不同藜麥粉添加量對海綿蛋糕面糊特性及烘焙特性的影響

于書蕾，尚珊，臧梁，傅寶尚，姜鵬飛，溫成榮，王丹，宋爽，祁立波*

（1.大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院國家海洋食品工程技術(shù)研究中心，遼寧大連 116034；2.阜新小東北食品有限公司，遼寧阜新 123000）

麩質(zhì)也稱面筋，是存在于小麥、大麥、燕麥等谷物中的蛋白質(zhì)復(fù)合物，部分人群會對麩質(zhì)中的谷蛋白和醇溶蛋白過敏，這兩種蛋白會破壞他們的腸道表皮細(xì)胞，從而誘發(fā)乳糜瀉[1]。乳糜瀉（celiac disease，CD）是遺傳易感人群中常見的自身免疫疾病，臨床表現(xiàn)多種多樣，如腹瀉、嘔吐和便秘；此外，還可能出現(xiàn)其它病癥，如缺鐵性貧血、骨質(zhì)疏松、抑郁和頭痛等[2]。無麩質(zhì)食品指不含麩質(zhì)或麩質(zhì)含量低于20 mg/kg 的食品，是應(yīng)對麩質(zhì)蛋白過敏相關(guān)疾病而研發(fā)的食品，目前主要包括不含麩質(zhì)的面包、披薩、蛋糕等產(chǎn)品[3]。但長期無麩質(zhì)飲食可導(dǎo)致CD 患者碳水化合物、蛋白質(zhì)、纖維、礦物質(zhì)、維生素和脂肪攝入的不平衡[4]。

藜麥又稱印第安麥、昆諾阿藜、奎藜，一種產(chǎn)自南美洲的谷類雙子葉植物，種子可食，屬于莧科，是一種具有很高營養(yǎng)價值的偽谷物[5]。藜麥的纖維和蛋白質(zhì)含量較高，且氨基酸組成比較均衡，必需氨基酸含量較高。由于藜麥的營養(yǎng)特性，可令其成為一種補(bǔ)充蛋白質(zhì)的無麩質(zhì)食品原料[6-7]。海綿蛋糕是以低筋粉、糖、雞蛋為主要原料，配以一定的輔料，經(jīng)充分?jǐn)嚧虺錃狻⒄{(diào)糊、注模、烘焙而成的組織松軟、形狀類似海綿的糕狀制品[8]。已有學(xué)者研究添加不同比例藜麥粉對無麩質(zhì)面包和蛋糕品質(zhì)的影響，Stikic 等[9]指出添加藜麥粉后，成品面包中營養(yǎng)元素的含量均有所提高，且無麩質(zhì)面包的比容得到提高。Aslan Türker 等[10]使用藜麥粉與馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉復(fù)配，結(jié)果表明加入藜麥粉后可以提高無麩質(zhì)蛋糕比容和氣孔密度，質(zhì)地更為柔軟。因為藜麥粉結(jié)構(gòu)中含有一種類似于面筋蛋白的三維蛋白質(zhì)，淀粉顆粒可以與蛋白質(zhì)之間形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在蛋糕體系中起支撐作用，保留混合過程中的空氣，從而增大蛋糕比容。

本研究旨在評價不同添加量藜麥粉對無麩質(zhì)蛋糕面糊的流變學(xué)特性、面糊密度、蛋糕比容、烘焙損失率、色澤、質(zhì)構(gòu)和感官特性等影響，以期為藜麥新產(chǎn)品開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 原料

鮮雞蛋：大連洪家畜牧有限公司；藜麥粉：甘肅祁連農(nóng)莊有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司；山藥粉：四川藏曦堂生物科技有限公司；紅薯淀粉：河北古松農(nóng)副產(chǎn)品有限公司；泡打粉：安琪酵母股份有限公司；一級糖霜：江西巧嫂食品有限公司；玉米油：中糧東海糧油工業(yè)有限公司；牛奶：內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DDQ-A30D3 打蛋器：廣東小熊電器有限公司；Rational 萬能蒸烤箱：德國萊欣諾公司；DHR-2 流變儀、DSC250 差示掃描量熱儀：美國TA 儀器公司；Meso QMR23-060H 核磁共振成像分析儀：上海紐邁電子科技有限公司；TA.XT.Plus 質(zhì)構(gòu)儀：英國SMS 公司；YS3060 分光測色儀：深圳市三恩時科技有限公司；CanoScan LiDe 300 掃描儀：佳能（中國）有限公司；SM302NS 切片機(jī)：新麥機(jī)械（中國）有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 無麩質(zhì)藜麥海綿蛋糕面糊及蛋糕制作工藝流程

蛋糕的制作參考文獻(xiàn)[11]的方法，無麩質(zhì)面粉總質(zhì)量為100 g（其中藜麥粉分別為0、10、30、40、50 g；其余為紅薯淀粉和山藥粉），全蛋液80 g，糖霜55 g，牛奶60 g，玉米油35 g，泡打粉3 g。使用打蛋器將雞蛋和糖霜高速攪拌6 min，加入牛奶和玉米油慢速攪打2 min，將混合面粉過篩（60 目）分3 次加入，用硅膠鏟攪拌均勻，制成光滑的面糊；將面糊倒入模具中，在150 ℃烤箱中烘焙40 min 后，將蛋糕冷卻至室溫1 h，進(jìn)行下一步指標(biāo)分析。不同藜麥粉替代組分別用Q0、Q10、Q30、Q40和Q50表示。

1.3.2 面糊動態(tài)流變的測定

用流變儀測量面糊的彈性模量（G′）和黏性模量（G″）[12]。取適量新鮮面糊置于流變儀測定臺上，用礦物油密封樣品選擇具體測試條件：平板直徑選用40 mm，夾縫距離為1 mm，溫度為25 ℃，樣品的剪切速率為0.1～100 s-1，掃描頻率為0.1～10 Hz，形變量為0.5%。

1.3.3 面糊密度的測定及微觀結(jié)構(gòu)觀察

采用簡易測定法[8]：取一個容器質(zhì)量為M0，容器裝滿清水總質(zhì)量M1，再用相同的容器盛裝面糊，質(zhì)量記為M2，水的密度為1 g/cm3，按照公式計算面糊密度（ρ，g/cm3）。

1.3.4 蛋糕烘焙損失率及比容的測定

烘焙損失率按下列公式計算[13]。

式中：W為蛋糕烘焙損失率，%；W1為烘焙前面糊的質(zhì)量，g；W2為烘焙后蛋糕的質(zhì)量，g。

采用菜籽置換法計算蛋糕比容[14]，蛋糕在室溫下冷卻后，稱重并測量其體積。蛋糕比容計算公式如下。

式中：P為蛋糕比容，mL/g；V為蛋糕體積，mL；m為蛋糕質(zhì)量，g。

1.3.5 蛋糕氣孔分布的測定

蛋糕切片后用掃描儀進(jìn)行掃描，并對每張圖片的中間部分（3 cm×3 cm）進(jìn)行裁剪。然后，在通過Image J 軟件分析。圖像分辨率設(shè)置為600 dpi，計算氣孔密度和孔隙率[15]。

1.3.6 蛋糕色度的測定

使用分光測色儀測量蛋糕皮和蛋糕屑顏色，測定指標(biāo)包括L*值、a*值、b*值[16]。

1.3.7 蛋糕質(zhì)構(gòu)特性的測定

參考李雨奇[17]的方法測定蛋糕質(zhì)構(gòu)特性并稍作修改，蛋糕使用切片機(jī)切片，取中間蛋糕片進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測定。測試條件為探頭型號P/50，壓縮程度為30%，測試前、中、后速度分別為2、1、5 mm/s。

1.3.8 蛋糕水分分布的測定

取貯藏0、3、7 d 的蛋糕芯，并用保鮮膜包住，以避免失水對試驗結(jié)果造成影響[18]。用CPMG（carr purcell meiboom gill）序列測量弛豫時間（T2），試驗參數(shù)為等待時間1 000 ms，回波時間0.25 ms，重復(fù)掃描次數(shù)4，回聲次數(shù)1 000。

1.3.9 蛋糕老化焓值的測定

采用差示掃描量熱儀（differential scanning calorimetry，DSC）進(jìn)行分析[3]，將蛋糕放置于4 ℃冰箱貯藏0、3、7 d，稱取蛋糕芯部位約10 mg 于坩鍋中，升溫范圍為25～110 ℃，升溫速率為5 ℃/min。

1.3.10 蛋糕感官評價

感官評價由經(jīng)過培訓(xùn)的測評人員進(jìn)行，從形態(tài)、彈柔性、氣味、口感、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、總體接受度六方面打分，評分細(xì)則參考GB/T 24303—2009《糧油檢驗小麥粉蛋糕烘焙品質(zhì)試驗海綿蛋糕法》制定，如表1所示。

表1 藜麥無麩質(zhì)蛋糕感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Quinoa gluten-free cake sensory scoring criteria

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)為3 次平行測量的平均值，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。用Origin 2021 進(jìn)行作圖，SPSS 22.0軟件進(jìn)行顯著檢驗（P＜0.05）。

2 結(jié)果與討論

2.1 藜麥粉對蛋糕面糊流變特性的影響

不同藜麥粉添加量對面糊的動態(tài)流變特性的影響如圖1所示。彈性模量G′是指面糊經(jīng)外力作用后可自行恢復(fù)的彈性性質(zhì)；黏性模量G″表示面糊的黏性性質(zhì)，反映面糊的流動性[12]。

圖1 不同藜麥粉添加量對面糊流變特性的影響Fig.1 Effect of different quinoa flour dosages on the rheological properties of batter

由圖1 可知，不同藜麥粉添加量在0.1～10 Hz 范圍內(nèi)，面糊彈性模量和黏性模量都隨頻率的增大而增大；且對于研究的所有樣品，G′總是大于G″，表明面糊以彈性為主，表現(xiàn)出典型的弱凝膠動態(tài)流變特性[19]。當(dāng)剪切速率從0.1 s-1增加到100 s-1時，所有樣品的黏度都表現(xiàn)出“剪切稀化”現(xiàn)象[18]。面糊的彈性模量隨著藜麥粉添加量的增加而增加，表明藜麥粉提高了泡沫的彈性，從而提高了泡沫的穩(wěn)定性。這種泡沫在焙烤過程中不容易破裂，這有利于形成具有均勻氣泡結(jié)構(gòu)的蛋糕。彈性模量取決于界面處蛋白質(zhì)膜的緊密度，藜麥粉中蛋白質(zhì)含量高，面糊中蛋白質(zhì)含量越高，其彈性就越大[20]。藜麥粉中支鏈淀粉含量較高、粒徑較小，能夠均勻地填充在面糊孔隙中，使得面糊結(jié)構(gòu)更加完整有序，增加面糊彈性模量；由于面糊中支鏈淀粉會使幾何空間阻礙變大，使其黏性模量也有所增加[21]。

2.2 藜麥粉對蛋糕面糊密度的影響

不同藜麥粉添加量對面糊密度的影響如圖2所示。蛋糕面糊的密度表示在初始混合過程中在面糊中的空氣滯留量。

圖2 不同藜麥粉添加量對面糊密度的影響Fig.2 Effect of different quinoa flour addition amounts on batter density

面糊密度是影響蛋糕體積的因素之一。一般來說，面糊密度越小，制得的蛋糕體積大；反之，蛋糕糊密度大，會導(dǎo)致蛋糕成品體積小，內(nèi)部組織硬實，從而影響蛋糕的品質(zhì)[22-23]。由圖2 可知，藜麥粉添加量為10%、30%時，面糊密度隨著藜麥粉添加量的增加而下降（P＜0.05），可能是由于藜麥粉中蛋白質(zhì)含量較高，有利于蛋糕糊在攪拌過程氣泡的進(jìn)入和保持[20]。但當(dāng)藜麥粉添加量為40%、50% 時，面糊密度與藜麥粉添加量30%無顯著性差異（P＞0.05），可能是因為藜麥粉會使面糊黏度增加，此時不利于面糊攪打過程中空氣的進(jìn)入，即面糊密度無顯著差異[18]。

2.3 藜麥粉對蛋糕比容及烘培損失率的影響

不同藜麥粉添加量對蛋糕比容和烘培損失率影響如圖3所示。

圖3 不同藜麥粉添加量對蛋糕比容和烘培損失率的影響Fig.3 Effects of different quinoa flour dosages on cake specific volume and baking loss rate

蛋糕比容反映蛋糕體積膨脹程度，在一定程度上影響蛋糕的外觀、口感滋味和組織狀態(tài)[24-25]。如圖3 可知，藜麥粉添加量為0% 時，比容最小，添加量為40%時的比容最高，為1.8 mL/g，添加量為50% 時，蛋糕比容下降。一般來說，黏稠的面糊減緩了烘焙過程中面糊的氣體逸出速度，從而防止烘焙過程中面糊的收縮。相反，如果面糊黏度值過大，會導(dǎo)致面糊更稠密，不利于烘焙過程中氣泡的膨脹，使終產(chǎn)品更小[8，18]。添加量為50% 時，面糊的黏度過高，使焙烤時氣泡膨脹率降低，進(jìn)而導(dǎo)致比容下降[10]。也有研究表明，蛋糕膨脹性也可能和蛋白有關(guān)，蛋白質(zhì)通過增加面糊的黏彈性和延長面糊變成半固體前的時間來增加蛋糕的體積，這與蛋白質(zhì)-淀粉的相互作用和轉(zhuǎn)變有關(guān)[20]。

蛋糕的烘焙損失率與失水率有直接關(guān)系，水分流失過多會降低蛋糕感官品質(zhì)，并導(dǎo)致蛋糕的口感變得松散又粗糙[24]。蛋糕水分流失與持水能力相關(guān)，蛋糕的持水性可能會受到蛋糕內(nèi)淀粉和蛋白質(zhì)與水分子結(jié)合狀態(tài)的影響，從而影響蛋糕的烘焙損失率，進(jìn)而影響蛋糕比容[24]。由圖3 可知，隨著藜麥粉添加量增加，蛋糕的烘焙損失率逐漸降低，說明加入藜麥粉后有助于改善蛋糕的持水性。

2.4 藜麥粉對蛋糕氣孔分布的影響

不同藜麥粉添加量對蛋糕氣孔分布的影響如表2所示，蛋糕截面圖見圖4。

圖4 蛋糕截面圖Fig.4 Cross-sectional view of the cake

表2 不同藜麥粉添加量對蛋糕氣孔分布變化的影響Table 2 Effects of different quinoa flour additions on the distribution of stomata in cake

研究蛋糕氣孔越多，蛋糕芯越軟、感官質(zhì)量越高。孔隙率代表整個產(chǎn)品氣孔的體積百分比，它與蛋糕的體積高度正相關(guān)；而氣孔密度代表整個蛋糕中的氣孔數(shù)量[8]。由表2 可知，與Q0相比，添加不同添加量的藜麥粉后，蛋糕的氣孔密度（除Q10外）和孔隙率明顯增加，表明加入藜麥粉后可以提高面糊的氣泡穩(wěn)定性，從而得到比容較大、組織蓬松的蛋糕。其原因可能在于藜麥粉中的蛋白質(zhì)使面糊氣泡厚度和剛性增加[10]。蛋糕碎屑內(nèi)部結(jié)構(gòu)，黑色部分代表氣體細(xì)胞。由圖4 可知，隨著藜麥粉添加量的增加，蛋糕氣體細(xì)胞增加，與蛋糕氣孔密度和孔隙度變化一致。

2.5 藜麥粉對蛋糕色澤的影響

不同藜麥粉添加量對無麩質(zhì)蛋糕芯的顏色特征（L*值、a*值、b*值）的影響如表3所示。L*值代表樣品亮度；a*值代表樣品紅色調(diào)，b*值代表樣品黃度，a*值和b*值越大，樣品紅色調(diào)、黃色調(diào)越深[24]。

表3 不同藜麥粉添加量對蛋糕色澤的影響Table 3 Effect of different quinoa flour additions on cake color

由表3 可知，蛋糕（外殼和碎屑）的L*值隨藜麥粉添加量的增加而降低，降低的原因可能是藜麥粉的原色比山藥粉和紅薯淀粉的顏色深。Q0、Q10、Q30、Q40、Q50的a*值隨藜麥粉添加量的增加而升高，Q0、Q10、Q30、Q40的b*值隨藜麥粉添加量增加而升高，說明偏紅性和偏黃性增加，可能歸因于藜麥本身色澤以及烘焙過程中糖與蛋白的焦糖化反應(yīng)；由于藜麥粉添加量的增加，蛋糕中蛋白質(zhì)含量的增加刺激了美拉德反應(yīng)，從而產(chǎn)生了深棕色的成分[20]。

2.6 藜麥粉對蛋糕貯藏期間質(zhì)構(gòu)特性的影響

不同藜麥粉添加量對貯藏期間蛋糕質(zhì)構(gòu)特性的影響如圖5所示。質(zhì)構(gòu)特性包括硬度、彈性、咀嚼度等指標(biāo)，是衡量蛋糕品質(zhì)的重要指標(biāo)[19]。

圖5 不同藜麥粉添加量對蛋糕質(zhì)構(gòu)特性的影響Fig.5 Effects of different quinoa flour additions on the texture characteristics of cakes

由圖5 可知，蛋糕硬度和咀嚼度隨著貯藏時間的延長而增加，彈性下降，這是因為在貯藏期間發(fā)生硬化效應(yīng)，使蛋糕彈性下降、硬度及咀嚼度增加。硬化效應(yīng)是由于淀粉的回生以及淀粉在冷卻過程中的重結(jié)晶[26]。貯藏7 d 后，添加量為0% 和40% 時的蛋糕硬度分別為8 802.09、6 485.15 g，與貯藏0 d 相比分別升高了93.73%、77.811%；添加量為0%和40%時的蛋糕咀嚼度分別為4 662.10、3 475.05，與0 d 相比分別升高了73.73%、48.99%；添加量為0% 和40% 時的蛋糕彈性分別為0.86、0.88，分別下降了7.53%、5.38%。表明添加藜麥粉后延緩了蛋糕的老化速率，這可能是由于藜麥粉中膳食纖維含量較高，可以在一定程度上抑制淀粉的老化；且藜麥粉中的纖維具有較高的保水能力，可以抑制水分向淀粉的轉(zhuǎn)換，抑制淀粉的重結(jié)晶[27]。這與比容數(shù)值一致，體積指數(shù)值較低的蛋糕具有較高的硬度，其原因可能與蛋糕面糊截留的空氣量有關(guān)；體積較小的蛋糕密度更大，具有密集的蛋糕屑質(zhì)地，因此蛋糕更堅硬[4]。

2.7 藜麥粉對蛋糕貯藏期間水分遷移的影響

不同藜麥粉添加量對貯藏期間蛋糕水分分布的影響如表4所示。

表4 不同貯藏時間、不同藜麥粉添加量對3 種狀態(tài)水相相對百分比含量的影響Table 4 Effects of different substitution of quinoa flour on the relative percentage content of water phase in the three states of cake during time

藜麥蛋糕貯藏0 d 和7 d 的弛豫時間譜圖如圖6所示。

圖6 藜麥蛋糕貯藏0 d 和7 d 的弛豫時間譜圖Fig.6 T2 Spectra of quinoa cake on 0 d and 7 d

烘焙產(chǎn)品老化不僅與淀粉的重結(jié)晶有關(guān)，還受體系水分流動性的影響。在貯藏期間，淀粉結(jié)晶重排，吸水能力下降，結(jié)合水析出，因此要防止產(chǎn)品老化需要控制體系水分流動[28]。由圖6 可知，共出現(xiàn)3 個峰，在貯藏7 d 后，T22向右移動，表明T2值增大，水的流動性增強(qiáng)[2]。第一個峰T21在0.05～1.5 ms 出現(xiàn)，代表不易流動的結(jié)合水；第二個峰T22在1.5～55 ms 之間，代表介于結(jié)合水與自由水之間的半結(jié)合水；第3 個峰出現(xiàn)在60～360 ms 之間，代表易流動的自由水[18]。A21、A22、A23分別對應(yīng)不同結(jié)合程度水出峰面積含量，以此表示不同結(jié)合狀態(tài)的水分含量。在貯藏7 d 后，隨著藜麥粉添加量的增加，A21呈逐漸上升趨勢，A22、A23逐漸減小，說明藜麥粉有一定的保水作用，使不易流動的結(jié)合水增加，減少半結(jié)合水和自由水的生成。說明藜麥粉后對蛋糕保水性能增加，這可能是因為藜麥淀粉對吸附的水分控制能力強(qiáng)，水分不容易再次析出，具有良好的貯藏穩(wěn)定性，其次藜麥膳食纖維主要由果膠多糖和木聚糖組成，具有較強(qiáng)的親水性，可減少自由水的形成[21]。

2.8 藜麥粉對蛋糕貯藏期間老化焓值的影響

不同藜麥粉添加量對貯藏期間蛋糕老化焓值的影響如表5所示。蛋糕烘烤時淀粉吸水膨脹，晶體結(jié)構(gòu)破壞，而在貯藏期間水分流失，膨脹的淀粉顆粒分子重新締合，淀粉重結(jié)晶導(dǎo)致焓值增加[29]。

表5 貯藏過程中老化焓值的變化Table 5 Changes in the enthalpy value of cake core during storage J/g

由表5 可知，隨著貯藏時間的延長，蛋糕的老化焓值逐漸增大，在貯藏7 d 時，Q0的老化焓值上升明顯；其他添加量藜麥粉的蛋糕老化焓值的上升速率較慢。在貯藏7 d 后，Q0的老化焓值增加至1.42 J/g，而添加藜麥后，尤其是Q40、Q50老化焓值較小，為0.93 J/g 和0.92 J/g，且兩組沒有顯著性差異（P＞0.05），說明藜麥可以延緩藜麥蛋糕在貯藏過程中的老化[27]。

2.9 蛋糕的感官評價分析

不同藜麥粉添加量對蛋糕感官評分的影響如圖7所示。

圖7 不同藜麥粉添加量對蛋糕感官評分影響Fig.7 Effects of different quinoa flour additions on sensory scores of cakes

由圖7 可知，適當(dāng)?shù)霓见湻厶砑恿靠筛纳频案馄焚|(zhì)；但添加量過高，會使蛋糕口感下降。藜麥粉添加量為10% 時，蛋糕總體接受度最高，為13.2，添加30%、40% 藜麥粉時總體可接受度與10% 差異不大，為12.7、12.4，均高于Q0和Q50。從圖7 可以看出，添加量越大，藜麥香味越濃郁，分值越高；但由于藜麥粉本身的苦味和異味，過量的藜麥粉會對口感和總體可接受度分?jǐn)?shù)產(chǎn)生負(fù)面影響。內(nèi)部結(jié)構(gòu)、彈柔性與蛋糕質(zhì)構(gòu)有一定的相關(guān)性，硬度越低、彈性越大，蛋糕更加松軟可口；加入藜麥粉后，由于藜麥本身的色澤，可改變蛋糕色澤，使蛋糕顏色加深。

3 結(jié)論

試驗探究了不同藜麥粉添加量對海綿蛋糕品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：添加一定比例藜麥粉可改善蛋糕的面糊特性、蛋糕品質(zhì)、延緩蛋糕的老化。流變學(xué)分析表明，添加藜麥粉可以改善面糊的穩(wěn)定性、增加面糊的彈性模量和黏性模量。藜麥粉的加入也會增加蛋糕比容，降低蛋糕硬度和老化焓值。但藜麥粉添加量為50%時，會對海綿蛋糕的比容和質(zhì)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響。感官分析結(jié)果表明，并不是藜麥粉添加量越大，成品蛋糕的品質(zhì)就越好，而是需要控制在一定范圍內(nèi)才能引起消費者的購買欲望。綜合蛋糕感官評分以及貯藏期間老化速率，無麩質(zhì)藜麥蛋糕適宜的藜麥粉添加量為30%。