超微板栗粉對海綿蛋糕品質的影響

胡欣宇 明 建,2 王 姝 薛艾蓮 寇福兵 曾凱芳,2

(1. 西南大學食品科學學院，重慶 400715；2. 食品科學與工程國家級實驗教學示范中心〔西南大學〕，重慶 400715)

板栗(CastaneamollissimaBlume)又名栗、栗子、風臘，是一種殼斗科栗屬喬木經濟植物。中國是世界上板栗生產加工大國，板栗種植面積和產量均居世界第一，且遠超其他國家和地區[1]。板栗富含淀粉、多糖、蛋白質、脂肪、維生素以及多種礦物元素，素有“干果之王”“木本糧食”的美譽[2]。在食品工業中，板栗因其含水量高，不耐貯藏，常被用來制作成板栗粉[3]，以延長其貨架期，同時也為其他食品的研發提供了原料，如軟糖、餅干[4]、面包[5]等。

海綿蛋糕(Sponge Cake)是一種利用蛋白質的起泡性使蛋液充入大量空氣，然后添加低筋小麥粉制成的烘焙食品。其結構類似海綿，柔軟細膩，因口感風味俱佳，色澤誘人，在全世界范圍內都備受歡迎[6-7]。近年來，隨著人們生活水平的提高，消費者對烘焙食品的品質和營養要求也越來越高。此前，已有將紅棗粉、諾麗果粉[8]、玉米粉[9]、白菜粉[10]等果蔬粉添加到蛋糕制作過程中的研究。但是，尚未見將板栗粉應用于蛋糕制作中的相關報道。研究擬將超微粉碎的板栗粉添加到傳統海綿蛋糕的制作中，探究超微板栗粉添加量對海綿蛋糕質構品質、感官品質、烘焙特性、老化特性以及營養品質的影響，以期為高品質蛋糕的開發加工提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

蛋糕用小麥粉：上海楓未實業有限公司；

板栗(產地：遼寧丹東)、雞蛋、蛋糕油、糖霜、食用鹽等：重慶市北碚區永輝超市；

濃鹽酸、濃硫酸、濃硝酸、石油醚(沸程30～60 ℃)等：分析純，賽卡姆(北京) 科學儀器有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

冷凍干燥機：SCIENTZ-20F型，寧波新芝生物科技有限公司；

多功能粉碎機：1000G型，永康市兆申電器有限公司；

高能納米沖擊磨：CJM-SY-B型，秦皇島市太極環納米制品有限公司；

遠紅外電熱食品烤爐：FKB型，佛山市華興實業有限公司；

色差儀：Ultra Scan?PRO型，美國HunterLab公司；

差示掃描量熱儀：DSC25型，美國TA儀器公司；

質構儀：TA. XT Plus型，英國Surface Measurement Systems公司；

電熱恒溫干燥箱：FD115型，德國BINDER公司；

脂肪抽提測定儀：B-811型，瑞士BUCHI公司；

超高壓微波消解儀：MERS6型，美國CEM公司；

自動凱氏定氮儀：KT8400型，丹麥FOSS公司；

電感耦合等離子體質譜儀：NEXION2000型，美國PE公司。

1.2 方法

1.2.1 超微板栗粉制備 參考寇福兵等[3]的方法，將經過挑選的板栗去殼、去皮、切片，然后采用冷凍干燥(干燥時間36 h，真空度<10 Pa，冷阱溫度-60 ℃)制得干板栗，隨即將其粉碎過篩得到粗粉。將粗粉用高能納米沖擊磨進行超微粉碎處理(粉碎腔體為不銹鋼材質，粉碎磨介為氧化鋯球，5～35 ℃調頻，粉碎時間6 h)，最后制得超微板栗粉，密封貯藏于-18 ℃冰柜中，備用。

1.2.2 蛋糕制作

(1) 海綿蛋糕基礎配方：小麥粉100 g、雞蛋180 g、糖霜50 g、蛋糕油8 g、水20 g、食用鹽1 g。

(2) 工藝流程：

(3) 操作要點：① 預熱：采用熱起泡法[11]，將原料混合后隔水加熱至40 ℃左右，慢速攪拌使其受熱均勻避免結塊直至糖霜完全融化為止。② 攪打：先低速攪打2 min使部分原料混合均勻，然后高速攪打20 min左右，使蛋液包入大量空氣，產生泡沫體系，當蛋泡均勻，表面有光澤，且體積膨脹到蛋液的3倍以上即可。③ 混合、過篩：將兩種粉按照設置的比例，即板栗粉質量分數為0%(Control)，5%，10%，20%，40%，充分混合均勻，然后分3次將混合粉篩入發起的蛋泡中。④ 調糊：用硅膠刮刀輕盈且緩慢地攪拌過篩加粉的蛋糊，翻拌直至無肉眼可見粉質即為混合均勻狀態。在調糊的過程中，要注意控制力度、速度以及時間，以防形成過量的面筋，降低蛋糕糊的可塑性，從而影響后續操作而導致蛋糕品質降低。⑤ 烘烤：放入烤爐前要輕輕震去面糊表面的大氣泡，并提前1 h打開烤爐預熱，以方便及時進行烘烤。烤制時，調節面火160 ℃，底火150 ℃，精確烘烤30 min即可出爐，烘烤完再次摔模。⑥ 冷卻：室溫冷卻30 min，脫模得到成品。

1.2.3 質構測定 參考易碧清等[12]的方法并略做修改，將室溫冷卻2 h的樣品切成高20.0 mm、直徑50.0 mm的圓柱體，采用質構儀進行壓縮測試，探頭選用P36/R，測試模式為TPA，測前速度2 mm/s，測試速1.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，壓縮程度50%，觸發力0.049 N，間隔時間2 s。測定樣品的質構參數包括硬度、咀嚼性、彈性、內聚性和回復性。

1.2.4 色澤測定 參考Borges等[13]的方法，用色差儀對蛋糕外表皮以及芯部進行顏色分析，記錄L*、a*、b*值，按式(1)計算色調角。

(1)

式中：

h——色調角值，°；

a*——紅度值；

b*——黃度值。

1.2.5 比容測定 準備冷卻脫模的蛋糕，用天平準確稱量其質量，然后利用小米置換法測出蛋糕體積[14]，按式(2) 計算蛋糕比容。

(2)

式中：

SV——蛋糕比容，mL/g；

V——蛋糕體積，mL；

m——蛋糕質量，g。

1.2.6 烘焙損失率測定 參考Díaz-Ramírez等[15]的方法，按式(3)計算蛋糕的烘焙損失率。

(3)

式中：

L——烘焙損失率，%；

m1——烘烤前面糊的質量，g；

m2——烘烤后成品蛋糕的質量，g。

1.2.7 蛋糕老化分析 參考Hao等[7]的方法進行改進，將蛋糕置于4 ℃冷藏，然后分別于第5天和第10天取出蛋糕樣品，用鋁制坩堝準確稱量10.0 mg，密封后以空坩堝為空白對照，采用差示掃描量熱儀進行分析，測試參數為：掃描溫度范圍20～130 ℃，掃描速率10 ℃/min，記錄蛋糕老化焓值(ΔH)。

1.2.8 營養指標測定 取制作過程中留取的面糊樣品和成品蛋糕樣品，置于-18 ℃冰柜中，待測。

(1) 水分含量：參照GB 5009.3—2016 《食品安全國家標準 食品中水分的測定》第一法直接干燥法。

(2) 還原糖含量：參照GB 5009.7—2016 《食品安全國家標準 食品中還原糖的測定》第一法直接滴定法。

(3) 蛋白質含量：參照GB 5009.5—2016 《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》第一法凱氏定氮法，蛋白質折算系數F取5.7[16]。

(4) 脂肪含量：參照GB 5009.6—2016 《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》第一法索氏抽提法。

(5) 礦物元素含量：參照GB 5009.268—2016 《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》第一法電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)，選取指標為K、Ca、Mg、Mn、Fe、Zn、Cu。

1.2.9 感官分析 由8位具有一定分辨差別能力的人員(4男4女)組成感官評定小組。在一間特定的房間內(室溫25 ℃，相對濕度55%)，蛋糕樣品經過隨機三位數字編碼，送到感官評定小組人員手中。利用“9點快感標尺”對蛋糕進行接受性評價檢驗[13]，1點相當于“非常不喜歡”，9點相當于“非常喜歡”。測定指標包括色澤、外觀形狀、香氣、滋味、軟硬度以及總體喜好程度。

1.3 數據分析

2 結果與分析

2.1 原料粉基本營養成分

板栗粉的營養成分值根據課題組前期試驗[3]所得，從表1可以看出，兩種原料粉的基本營養物質含量差別較大，其中板栗粉的水分、碳水化合物、蛋白質含量均低于蛋糕用小麥粉，而脂肪和灰分含量均高于蛋糕用小麥粉。這種營養物質含量的差異主要由小麥和板栗的生長環境及原料屬性不同造成，這些差異可能會直接影響成品海綿蛋糕的品質。

表1 原料粉的基本營養成分(干基)Table 1 Basic nutrients of raw powder (Dry base) %

2.2 板栗粉對蛋糕質構特性的影響

蛋糕的質構分析結果如表2所示。蛋糕的品質與質構特性有不可分割的關系，一般來說，硬度、咀嚼性越小，彈性、內聚性、回復性越大，蛋糕變得松軟，口感越好，品質越高[17]。與對照組相比，當板栗粉質量分數<10%時，蛋糕的硬度、內聚性及回復性無顯著變化；當質量分數超過10%時，硬度顯著增大，內聚性、回復性顯著減小(P<0.05)。當板栗粉質量分數達到40%時，蛋糕的硬度、內聚性及回復性分別是對照組的3.37，0.93，0.41倍。對于蛋糕的彈性，板栗粉質量分數為40%顯著降低了蛋糕的彈性(P<0.05)，除此之外，板栗粉質量分數對蛋糕的彈性無顯著影響。另外，隨著板栗粉的添加，蛋糕的咀嚼性呈先降低后增加的趨勢，在板栗粉質量分數為5%時最低，為335.55。板栗粉添加可能會增加面糊的黏度，導致蛋白質分子吸附于界面上難以展開，從而減小了泡沫體積與界面面積，致使蛋糕的硬度增大而彈性降低[18]。總的來說，板栗粉質量分數為5%時，制備的蛋糕質構品質最佳。

表2 不同板栗粉質量分數海綿蛋糕的質構參數?Table 2 Texture parameters of sponge cake with different contents of chestnut powder

2.3 板栗粉對蛋糕色澤的影響

色澤往往會引起消費者的消費欲望，一般來說，消費者更加傾向于購買由于美拉德反應形成的較深顏色的食品[13]。從表3可知，板栗粉添加量對蛋糕的色澤有顯著影響，且對蛋糕芯部色澤影響更明顯。具體地，相較于對照組蛋糕芯部，隨著板栗粉的添加，蛋糕L*、b*值會顯著減小，a*值顯著性增大(P<0.05)；但板栗粉質量分數為40%時，蛋糕的色調角h顯著增加。對于蛋糕表皮而言，色澤的變化無明顯規律，可能是蛋糕表面受熱不均，也可能是板栗粉中特殊的氨基酸和碳水化合物組成不同，導致美拉德反應程度及產物各異所致[19]，但是基本趨勢還是L*值和b*值減小，而a*值增加。結合實物圖也可以觀察到類似的規律。

表3 不同板栗粉質量分數海綿蛋糕的色澤參數?Table 3 Color parameters of sponge cake with different contents of chestnut powder

2.4 板栗粉對蛋糕比容的影響

根據GB/T 24303—2009《糧油檢驗 小麥粉蛋糕烘焙品質試驗 海綿蛋糕法》規定，蛋糕比容在2.5～4.8 mL/g時，比容評分隨蛋糕比容的增大而增大，當超過4.8 mL/g 時，比容評分隨蛋糕比容的增大反而減小。從蛋糕實物來看，在體積大小方面，肉眼幾乎很難區分出差別。而通過圖1可以看出，當板栗粉質量分數<10%時，蛋糕的比容無顯著變化；當質量分數>10%時，隨著板栗粉質量分數的增加，蛋糕比容顯著降低(P<0.05)，與對照組相比，板栗粉質量分數為40%的蛋糕比容降低了20.39%，可能是因為板栗粉的筋力比蛋糕用小麥粉高，導致在調糊階段充入蛋糊的氣體損失較多，比容減小，從而影響成品蛋糕的蓬松度。

不同樣品間小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖1 不同板栗粉質量分數海綿蛋糕的比容Figure 1 The specific volume of sponge cake with different contents of chestnut powder

2.5 板栗粉對蛋糕烘焙損失率的影響

由圖2可看出，板栗粉的添加可顯著降低海綿蛋糕的烘焙損失率(P<0.05)，與對照組相比，隨著板栗粉的添加，蛋糕的烘焙損失率從19.06%下降至11.06%(質量分數為40%)，表明板栗粉的添加有利于改善面糊的持水性，可以使面糊內部蛋白質、淀粉等物質與水分結合狀態變得更緊密，且劉薈等[20]通過試驗也證實了在加熱過程中特別是70 ℃以后板栗淀粉的溶解度和膨潤力均迅速增加且遠遠高于小麥淀粉。

不同樣品間小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖2 不同板栗粉質量分數海綿蛋糕的烘焙損失率Figure 2 Baking loss of sponge cake with different contents of chestnut powder

2.6 板栗粉對蛋糕老化特性的影響

食品老化是一個復雜的過程，包括烘焙產品在貯藏過程中發生的許多物理、化學和感官變化，會直接降低消費者的消費接受度，從而導致巨大的經濟損失[5]。板栗粉的添加對海綿蛋糕老化焓值的影響如圖3所示，隨著板栗粉添加量的增大，蛋糕老化焓值顯著減小(P<0.05)，說明板栗粉的添加對蛋糕抗老化有明顯作用，添加量越多蛋糕抗老化效果越好。這可能與板栗粉的吸濕性有關，試驗發現，無論是面糊還是蛋糕的含水量均隨著板栗粉的增加而增加(表4)，而蛋糕的老化特性與其水分含量有密切聯系，一般來說，蛋糕的含水量越高可以因延遲老化而降低蛋糕的老化速度[10]。這種抗老化效果對于蛋糕的長期貯藏(10 d)也表現出相同的規律，可以推測添加板栗粉可能會延長成品蛋糕的貨架期[21]。

不同樣品間小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖3 不同板栗粉添加量海綿蛋糕的老化焓值Figure 3 Aging enthalpies of sponge cake with different contents of chestnut powder

2.7 板栗粉對蛋糕營養指標的影響

2.7.1 基本營養指標 由表4可知，板栗粉的添加對面糊的營養指標影響不大，但對成品蛋糕的影響卻非常顯著。對海綿蛋糕而言，隨著板栗粉的增加，水分含量也在增加，這也印證了前文所述蛋糕比容、烘焙損失率以及老化分析的結果。隨著蛋糕水分含量的增加，蛋糕質量也會提高，可以引起較多消費者的購買欲望，同時又可增加經濟效益；另外，隨著板栗粉質量分數的增加，面糊和蛋糕的還原糖含量顯著增加，蛋白質含量顯著減少(P<0.05)，但面糊經過烘焙后，二者的含量均降低，且還原糖的降低幅度大于蛋白質。就質量分數為10%和40%的面糊和蛋糕而言，在烘焙過程中，還原糖含量分別降低了48.80%，47.65%，蛋白質含量降低了24.86%，28.85%。這可能是因為板栗粉和小麥粉含有不同種類的糖與蛋白質，在烘焙過程中由于高溫發生美拉德反應與焦糖化反應分解成各種風味物質與成色物質，增加了海綿蛋糕的感官風味[22]；對脂肪含量來說，由于相比于小麥粉而言，板栗粉脂肪含量是其6倍左右(表1)，所以導致海綿蛋糕脂肪含量顯著增加(P<0.05)。有文獻[23]報道，板栗粉的飽和脂肪酸占比低(16.28%～20.98%)，單不飽和脂肪酸(38.76%～44.34%)和多不飽和脂肪酸(38.41%～43.94%)占比高，富含人體必不可少的亞油酸(34.68%～40.04%)和亞麻酸(2.64%～3.89%)等，這就使得板栗粉在海綿蛋糕或者重油蛋糕上的應用優于紅棗粉、玉米粉等其他果蔬粉。

表4 板栗粉質量分數對面糊和蛋糕基本營養指標的影響?Table 4 Effects of chestnut powder on basic nutritional parameters of batter and cake %

2.7.2 礦物元素含量 從表1可以看出，板栗粉中的灰分含量為普通小麥粉的4倍左右。表5是利用ICP-MS檢測7種元素時繪制的標準曲線表，其R2均趨近1，說明擬合度高，檢測效果較好。而表6和表7分別給出了面糊和蛋糕的7種微量元素含量。添加板栗粉可顯著增加蛋糕的礦物質元素含量(P<0.05)，極大程度上豐富了蛋糕的礦物元素。這些礦物元素不能在人體內合成，但卻是構成機體組織和維持正常生理功能必不可少的成分。因此，從營養健康的角度出發，板栗粉確實是一種優質的營養素來源，制作出的海綿蛋糕營養含量也同樣豐富。

表5 7種礦物元素線性回歸方程及擬合優度?Table 5 Linear regression equations and R2 of 7 mineral elements

表6 板栗粉質量分數對面糊7種礦物元素含量的影響?Table 6 Effects of chestnut powder on contents of 7 mineral elements in batter

表7 板栗粉質量分數對蛋糕7種礦物元素含量的影響?Table 7 Effects of chestnut powder on contents of 7 mineral elements in cake

2.8 感官分析

如圖4所示，添加板栗粉能使蛋糕的色澤、外觀形狀、香氣、滋味、軟硬度、總體喜好程度均得到提升。在色澤上，消費者傾向于選擇板栗粉質量分數為5%或者未添加板栗粉的蛋糕，可能是其金黃色的外表更符合消費者心中對蛋糕的期望；對于外觀形狀來說，消費者更傾向于選擇板粟粉質量分數為5%和40%的蛋糕；對于香氣來說，與板栗粉質量分數呈正相關的趨勢，說明板栗粉能顯著提高蛋糕的香味，從而引起消費者的喜愛；對于滋味來說，板粟粉質量分數為10%和5%的蛋糕評分更高，這與軟硬度的結果也較相似；對于總體喜好程度來說，板粟粉質量分數為5%的蛋糕評分遠超其余蛋糕，說明消費者最為認可板栗粉質量分數為5%的蛋糕。

圖4 不同板栗粉質量分數海綿蛋糕的感官評定結果Figure 4 Sensory evaluation of sponge cake with different contents of chestnut powder

3 結論

試驗探究了不同超微板栗粉質量分數(5%，10%，20%，40%)對海綿蛋糕品質的影響。結果表明：超微板栗粉的添加對海綿蛋糕質構品質和比容評分不利，只有控制在10%以內的蛋糕與對照組無顯著性差異；對于成品蛋糕色澤來說，超微板栗粉的加入會顯著減小其亮度和黃度，增加其紅度；但是對于降低蛋糕烘焙損失率，減小老化焓值，以及增加蛋糕營養成分特別是礦物元素方面，超微板栗粉的加入表現出了特別優秀的能力，與對照組相比，板粟粉質量分數為40%的蛋糕烘焙損失率和老化焓值(5 d)分別減少42.01%和65.04%，而平均礦物元素含量增加75.50%；感官分析結果也證實：并不是超微板栗粉添加量越大成品蛋糕的品質就越好，而是需要控制在一定范圍(10%)內才能引起消費者的購買欲望。綜合看來，板粟粉添加量為5%的海綿蛋糕表現出最佳的品質。通過添加超微板栗粉到海綿蛋糕中研制板栗蛋糕，不僅滿足了消費者對食品營養的需求，而且能進一步開拓板栗和海綿蛋糕的消費市場，研發出高品質的蛋糕，為烘焙食品的工業化開辟新的方向。