用。吸取1%乳酸克魯維酵母菌于酵母菌培養基中，將含菌的酵母菌培養基放入37 ℃搖床中，培養3 d，作為1代菌液。將凝結芽孢桿菌粉末取少許加入營養肉汁培養基中，含菌培養基放入24 ℃搖床中培養18 h，作為1代菌液。培養好的1代菌液吸取1%加入到對應的培養基中培養18 h作為2代菌液。將培養好的乳酸克魯維酵母菌和凝結芽孢桿菌2代菌液接入到超臨界萃取脫脂并滅菌后的紫蘇粕中進行培養。培養條件為：乳酸克魯維酵母菌與凝結芽孢桿菌比例1∶1、料水比1∶2.5 g/mL、接種量12%，在33 ℃恒溫搖床中培養48 h[10]，混菌發酵期間每隔12 h翻動1次發酵基料，發酵期間共翻動4次。

1.2.3 紫蘇粉蛋糕的制作配方及工藝流程

雞蛋150 g、白砂糖50 g、蛋糕專用粉45 g、金龍魚大豆油40 g、牛奶45 g、塔塔粉1 g、泡打粉1 g。按照戚風蛋糕的加工方法[11]，制作蛋糕備用。未添加紫蘇粉的蛋糕組為空白組，添加未發酵紫蘇粉蛋糕為對照組。

1.2.4 紫蘇粉蛋糕儲藏期各項指標測定

1.2.4.1 發酵紫蘇粉蛋糕保水性測定

將做好的蛋糕自然冷卻1 h后，第1次稱取蛋糕質量，作為蛋糕的原質量；稱重過后，蛋糕放入恒溫恒濕培養箱中，溫度23 ℃，并在恒溫恒濕培養箱中放入飽和食鹽水，通過飽和食鹽水調節恒溫培養箱中相對濕度，使培養箱內相對濕度保持70%。儲藏期間每24 h稱量1次，繼續測量5次[12-13]。按式（1）計算失水比，失水比表示保水性。

1.2.4.2 紫蘇粉蛋糕老化度測定

將各組蛋糕在相同環境下放置48 h，取蛋糕芯10.0 g，分別放入孔徑0.425 mm標準篩（40目）中，在篩中分別放入10個直徑7 mm的不銹鋼珠，以120 r/min的頻率振蕩5 min，稱量篩下物的質量[14]。根據式（2）計算單位時間內篩下物質量即蛋糕老化度（g/min）。

1.2.4.3 紫蘇粉蛋糕脂肪氧化程度（TBA）測定

將蛋糕樣品在相同環境放置24 h后，揉碎，然后用研缽研磨均勻。稱取各組10 g蛋糕樣品，放入到干凈燒杯中，加入質量分數10%的三氯乙酸溶液40 mL。用磁力攪拌器攪拌均勻，轉速30 r/min，時間10 min。均勻攪拌后，蛋糕勻漿用離心機以5 000 r/min速度離心5 min，取勻漿上清液。將勻漿上清液轉移至50 mL容量瓶中，用10%三氯乙酸溶液定容，蓋塞，混勻，室溫下靜置10 min。吸取5 mL配制好的勻漿上清液于25 mL比色管中，加入5 mL的代巴比妥酸（TBA）溶液，蓋塞，混勻。將蓋塞的比色管放到95 ℃恒溫水浴鍋中，水浴加熱50 min，取出比色管，在冷水中降溫10 min，取出備用。將冷卻后的溶液用紫外分光光度計在532 nm處測定其吸光度[14-15]。TBA值（mg/kg）按式（3）計算。

式中：A532nm為溶液在532 nm處的吸光度；41.5為每毫升溶液中含丙二醛量的換算系數。

1.2.4.4 紫蘇粉蛋糕支鏈淀粉老化焓值測定

用差示掃描量熱儀測定在相同環境中存放0～5 d時的蛋糕焓值的變化。測定步驟：取15 mg的蛋糕芯放置在鋁坩堝中（每次取相同位置的蛋糕芯），鋁坩堝立刻放入到差示掃描量熱儀中測量，空坩堝為空白組。測定參數：升溫速率10 ℃/min、樣品溫度100 ℃。測得30 ℃至100 ℃升溫過程的相變焓值ΔH[16-18]。

2 結果與分析

2.1 紫蘇粉蛋糕保水性測定結果與分析

如圖1所示：蛋糕隨著儲藏時間不斷延長，蛋糕的失水比也越來越大，說明蛋糕隨著儲藏時間增加，蛋糕中的水分逐漸減少；2種不同紫蘇粉的添加對蛋糕保水性有不同程度的影響，不同添加量的影響程度也不同。放置1～3 d時蛋糕失水比增加較快，各組蛋糕失水比增長量6%～10%，放置4～5 d時，蛋糕失水比增加速度較緩慢，各組蛋糕失水比增長量在2%～5%。隨著發酵紫蘇粉添加量增多，蛋糕失水比逐漸減少，空白蛋糕失水比為30.77%，發酵紫蘇粉添加量25%蛋糕失水比為24.30%，下降5.67%；對照組蛋糕隨著未發酵紫蘇粉添加量不斷增加，失水比增加也越來越緩，空白蛋糕的失水比為30.77%，未發酵紫蘇粉添加量25%的失水比為26.53%，下降4.24%。相較空白組，2種紫蘇粉的加入都使蛋糕的失水比減少，且相同添加量下，添加發酵紫蘇粉蛋糕失水比低于對照組蛋糕失水比。分析其原因在于，紫蘇粉經過發酵后，大分子物質被降解，與水結合更為緊密，減緩蛋糕中的水分流失。

圖1 紫蘇粉對蛋糕水分的影響

2.2 發酵紫蘇粉蛋糕老化度測定結果與分析

如圖2所示：隨著紫蘇粉添加量不斷增大，添加2種紫蘇粕蛋糕老化度均逐漸減小；對照組蛋糕老化度降低速度較為緩慢，添加發酵紫蘇粉蛋糕5%老化度下降程度較快，下降近0.10 g/min，與空白組相比下降約30%，10%～25%老化度較為緩慢，下降值在0.01～0.05 g/min范圍內，與空白相比下降3%～15%，添加未發酵紫蘇粉的蛋糕老化度最大下降0.15 g/min，下降52.76%，而發酵紫蘇粉蛋糕老化度最大下降0.20 g/min。發酵紫蘇粉加入，可改善蛋糕的老化的情況。添加25%的發酵紫蘇粉蛋糕延緩老化效果對比空白組，下降0.20 g/min，下降72.35%。分析原因，紫蘇粉的加入，使得蛋糕中的纖維含量增大，膳食纖維含量也隨之增加。膳食纖維可以與蛋糕中淀粉結合，形成穩定的復合物，復合物的形成減緩淀粉從無序態向有序態的轉化的速度，使蛋糕老化延緩[19]。紫蘇粉經過發酵這一過程，膳食纖維含量有所增加，形成穩定復合物更多，較對照組更加有效抑制蛋糕的老化，延長蛋糕儲藏期。

圖2 發酵紫蘇粉對蛋糕老化度的影響

2.3 發酵紫蘇粉蛋糕脂肪氧化程度（TBA）測定結果與分析

TBA值反映的是蛋糕中脂類物質的氧化程度的高低。脂類在氧化過程中會生丙二醛，丙二醛與硫代巴比妥酸發生化學作用。TBA值越大，顏色越深，蛋糕氧化的程度越嚴重。脂類物質氧化后，導致蛋糕發生酸敗，產生不良氣味，影響蛋糕的感官品質。如圖3所示，隨著發酵紫蘇粉加入，蛋糕脂肪氧化程度（TBA）值逐漸減小。對照組蛋糕未發酵紫蘇粉添加量5%時，TBA值急劇下降，下降6.00 mg/kg，與空白相比下降約8%，未發酵紫蘇粉添加量10%～25%時呈緩慢下降趨勢，下降值均在1 mg/kg左右，與空白相比下降約1%；添加發酵紫蘇粉蛋糕添加量5%和25%時，TBA值急劇下降，分別下降10.00 mg/kg和6.00 mg/kg，未發酵紫蘇粉添加量10%～20%時整個過程呈緩慢下降趨勢，下降值均在1.00 mg/kg到2.00 mg/kg。總體而言，添加發酵紫蘇粉蛋糕TBA值下降幅度及趨勢大于添加未發酵紫蘇粉蛋糕，添加發酵紫蘇粉延緩蛋糕氧化效果優于添加未發酵紫蘇粉，相比于空白組，發酵紫蘇粉添加量25%的蛋糕TBA值下降17.66 mg/kg，約23.94%，未發酵紫蘇粉添加量25%的蛋糕TBA值下降10.54 mg/kg，約14.29%。

圖3 發酵紫蘇粉對蛋糕脂肪氧化程度影響

2.4 發酵紫蘇粉蛋糕支鏈淀粉老化焓值測定與分析

蛋糕在儲藏的過程中，其中的支鏈淀粉發生重結晶，導致蛋糕老化。支鏈淀粉的重結晶老化通常會使熱焓（ΔH）發生變化。通過測定蛋糕支鏈淀粉的老化熱焓值變化，測定出蛋糕的老化程度變化。如圖4所示，隨著蛋糕儲藏天數不斷增加，各組蛋糕的老化焓值也在不斷增加。分析其原因在于，隨著儲藏期延長，蛋糕支鏈淀粉重結晶的程度及速率增大，導致蛋糕中的淀粉聚合物增多，使蛋糕發生老化。添加2種紫蘇粉蛋糕的老化焓值，均低于對照空白組，說明紫蘇粉的添加可以降低蛋糕的老化速度。儲藏0 d時，各組蛋糕焓值相差不大，在1～7 J/g之間，與空白老化下降3%～20%，1～5 d時添加2種紫蘇粕蛋糕與空白組相差值在逐漸加大，從第1 d的1～10 J/g到第5 d的2～64 J/g，與空白組相比下降1%～54%。第5 d添加發酵紫蘇粉的蛋糕比空白組下降63.87 J/g，下降54.03%，添加未發酵紫蘇粉的蛋糕相對空白下降57.16 J/g，下降48.35%，相同添加量的2種紫蘇蛋糕，添加發酵紫蘇粉蛋糕老化焓值均小于添加未發酵紫蘇粉蛋糕，添加發酵紫蘇粉延緩蛋糕老化效果優于添加未發酵紫蘇粉。分析其原因在于，2種紫蘇粉的加入，蛋糕中的膳食纖維逐漸增多，有效抑制支鏈淀粉的重結晶，淀粉聚合物的合成受阻，延緩蛋糕的老化。

圖4 紫蘇粉對蛋糕淀粉老化焓值影響

3 結論

試驗通過對比不同發酵紫蘇粉添加量蛋糕的保水性、老化度、脂肪氧化程度及支鏈淀粉焓值變化，討論添加發酵紫蘇粉對蛋糕儲藏穩定性的影響。結果顯示，與空白組蛋糕相比，發酵紫蘇粉添加量25%的蛋糕在失水比、老化度、TBA值、焓值分別下降5.67%，72.35%，23.94%和54.03%，未發酵紫蘇粉添加量25%的蛋糕分別下降4.24%，52.76%，14.29%和48.35%。總體而言，添加發酵紫蘇粉與添加未發酵紫蘇粉的蛋糕儲藏穩定性優于未添加紫蘇粉的蛋糕；添加相同含量紫蘇粉時，添加發酵紫蘇粉蛋糕的儲藏穩定性優于添加未發酵紫蘇粉的蛋糕。蛋糕中添加發酵紫蘇粉對儲藏穩定性有較好效果，對延長蛋糕貨架期有較好啟發。