雨生紅球藻對戚風蛋糕品質的影響及其蝦青素穩定性

劉璐璐，陳玟璇，劉小慧，李世樂，許志浩，陳洪彬,3,4，鄭宗平,3,4，王寶貝,3,4,

（1.泉州師范學院海洋與食品學院，福建泉州 362000；2.福建省海洋藻類活性物質制備與功能開發重點實驗室，福建泉州 362000；3.近海資源生物技術福建省高校重點實驗室，福建泉州 362000；4.閩南特色傳統食品工程研究中心，福建泉州 362000）

隨著生活水平的提高，人們對功能食品的需求越來越大。普通食品功能化、休閑食品營養化是食品企業轉型升級的重要方向。人們開始探索將具有生物活性功能的原料添加到面包、蛋糕等焙烤食品中，以提高其營養價值和烘焙品質。比如竹葉抗氧化物可明顯改善面包質構，并提高面包的抗氧化能力，延緩面包老化；蓮子紅衣粉的添加可以提高蛋糕的微量元素含量等。楊利玲等將燕麥粉替代部分低筋面粉，同時用麥芽糖醇和玉米油代替蔗糖和大豆油，開發了一款慢消化淀粉含量較高的戚風蛋糕。可見，將具有保健功效的功能性食品原料添加到烘焙食品中，不僅可以改善其品質，還能提高營養價值。

微藻因富含植物蛋白、多不飽和脂肪酸、類胡蘿卜素等營養成分，在功能食品中有著巨大的應用潛力。其中，小球藻、螺旋藻等在保健品和功能食品中的應用已經比較成熟。雖然早在2010 年雨生紅球藻就被批準為新資源食品，但其應用主要集中在蝦青素提取物，而關于藻粉直接在食品中的應用研究較少。將富含蝦青素、不飽和脂肪酸和植物蛋白的雨生紅球藻直接應用于食品中不僅能提高其營養價值，改善食品的色澤，還可以節省蝦青素分離提取的成本。HOSSAIN 等將雨生紅球藻粉添加到曲奇餅干中，發現其抗氧化能力顯著提升。王寶貝等將雨生紅球藻粉添加到吐司中用以改善面包的色澤和質構特性。雖然雨生紅球藻在曲奇、吐司等烘焙食品中的應用已有報道，但這些研究更多的是關注雨生紅球藻對烘焙產品質構的影響，而對風味的影響以及烘焙過程對蝦青素等活性成分的影響卻鮮少關注。

本研究將雨生紅球藻粉添加到戚風蛋糕中，探討不同雨生紅球藻粉添加量對戚風蛋糕的比容、色澤、含水量及質構特性等的影響，并對蛋糕的抗氧化活性和焙烤前后蝦青素的含量進行測定，探索焙烤如何影響蝦青素的穩定性，以期為今后雨生紅球藻在焙烤食品中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

雨生紅球藻粉 福建省海洋藻類活性物質制備與功能開發重點實驗室；新良低筋面粉、舒可曼細砂糖、仁達雞蛋、金龍魚玉米油、伊利純牛奶 市售；30% HO分析純，廣東西隴科學股份有限公司；硫酸亞鐵、無水乙醇、水楊酸、冰醋酸、氫氧化鈉、丙酮 分析純，國藥集團化學試劑有限公司；DPPH 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；改良Bradford 蛋白檢測試劑盒 生工生物工程（上海）股份有限公司；三氟乙酸 上海易恩化學技術有限公司；氯仿、甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、乙腈 色譜純，國藥集團化學試劑有限公司；蝦青素（HPLC≥98%）、葉綠素a（BR）、葉綠素b（BR）、葉黃素（HPLC≥98%）上海源葉生物科技有限公司；D-無水葡萄糖 分析純，美國Amresco公司。

HO-40E 電烤箱 青島漢尚電器有限公司；ADCI-60-W 全自動色差計 北京辰泰克儀器技術有限公司；TA-XT Plus 質構分析儀 英國Stable Micro Systems 公司；DGG-9123A 電熱恒溫鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司；FD-2 型冷凍干燥機 北京博醫康實驗儀器有限公司；7890B 氣相色譜儀 美國Agilent Technologies 股份有限公司；2695 高效液相色譜儀 美國Waters 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 雨生紅球藻中營養成分測定

1.2.1.1 雨生紅球藻中總糖含量測定 雨生紅球藻中總糖含量測定參照WANG 等的方法。稱取10 mg藻粉，加入0.5 mL 冰醋酸于60 ℃水浴20 min，然后加入10 mL 丙酮振蕩30 min（25 ℃，150 r/min），離心，棄上清，沉淀中加入4 mL 2 mol/L 的三氟乙酸，充分振蕩混勻，并于100 ℃下油浴4 h。然后加入去離子水定容至10 mL，充分混勻后，離心（10000 g，2 min），收集上清液，即得檢測樣品。以D-無水葡萄糖為標準品，苯酚硫酸法測定總糖含量。

1.2.1.2 雨生紅球藻中蛋白質含量測定 雨生紅球藻中蛋白質含量測定參照WANG 等的方法。稱取10 mg 藻粉，加入0.1 mL 1 mol/L NaOH，充分振蕩3 min，80 ℃水浴10 min。樣品冷卻后加入0.9 mL去離子水，振蕩混勻后離心（4 ℃，16000 g，10 min），收集上清液，沉淀重復提取兩次，合并上清液，即為檢測樣品。蛋白質含量測定采用Bradford 蛋白檢測試劑盒。

1.2.1.3 雨生紅球藻中脂肪酸含量測定 脂肪酸的測定參考GWAK 等和CHEN 等的方法。稱取10 mg 藻粉，液氮研磨破壁后，加入氯仿:甲醇（體積比為2:1）于室溫下振蕩提取60 min，混合液離心后除去沉淀，上清液利用氮吹儀吹干后加入0.5 mol/L的KOH-甲醇溶液于65 ℃水浴10 min，然后加入5 mL 30%的三氟化硼乙酯，繼續水浴30 min。樣品冷卻至室溫加入5 mL 己烷，即為上機檢測樣品。脂肪酸檢測采用以下設備：7890B 安捷倫（美國）氣相色譜儀，色譜柱DB-23（60 m×0.25 mm×0.15 μm），分流比20:1，進樣溫度250 ℃，載氣為氮氣，流速為20 cm/s，起始柱溫50 ℃ 保持1 min，以25 ℃/min 成效升溫到220 ℃，保持1 min，檢測器溫度250 ℃。

1.2.1.4 雨生紅球藻中色素含量測定 雨生紅球藻中色素含量的測定參考WANG 等的方法。稱取10 mg 藻粉，液氮研磨破壁后，用甲醇-二氯甲烷混合溶液（體積比為3:1）將研磨后的藻粉洗出，并置于4 ℃振蕩提取60 min。所得混合液離心后，沉淀重復提取2～3 次，直至沉淀變為白色。合并三次提取的上清液，用氮吹儀將有機溶劑吹干后保存在-80 ℃冰箱中備用。采用高效液相色譜分析，色譜柱為Beckman C柱（4.6 mm×25 cm，ultrasphere），流速為1 mL/min，柱溫為25 ℃，檢測波長為480 nm，梯度洗脫以乙酸乙酯、甲醇、乙腈、水作為流動相。采用外標法對各種色素進行定量。

1.2.2 雨生紅球藻戚風蛋糕基礎配方 經過前期預實驗優化確定戚風蛋糕的基礎配方如表1 所示。

表1 戚風蛋糕基礎配方Table 1 Basic formula of chiffon cake

1.2.3 雨生紅球藻戚風蛋糕制備工藝 本研究戚風蛋糕的制作工藝流程如圖1 所示：首先，取出冷藏雞蛋，分離蛋黃蛋清分別盛放在無水無油的容器中備用。將低筋面粉與雨生紅球藻粉混合并過篩（60 目），然后加入玉米油進行攪拌至無面筋殘留，加入牛奶和蛋黃繼續攪拌均勻。將蛋清打發，其間分三次加入細砂糖，打發至干性發泡階段即可。將打發好的蛋白霜分三次加入到上述面糊中，快速混合均勻，以防打發的蛋白回落。調制好的面糊及時注入模具中，入模量占模體積的2/3，稍稍抹平表面，輕震模具，震出面糊里的大氣泡。將模具放入預熱好的烤箱，烘烤60 min（上火140 ℃，下火130 ℃）。焙烤成熟后將模具取出，將戚風蛋糕連同模具一起倒扣在冷卻架上冷卻30 min 后脫模。

圖1 雨生紅球藻戚風蛋糕工藝流程Fig.1 Process of H.pluvialis chiffon cake

1.2.4 戚風蛋糕比容測定 戚風蛋糕比容的測定參考GB/T 24303-2009。蛋糕烘烤完在室溫下冷卻30 min，將蛋糕從模具中脫出，稱重后，利用大米排體積法測定體積。比容計算公式即為：

式中：D 為蛋糕比容（mL/g）；m 為蛋糕的質量（g）；V 為蛋糕的體積（mL）。

1.2.5 戚風蛋糕含水量測定 戚風蛋糕含水量的測定參考GB 5009.3-2016，直接干燥法。取預先恒重的空玻璃稱量瓶（m），取約2 g 戚風蛋糕芯放入稱量瓶中，稱重（m）。然后，將裝有蛋糕的稱量瓶置于100 ℃干燥箱中，烘干至恒重，取出后放入干燥器內冷卻30 min 后稱量（m）。含水量計算公式即為：

式中：X 為含水量（%）；m為烘干后稱量瓶質量（g）；m為干燥前稱量瓶與蛋糕總質量（g）；m為干燥后稱量瓶與蛋糕總質量（g）。

1.2.6 戚風蛋糕色差測定 戚風蛋糕色差的測定采用ADCI-60-C 全自動測色差計。采用色差儀測定面包芯的亮度L值、紅綠度a值、黃藍度b值。

1.2.7 戚風蛋糕質構特性測定 戚風蛋糕質構的測定采用英國SMS 公司的質構儀（TA.XT Plus），蛋糕冷卻至室溫后切片為8 cm×4 cm×1 cm 左右，選用P/36R 的圓柱形平底探頭，質構參數：觸發力5 g，測前速度1 mm/s，測試速度3 mm/s，測后速度3 mm/s；壓縮至樣品原高度的50%，兩次壓縮間隔的時間為5 s，測得彈性，回復性，咀嚼性等參數。

1.2.8 戚風蛋糕抗氧化活性測定

1.2.8.1 雨生紅球藻抗氧化物的提取 提取方法參照王寶貝等的提取方法。稱取10 mg 藻粉液氮研磨破壁后用無水乙醇將破壁的藻粉洗滌至離心管中，振蕩提取后，混合液離心去除沉淀，上清液轉移到新管并定容至10 mL，得到雨生紅球藻乙醇提取液。

1.2.8.2 羥基自由基清除率的測定 羥自由基清除率的檢測方法在楊紅衛等的基礎上稍作修改。取出離心管三支分別標記為A、A和A。向A管加入1 mL 2 mmol/L FeSO，1 mL DI 水（deionized water，去離子水）和1 mL 2 mmol/L 水楊酸-乙醇溶液，混勻；向A管中加入1 mL FeSO，1 mL 雨生紅球藻乙醇提取液和1 mL 水楊酸-乙醇溶液，混勻；向A中加入1 mL FeSO，1 mL 雨生紅球藻乙醇提取液和1 mL 水楊酸-乙醇溶液，混勻。靜置10 min 后，分別向A、A和A中加入500 μL HO，500 μL HO和500 μL DI 水。以上步驟重復3 次。利用分光光度計測定OD值。計算如公式（3）：

1.2.8.3 DPPH 自由基清除率的測定 DPPH 自由基清除率的測定參照張玲方法并稍作修改。取離心管3 支，分別標記為A、A和A。向A管加入1 mL DPPH 溶液和1 mL 無水乙醇，向A管中加入1 mL DPPH 溶液和1 mL 雨生紅球藻乙醇提取液，向A中加入1 mL 雨生紅球藻乙醇提取液和1 mL 無水乙醇。重復3 次，利用分光光度計測量OD值。計算如公式（4）：

1.3 數據處理

所有試驗指標均重復測定三次，采用SPSS 對數據進行統計分析，利用Origin 9.0 進行作圖，利用方差分析（ANOVA）進行差異顯著性分析（＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 雨生紅球藻粉的營養成分分析

由于不同批次雨生紅球藻的營養成分含量略有差別，本研究首先對所使用的雨生紅球藻粉進行營養成分分析。由圖2（A）可見，該批次雨生紅球藻粉的蝦青素含量為20.93±0.41 mg/g 細胞干重（Dry Cell Weight,DCW），葉綠素a、葉綠素b 和葉黃素的含量分別為1.47±0.02、0.77±0.02 和1.39±0.01 mg/g DCW?？偺?、蛋白質和脂肪酸含量則分別為25.56%±0.94%、19.97%±0.13%和27.11%±0.25%。其中，多不飽和脂肪酸含量最高，占總脂肪酸的53.44%；單不飽和脂肪酸次之，占總脂肪酸的25.3%；飽和脂肪酸僅為總脂肪酸的21.27%（表2）。

表2 雨生紅球藻脂肪酸的組成及含量Table 2 Fatty acids compositions and contents in H.pluvialis

圖2 雨生紅球藻的營養成分分析Fig.2 Nutrients analysis of H. pluvialis

2.2 雨生紅球藻粉的添加對戚風蛋糕品質的影響

2.2.1 雨生紅球藻粉對蛋糕比容、含水量的影響蛋糕比容可直接反映蛋糕品質的優劣，是評價蛋糕面糊膨脹程度最直觀的指標。本研究對不同雨生紅球藻添加量的蛋糕比容進行了測定。由圖3 可知，當藻粉添加量為2.0%時，蛋糕比容最大，為4.97±0.11 mL/g，對照組蛋糕比容為4.92±0.03 mL/g。比容越大則蛋糕組織結構越蓬松，口感也更松軟。在所研究藻粉添加量范圍內，當添加量低于4.0%時，蛋糕的比容無顯著變化（＞0.05），故添加雨生紅球藻后，蛋糕膨發效果仍然良好。然而當藻粉添加量為4.0%時，蛋糕比容比對照組顯著下降（＜0.05）。蛋糕中蛋清打發形成的蛋白霜在極大程度上會影響烘烤后蛋糕的體積，而由于雨生紅球藻添加量過低，不會削弱蛋白霜的泡沫穩定性，對蛋糕比容造成的影響較小。隨著藻粉添加量的增大，藻粉中纖維可能會破壞蛋白霜泡沫的穩定性，繼而影響蛋糕的膨發效果，使蛋糕比容減小。

圖3 雨生紅球藻不同添加量對戚風蛋糕比容的影響Fig.3 Effects of different addition of H.pluvialis on specific volume of chiffon cake

如圖4 所示，在添加量為0.0、1.0%、2.0%、3.0%時，雨生紅球藻的添加量對戚風蛋糕含水量的影響不大。當添加量提高至4.0%時，蛋糕含水量平均值為44.91%，較對照組含水量顯著下降（＜0.05），這可能是由于雨生紅球藻含蝦青素、蝦青素油酸單酯、蝦青素油酸雙酯、麥角甾烯醇和三亞麻酸甘油酯等疏水性物質，隨著雨生紅球藻添加量的增加，可能會使得面筋的形成減少，進而造成面團與水結合的能力下降，未結合的水分將隨溫度升高而被蒸發帶出，故蛋糕含水量降低。

圖4 雨生紅球藻不同添加量對戚風蛋糕含水量的影響Fig.4 Effects of different addition of H.pluvialis on moisture of chiffon cake

2.2.2 雨生紅球藻粉對蛋糕色澤的影響 食品色澤是消費者選擇產品與否的重要指標之一，因此，本論文研究了雨生紅球藻的添加對蛋糕色澤的影響。由圖5 所示，隨著雨生紅球藻添加量的增加，蛋糕顏色逐漸加深，變為橙紅色，亮度降低，與表3 中色差計測定的數據結果相符合。蛋糕外表與內部的L值不斷降低，當藻粉添加量為4.0%時，蛋糕外表與內部的L值比對照組分別降低了34.70%和37.56%；而a值不斷增加，比對照組分別增加了2.8 倍和10.3 倍。蛋糕色澤的改變主要是由于蝦青素、焦糖化及美拉德反應共同作用的結果。蛋糕焙烤過程中，游離氨基酸和還原糖化合物發生的美拉德反應，產生類黑精等物質，進而影響顏色變化；糖類化合物在高溫條件下發生焦糖化反應，形成焦糖色；雨生紅球藻中富含蝦青素，蝦青素是一種天然的紅色素，可以作為著色劑應用于食品中，故影響了蛋糕的L值與a值。因此，在食品工業中，雨生紅球藻可以新型功能性食品添加劑的身份作為食品的著色劑，使安全性高的天然色素獲得較好的市場前景。

圖5 不同雨生紅球藻添加量的戚風蛋糕的色澤Fig.5 Effect of different addition of H.pluvialis on color of chiffon cake

表3 雨生紅球藻不同添加量對戚風蛋糕色差的影響Table 3 Effects of different addition of H.pluvialis on color difference of chiffon cake

2.2.3 雨生紅球藻粉對蛋糕質構的影響 蛋糕的質構是決定蛋糕品質的重要指標，本研究對雨生紅球藻戚風蛋糕的質構進行測定。如表4 所示，隨著雨生紅球藻添加量的增加，戚風蛋糕的硬度、粘著性、咀嚼性均呈顯著增加的趨勢（＜0.05），它們均是衡量烘焙制品的重要指標，但硬度和咀嚼性通常與蛋糕品質呈負相關，因此硬度和咀嚼性并不是越大越好。藻粉添加量為4.0%，蛋糕硬度比對照組增加了20.09%，粘著性增加了22.34%，咀嚼性增加了18.05%。隨著藻粉的添加，面粉逐漸減少，可能導致蛋糕中面筋蛋白的比例下降，發酵時氣孔結構減少，從而使得蛋糕硬度和咀嚼性增大。此外，雨生紅球藻添加量的增加對戚風蛋糕的彈性、粘聚性、回復性無顯著影響（＞0.05），表明添加雨生紅球藻后，蛋糕的彈性依然保持良好。

表4 雨生紅球藻不同添加量對戚風蛋糕質構的影響Table 4 Effectsof different addition of H.pluvialis on taxture of chiffon cake

2.3 雨生紅球藻粉的添加對蛋糕抗氧化特性的影響

蛋糕的抗氧化活性是決定其營養價值的指標之一，本研究對焙烤后戚風蛋糕的抗氧化活性進行了測定。如圖6 所示，在考察的濃度范圍內，戚風蛋糕抗氧化活性隨雨生紅球藻添加量的增加而逐漸增強。藻粉添加量從0.0 增加至1.0%時，增長速率最快。對照組羥基自由基和DPPH 自由基的清除率分別為12.40%±1.32%和74.23%±0.97%。當藻粉添加量為4.0%時，羥基自由基和DPPH 自由基的清除率分別為27.27%±0.56%，81.04%±0.22%，比對照組提高了119.92%和9.17%，這可能與蝦青素含量的增加有關。除此之外，雨生紅球藻中的不飽和脂肪酸同樣發揮抗氧化作用。雨生紅球藻的添加顯著增強了戚風蛋糕的抗氧化活性（＜0.05），提高了戚風蛋糕的營養價值。

圖6 雨生紅球藻不同添加量對戚風蛋糕抗氧化活性的影響Fig.6 Effects of different addition of H.pluvialis on antioxidant activity of chiffon cake

2.4 戚風蛋糕制作過程對蝦青素穩定性的影響

研究表明蝦青素對熱比較敏感，因此本研究對焙烤后蛋糕的蝦青素含量進行測定。經測定，所添加的雨生紅球藻粉中蝦青素含量為（20.93±0.41）mg/（g 藻粉）（圖2A），故藻粉添加量為0.0、1.0%、2.0%、3.0%和4.0%時，蛋糕中蝦青素的理論含量（烘焙前含量）依次為：0.000、0.102、0.204、0.306±0.002、0.406±0.001 mg/（g 蛋糕），而焙烤后蛋糕中實際蝦青素含量分別為0.000、（0.040±0.002）、（0.084±0.003）、（0.153±0.007）、（0.206±0.003）mg/（g 蛋糕）。焙烤后蛋糕中的蝦青素含量比焙烤前（初始添加量）分別降低了62.17%±0.04%、59.08%±1.43%、49.97%±3.58%和49.37%±0.75%。由圖7 可知，焙烤會對蝦青素造成破壞，使其含量降低。這主要是由于焙烤的溫度較高（130～140 ℃），且時間較長（2 h），蝦青素的破壞是不可避免的。盡管如此，雨生紅球藻粉的添加還是賦予了蛋糕橙紅色（圖5），并且增強了蛋糕的抗氧化活性（圖6），具有一定的應用價值。今后提高焙烤食品中雨生紅球藻中蝦青素的穩定性，可以選擇較低的處理溫度、較短的處理時間，或對蝦青素的添加方式進行優化。

圖7 不同雨生紅球藻添加量戚風蛋糕中蝦青素含量Fig.7 Effect of H.pluvialis on astaxanthin content of chiffon cake

3 結論

本研究發現雨生紅球藻中蝦青素含量為20.93±0.41 mg/g DCW、總糖為25.56%±0.94%、蛋白質為19.97%±0.13%和脂肪酸為27.11%±0.25%，其中脂肪酸以不飽和脂肪酸為主。雨生紅球藻的添加可以顯著提高戚風蛋糕外表及內部的紅色度，降低其亮度，使戚風蛋糕整體呈現橙紅色。除此之外，藻粉的添加還使戚風蛋糕保持原有的膨發程度及組織形態。在本論文的考察濃度范圍內，添加4.0% 藻粉對蛋糕含水量影響較顯著，其余濃度影響較小。當藻粉添加量為2.0%時，蛋糕比容最大，為4.97±0.11 mL/g。當藻粉添加量為4.0%時，相比于對照組，蛋糕的硬度增加了20.09%，粘著性增加了22.34%，咀嚼性增加了18.05%，對DPPH 和羥基自由基的清除率比對照組提高了119.92%和9.17%。焙烤過程對蝦青素產生不同程度的破壞（49.37%～62.17%），且隨著藻粉添加量的增加，蛋糕會出現一定的藻腥味，影響了戚風蛋糕的風味。綜上考慮，雨生紅球藻添加量為1.0%～2.0%時較適宜，蛋糕質地松軟，內部氣孔較小且均勻，體積大，口感較好。