糖醇对鸡蛋液功能特性及无糖海绵蛋糕烘焙品质的影响

郝月慧,汤晓娟,黄卫宁,*,贾春利,,张 峦,李 宁,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.南京百合贝可生物科技有限公司,江苏南京 211000；3.三菱化学食品株式会社,日本横滨 227-8502)

糖醇对鸡蛋液功能特性及无糖海绵蛋糕烘焙品质的影响

郝月慧1,汤晓娟1,黄卫宁1,*,贾春利1,2,张 峦2,李 宁2,Akihiro Ogawa3

(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.南京百合贝可生物科技有限公司,江苏南京 211000；3.三菱化学食品株式会社,日本横滨 227-8502)

本研究用麦芽糖醇(Mal)、木糖醇(Xyl)和赤藓糖醇(Ery)取代海绵蛋糕配方中的蔗糖,分别研究其对鸡蛋液黏度、表面张力、起泡性、泡沫稳定性、鸡蛋蛋白质变性温度,以及无糖海绵蛋糕烘焙品质和蛋白质、淀粉结合状态的影响。结果表明，与蔗糖相比,麦芽糖醇会显著降低鸡蛋液的表面张力(p<0.05),气泡稳定性较好,虽然麦芽糖醇无糖海绵蛋糕中心高度与蔗糖组相比有显著下降(p<0.05),但是对蛋糕内部气孔密度CD值以及蛋糕芯淀粉和蛋白质结合状态无显著影响,蛋糕品质在三种糖醇中最好；木糖醇对鸡蛋蛋白质起泡性和泡沫稳定性无显著影响,但使蛋白质变性温度和蛋糕芯密度CD值显著下降(p<0.05),蛋糕内部观察不到裸露的淀粉颗粒；赤藓糖醇对鸡蛋蛋白质的影响作用相比蔗糖最为显著(p<0.05),其蛋糕品质和蔗糖海棉蛋糕相比下降最为显著(p<0.05)。

蔗糖,麦芽糖醇,木糖醇,赤藓糖醇,鸡蛋液性质,海绵蛋糕品质

蛋糕是一类含糖量很高的产品,由于其良好的风味和口感深受现代消费者的喜爱。但是人体长期摄入过多量的糖极易引起肥胖症、高血糖以及心脑血管等疾病,因此低糖或无糖食品应运而生。功能性糖醇甜味性质良好,而且大多具有防龋齿,防高血糖以及增强人体免疫力等功效。所以糖醇无糖蛋糕已经成为国外研究的热点。但是我国对于无糖蛋糕的研究目前还比较少,而且大都不够系统与深入。

海绵蛋糕是利用蛋白起泡性能,使蛋液中充入大量的空气,加入面粉烘烤而成的一种膨松点心。由于海绵蛋糕制作初期主要是糖和鸡蛋混合搅打,形成乳白色的奶油状物质,故糖对鸡蛋液的功能性质的影响作用在一定程度上会决定海绵蛋糕的最终产品品质。本文作者之前研究了三种糖醇对无糖海绵蛋糕面糊流变、热力学和烘焙学性质的影响,研究的结果发现麦芽糖醇无糖海绵蛋糕面糊特性和蛋糕品质与对照蔗糖组蛋糕无显著差异；木糖醇主要显著增大了面糊比重,降低了淀粉糊化起始和峰值温度,显著增大了蛋糕硬度,但感官评定结果显示用木糖醇完全取代海绵蛋糕中蔗糖后,蛋糕总体质量仍可接受；赤藓糖醇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,对蛋糕比容、质构、颜色和感官特性都产生了显著的不利影响,感官评定结果发现其总体质量不可接受[1]。本文在之前的研究基础上进一步深入,从三种糖醇对鸡蛋液功能性质的影响的角度探讨了三种糖醇取代蔗糖对海绵蛋糕品质影响的机理。

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；鲜鸡蛋 无锡养鸡场集团有限公司；绵白糖 市售食品级。

烤箱(SM-503+1S) 新麦机械(无锡)有限公司；5K5SS搅拌机 美国厨宝Kitchen Aid；JY20002电子天平、NDJ-1旋转粘度计 上海良平仪器仪表有限公司;Pyrisl差示扫描量热仪(DSC) 美国PerkinElmer公司；全自动表面张力仪DCAT21 德国德菲公司；TDL-5离心机 上海安亭科学仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 鸡蛋液黏度分析 称取180g鸡蛋液4份,预热至30℃,然后分别加入蔗糖、麦芽糖醇、木糖醇、赤藓糖醇100g。放入打蛋器中按照海绵蛋糕制作打蛋过程[2]搅打后,4000r/min离心机离心20mins,去除上浮的气泡层,剩余液体层采用NDJ-1旋转粘度计进行粘度测定,黏液温度为30℃,使用3号转子,转速为30r/min。

1.2.2 鸡蛋液表面张力测定 称取180g鸡蛋液4份,预热至30℃,然后分别加入蔗糖、麦芽糖醇、木糖醇、赤藓糖醇100g。放入打蛋器中按照海绵蛋糕制作打蛋过程搅打[2]后,4000r/min离心机离心20mins,去除上浮的气泡层,剩余液体层采用DCAT21全自动表面张力仪进行表面张力测定。

1.2.3 鸡蛋蛋白起泡性测定 测定方法参考Xin Yang[3]等人的方法,并略加修改。称取4份180g的鸡蛋液,预热至30℃,然后分别加入蔗糖、麦芽糖醇、木糖醇以及赤藓糖醇各100g。放入打蛋器中按照海绵蛋糕制作打蛋过程搅打[2]后,计算其充气能力。

充气量(%)=(100mL鸡蛋-糖液的质量)-(100mL泡沫的质量)/100mL泡沫的质量×100

1.2.4 鸡蛋蛋白气泡稳定性测定 测定方法在Cathy等[4]的方法上略加修改。称取180g鸡蛋液4份,预热至30℃,然后分别加入蔗糖、麦芽糖醇、木糖醇、赤藓糖醇100g。放入打蛋器中按照海绵蛋糕制作打蛋过程搅打[1]后,取搅拌完成后的光滑鸡蛋糊(100g)放入一个1000mL的标有刻度的呈倒圆锥形的底部开有6mm小孔的容器中,室温下(25℃)放置24h。

气泡稳定性(%)=(放置8h后的鸡蛋糊体积/鸡蛋糊原始体积)×100

1.2.5 鸡蛋蛋白质变性温度测定 称取180g鸡蛋液4份,预热至30℃,然后分别加入蔗糖、麦芽糖醇、木糖醇、赤藓糖醇100g。放入打蛋器中按照海绵蛋糕制作打蛋过程搅打[1]后,4000r/min离心机离心20mins,去除上浮的气泡层,取剩余液体层10mg,密封于坩埚中,应用DSC测定其中的蛋白质变性温度。测定温度范围设定为20～130℃,升温速率均为10℃/min,以空坩埚为对照,应用Pyris 1软件处理测定结果。

1.2.6 海绵蛋糕制作方法 海绵蛋糕配方参照Ishii[2]的配方,并进行了适当修改:全蛋180g,低筋粉100g,植物油15g,蛋糕油2.5g,糖或糖醇100g。

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,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。将烘焙后的蛋糕在室温下冷却1h,待用。

1.2.7 海绵蛋糕中心高度测定 用刀从蛋糕中心将其分割成两部分,用游标卡尺测定海绵蛋糕中心高度。

1.2.8 海绵蛋糕芯切片分析 蛋糕芯切片气孔结构分析,方法在Sanchez-Pardo等[5]的方法上略加改进。每组选三个蛋糕进行切片,切成1cm×3cm×3cm的薄片,每个蛋糕选取中心四个切片,每组共选择12个蛋糕切片,然后利用平板扫描仪对蛋糕切片进行扫描,取蛋糕切片扫描图片中心2cm×2cm大小,用Image J软件对得到的扫描图进行分析。首先将扫描获得的真彩图转化为256阶灰度图(8bit),通过阈值转化法将图像处理为二值图,设定可分别直径范围为100μm～100mm。对得到的参数气孔的总面积和表面积分率进行分析。

1.2.9 海绵蛋糕扫描电子显微结构的测定 将冷却后的蛋糕切成20mm×20mm×20mm的样品,冷冻干燥后用正己烷脱脂,放置干燥器中备用。测定时将蛋糕样品离子溅射喷金后,用扫描电子显微镜进行观察,放大倍数分别为“100×”和“500×”。

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 鸡蛋液粘度

蛋糕中使用鸡蛋的主要功能在于应用鸡蛋打发形成膨松稳定的泡沫,以融合大量的面粉和糖,粘度大的成分有助于气泡的保持[6]。大量的研究发现蔗糖加入到蛋液中混合搅打后可以提高其粘度[7]。图1显示了在鸡蛋液中加入蔗糖或糖醇混合搅打离心后的鸡蛋液粘度。从图中可以看出,与含蔗糖(Suc)的对照组相比,添加糖醇的鸡蛋液粘度明显降低,三种糖醇(Mal,Xyl,Ery)的添加使得鸡蛋液粘度分别下降了3.42%,1.34%和7.88%。这可能是因为三种糖醇和蔗糖的分子构象不同,因而对蛋液中各种蛋白质的影响作用不同所致。

图1 三种糖醇和蔗糖对鸡蛋液粘度的影响Fig.1 Effect of these three sugar alcohols and sucrose on the viscosity of egg liquid注:Suc、Mal、Xyl、Ery分别为蔗糖、麦芽糖醇、 木糖醇、赤藓糖醇与鸡蛋液的混合物，图2、图3，表1同。

2.2 鸡蛋液表面张力

鸡蛋液经搅打离心后蛋白质在空气-水界面处吸附展开,处于热不稳定状态,表面疏水性基团和巯基暴露,使得鸡蛋液具有一定的表面张力[8]。与对照组相比,木糖醇和赤藓糖醇对鸡蛋液表面张力的降低作用明显弱于蔗糖(p<0.05),麦芽糖醇则相反。含麦芽糖醇的鸡蛋液的表面张力比对照组低4.14%。这可能是因为与蔗糖相比添加赤藓糖醇和木糖醇的鸡蛋液的粘度较低,蛋白质自由移动速率较大,向界面处的吸附作用较大,表面张力较大；而麦芽糖醇对蛋黄中的脂蛋白影响作用较大,因而使得添加麦芽糖醇的鸡蛋液表面张力与蔗糖相比有显著下降[9]。

图2 三种糖醇和蔗糖对鸡蛋液表面张力的影响Fig.2 Effect of these three sugar alcohols and sucrose on the interfacial tension of egg liquid

2.3 鸡蛋蛋白起泡性和泡沫稳定性

鸡蛋液的起泡性和气泡稳定性对于蛋糕类产品的品质都有很大的影响[10]。鸡蛋起泡性和气泡稳定性结果(表1)显示麦芽糖醇和木糖醇对鸡蛋液起泡性和气泡稳定性的影响与蔗糖没有明显差别,添加赤藓糖醇的鸡蛋液的充气百分比比蔗糖组高8.00%,但是气泡稳定性要比蔗糖组低3.68%。这可能与赤藓糖醇最大程度降低了鸡蛋液的粘度有关。鸡蛋液的粘度大小会对其起泡性质和泡沫稳定性造成直接影响,粘度越高,在搅打过程中气体越不容易进入搅打体系中,所以会导致鸡蛋打发后的气体量有一定下降,但是相应的气体的保持性得以提升,气泡稳定性较高[11-12]。此外,与蔗糖相比,赤藓糖醇分子对蛋白质变性的保护性作用较弱,添加赤藓糖醇的鸡蛋液中的蛋白质在经过搅打离心处理后的变性程度比添加蔗糖的鸡蛋液中的蛋白质高,而蛋白质变性会使其结构展开,导致空气-水界面处的热不稳定性增加,气泡的稳定性会有一定程度的下降[13]。

表1 三种糖醇和蔗糖对鸡蛋液起泡性质 和泡沫稳定性的影响Table 1 Effect of these three sugar alcohols and sucrose on the foaming ability and stability of egg liquid

2.4 鸡蛋蛋白质变性温度

鸡蛋蛋白质在海绵蛋糕中与其他蛋白质相互作用形成包含海绵蛋糕气孔的网状结构,故鸡蛋蛋白质的变性温度对海绵蛋糕最终产品的蓬松度具有重要的影响。图3显示添加木糖醇和赤藓糖醇的鸡蛋蛋白质的变性温度分别比添加蔗糖的对照组低7.42%和13.37%,麦芽糖醇对鸡蛋蛋白质变性温度的影响与对照组没有明显差别,这可能是因为蛋白质变性温度受到体系中自由水分含量以及蛋白质分子运动状态的影响[14],木糖醇和赤藓糖醇的锁水性低于蔗糖[15-16],而麦芽糖醇则与蔗糖没有明显差别[17],体系中自由水分含量较低,蛋白质分子运动以及分子的展开变性受到限制,其变性温度相应得以提高。

图3 三种糖醇和蔗糖对鸡蛋蛋白质变性温度的影响Fig.3 Effect of these three sugar alcohols and sucrose on the denaturation temperature of egg proteins

2.5 海绵蛋糕中心高度

如图4所示,用不同糖醇取代蔗糖会对海绵蛋糕的中心高度产生一定的不同影响。添加糖醇的海绵蛋糕中心高度明显低于蔗糖(p<0.05),用麦芽糖醇、木糖醇和赤藓糖醇取代蔗糖后海绵蛋糕的中心高度分别降低了2.94%、14.34%和21.42%。无糖蛋糕中心高度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,因而蛋糕体积减小,中心高度降低[18]；其二是因为无糖蛋糕的蛋白质变性温度要低于对照组,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,最终导致蛋糕中心高度减小[10]。

图4 含不同糖醇的海绵蛋糕中心高度Fig.4 Center-height of sponge cakes with different sugar alcohol注:Suc为蔗糖对照组海绵蛋糕；Mal为麦芽糖醇海绵蛋糕； Xyl为木糖醇海绵蛋糕；Ery为赤藓糖醇海绵蛋糕。 图5、6同,表2同。

添加木糖醇和赤藓糖醇的鸡蛋在打发过程中其起泡性质较好,但是其气泡稳定性和蛋白质变性温度则要低于蔗糖和麦芽糖醇组,故木糖醇和赤藓糖醇无糖海绵蛋糕在烘焙过程中气体散失速度较快,而且蛋白质固化的网状结构形成时间也比蔗糖组要早,气体扩散时间短,最终导致了木糖醇和赤藓糖醇无糖海绵蛋糕的蛋糕中心高度远低于蔗糖组,蛋糕品质相应降低。而麦芽糖醇组的鸡蛋液粘度明显和表面张力与蔗糖组有明显差别,其蛋糕在烘焙过程中气体的扩散速度较快,散逸到蛋糕糊外部的气体量随之增加,使得蛋糕内部气体量减少,其蛋糕体积也会有所下降,蛋糕中心高度较蔗糖组降低。

2.6 海绵蛋糕芯切片气孔结构分析

图5是经过Image J 软件处理后的蛋糕芯结构图,黑色部分代表气孔部分。采用气孔密度(Cell density,CD)和气孔表面积分率(Area Fraction,AF)来分析用不同糖醇取代蔗糖后对海绵蛋糕芯结构的影响。CD值与面糊搅拌过程中气孔的拌入数目以及烘焙过程中面糊体系内淀粉糊化、蛋白质受热膨胀程度有关[11,19]。对于海绵蛋糕,由于面糊搅拌初期是糖和鸡蛋混合搅打的过程,故海绵蛋糕的CD值受到鸡蛋液起泡性质的影响,同时还受到蛋白质变性温度的影响。AF值气孔总表面积和所取图像面积的比值,在蛋糕体系中,AF值可以反映出面糊的充气性以及烘烤时的持气性和稳定性,对于海绵蛋糕体系而言也会受到鸡蛋蛋白质的起泡性、泡沫稳定性以及鸡蛋液粘度的影响。

图5 含不同糖醇的海绵蛋糕芯结构成像解析Fig.5 Image analysis of sponge cakes with different sugar alcohol

如表2所示,赤藓糖醇组的海绵蛋糕CD值和AF值均明显低于蔗糖组,这可能是因为虽然在鸡蛋液和糖混合搅打过程中赤藓糖醇组拌入较多的气体量,但是其泡沫稳定性以及粘度和表面张力较低,蛋糕在烘焙过程中气体向外散失严重,最终导致了一些气泡的消失以及体系内气体量的减少；木糖醇组海绵蛋糕芯部CD值最低,但是AF值与蔗糖组没有明显差别,这可能是因为木糖醇能够更好地保持面糊的气泡稳定性；麦芽糖醇海绵蛋糕内部的气孔数与蔗糖最为接近,但是其AF值比蔗糖组有所下降,这可能是因为麦芽糖醇相比蔗糖降低了蛋白质的变性温度,蛋糕中的气体在烘烤过程中没有充分扩散所致。

表2 含不同糖醇的海绵蛋糕芯气孔结构数据Table 2 Mean values of crumb structure characteristics of sponge cakes with different sugar alcohol

2.7 海绵蛋糕扫描电子显微结构

如图6所示为用糖醇取代海绵蛋糕中的蔗糖后的蛋糕芯切片放大倍数为“50×”和“500×”的扫描电镜结果图。

图6 三种糖醇对海绵蛋糕中淀粉颗粒 与蛋白质结合状态的影响Fig.6 Microstructure of sponge cakes with different sugar alcohol注:1:放大50×；2:放大500×；A:蔗糖组蛋糕芯； B:麦芽糖醇无糖海绵蛋糕芯；C:木糖醇无糖海绵蛋糕芯； D:赤藓糖醇无糖海绵蛋糕芯。

从图6中可以看出当扫描电镜放大倍数为500×时,对照组海绵蛋糕和麦芽糖醇无糖海绵蛋糕芯存在明显的裸露在蛋白质网状结构外的淀粉颗粒,对照组蛋糕蛋白质气孔壁上空洞较少,麦芽糖醇蛋糕内气孔壁上空洞显著多于对照组,这说明麦芽糖醇蛋糕在烘焙过程中向气孔外部扩散的气体量显著高于对照组,这会直接导致蛋糕烘焙过程中气孔膨胀率的降低；木糖醇无糖海绵蛋糕中的淀粉颗粒几乎全部包裹于蛋白质网络结构中,观察不到明显的裸露淀粉颗粒,而且蛋白质气孔壁上的孔洞也较少,这说明木糖醇组海绵蛋糕内部质构良好而且蛋糕烘焙过程中的持气性也较好；赤藓糖醇无糖海绵蛋糕中淀粉颗粒包裹于蛋白质膜中,但是蛋白质薄膜有破裂的趋势。

从放大倍数为50×的蛋糕芯扫描电镜图中可以看到对照组蛋糕和木糖醇蛋糕内蛋白质气孔壁较为光滑,麦芽糖醇蛋糕次之,赤藓糖醇蛋糕内气孔壁粗糙不平。蛋糕内部气孔壁的平滑度会在一定程度上反映蛋糕的易碎性[20],结合50×和500×的扫描电镜结果可以推测出木糖醇海绵蛋糕质构紧密,不易掉渣,麦芽糖醇和对照组海绵掉渣率比木糖醇大,但是蛋糕松软度可能较好,而赤藓糖醇海绵蛋糕易碎且容易掉渣。Sowmy等人[21]的研究结果也显示蛋糕内蛋白质气孔壁的光滑度越好,气孔膜上孔洞越多,蛋白质网络结构外裸露的淀粉颗粒越多,蛋糕的质构越紧密,蛋糕不易掉渣。

3 结论

三种不同的糖醇会对鸡蛋蛋白液的粘度、表面张力、起泡性、气泡稳定性和蛋白质变性温度产生不同的影响,因而最终影响到无糖海绵蛋糕的品质。与另外两种糖醇相比,麦芽糖醇显著的降低了鸡蛋液的表面张力(p<0.05),提高了鸡蛋液气泡稳定性,且与蔗糖蛋糕的芯囊微观结构无显著差异,其蛋糕品质在三种糖醇无糖海绵蛋糕中最佳；木糖醇使得鸡蛋蛋白质变性温度呈显著下降(p<0.05),最终导致了蛋糕芯密度CD值的降低,但是蛋糕内部淀粉可以与蛋白质网状结构的结合状态较好,几乎观察不到明显的裸露在外的淀粉颗粒,蛋糕品质也较好；赤藓糖醇对鸡蛋蛋白质的影响作用相比蔗糖最为显著(p<0.05),其蛋糕品质最差。

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Effect of sugar alcohols on the functional characteristicsof raw egg mixtures and the qualities of sugar-free sponge cake

HAO Yue-hui1,TANG Xiao-juan1,HUANG Wei-ning1,*,JIA Chun-li1,2,ZHANG Luan2,LI Ning2,Akihiro Ogawa3

(1.State Key of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China;2.BaihoBake Biotechnology International,Inc.,Nanjing 211000,China;3.Mitsubishi-Kagaku Foods Corporation,Yokohama 227-8502,Japan)

In this research three sugar alcohols(maltitol,xylitol,erythritol)were used to totally replace sucrose in sponge cake. The effect of these substitutions on the viscosity,interfacial tension,foaming ability,foaming stability,denaturation temperature of raw egg mixtures and baking characteristics of sugar-free sponge cake were investigated. The results showed that maltitol decreased the interfacial tension of raw egg mixtures compared with sucrose,and finally reduced the center-height of sponge cake. CD value of Mal cake had no significant difference with Suc cake. The quality of cake added with Mal was the best compared with the other sugar alcohol cakes. Xylitol had no significant effect on the foaming property(p<0.05),but decreased the protein denaturation temperature,and also deteriorated sugar-free cake quality,however,the microstructure of cake crumb became better. Erythritol had the most significant impact on the functional characteristics of raw egg mixtures compared with sucrose(p<0.05),and the quality of sponge cake added with erythritol was the worst.

sucrose;maltitol;xylitol;erythritol;raw egg mixtures characteristics;sponge cake qualities

2014-03-25

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。

*通讯作者:黄卫宁(1963-),男，博士，教授，研究方向：烘焙科学与发酵技术、谷物食品化学。

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(BE2012310);江苏省产学研联合创新基金——前瞻性联合研究项目(BY2014023-16);苏州市科技支撑计划项目(SNG201401)。

TS202.3

A

1002-0306(2015)03-0049-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.03.001