桑葚無糖天使蛋糕的制作工藝優化及質構性質分析

丘文聰，楊芊芊，黎詩麗，陳浩輝，張學武，趙晨煊,

（1.廣州工商學院工學院，廣東廣州 510850；

2.華南理工大學食品科學與工程學院，廣東廣州 510642）

桑葚是桑科桑屬類植物桑樹的成熟果穗，屬于“藥食同源”的食物[1]，它含有豐富的營養物質及生理作用功能成分[2-4]，比如黃酮類、花色苷類、酚酸類、多糖類、白藜蘆醇及其苷類物質等[5-7]，具有抗氧化、延緩肌體衰老[8-9]、抗細胞突變、抗腫瘤、降血壓、提高機體免疫力等作用[10-11]，且能潤腸通便，緩解便秘，益于人類的胃腸道健康[12]，是開發功能性食品及藥品的優質原料。我國的桑葚種植量居世界之首，種類繁多，主要栽培品種是魯桑和白桑。近年來，山東、四川等地的果桑種植已規模化發展，四川省規模管理的果桑種植面積超過20萬畝，占全國桑葚總產量的六成之多[13-14]，年產量達數萬噸。桑葚果實易腐難貯藏，目前多被鮮食或制成果酒、飲料、果醬等產品[15-16]。

低糖、低脂、低熱量的新型焙烤食品近年來受到廣泛關注[17]。天使蛋糕是將蛋清攪打產生松軟泡沫且不加入油脂的乳沫類蛋糕[18]，多被作為蛋糕胚。它具備低脂高蛋白、質地松軟有彈性[19]、組織細膩多孔、原材料簡單、加工流程便捷快速等優點，但保質期短，口感單一，有明顯蛋腥味[20]。

在蛋糕中添加桑葚果汁，其中花色苷類是可食用天然色素，可賦予天使蛋糕獨特的色澤[2,21-22]，同時桑葚果味可掩蓋天使蛋糕的蛋腥味。采用木糖醇代替蔗糖，使蛋糕無糖、低熱量。本研究通過單因素實驗和響應面法對桑葚果汁、木糖醇、蛋清和低筋面粉的添加量以及焙烤溫度和時間進行優化，并進行質構測定以分析桑葚果汁的添加對天使蛋糕品質的影響。這將為桑葚在新型焙烤食品中的應用提供理論和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大十桑葚 采摘于四川省涼山州德昌縣；木糖醇 廣州華糖食品有限公司；檸檬汁 上海樂芙娜食品科技有限公司；牛奶 內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司；塔塔粉 安琪酵母股份有限公司；雞蛋、低筋面粉 市售。

K588臺式攪拌機 美國惠而浦公司；FB-818B破壁機 廣州杰冠西廚設備制造有限公司；ES200-2B電子天平 沈陽亮衡天平儀器有限公司；Deckoven K01-0806D3FH電烤箱 惠州高比烘焙設備有限公司；CT3質構儀 美國Brookfield公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 桑葚無糖天使蛋糕的基礎配方和焙烤條件低筋面粉 50 g，桑葚果汁38 g，木糖醇 50 g，蛋清188 g，塔塔粉3 g、檸檬汁2 g，牛奶30 g。焙烤溫度和時間分別為165/150 ℃和35 min。

1.2.2 桑葚果汁的制備 將清洗干凈的桑葚果實（桑葚果實與水的質量比1:3）放入器皿中，加熱至沸騰保持2 min，冷卻至常溫。之后過濾取汁，用0.1%檸檬酸水溶液進行護色處理，10 min后在4 ℃下貯藏[4]。

1.2.3 桑葚無糖天使蛋糕的制作工藝 將雞蛋的卵黃部分去除，取蛋清備用。之后將塔塔粉、檸檬汁與蛋清混合攪打，分三次加入木糖醇，打至蛋白干性發泡，即為蛋白糊。接下來制備桑葚果汁蛋糕糊，將桑葚果汁、過篩后的低筋面粉與牛奶均勻混合后，倒入預先制備的蛋白糊中，用切拌的手法將面糊和蛋白糊拌勻[23]。隨后將桑葚果汁蛋糕糊裝入蛋糕模具，輕振模具排氣后進行焙烤。焙烤結束后震模，排出蛋糕烤制過程中產生的氣體，倒扣冷卻30 min，防止收縮[24-25]。

1.2.4 單因素實驗設計 探究桑葚果汁、木糖醇、蛋清和低筋面粉的添加量以及焙烤溫度和時間對蛋糕的感官指標與硬度的影響，各因素梯度設置如下，桑葚果汁的添加量為 13.0、23.0、33.0、43.0、53.0 g；木糖醇的添加量為 30.0、35.0、40.0、45.0、50.0 g；蛋清的添加量 120.0、135.0、150.0、165.0、180.0 g；低筋面粉的添加量為 30.0、35.0、40.0、45.0、50.0 g；焙烤上火與下火溫度為135/150、150/150、165/150、180/150、195/150 ℃；焙烤時間為 25、30、35、40、45 min。上述各因素在試驗時，其他因素依據1.2.1的基礎配方和焙烤條件保持不變。

1.2.5 響應面試驗設計 根據單因素實驗的結果，選取桑葚果汁添加量（A）、木糖醇添加量（B）、蛋清添加量（C）、低筋面粉添加量（D）為影響因素并確定取值范圍。以感官評分為感應值（Y），按照Central Composite法進行響應面試驗設計以優化蛋糕的制作工藝。根據Central Composite的中心組合設計原理，在單因素實驗結果的基礎上，用Design-Expert軟件設計4因素3水平試驗方案。響應值Y為桑葚天使蛋糕的感官評分。響應面試驗因素與水平表見表1。

表1 響應面試驗因素水平設計Table 1 Levels and factors of response surface experiment

1.2.6 感官評定標準 10位經過專業訓練的感官評定人員對桑葚無糖天使蛋糕品質進行感官評定（表2）。感官評分標準依據GB/T 31059-2014《裱花蛋糕》，蛋糕樣品用隨機數表進行編號[25]。

表2 蛋糕感官評定標準Table 2 Standard table of cake sensory score

1.2.7 質構性質的測定 使用質構儀測定室溫下不同貯藏時間內桑葚無糖天使蛋糕（MAC）與普通天使蛋糕（OAC）的硬度、咀嚼性、膠著性和內聚性。探頭型號為TA10，采用TPA模式，觸發點負載5 g，測試速度0.50 mm/s。

1.3 數據處理

文章中數據均取3次平行試驗的平均值，使用SPSS 17.0軟件進行方差分析，運用Excel 2016軟件進行數據處理和繪制圖表，采用Design-Expert 12軟件進行響應面試驗設計并建立回歸方程，P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01表示差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 桑葚果汁添加量對桑葚無糖天使蛋糕品質的影響 桑葚果汁的添加量為13.0、23.0、33.0、43.0、53.0 g，配方中其它配料比例不變。桑葚果汁添加量過多，使面糊中水分含量較高，焙烤過程中蛋糕體積膨脹過大，待冷卻后蒸汽冷凝成水而使蛋糕內部水分含量過多，易導致蛋糕成品表面凹陷，內里濕潤，口感偏酸且粘牙，蜂窩狀氣孔較少，同時也會使蛋糕顏色加深，影響產品外觀；而桑葚果汁添加量過少會使蛋糕的顏色淺淡，缺乏桑葚果風味且蛋腥味明顯。從實驗數據中可得，隨著桑葚果汁添加量的增加，蛋糕的感官評分和硬度都是先上升后下降[26]。當桑葚果汁添加量為23.0和33.0 g時，蛋糕的硬度最大（圖1），因蛋糕的硬度直接影響其咀嚼性、內聚性和膠著性，為使產品軟彈易咀嚼且色澤適宜，結合感官評分，選取桑葚果汁的最適添加量為33.0 g。

圖1 桑葚果汁添加量對蛋糕品質的影響Fig.1 Effect of the addition of mulberry juice on the quality of the cakes

2.1.2 焙烤溫度對桑葚無糖天使蛋糕品質的影響焙烤溫度影響蛋糕的外觀形態及松軟度，焙烤溫度過高，蛋糕表面易形成保護膜，表面焦糊、內里濕潤、粘牙；若焙烤溫度過低，蛋糕易出現烤制不熟、表面黏手的現象，且需較長的焙烤時間[20]。當焙烤溫度處于上火165 ℃、下火150 ℃時，感官評分最高，硬度適中且松軟適宜、不粘手、外觀形態完整（圖2），由此確定為最優焙烤溫度。

圖2 焙烤溫度對蛋糕品質的影響Fig.2 Influence of baking temperature on the quality of the cakes

2.1.3 低筋面粉添加量對桑葚無糖天使蛋糕品質的影響 低筋面粉的添加量對桑葚無糖天使蛋糕感官和硬度的影響見圖3。低筋面粉添加量較少時，天使蛋糕的外形塌陷、體積較小、口感濕潤且彈性較差。但低筋面粉的過量添加會導致蛋糕緊實、口感發干、顏色泛白。試驗得到低筋面粉添加量為45.0 g和50.0 g時，感官評分相近，但蛋糕硬度呈明顯上升趨勢。為降低蛋糕硬度，具有綿軟口感，故選擇低筋面粉最優添加量為45.0 g。

圖3 低筋面粉添加量對蛋糕品質的影響Fig.3 Effect of the addition of low-gluten powder on the quality of the cakes

2.1.4 焙烤時間對桑葚無糖天使蛋糕品質的影響焙烤時間的長短會影響蛋糕的外觀形態。若焙烤時間過長，蛋糕表面焦糊、起屑、整體口感發干；若焙烤時間過短，蛋糕粘牙、口感潮濕。由圖4可知，當焙烤時間為35 min時，蛋糕的感官評分最高，硬度適中。結合松軟度、顏色外觀形態等因素綜合考慮，選取焙烤時間35 min為最佳焙烤時間。

圖4 不同焙烤時間對蛋糕品質的影響Fig.4 Influence of different baking times on the quality of the cakes

2.1.5 木糖醇添加量對桑葚無糖天使蛋糕品質的影響 采用木糖醇替代蔗糖以制備低糖低熱量食品，同時木糖醇的添加也會影響蛋糕的制作工藝，它能減緩面筋形成速度，削弱淀粉的凝膠作用，以增加蛋糕柔軟細膩的口感[27]。木糖醇添加量過多，蛋糕甜度過高、整體口感單一，桑葚本身的清香被掩蓋，口感發澀；木糖醇添加量過少，蛋糕口感不佳，甜味過淡，感官評分下降。由圖5可知，將木糖醇以30.0、35.0、40.0、45.0、50.0 g的比例進行添加，木糖醇添加量為45.0 g時，感官評分最高，硬度最小，故將其確定為最適木糖醇添加量。

圖5 木糖醇添加量對蛋糕品質的影響Fig.5 Influence of the addition of xylitol on the quality of the cakes

2.1.6 蛋清添加量對桑葚無糖天使蛋糕品質的影響不同添加量的蛋清對蛋糕感官評分和硬度的影響見圖6。天使蛋糕的制作需大量蛋清液以制備蛋白糊，添加量過多，蛋糕的蛋腥味明顯；蛋清含量偏少，則蛋白糊中無法包裹大量空氣，進而使蛋糕體積變小，易塌陷。當蛋清添加量為135.0 g時，感官評分最高，硬度適中，蛋糕呈現松軟質地，所以蛋清最佳添加量為135.0 g。

圖6 蛋清添加量對蛋糕品質影響Fig.6 Effect of the addition of egg white on the quality of the cakes

2.2 響應面試驗結果

根據設計的試驗方案，以桑葚果汁添加量（A）、木糖醇添加量（B）、蛋清添加量（C）、低筋面粉添加量（D）為響應面分析試驗因素，總計31次試驗。試驗中存在的誤差由中心點重復5次試驗估計所得。響應面試驗利用Design-Expert 12軟件的中心組合設計原理，以感官評分（Y）為響應值，研究感官評分與各個試驗因素的關系，建立回歸方程式，具體響應數據結果見表3。

采用Design-Expert軟件對表3中試驗數據進行多元回歸擬合，獲得桑葚無糖天使蛋糕感官評分對自變量桑葚果汁的添加量（A）、木糖醇添加量（B）、蛋清添加量（C）、低筋面粉添加量（D）的二元多項回歸方程為Y=87.79+1.72A+1.32B-0.44C+0.12D+0.27AB+0.05AC-0.56AD+0.01BC-0.89BD-0.27CD-3.37A2-1.25B2-1.258C2-2.41D2。為檢驗方程的有效性，對數據進行方差分析，結果見表4。

表3 響應面試驗結果Table 3 Results of response surface methodology

從表4中可以看出模型的P＜0.0001，說明該模型達到了高度顯著的水平，而R2=0.8945，R2Adj=0.7960，模型能夠清楚反映響應值變化。失擬項P=0.0556（P＞0.05）不顯著，表示模型預測結果良好，可預測桑葚無糖天使蛋糕的最佳配方。模型中一次項A值＜0.01、B值＜0.05，說明桑葚果汁、木糖醇這兩者的添加量對產品品質影響較大。F值的大小代表各因素對蛋糕感官評分影響的強弱，F值越大，對響應指標影響越大[28]，因此各因素對桑葚無糖天使蛋糕感官評分的影響程度依次為桑葚果汁的添加量（A）＞木糖醇添加量（B）＞蛋清添加量（C）＞低筋面粉添加量（D）。

在響應面得到的最佳配方基礎上對桑葚無糖天使蛋糕的最優制作工藝進行驗證，即低筋面粉45 g，桑葚果汁33 g，木糖醇45 g，蛋清135 g，塔塔粉3 g、檸檬汁2 g，牛奶30 g，焙烤溫度為上火165 ℃，下火150 ℃，焙烤時間為35 min，得到桑葚天使蛋糕的感官評分為91.8分，高于所有響應面實驗組中所得最高評分，且蛋糕具有桑葚風味，無明顯蛋腥味，口感輕甜，完整飽滿，整體呈淡紫色且內部呈細密蜂窩狀。

2.3 質構特性分析

采用質構儀的TPA模式測定貯藏期間普通天使蛋糕（OAC）和桑葚無糖天使蛋糕（MAC）的質構性質，實驗結果見表5。硬度是指第一次加壓直至蛋糕發生形變所需要的力[29]。隨著貯藏時間的延長，普通天使蛋糕和桑葚無糖天使蛋糕的硬度均呈上升趨勢。但桑葚無糖天使蛋糕的硬度顯著低于普通天使蛋糕（P＜0.05），這說明桑葚果汁的添加使蛋糕含水量增加，貯藏期間產品有較強持水性，口感柔軟，硬度降低。咀嚼值越大，產品口感越差[30]。在貯藏期內，兩種蛋糕的咀嚼性均增大，但桑葚無糖天使蛋糕的咀嚼度始終顯著低于普通蛋糕（P＜0.05），說明桑葚果汁的添加可優化蛋糕的咀嚼性。而兩種蛋糕的內聚性和膠著性無顯著性差異（P＞0.05），可得出本實驗中提取所得桑葚果汁中的多糖濃度較低，未能顯著提高蛋糕粘性和內部結合力。

表5 不同貯藏時間下普通天使蛋糕和桑葚無糖天使蛋糕的質構性質Table 5 Texture characteristics of ordinary angel cakes and mulberry sugar-free angel cakes at different storage time

3 結論

本研究通過單因素實驗和響應面法得出桑葚無糖天使蛋糕的最優制作工藝，得出最優制作工藝是：低筋面粉45 g，桑葚果汁 33 g，木糖醇45 g，蛋清135 g，塔塔粉 3 g、檸檬汁 2 g，牛奶 30 g，焙烤溫度為上火165 ℃，下火150 ℃，焙烤時間為35 min，此時天使蛋糕感官評分為91.8分。按此工藝制得的蛋糕口感輕甜，富有彈性，具有桑葚風味，整體呈淡紫色且內部呈細密蜂窩狀。因添加桑葚果汁，蛋糕持水性增強，硬度和咀嚼性顯著降低，口感更加柔軟。該產品無糖、低脂、低熱量，含有豐富蛋白質，擁有桑葚獨特的果香味和色澤，在貯藏期間可保持較好的質構特性，這為開發新型焙烤食品提供研究基礎，同時也體現了桑葚可做為焙烤食品用香料、色素及營養強化劑的天然原料來源。