三种糖醇对海绵蛋糕面糊流变学、热力学及烘焙学特性影响的比较研究

郝月慧，贾春利，王 凤，黄卫宁，*，郑建仙，Akihiro Ogawa

（1.江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡214122；2.无锡麦吉贝可生物食品有限公司，江苏无锡214131；3.华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640；4.三菱化学食品株式会社，日本横滨227-8502）

三种糖醇对海绵蛋糕面糊流变学、热力学及烘焙学特性影响的比较研究

郝月慧1，贾春利1，王 凤2，黄卫宁1，*，郑建仙3，Akihiro Ogawa4

（1.江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡214122；2.无锡麦吉贝可生物食品有限公司，江苏无锡214131；3.华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640；4.三菱化学食品株式会社，日本横滨227-8502）

以三种糖醇（麦芽糖醇（Mal）、木糖醇（Xyl）和赤藓糖醇（Ery））分别完全替代海绵蛋糕中的蔗糖，比较它们对海绵蛋糕面糊流变学、热力学和烘焙学特性的影响。主要采用旋转流变仪、显微照相仪、差示扫描量热仪（DSC）、测色仪和质构仪等分别研究了三种糖醇对面糊黏度特性、微观结构、糊化性质以及蛋糕比容、颜色、质构和感官品质等的影响。结果表明：Mal对面糊特性无显著影响（p＞0.05），减弱了蛋糕皮红色色调（a*），增强了其亮度（L*）；Xyl主要显著降低了面糊比重（p＜0.05），降低了淀粉糊化起始和峰值温度，显著增大了蛋糕硬度（p＜0.05），但感官评定结果显示，用Mal和Xyl分别完全取代海绵蛋糕中蔗糖后，蛋糕总体质量仍可接受；Ery显著增大了面糊比重、减小了面糊黏度、降低了面糊中气泡均匀性和淀粉糊化温度（p＜0.05），对蛋糕比容、质构、颜色和感官特性都产生了不利影响，感官评定结果发现其总体质量不可接受。

麦芽糖醇，木糖醇，赤藓糖醇，面糊性质，蛋糕品质

蛋糕是一种易消化吸收的方便食品，长久以来，深受消费者喜爱。但蛋糕通常含脂、含糖较高，长期食用易导致中老年人心脑血管疾病和儿童龋齿病等疾病。低糖或无糖蛋糕降低了传统蛋糕中蔗糖的含量，属于一类功能性烘焙食品[1]。未来蛋糕产业向低糖低脂方向发展将是一个必然趋势[2]。

糖醇热值明显低于蔗糖，可用于低热值食品生产。糖醇还具有某些生理活性，已成为国际食品和卫生组织批准的无须限量使用的安全性食品之一[3]。麦芽糖醇、木糖醇和赤藓糖醇是三种具有营养保健功能的糖醇，其甜度分别相当于蔗糖的85%～90%、100%～120%和70%～80%，但是热值明显低于蔗糖，可以作为糖尿病和肥胖症病人的食糖替代品[4-6]。

蔗糖作为蛋糕的主要原料之一，在蛋糕中除了充当甜味剂外，还可以增加蛋白质降解，减缓或抑制面筋结构形成，提高淀粉糊化温度，增加气体膨胀度，从而增大蛋糕体积[7]。以糖醇取代蔗糖，会影响蛋糕面糊搅拌和烘焙过程中气泡、水分、淀粉和蛋白质等成分的变化和相互作用[8]，导致蛋糕比容降低，硬度增大。

本论文的研究目的在于应用麦芽糖醇（Mal）、木糖醇（Xyl）和赤藓糖醇（Ery）分别完全取代蔗糖制作海绵蛋糕，考察比较这三种糖醇对海绵蛋糕面糊流变学、微观结构、热力学和烘焙学特性的影响，择优选出能够用于无糖蛋糕领域的蔗糖替代品。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

低筋小麦粉 江苏南顺食品有限公司提供；麦芽糖醇 绿箭生物技术有限公司提供；赤藓糖醇 山东三元生物技术有限公司提供；木糖醇 山东龙力生物科技有限公司提供；蛋糕油（SP） 购于上海早苗食品有限公司；鸡蛋、绵白糖 均为市售食品级。

SM-503+1S型烤箱 新麦机械（无锡）有限公司；5K5SS搅拌机 美国厨宝Kitchen Aid；JY20002型电子天平 上海良平仪器仪表有限公司；Motic型显微镜照相仪 麦克奥迪实业集团有限公司；T-XT2i型质构仪 英国Stable Micro Systems公司；AR-G2型旋转流变仪 美国TA仪器公司；Pyrisl差示扫描量热仪（DSC） 美国PerkinElmer公司；高精度分光测色仪 美国Hunterlab公司。

1.2 实验方法

1.2.1 海绵蛋糕制作方法 海绵蛋糕配方参照Ishii的配方[9]，并进行了适当修改，请见表1。

表1 海绵蛋糕配方Table.1 The formulation of sponge cake

海绵蛋糕制作工艺为：将鸡蛋放入搅拌缸中2档搅打1min至均匀；加入蔗糖或糖醇，4档搅打4min后，6档搅打20min；依次加入蛋糕油和植物油，分别搅打4档5min和2档1min；最后加入过两次筛的低筋粉，1档2min混合均匀。将230g面糊放入6寸蛋糕模具中，调整烤箱上火175℃，下火170℃，烘烤40min。

1.2.2 面糊比重测定 取一个平底容器，称量其质量记为W0；将该容器注满清水，称量容器和清水总质量，记为W1；清空容器，再用其盛装面糊，称量容器和面糊总质量记为W2。因清水比重约为1g/cm3，从而推算出面糊比重（SG）计算公式为：SG=（W2-W0）/（W1-W0）。

1.2.3 面糊微观结构观察 将新鲜制备的面糊均匀地涂在载玻片上，盖上盖玻片放于电子显微镜下观察。电子显微镜物镜倍数选择“10×”。调节焦距光亮及位置，对面糊的微观结构进行观测并照相。

1.2.4 面糊流变学特性研究 取适量新鲜制备的面糊应用旋转流变仪研究其黏度特性，具体测试条件为：模式采用flow模式，平板直径选用20mm，夹缝距离为1mm，温度为25℃，样品的剪切速率在5min内从0.1s-1线性增加到100s-1。

1.2.5 面糊中淀粉糊化特性的测定 取搅拌停止并静置5min后，内部形成的筋力结构充分松弛的蛋糕面糊10mg，密封于坩埚中，应用DSC测定其中的淀粉糊化特性。测定温度范围设定为20～180℃，升温和降温速率均为10℃/min，以空坩埚为对照，应用Pyris 1软件处理测定结果，主要参数包括淀粉糊化开始温度、峰值温度、终点温度和糊化焓。

1.2.6 海绵蛋糕比容测定 将烘焙后的蛋糕在室温下冷却1h，采用菜籽替代法[2]测定蛋糕的体积，电子天平测量蛋糕重量，蛋糕比容计算公式为：蛋糕比容=蛋糕体积（mL）/蛋糕质量（g）。

1.2.7 海绵蛋糕全质构分析 将海绵蛋糕于室温下冷却1h后，切割成2cm×4cm×4cm大小的均匀薄片，采用TA-XT2I质构仪进行全质构分析，实验参数设定为：测试前速率1.0mm/s，测试速率1.0mm/s，测试后速率1.0mm/s，压缩程度50%，两次压缩间隔时间30s。测定的指标包括硬度、弹性、内聚性和回复性。

1.2.8 海绵蛋糕色泽分析 采用分光测色仪，用“反射”模式分别对蛋糕皮和蛋糕芯的颜色进行分析。蛋糕皮色泽测定蛋糕上表皮中部颜色，蛋糕芯色泽测定蛋糕芯中心部分颜色。测定指标包括：L*、b*、a*。其中L*代表样品亮度，L*越大则样品表面颜色越浅；b*代表样品黄度，b*越大则样品黄色调越深；a*代表样品红色调，a*越大则样品红色调越深。

1.2.9 海绵蛋糕感官分析 采用九分嗜好评分法[2]对用不同糖醇完全取代蔗糖生产的海绵蛋糕感官品质进行评分。测试前产品随机编号，测试所用感官评定人员为江南大学本校学生和教职工人员，年龄在20～40岁之间，感官评定人员按男女比例4∶7进行分类。11名经过简单培训的评定人员分别对编号后的产品色泽、质构、风味、口感、回味以及总体可接受度进行评分。

每个感官评定指标分值范围设定为1～9分，1分=非常不喜欢；5分=既不喜欢也不讨厌；9分=非常喜欢。评分所得结果，去掉最大值和最小值后取平均值。

1.3 数据分析

所有数据均为三次平行测量的平均值，运用SPSS软件进行方差分析（ANOVA）和最小显著差异分析（LSD），显著差异水平取p＜0.05。

2 结果与讨论

2.1 面糊黏度和比重

蛋糕面糊的形成是一个小麦面粉、糖、鸡蛋、油脂等物质的混合物形成液固双相体系，并在其中充入气体的过程[10]。面糊的物理化学性质在很大程度上决定了最终蛋糕产品的品质。

面糊黏度会影响面糊中气泡的移动和融合，所以对最终蛋糕品质起到了关键性作用。在实验研究的剪切速率范围内，面糊剪切变稀的性质服从Ostwald power幂律方程[11]：η=κ·γn-1，此处η为表观黏度；κ为相关性指数；γ为剪切速率；n为流动指数。

面糊流变性实验结果（图1）显示所有的蛋糕面糊均呈现假塑性流体剪切变稀的性质（即随着剪切速率的增加，面糊黏度降低）。从图1中可以看出，用Mal取代蔗糖的面糊黏度与对照组（含有蔗糖的海绵蛋糕面糊）面糊黏度值极其接近，这可能是因为Mal对面糊中水分的结合能力与蔗糖无明显差异，这与Vasso和Vassiliki等的研究结果相符[8]。含Xyl和Ery面糊的黏度低于对照组，其中含Ery面糊的黏度最低。Sandra等的研究结果也显示在无蔗糖的妙芙中用Ery取代蔗糖后面糊黏度要明显低于对照组面糊，这可能是因为Ery结晶度高，而吸湿性低的原因[12]。

图1 三种糖醇对海绵蛋糕面糊黏度的影响Fig.1 The effects of these three sugar alcohols on the batter viscosity of sponge cake

表2 三种糖醇对海绵蛋糕面糊流变学参数的影响Table.2 The effect of these three sugar alcohols on rheological properties of sponge cake batter

表2中稠度系数k和流动指数n是由上述幂律方程得出的，稠度系数k可以反映面糊黏度的大小，通常粘度越大，稠度系数k越大；流动指数n的值离1越远，流体越偏离理想状态，其黏度随着剪切速率变化而变化的程度越大[13]。从表中可以看出，含Mal和Xyl面糊的稠度系数与对照组无明显差异，而Ery会明显降低面糊的稠度系数（p＜0.05），比对照组低5.77%，说明添加Ery的蛋糕面糊黏度显著低于对照组，这与图1的研究结果相符。

流动指数n的变化范围是0.50～0.70，三种糖醇面糊的流动指数都明显低于对照组（p＜0.05），其中Mal组与对照组最为接近，比对照组低5.71%，Ery组与对照组相差最大，比对照组低28.57%，说明添加糖醇的面糊黏度随剪切速率变化程度要大于对照组，其中Ery组黏度随剪切速率变化程度最大。

表2中同时给出了含三种糖醇面糊的比重，从表2中可以看出引入Mal面糊的比重与对照组无显著差异，引入Xyl面糊的显著低于对照组（p＜0.05），而引入Ery面糊的比重显著高于对照组（p＜0.05），这可能是因为Mal的分子性质与蔗糖最为接近，其对面糊中水分子的影响作用与蔗糖无明显差异，其中蛋白质分子和淀粉等各组分之间的作用次序与蔗糖面糊中的相似[8]；而含有Xyl的面糊的黏度低，在搅拌过程中气体更容易进入到面糊体系中，面糊比重会有一定的下降；Ery组面糊黏度太低，在搅拌过程中进入面糊体系中的气体不能够被很好的保持，大部分搅拌时又从体系中散失出来，故最终导致面糊在搅拌完成时，气体的融入量明显低于其他三组面糊。这也与Sandra等的研究结果相符[12]。

2.2 面糊微观结构

图2 三种糖醇对海绵蛋糕面糊微观结构的影响Fig.2 The effects of these three sugar alcohols on microstructure of sponge cake batter

面糊微观结构主要是指面糊中气泡的大小和均匀性。用三种糖醇分别完全取代海绵蛋糕中的蔗糖，将搅拌好的面糊分别静置0、10、30min，用Motic显微照相仪观察并拍照，面糊微观结构随着糖醇种类和静置时间的变化如图2所示。图2（a）中是面糊搅拌后未经过静置（0min）的微观结构，10min和30min面糊微观结构的变化则可以反映面糊的持气能力。

从图2（a）中可以看到对照组气泡细小均匀，用糖醇取代蔗糖后的海绵蛋糕面糊中气泡均匀度降低，较大的气泡数目增多，但添加Mal和Xyl的面糊与对照组相差不大，添加Ery的面糊中较大的气泡数目明显多于对照组，这一现象可能是因为含Ery面糊黏度太低所致。面糊黏度低会导致气体移动速率加快，促使面糊静置过程中小气泡碰撞融合形成大气泡，导致气泡均匀性较差，大气泡较多。从图2（b）中可以看出，静止10min后，含蔗糖面糊中气泡变化不大，但是含Mal和Xyl面糊中较大的气泡数量明显增多，含Ery面糊中气泡数量则有所减少；从图2（c）中可以看出，静止30min后，含蔗糖面糊中较大气泡的数量开始增多，但是含糖醇面糊中气泡数量减少。这可能是因为在面糊静置过程中，随静置时间延长，面糊黏度低时，气体移动速率更大，导致更多气泡散失，融合为大气泡。

2.3 面糊中淀粉糊化特性

在蛋糕体系中，小分子蔗糖会抑制水分子的流动，降低体系水分活度，同时与淀粉分子作用，形成一定的非化学键，从而使得蛋糕体系中淀粉的糊化温度升高[14-15]。淀粉的糊化会强化面糊结构，抑制面糊中气体的膨胀[8]。在蛋糕体系中淀粉糊化温度越高，面糊体系在烘焙过程中气体膨胀时间越长，蛋糕的体积也相对较大，且质构膨松，感官品质较好[16]。

如表3所示，用糖醇完全取代蔗糖后，面糊中淀粉的糊化开始温度、峰值温度和结束温度都会受到影响，且不同糖醇对其影响不同。其中含Mal面糊中淀粉的糊化温度与对照组最为接近，而含Ery面糊中淀粉的糊化温度要明显的低于对照组（p＜0.05）。从糊化焓结果可以看出，含Ery面糊的糊化焓最大，这表明Ery面糊中淀粉的糊化需要吸收更多的热量。

2.4 蛋糕比容

如图3所示，用不同糖醇取代蔗糖会对海绵蛋糕的比容产生一定的不同影响。添加Xyl和Mal的无糖蛋糕的比容与对照组无显著性差异，添加Ery的蛋糕比容与对照组有明显差异（p＜0.05），比对照组低14.0%。

无糖蛋糕比容降低的原因主要有两种：其一是引入糖醇的面糊在焙烤过程中的持气性低于添加蔗糖的蛋糕，面糊中气泡在烘焙初期会由于浮力的作用而上升，其上升的速度与面糊的黏度呈负相关，当面糊黏度降低时，气泡上升速度增大，面糊中气体散失速率增大，因而蛋糕比容减小[17]；其二是因为无糖蛋糕的淀粉糊化温度要低于对照组，这使得无糖蛋糕在较低温度时就开始形成固化的网状结构，蛋糕体积膨大的时间缩短，最终导致蛋糕体积减小[8]。Ery组比容明显降低的原因主要是其面糊黏度明显低于对照组，面糊持气性较差，大量气体在烘焙过程中逸失，且淀粉糊化温度较低，蛋糕固化网状结构形成较早，蛋糕体积不能充分膨胀，最终导致了蛋糕体积的降低。

图3 含不同糖醇海绵蛋糕的比容Fig.3 The specific volume of sponge cakes withdifferent sugar alcohol

2.5 质构分析

如表4所示，当用糖醇替代蔗糖时，添加Ery的海绵蛋糕的硬度与对照组差异最为显著（p＜0.05），比对照组高85.75%，而含Mal和Xyl的蛋糕硬度与对照组无显著差异。

海绵蛋糕的弹性、内聚性以及回复性与蛋糕的品质均呈正相关，弹性越大，蛋糕吃起来柔软、爽口不粘牙；内聚性越大，蛋糕内部质构柔软、富有弹性有劲道；回复性越好，蛋糕受压后迅速回复变形的能力越强[13]。由表4中可以看出，与对照组蛋糕相比，用糖醇全部取代蔗糖后蛋糕的弹性、内聚性和恢复性均下降，这表明糖醇取代蔗糖后海绵蛋糕的品质有所下降，其中使用Ery的海绵蛋糕品质下降最多，品质最差。

表4 三种糖醇对海绵蛋糕全质构参数的影响Table.4 The effects of these three sugar alcohols on textural properties of sponge cakes

2.6 色差分析

图4、图5分别以对照组蛋糕红黄色调线为参照，色调线以上部分表示样品的黄色调占主导，而色调线以下则表示样品红色调占主导。从图4、图5中可以看出使用Mal的蛋糕无论皮还是芯的红黄色色调都与对照组色调线相差最大，蛋糕皮呈现不理想的淡黄色；使用Xyl的蛋糕皮和芯红黄色调与对照组都相差不大，但蛋糕皮呈现理想的金黄色；用Ery取代蔗糖的蛋糕外部色泽红黄度都要明显低于对照组，呈乳白色，色泽较差，芯部色泽与对照组差异不显著。

图4 使用三种糖醇的海绵蛋糕芯色泽红黄度分析Fig.4 The red and yellow degree analysis of sponge cakes crumb with different sugar alcohol

图5 使用三种糖醇的海绵蛋糕皮色泽红黄度分析Fig.5 The red and yellow degree analysis of sponge cakes crust with different sugar alcohol

图6 使用三种糖醇的海绵蛋糕色泽亮度分析Fig.6 Lightnenss analysis of sponge cakes with different sugar alcohol

图6则显示了海绵蛋糕皮和蛋糕芯的亮度。从图6中可以看出无蔗糖海绵蛋糕皮的亮度要比蔗糖蛋糕的高，这可能是因为蛋糕表皮色泽主要是在烘焙过程中蔗糖发生焦糖化反应和美拉德反应所形成[18]，但是Mal、Xyl和Ery在烘焙过程中却不易与蛋白质发生美拉德反应，而且自身的焦糖化反应也比较弱，因此用糖醇取代蔗糖后蛋糕中色泽形成的相关反应减弱，蛋糕皮表面褐变程度降低。从图6中可以看出，使用Mal的蛋糕亮度最高，而使用Xyl的蛋糕皮亮度与对照组最为接近。对蛋糕芯亮度的分析显示无糖蛋糕芯部亮度与对照组无显著差异。这与Felicidad等[2]在2005年关于无糖蛋糕色泽的研究结果相符。

2.7 感官分析

当用糖醇取代蔗糖后，蛋糕中总糖含量降低，这使得无糖蛋糕具有了一定的保健作用，但是当将蛋糕中的蔗糖换成糖醇后，蛋糕不仅物理化学性质会发生一定的变化，其感官品质也会受到很大影响，而且随着所使用糖醇种类的不同，无糖蛋糕的品质也会呈现出很大不同[8，19]。如图7所示，消费者对于Mal无糖蛋糕的色泽、风味和质构的喜好性感官接受度较低；对Xyl无糖蛋糕的质构和回味接受度较低；而对于Ery无糖蛋糕无论是具体的蛋糕品质还是整体感官接受度都很低。Xyl和Mal取代蔗糖后的海绵蛋糕能够被消费者所接受。

图7 三种糖醇对海绵蛋糕感官指标的影响Fig.7 The effects of these three sugar alcohols on sensory attributes of sponge cakes

3 结论

用麦芽糖醇（Mal）、木糖醇（Xyl）和赤藓糖醇（Ery）分别完全取代海绵蛋糕中蔗糖。生产无糖蛋糕研究后发现Mal对面糊特性无显著影响（p＞0.05），对蛋糕颜色产生显著性影响（p＜0.05），减弱了蛋糕皮和芯的红色调（a*），提升了蛋糕芯亮度（L*）；Xyl主要显著降低了面糊比重（p＜0.05），降低了淀粉糊化起始和峰值温度（p＜0.05），显著增大了蛋糕硬度（p＜0.05），感官评定结果显示，用Mal和Xyl分别完全取代海绵蛋糕中蔗糖后，蛋糕总体质量仍可接受。Ery显著增大了面糊比重、减小了面糊黏度、降低了面糊中气泡均匀性和淀粉糊化温度（p＜0.05）；对蛋糕比容、质构、颜色和感官特性都产生了不利影响，感官评定结果发现其总体质量不可接受。

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A comparative research of the influences of maltital，xylitol and erythritol on the rheological，thermal and baking properties of sponge-cake batter

HAO Yue-hui1，JIA Chun-li1，WANG Feng2，HUANG Wei-ning1，*，ZHENG Jian-xian3，Akihiro Ogawa4
（1.State Key of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China；2.Magibake International Co.，Ltd.，Wuxi 214131，China；3.School of Light Industry and Food Science，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China；4.Mitsubishi-Kagaku Foods Corporation，Yokohama 227-8502，Japan）

Three kinds of sugar alcohols（maltitol，xylitol and erythritol）were used to substitute for the sugar in sponge-cake at equal amount and the influences of them on the rheological，thermal and baking properties of sponge-cake batter were studied.Rotational rheometer，microphotography，differential scanning calorimetry（DSC），colour photometer，texture analyzer and sensory evaluation were respectively used to investigate the rheological behavior，microstructure and gelatinization properties of cake batter and specific volume，color，texture and sensory attributes of cake.Results showed that maltitol decreased red（a*）and increased lightness（L*）of cake，xylitol decreased significantly the specific gravity and hardness（p＜0.05）and decreased significantly the onset and peak temperature of starch gelatinization（p＜0.05），erythritol increased specific gravity significantly（p＜0.05），decreased the viscosity and gelatinization temperature of starch significantly（p＜0.05）and damaged the bubbles distribution and also deteriorated the specific volume，color and sensory attributes of sponge cake（p＜0.05）.According to these results from sensory evaluation，sponge cake with maltitol or xylitol was acceptable by consumer，but not for erythritol.

maltitol；xylitol；erythritol；batter charactiristics；cake quality

TS202.3

A

1002-0306（2014）06-0298-06

2013－06－07 *通讯联系人

郝月慧（1986-），女，硕士研究生，研究方向：烘焙科学、功能配料与食品添加剂。

国家863高技术研究发展计划项目（2012AA022200）；国家自然科学基金项目（31071595，20576046）；江苏省科技支撑计划项目（BE2011380）；广东省教育部产学研究结合项目（2011B090400592）；美国农业部国际合作项目（A-（86269））。