植物提取物与亲水性胶体复配改良剂在蛋糕中的应用

贾小丽，陈加展，许文莉，李婷婷，王晓东，鄂爽，徐瑞波

（1.滁州学院 生物与食品工程学院，安徽 滁州 239000；2.雅客食品（滁州）有限公司，安徽 滁州 239000）

0 引言

新鲜的蛋糕制品松软可口，深受广大人民喜爱，但随着存放时间延长，蛋糕品质会因为淀粉老化而呈现出形态和口感上的下降［1-2］.耐老性强是高质量烘焙蛋糕食品的重要特征之一.目前焙烤食品抗老化剂大多选用一些常规食品添加剂，如生物酶制剂（α-淀粉酶、脂肪酶等）、乳化剂（蔗糖脂肪酸酯、大豆卵磷脂等）和亲水性胶体（瓜尔豆胶、黄原胶等）［3-5］.

由于具有成膜性、高持水能力，以及胶体的羟基结构，因而亲水性胶体抗淀粉老化性能优良，且具有较好的保鲜作用［6-8］.常用的亲水性胶体有瓜尔豆胶、黄原胶、CMC等，在戚风蛋糕制作过程中可选用常见亲水性胶体——卡拉胶和海藻酸钠，卡拉胶是一种从藻类中提取出来的天然含硫多糖，具有良好的成膜性和稳定性，海藻酸钠是从藻类中提取碘和甘露醇之后的副产物多糖，其水溶液具有较高的黏度［9-11］.亲水性胶体在蛋糕制品生产中单独或经复配后使用，由于缺乏种类创新，亟需开发新的高性能抗老化剂配方.

山药中含有独特的粘液质成分，可用作增稠剂、稳定剂等功能性食品添加剂.山药粘液是透明粘稠状液体，主要成分为水、蛋白质和多糖，还有微量游离氨基酸和脂类.莼菜是一种多年生水生草本，其表面被透明胶质粘液包裹，莼菜粘液的主要成分是蛋白质，其次是酸性多糖（在水中能膨大而不溶于水）和钙、铁和磷等矿质元素和氨基酸.莼菜粘液具有增稠和持水性，可用作粘结剂、增稠剂等.

本研究考察蛋糕制作过程中，亲水胶体（卡拉胶和海藻酸钠）与植物提取物（山药粘液和莼菜粘液）复配，对蛋糕品质指标的影响，通过单因素分析以及响应面实验，获得最佳亲水性胶体和植物粘液复配改良剂的配比，以期弥补添加单一胶体时在感官体验以及质构特性等方面的不足，增强戚风蛋糕抗老化作用，提高蛋糕的烘焙品质，延长产品货架期，同时赋予蛋糕不同的风味以及营养价值，提高经济效益，满足市场需求与消费者期待.

1 材料与方法

1.1 原料与设备

供试原料为低筋粉、白砂糖、纯牛奶、葵花籽油、卡拉胶、海藻酸钠、莼菜和山药；供试仪器为质构仪、DSC差示扫描量热仪、卤素水分测定仪、烤箱等.

山药粘液制备方法为：将新鲜的山药削皮后用盐水清洗，清洗干净后切成1 cm3的方块，用榨汁机榨至流动粘稠状后倒出，用四层纱布过滤挤出粘液，备用.

莼菜粘液制备方法为：取适量莼菜清水冲洗2~3次，沥水后倒入榨汁机，榨至莼菜叶片完全粉碎时倒出，先用两层纱布初步过滤掉叶渣，再用四层纱布过滤得莼菜粘液，备用.

1.2 工艺流程

1.3 实验设计

1.3.1 单因素实验

为了考察卡拉胶、海藻酸钠、山药粘液和莼菜粘液不同的添加量对戚风蛋糕抗老化的影响，设计单因素实验（表1）在蛋糕做好后当天（第1天）、密封储存第5天及空气条件下储存第5天测定每组样品的质构、老化焓变、水分含量等指标.试验所得数据结果采用Excel软件进行处理，分析出每种亲水性胶体的较优添加量.

表1 单因素实验设计表

1.3.2 响应面实验

在单因素实验的基础上，根据BoxBehnken原理，以卡拉胶添加量（A）、海藻酸钠添加量（B）、山药粘液添加量（C）、莼菜粘液添加量（D）为因素［12-15］，以第5天密封储存条件下的硬度以及老化焓变作为响应值，进行四因素三水平的响应面实验（表2）.利用Design-Expert 8.0.6 Trial软件进行数据分析，确定4种亲水性胶体发挥抗老化作用的较优复配比例.

表2 响应面实验设计表

2 结果与分析

2.1 卡拉胶对戚风蛋糕品质的影响

实验结果表明（表3），随着储存时间的增加，蛋糕含水量逐渐降低，老化焓值增加，硬度增加，咀嚼性增加，弹性下降.随着卡拉胶添加量的增加，戚风蛋糕水分含量先增加，后降低，其中以卡拉胶添加量为0.20%的处理含水量最高；蛋糕老化焓值先降后升，其中以卡拉胶添加量为0.20%的处理老化焓值最低；蛋糕的硬度和咀嚼性变化没有明显规律，总体表现为卡拉胶添加量为0.20%的处理硬度和咀嚼性最低；蛋糕的弹性以卡拉胶添加量为0.20%的处理为最高.综上可知，卡拉胶较优添加量为0.20%，此添加量下戚风蛋糕品质更佳，且在密封条件下储存更有利于延长产品货架期，抗老化作用更明显.

表3 不同添加量的卡拉胶对戚风蛋糕品质的影响

2.2 海藻酸钠对戚风蛋糕品质的影响

由表4可知，随着海藻酸钠添加量的增加，蛋糕品质指标呈现波动变化趋势.总体来看，海藻酸钠的添加量为0.25%时，蛋糕含水量较高，老化焓值较低，弹性较高.蛋糕咀嚼性和硬度随着海藻酸钠添加量的增加有减小的趋势.综上可知，海藻酸钠的较优添加量为0.25%，此添加量下戚风蛋糕品质较优，抗老化作用更明显.

表4 不同添加量的海藻酸钠对戚风蛋糕品质的影响

2.3 山药粘液对戚风蛋糕品质的影响

由表5可知，当山药粘液添加量为12%时第1天和第5天的蛋糕水分含量均较高；老化焓变变化不稳定但相对于对照组有抗老化的作用；质构指标区别较明显，尤其是弹性.综上可知，山药粘液的较优添加量为12%，与不添加对照相比，蛋糕品质指标均有明显提升.

表5 不同添加量的山药粘液对戚风蛋糕品质的影响

2.4 莼菜粘液对戚风蛋糕品质的影响

由表6可知，随着莼菜粘液添加量的增加，戚风蛋糕水分含量流失明显减缓，质地更加柔弹；老化焓值随添加量增加呈先下降后上升的趋势，硬度、咀嚼性都有较明显的变化.综合来看，莼菜粘液的较优添加量为16%，此添加量是提高产品品质、节省原料成本的最佳选择.

单因素试验结果表明，卡拉胶的较优添加量为0.2%，海藻酸钠的较优添加量为0.25%，山药粘液的较优添加量为12%，莼菜粘液的较优添加量为16%.密封储存更有利于戚风蛋糕抗老化，延长产品货架期，提高产品品质.

2.5 响应面实验

29组戚风蛋糕第5天密封储存状态下的硬度以及老化焓变结果如表7所示.

表7 复配亲水性胶体对戚风蛋糕硬度和老化焓变的影响

以硬度为响应值，通过软件分析四种物质对戚风蛋糕硬度的回归模型为：

对回归模型进行方差分析，经F检验，模型极显著，决定系数R2=0.976 1，表明该模型与实验结果拟合度好，可信度高［16］.

以老化焓变为响应值，通过软件分析四种物质对戚风蛋糕硬度的回归模型为：

对回归模型进行方差分析，经F检验，模型极显著，决定系数R2=0.926 1，表明该模型与实验结果拟合度好，可信度高.

综上以硬度为响应值相关系数大于以老化焓变为响应值的相关系数，因此选择硬度作为响应值拟合度更好、可信度更高.4种物质对戚风蛋糕品质的影响大小为山药粘液=莼菜粘液>卡拉胶>海藻酸钠，并且山药粘液以及莼菜粘液的影响都为极显著（P<0.01）.

根据响应面实验软件分析结果，可得4种物质的复配最佳比例为：卡拉胶添加量0.2%，海藻酸钠添加量0.25%，山药粘液添加量12.27%，莼菜粘液添加量16.23%，此时戚风蛋糕的硬度为1 515.15 g.按照此配方进行验证实验，结果测定硬度为1 549.23 g，通过响应面软件取最优值及其下方两个值与验证试验3组平行样的第5天硬度进行差异性分析，得到F > Fcrit0.05，所以两组数据在α = 0.05的水平上表现差异显著，表明响应面优化的复配亲水性胶体的最佳组合的结果是可靠的.

2.6 复配改良剂与单组分对戚风蛋糕硬度的影响

如图1所示，配方选用复配改良剂的戚风蛋糕在密封储存5天后的硬度相较于添加单一组分的戚风蛋糕硬度显著降低，说明复配改良剂是具有提高戚风蛋糕品质的作用，并且具有实际的生产应用意义.

图1 复配改良剂与各单组分对戚风蛋糕硬度的影响

3 结论

卡拉胶作为亲水性胶体具有良好的吸水特性，结合大量水分使得比容下降，戚风蛋糕在烘烤时水分流失减少；卡拉胶与面粉中蛋白质以及淀粉发生交联反应使面糊保水性增强，从而使得戚风蛋糕质构得以改善.海藻酸钠有利于蛋浆的乳化，打发时具有很好的起泡性，减小面糊的相对密度［17］，使得戚风蛋糕质地更加松软，品质提高.山药粘液作为一种天然胶体物质，其胶黏性使得蛋黄糊相对密度降低；山药粘液中的甘露聚糖成分作为一种溶解于水的半纤维素，可吸水膨胀，增强饱腹感；其黏蛋白成分含有果胶、植物胶及黏胶等有利于防止动脉粥样硬化.莼菜粘液中富含胶体，使得戚风蛋糕质地更加松软；另外其所含多聚戊糖有较好清热解毒作用［18］；酸性杂多糖可以增强免疫；多糖具有一定的养血和抗癌作用.

通过单因素实验发现，在蛋糕糊中添加卡拉胶、海藻酸钠、山药粘液、莼菜粘液与不添加胶体添加物制作的戚风蛋糕相比，戚风蛋糕的水分流失减缓，质地更加软弹，老化速率减慢.综合蛋糕品质的提高以及生产成本的考虑，4种添加物的较优添加量为卡拉胶0.2%，海藻酸钠0.25%，山药粘液12%，莼菜粘液16%.如果添加量继续增加，品质将会降低亦或是成本会提高，但相较于对照组，各个指标都有一定程度改善，说明这4种物质对戚风蛋糕抗老化及货架期的延长都是有作用的.

通过响应面实验结果发现，硬度更适合作为响应值来确定最佳复配比例，以硬度作为响应值相关系数可信度更高.最终确定复配较优比例为：卡拉胶添加量0.2%，海藻酸钠0.25%，山药粘液12.27%，莼菜粘液16.23%，对应硬度指标为1 515.15 g，通过验证实验，该配方下的硬度为1 549.23 g，老化焓变为280.72 J/g，接近实验结果.将添加单一组分的戚风蛋糕与添加复配改良剂质的戚风蛋糕第1天以及第5天的硬度值进行比较，结果表明复配改良剂处理的硬度值更小，说明复配改良剂在抗老化方面作用更明显.