大豆分離蛋白海綿蛋糕加工工藝優(yōu)化及其質(zhì)構(gòu)特性評(píng)價(jià)

李雨奇

（呂梁學(xué)院生命科學(xué)系，山西 呂梁 033000）

傳統(tǒng)海綿蛋糕利用了雞蛋蛋清中蛋白質(zhì)的起泡性，是以雞蛋、面粉和白糖為原料，經(jīng)攪打、調(diào)糊、焙烤而得到的一款方便食品，因具有柔軟蓬松的組織狀態(tài)，口感好且易于咀嚼和消化而備受大眾的喜愛[1-2]。近年來，植物源蛋白質(zhì)在傳統(tǒng)食品中的發(fā)展和應(yīng)用越來越受到重視，同時(shí)隨著蛋清蛋白的價(jià)格持續(xù)上漲，需要尋求一種綠色、健康且價(jià)格適宜的植物源蛋白部分代替動(dòng)物源蛋白，來生產(chǎn)新型海綿蛋糕，成為了市場趨勢(shì)。

大豆分離蛋白（soy protein isolate，SPI）是來源于植物的優(yōu)質(zhì)蛋白，其蛋白質(zhì)吸收率與雞蛋蛋清相接近，但其脂肪和膽固醇含量遠(yuǎn)低于雞蛋蛋清[3-4]。將SPI應(yīng)用到食品加工中，不僅可以作為營養(yǎng)成分，還可以在發(fā)揮其蛋白質(zhì)的良好功能特性的同時(shí)，減少消費(fèi)者對(duì)脂肪、膽固醇等脂類物質(zhì)的過多攝入。因此SPI目前在肉制品、面制品、果蔬制品、乳制品、調(diào)味品等加工領(lǐng)域均發(fā)揮著重要作用[5-7]。目前，SPI在烘焙蛋糕中的應(yīng)用也受到了研究者的廣泛關(guān)注。李維瑤[8]用SPI替代25%蛋清蛋白，制作出了質(zhì)構(gòu)與感官方面比傳統(tǒng)蛋糕都更優(yōu)的蛋糕；另外SPI的加入也可緩解蛋糕的老化，從而延長其貨架期[8]。謝晉等[9]研究表明，在蛋糕中加入SPI會(huì)增大加工過程中蛋糊的比重，同時(shí)使其黏度降低，當(dāng)替代率為10%時(shí)制備得到的蛋糕，在感官方面與傳統(tǒng)蛋糕接近，沒有顯著性差異。史雙枝等[10]通過正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在蛋糕的加工中，當(dāng)SPI取代雞蛋的比例為20%時(shí)，蛋糕的感官評(píng)分最佳，此時(shí)可形成穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)泡沫，有助于蛋糕形成穩(wěn)定的組織結(jié)構(gòu)。王麗杰等[4]發(fā)現(xiàn)加入改性大豆分離蛋白可提高戚風(fēng)蛋糕的咀嚼性和彈性，降低硬度、內(nèi)聚性和膠性。使用SPI部分替代蛋清用于蛋糕中，不僅可降低生產(chǎn)成本，還可以實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)的互補(bǔ)，增加蛋糕中氨基酸的種類與含量，獲得植物蛋白保健功效的同時(shí)，避免動(dòng)物蛋白及脂肪的過量攝入，具有一定的市場前景。

因此，本文擬采用SPI為輔料，依次利用單因素和正交試驗(yàn)，研究SPI的不同取代量對(duì)海綿蛋糕感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性的影響，確定SPI海綿蛋糕加工工藝的最佳參數(shù)，從而得到營養(yǎng)美味的新型海綿蛋糕，也可為大豆分離蛋白的綜合利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆分離蛋白（食品級(jí)）：河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司；雞蛋、低筋面粉、黃油、白砂糖、牛奶：市售。

1.2 儀器與設(shè)備

打蛋器（DH133-2）：中山市德和電機(jī)有限公司；電烤箱（VH-12）：廣州旭眾食品機(jī)械有限公司；電子天平（WT）：杭州萬特衡器有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱（H2475）：河北朵麥信息科技有限公司；色差儀（CM-5型）：柯尼卡美能達(dá)控股公司；質(zhì)構(gòu)儀（TMS-Pilot）：美國Food Technology Corporation公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

原輔料預(yù)處理→雙蛋白打發(fā)→入模→烘烤→出爐→冷卻后脫模→成品。

1.3.2 操作要點(diǎn)

1）面糊的制備：將雞蛋黃、牛奶、黃油等原料混合后用打蛋器攪拌均勻，之后加入過篩的低筋面粉，用硅膠鏟從同一方向翻拌均勻，制成面糊備用。

2）蛋白膏的制作：將一定量的SPI部分取代雞蛋清，并與雞蛋清、白砂糖混合，于容器中用打蛋器高速攪打至蛋清呈白色泡沫狀，即為蛋白膏。

3）蛋糕的制作：將步驟2）中制備好的蛋白膏放入步驟1）制備得到的面糊中，攪拌均勻后即成蛋糊，將其注入模具中，輕輕震出氣泡。放入烤箱中，上下火180℃，烘烤20 min，將烤好的蛋糕倒扣冷卻后脫模。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

1.3.3.1 SPI取代量對(duì)SPI海綿蛋糕的影響

以低筋面粉和SPI加入量的總和為100%的基準(zhǔn)，加入白砂糖25%，黃油7.5%，分別將SPI取代雞蛋清的量控制為10%、15%、20%、25%、30%，與雞蛋清混合后用打蛋器高速打發(fā)7.5 min，按照工藝流程制備海綿蛋糕，比較不同SPI取代量對(duì)產(chǎn)品感官的影響。

1.3.3.2 白砂糖添加量對(duì)SPI海綿蛋糕的影響

以低筋面粉和SPI加入量的總和為100%的基準(zhǔn)，白砂糖 15%、20%、25%、30%、35%，黃油 7.5%，將 SPI取代雞蛋清的量控制為20%，與雞蛋清混合后用打蛋器高速打發(fā)7.5 min，按照工藝流程制備海綿蛋糕，比較白砂糖添加量對(duì)產(chǎn)品感官的影響。

1.3.3.3 黃油添加量對(duì)SPI海綿蛋糕的影響

以低筋面粉和SPI加入量的總和為100%的基準(zhǔn)，白砂糖25%，黃油 2.5%、5.0%、7.5%、10.0%、12.5%，將SPI取代雞蛋清的量控制為20%，與雞蛋清混合后用打蛋器高速打發(fā)7.5 min，按照工藝流程制備海綿蛋糕，比較黃油添加量對(duì)產(chǎn)品感官的影響。

1.3.3.4 打發(fā)時(shí)間對(duì)SPI海綿蛋糕的影響

以低筋面粉和SPI加入量的總和為100%的基準(zhǔn)，黃油7.5%，白砂糖25%，將SPI取代雞蛋清的量控制為20%，與雞蛋清混合后分別用打蛋器高速打發(fā)2.5、5.0、7.5、10.0、12.5 min，按照工藝流程制備海綿蛋糕，比較打發(fā)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品感官的影響。

1.3.4 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)SPI取代量、白砂糖添加量、黃油添加量以及打發(fā)時(shí)間這4個(gè)因素設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)，以SPI海綿蛋糕的色澤、外觀、口感和組織狀態(tài)4個(gè)方面的感官品質(zhì)評(píng)分為指標(biāo)，確定海綿蛋糕加工過程的最佳工藝參數(shù)，正交試驗(yàn)因素水平如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.3.5 感官評(píng)價(jià)

選擇10名具備一定感官評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)的食品科學(xué)專業(yè)的師生組成感官評(píng)審小組，分別對(duì)SPI海綿蛋糕的外形、口感、色澤和組織結(jié)構(gòu)4個(gè)方面進(jìn)行感官品質(zhì)的評(píng)價(jià)，總分為100，感官評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)如表1所示[11]。

表2 海綿蛋糕感官評(píng)價(jià)表Table 2 Sensory evaluation of sponge cake

1.3.6 蛋糕品質(zhì)的測定

1.3.6.1 水分含量

參照王穎等[12]的方法測定海綿蛋糕水分含量。

1.3.6.2 比容

參照文獻(xiàn)[9]采用油菜籽置換法測定并按以下公式計(jì)算海綿蛋糕的比容。

1.3.6.3 高度差及烘焙損失率

蛋糕縱切面上端的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的高度差即為蛋糕的高度差，烘焙損失率的計(jì)算公式如下。

式中：m1為烘焙前蛋糕的質(zhì)量，g；m2為烘焙冷卻后蛋糕的質(zhì)量，g。

1.3.6.4 色澤

采用色差計(jì)測定蛋糕縱切面的L*值。

1.3.7 質(zhì)構(gòu)分析

選擇TMS-75mm圓盤擠壓探頭進(jìn)行質(zhì)地剖面分析（texture profile analysis，TPA）[13]，測定海綿蛋糕的彈性、硬度、咀嚼性、膠黏性，參數(shù)設(shè)定為形變量30%，測試速度30 mm/min，壓縮間隔時(shí)間1.00 s，觸發(fā)力0.30 N。

1.3.8 微生物指標(biāo)

參照GB 4789.2—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測定》平板計(jì)數(shù)法測定SPI海綿蛋糕的菌落總數(shù)，參照GB 4789.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群計(jì)數(shù)》平板計(jì)數(shù)法測定SPI海綿蛋糕的大腸菌群。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)至少重復(fù)測定3次，試驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。采用SPSS17.0軟件處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)分析

2.1.1 SPI取代量對(duì)SPI海綿蛋糕的影響

SPI取代量對(duì)SPI海綿蛋糕感官評(píng)分的影響如圖1所示。

圖1 SPI取代量對(duì)SPI海綿蛋糕感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of SPI substitution on the sensory score of SPI sponge cake

由圖1可知，SPI部分代替蛋清會(huì)影響蛋糕的感官品質(zhì)，隨著SPI取代量的升高，SPI海綿蛋糕的感官評(píng)分呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)SPI取代量為20%時(shí)，其感官品質(zhì)的評(píng)分最高，達(dá)到90分。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，隨著SPI取代量的增加，SPI海綿蛋糕的蛋白膏的打發(fā)程度增強(qiáng)。這是由于大豆分離蛋白能夠快速吸附氣液界面的空氣并形成泡沫，且在起泡過程中其濃度的提高有助于大豆分離蛋白分子在短時(shí)間內(nèi)與更多的氣泡結(jié)合，從而增強(qiáng)其起泡能力，形成更加穩(wěn)定的泡沫[14]，由此使得海綿蛋糕的內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，氣孔分布均勻，感官評(píng)分增加。但之后隨著SPI取代量的增加，其感官評(píng)分緩慢下降，這是由于當(dāng)SPI的取代量過多時(shí)，會(huì)賦予海綿蛋糕一定的豆腥味，不符合大眾口味的要求。同時(shí)在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大豆分離蛋白溶液濃度較高時(shí)，其起泡能力降低，從而影響海綿蛋糕的膨起。李維瑤[8]研究結(jié)果表明，當(dāng)溶液中大豆分離蛋白濃度高于10%時(shí)，其組織狀態(tài)較為黏稠，因此會(huì)阻礙大豆分離蛋白分子從溶液內(nèi)部至氣液界面的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致起泡性下降，這與本研究結(jié)果相似。因此，SPI取代量為20%較為合適。

2.1.2 白砂糖添加量對(duì)SPI海綿蛋糕的影響

白砂糖添加量對(duì)SPI海綿蛋糕感官評(píng)分的影響如圖2所示。

圖2 白砂糖添加量對(duì)SPI海綿蛋糕感官評(píng)分的影響Fig.2 Effect of white granulated sugar addition on the sensory score of SPI sponge cake

由圖2可知，隨著白砂糖添加量從15%增加至35%，SPI海綿蛋糕的感官評(píng)分先升高后降低。當(dāng)白糖添加量為25%時(shí)，SPI海綿蛋糕的感官評(píng)分出現(xiàn)最大值，達(dá)到90分；之后隨著白砂糖加入量的增大，其感官品質(zhì)評(píng)分略有下降。白砂糖的添加可以增加蛋糕的甜味、減少豆腥味，有助于蛋糕在烘烤過程中表面金黃色色澤的形成，但是當(dāng)白砂糖的添加量過多時(shí)，不僅會(huì)使得海綿蛋糕的口感過于甜膩，而且更容易使蛋糕烤焦，使得口感變差，從而降低其感官品質(zhì)[15]。因此，白砂糖添加量為25%較為合適。

2.1.3 黃油添加量對(duì)SPI海綿蛋糕的影響

黃油添加量對(duì)SPI海綿蛋糕感官評(píng)分的影響如圖3所示。

圖3 黃油添加量對(duì)SPI海綿蛋糕感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of butter addition on the sensory score of SPI sponge cake

由圖3可知，隨著黃油添加量從2.5%增加到7.5%，SPI海綿蛋糕的感官評(píng)分升高，當(dāng)黃油添加量為7.5%時(shí)，其感官品質(zhì)評(píng)分最高，達(dá)到93分。這是因?yàn)橛椭哂惺杷裕稍谝欢ǔ潭壬弦种泼娼畹男纬桑档兔鎴F(tuán)的內(nèi)聚力，使得成品海綿蛋糕具有蓬松綿密的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也可以賦予其光澤和黃油濃郁的香氣[16]，故其感官評(píng)分升高。而在此之后隨著黃油添加量的繼續(xù)增大，SPI海綿蛋糕的感官品質(zhì)評(píng)分出現(xiàn)下降趨勢(shì)，這是由于黃油量過多時(shí)，容易打發(fā)過度，使得最終的蛋糕組織結(jié)構(gòu)發(fā)軟。因此，黃油添加量為7.5%時(shí)較為合適。

2.1.4 打發(fā)時(shí)間對(duì)SPI海綿蛋糕的影響

打發(fā)時(shí)間對(duì)SPI海綿蛋糕感官評(píng)分的影響如圖4所示。

圖4 打發(fā)時(shí)間對(duì)SPI海綿蛋糕感官評(píng)分的影響Fig.4 Effect of whisk time on the sensory score of SPI sponge cake

由圖4可知，隨著打發(fā)時(shí)間從2.5min增加為7.5min，SPI海綿蛋糕的感官品質(zhì)評(píng)分明顯升高，當(dāng)打發(fā)時(shí)間為7.5 min時(shí)，其感官品質(zhì)評(píng)分最高，為95分。當(dāng)打發(fā)時(shí)間超過7.5 min后，隨著打發(fā)時(shí)間的繼續(xù)增加，SPI海綿蛋糕感官評(píng)分出現(xiàn)下降趨勢(shì)。因?yàn)橐欢ǖ拇虬l(fā)時(shí)間，有利于蛋白泡沫的形成，從而賦予海綿蛋糕蓬松的組織結(jié)構(gòu)，提升其口感；但當(dāng)打發(fā)時(shí)間大于7.5 min時(shí)，由于過長的打發(fā)時(shí)間使得蛋白膏打發(fā)過度，導(dǎo)致成品海綿蛋糕沒有彈性，蛋糕表面塌陷，這與李連新等[17]的研究相似。因此，適宜的打發(fā)時(shí)間為7.5 min。

2.2 正交試驗(yàn)

在單因素基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Result of orthogonal test

根據(jù)表3設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)表，對(duì)每個(gè)單因素的k值進(jìn)行分析。通過正交試驗(yàn)優(yōu)化出SPI海綿蛋白加工過程中的最佳工藝參數(shù)組合為A3B2C3D2，即SPI取代量25%，白砂糖添加量25%，黃油添加量10.0%，打發(fā)時(shí)間7.5 min。影響SPI海綿蛋糕感官品質(zhì)評(píng)分因素的順序大小為打發(fā)時(shí)間＞白砂糖添加量＞黃油添加量＞SPI取代量。

在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)A3B2C3D1的組合進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)得到的SPI海綿蛋糕進(jìn)行感官品質(zhì)評(píng)價(jià)，其得分為96分，比正交試驗(yàn)中的各項(xiàng)處理分?jǐn)?shù)都高，由此可知SPI海綿蛋糕最佳工藝參數(shù)為SPI取代量25%，白砂糖25%，黃油10.0%，打發(fā)時(shí)間7.5 min，在此條件下得到的SPI海綿蛋糕感官風(fēng)味最佳。

2.3 蛋糕品質(zhì)分析

對(duì)最佳工藝參數(shù)下制得的SPI海綿蛋糕和相同工藝條件下制備得到的傳統(tǒng)雞蛋清海綿蛋糕，進(jìn)行蛋糕品質(zhì)分析，結(jié)果如表4所示。

表4 蛋糕品質(zhì)分析Table 4 Analysis of cake properties

由表4可知，SPI海綿蛋糕的水分含量為29.24%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)≤60%（GB/T 31059—2014《裱花蛋糕》）的要求，且略低于傳統(tǒng)的雞蛋清海綿蛋糕。SPI海綿蛋糕的比容為3.14 mL/g，高于傳統(tǒng)的雞蛋清海綿蛋糕，這是由于SPI的加入可提高蛋白膏的起泡性，打發(fā)過程中可以充入更大的空氣量，從而使得成品蛋糕可以獲得更大的體積[18]。蛋糕的高度差可以表明蛋糕中心的下陷程度，SPI海綿蛋糕高度差高于傳統(tǒng)雞蛋清海綿蛋糕，在打發(fā)過程中，SPI的加入可以增強(qiáng)蛋糕糊的起泡能力，所以SPI蛋糕膨起更高。當(dāng)烘烤條件相同時(shí)，蛋糕損失的重量主要是由于水分的喪失，且主要受到蛋糕糊持水性的影響。大豆分離蛋白與蛋清相比，其與水分子的結(jié)合能力更弱，因此在烘烤過程中水分更易從蛋糕糊體系中損失，使得其烘焙損失率增加[19]。添加SPI后的海綿蛋糕L*值略有降低，即蛋糕的白度下降，這可能與大豆蛋白本身具有的微黃色有關(guān)。在感官方面，SPI海綿蛋糕塊形更加豐滿，內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)氣孔更加細(xì)密，分布均勻，外觀、口感與組織結(jié)構(gòu)等方面均優(yōu)于雞蛋清海綿蛋糕。

2.4 蛋糕質(zhì)構(gòu)結(jié)果分析

對(duì)最佳工藝參數(shù)下制得的SPI海綿蛋糕和相同工藝條件下制備得到的傳統(tǒng)雞蛋清海綿蛋糕進(jìn)行質(zhì)構(gòu)分析，結(jié)果如表5所示。

表5 蛋糕質(zhì)構(gòu)結(jié)果Table 5 Texture results of cake

由表5可知，與傳統(tǒng)的雞蛋清海綿蛋糕相比，在最佳加工工藝參數(shù)條件下制作得到的SPI海綿蛋糕質(zhì)構(gòu)特性有所改善。有研究表明，蛋糕的硬度和咀嚼性與蛋糕品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)。這是由于硬度和咀嚼性越大，蛋糕的松軟度就越差，感官評(píng)價(jià)時(shí)其口感就越差；而蛋糕的彈性與其品質(zhì)呈正相關(guān)，彈性越大，蛋糕口感就越好[20-22]。SPI的加入會(huì)使得海綿蛋糕的硬度和膠黏性降低，但是對(duì)其彈性和內(nèi)聚性無明顯影響，同時(shí)會(huì)改善其咀嚼性。以上結(jié)果說明，SPI海綿蛋糕的口感更為綿軟，且易于咀嚼，而在組織狀態(tài)方面與傳統(tǒng)海綿蛋糕相似。

2.5 微生物指標(biāo)

最佳工藝參數(shù)下的SPI海綿蛋糕，其細(xì)菌總數(shù)為33 CFU/g，大腸桿菌未檢出，符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7099—2015《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)糕點(diǎn)、面包》中的規(guī)定。

3 結(jié)論

由試驗(yàn)結(jié)果可知，制作SPI海綿蛋糕的最佳加工工藝參數(shù)為SPI取代量25%、白砂糖添加量25%、黃油添加量10.0%、打發(fā)時(shí)間7.5 min。最佳工藝制作得到的SPI海綿蛋糕表面油潤，色澤金黃，均勻且具有光澤，并且組織結(jié)構(gòu)豐滿，頂部有較大弧度，表面光滑，無焦斑，蛋糕風(fēng)味濃郁，甜度適宜，口感細(xì)密疏松，沒有豆腥味。且該SPI海綿蛋糕與傳統(tǒng)雞蛋清海綿蛋糕相比，比容、高度差、烘焙損失率有所增加，外觀更加蓬松，水分含量和L*值有所降低，感官評(píng)分沒有明顯區(qū)別。在質(zhì)構(gòu)分析中，SPI的加入會(huì)使得海綿蛋糕的硬度和膠黏性顯著降低，但是對(duì)其彈性和內(nèi)聚性無明顯影響，同時(shí)會(huì)改善其咀嚼性，拓寬SPI在焙烤食品領(lǐng)域的應(yīng)用。