雨生红球藻对戚风蛋糕品质的影响及其虾青素稳定性

刘璐璐，陈玟璇，刘小慧，李世乐，许志浩，陈洪彬,3,4，郑宗平,3,4，王宝贝,3,4,

（1.泉州师范学院海洋与食品学院，福建泉州 362000；2.福建省海洋藻类活性物质制备与功能开发重点实验室，福建泉州 362000；3.近海资源生物技术福建省高校重点实验室，福建泉州 362000；4.闽南特色传统食品工程研究中心，福建泉州 362000）

随着生活水平的提高，人们对功能食品的需求越来越大。普通食品功能化、休闲食品营养化是食品企业转型升级的重要方向。人们开始探索将具有生物活性功能的原料添加到面包、蛋糕等焙烤食品中，以提高其营养价值和烘焙品质。比如竹叶抗氧化物可明显改善面包质构，并提高面包的抗氧化能力，延缓面包老化；莲子红衣粉的添加可以提高蛋糕的微量元素含量等。杨利玲等将燕麦粉替代部分低筋面粉，同时用麦芽糖醇和玉米油代替蔗糖和大豆油，开发了一款慢消化淀粉含量较高的戚风蛋糕。可见，将具有保健功效的功能性食品原料添加到烘焙食品中，不仅可以改善其品质，还能提高营养价值。

微藻因富含植物蛋白、多不饱和脂肪酸、类胡萝卜素等营养成分，在功能食品中有着巨大的应用潜力。其中，小球藻、螺旋藻等在保健品和功能食品中的应用已经比较成熟。虽然早在2010 年雨生红球藻就被批准为新资源食品，但其应用主要集中在虾青素提取物，而关于藻粉直接在食品中的应用研究较少。将富含虾青素、不饱和脂肪酸和植物蛋白的雨生红球藻直接应用于食品中不仅能提高其营养价值，改善食品的色泽，还可以节省虾青素分离提取的成本。HOSSAIN 等将雨生红球藻粉添加到曲奇饼干中，发现其抗氧化能力显著提升。王宝贝等将雨生红球藻粉添加到吐司中用以改善面包的色泽和质构特性。虽然雨生红球藻在曲奇、吐司等烘焙食品中的应用已有报道，但这些研究更多的是关注雨生红球藻对烘焙产品质构的影响，而对风味的影响以及烘焙过程对虾青素等活性成分的影响却鲜少关注。

本研究将雨生红球藻粉添加到戚风蛋糕中，探讨不同雨生红球藻粉添加量对戚风蛋糕的比容、色泽、含水量及质构特性等的影响，并对蛋糕的抗氧化活性和焙烤前后虾青素的含量进行测定，探索焙烤如何影响虾青素的稳定性，以期为今后雨生红球藻在焙烤食品中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

雨生红球藻粉 福建省海洋藻类活性物质制备与功能开发重点实验室；新良低筋面粉、舒可曼细砂糖、仁达鸡蛋、金龙鱼玉米油、伊利纯牛奶 市售；30% HO分析纯，广东西陇科学股份有限公司；硫酸亚铁、无水乙醇、水杨酸、冰醋酸、氢氧化钠、丙酮 分析纯，国药集团化学试剂有限公司；DPPH 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；改良Bradford 蛋白检测试剂盒 生工生物工程（上海）股份有限公司；三氟乙酸 上海易恩化学技术有限公司；氯仿、甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、乙腈 色谱纯，国药集团化学试剂有限公司；虾青素（HPLC≥98%）、叶绿素a（BR）、叶绿素b（BR）、叶黄素（HPLC≥98%）上海源叶生物科技有限公司；D-无水葡萄糖 分析纯，美国Amresco公司。

HO-40E 电烤箱 青岛汉尚电器有限公司；ADCI-60-W 全自动色差计 北京辰泰克仪器技术有限公司；TA-XT Plus 质构分析仪 英国Stable Micro Systems 公司；DGG-9123A 电热恒温鼓风干燥箱 上海森信实验仪器有限公司；FD-2 型冷冻干燥机 北京博医康实验仪器有限公司；7890B 气相色谱仪 美国Agilent Technologies 股份有限公司；2695 高效液相色谱仪 美国Waters 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 雨生红球藻中营养成分测定

1.2.1.1 雨生红球藻中总糖含量测定 雨生红球藻中总糖含量测定参照WANG 等的方法。称取10 mg藻粉，加入0.5 mL 冰醋酸于60 ℃水浴20 min，然后加入10 mL 丙酮振荡30 min（25 ℃，150 r/min），离心，弃上清，沉淀中加入4 mL 2 mol/L 的三氟乙酸，充分振荡混匀，并于100 ℃下油浴4 h。然后加入去离子水定容至10 mL，充分混匀后，离心（10000 g，2 min），收集上清液，即得检测样品。以D-无水葡萄糖为标准品，苯酚硫酸法测定总糖含量。

1.2.1.2 雨生红球藻中蛋白质含量测定 雨生红球藻中蛋白质含量测定参照WANG 等的方法。称取10 mg 藻粉，加入0.1 mL 1 mol/L NaOH，充分振荡3 min，80 ℃水浴10 min。样品冷却后加入0.9 mL去离子水，振荡混匀后离心（4 ℃，16000 g，10 min），收集上清液，沉淀重复提取两次，合并上清液，即为检测样品。蛋白质含量测定采用Bradford 蛋白检测试剂盒。

1.2.1.3 雨生红球藻中脂肪酸含量测定 脂肪酸的测定参考GWAK 等和CHEN 等的方法。称取10 mg 藻粉，液氮研磨破壁后，加入氯仿:甲醇（体积比为2:1）于室温下振荡提取60 min，混合液离心后除去沉淀，上清液利用氮吹仪吹干后加入0.5 mol/L的KOH-甲醇溶液于65 ℃水浴10 min，然后加入5 mL 30%的三氟化硼乙酯，继续水浴30 min。样品冷却至室温加入5 mL 己烷，即为上机检测样品。脂肪酸检测采用以下设备：7890B 安捷伦（美国）气相色谱仪，色谱柱DB-23（60 m×0.25 mm×0.15 μm），分流比20:1，进样温度250 ℃，载气为氮气，流速为20 cm/s，起始柱温50 ℃ 保持1 min，以25 ℃/min 成效升温到220 ℃，保持1 min，检测器温度250 ℃。

1.2.1.4 雨生红球藻中色素含量测定 雨生红球藻中色素含量的测定参考WANG 等的方法。称取10 mg 藻粉，液氮研磨破壁后，用甲醇-二氯甲烷混合溶液（体积比为3:1）将研磨后的藻粉洗出，并置于4 ℃振荡提取60 min。所得混合液离心后，沉淀重复提取2～3 次，直至沉淀变为白色。合并三次提取的上清液，用氮吹仪将有机溶剂吹干后保存在-80 ℃冰箱中备用。采用高效液相色谱分析，色谱柱为Beckman C柱（4.6 mm×25 cm，ultrasphere），流速为1 mL/min，柱温为25 ℃，检测波长为480 nm，梯度洗脱以乙酸乙酯、甲醇、乙腈、水作为流动相。采用外标法对各种色素进行定量。

1.2.2 雨生红球藻戚风蛋糕基础配方 经过前期预实验优化确定戚风蛋糕的基础配方如表1 所示。

表1 戚风蛋糕基础配方Table 1 Basic formula of chiffon cake

1.2.3 雨生红球藻戚风蛋糕制备工艺 本研究戚风蛋糕的制作工艺流程如图1 所示：首先，取出冷藏鸡蛋，分离蛋黄蛋清分别盛放在无水无油的容器中备用。将低筋面粉与雨生红球藻粉混合并过筛（60 目），然后加入玉米油进行搅拌至无面筋残留，加入牛奶和蛋黄继续搅拌均匀。将蛋清打发，其间分三次加入细砂糖，打发至干性发泡阶段即可。将打发好的蛋白霜分三次加入到上述面糊中，快速混合均匀，以防打发的蛋白回落。调制好的面糊及时注入模具中，入模量占模体积的2/3，稍稍抹平表面，轻震模具，震出面糊里的大气泡。将模具放入预热好的烤箱，烘烤60 min（上火140 ℃，下火130 ℃）。焙烤成熟后将模具取出，将戚风蛋糕连同模具一起倒扣在冷却架上冷却30 min 后脱模。

图1 雨生红球藻戚风蛋糕工艺流程Fig.1 Process of H.pluvialis chiffon cake

1.2.4 戚风蛋糕比容测定 戚风蛋糕比容的测定参考GB/T 24303-2009。蛋糕烘烤完在室温下冷却30 min，将蛋糕从模具中脱出，称重后，利用大米排体积法测定体积。比容计算公式即为：

式中：D 为蛋糕比容（mL/g）；m 为蛋糕的质量（g）；V 为蛋糕的体积（mL）。

1.2.5 戚风蛋糕含水量测定 戚风蛋糕含水量的测定参考GB 5009.3-2016，直接干燥法。取预先恒重的空玻璃称量瓶（m），取约2 g 戚风蛋糕芯放入称量瓶中，称重（m）。然后，将装有蛋糕的称量瓶置于100 ℃干燥箱中，烘干至恒重，取出后放入干燥器内冷却30 min 后称量（m）。含水量计算公式即为：

式中：X 为含水量（%）；m为烘干后称量瓶质量（g）；m为干燥前称量瓶与蛋糕总质量（g）；m为干燥后称量瓶与蛋糕总质量（g）。

1.2.6 戚风蛋糕色差测定 戚风蛋糕色差的测定采用ADCI-60-C 全自动测色差计。采用色差仪测定面包芯的亮度L值、红绿度a值、黄蓝度b值。

1.2.7 戚风蛋糕质构特性测定 戚风蛋糕质构的测定采用英国SMS 公司的质构仪（TA.XT Plus），蛋糕冷却至室温后切片为8 cm×4 cm×1 cm 左右，选用P/36R 的圆柱形平底探头，质构参数：触发力5 g，测前速度1 mm/s，测试速度3 mm/s，测后速度3 mm/s；压缩至样品原高度的50%，两次压缩间隔的时间为5 s，测得弹性，回复性，咀嚼性等参数。

1.2.8 戚风蛋糕抗氧化活性测定

1.2.8.1 雨生红球藻抗氧化物的提取 提取方法参照王宝贝等的提取方法。称取10 mg 藻粉液氮研磨破壁后用无水乙醇将破壁的藻粉洗涤至离心管中，振荡提取后，混合液离心去除沉淀，上清液转移到新管并定容至10 mL，得到雨生红球藻乙醇提取液。

1.2.8.2 羟基自由基清除率的测定 羟自由基清除率的检测方法在杨红卫等的基础上稍作修改。取出离心管三支分别标记为A、A和A。向A管加入1 mL 2 mmol/L FeSO，1 mL DI 水（deionized water，去离子水）和1 mL 2 mmol/L 水杨酸-乙醇溶液，混匀；向A管中加入1 mL FeSO，1 mL 雨生红球藻乙醇提取液和1 mL 水杨酸-乙醇溶液，混匀；向A中加入1 mL FeSO，1 mL 雨生红球藻乙醇提取液和1 mL 水杨酸-乙醇溶液，混匀。静置10 min 后，分别向A、A和A中加入500 μL HO，500 μL HO和500 μL DI 水。以上步骤重复3 次。利用分光光度计测定OD值。计算如公式（3）：

1.2.8.3 DPPH 自由基清除率的测定 DPPH 自由基清除率的测定参照张玲方法并稍作修改。取离心管3 支，分别标记为A、A和A。向A管加入1 mL DPPH 溶液和1 mL 无水乙醇，向A管中加入1 mL DPPH 溶液和1 mL 雨生红球藻乙醇提取液，向A中加入1 mL 雨生红球藻乙醇提取液和1 mL 无水乙醇。重复3 次，利用分光光度计测量OD值。计算如公式（4）：

1.3 数据处理

所有试验指标均重复测定三次，采用SPSS 对数据进行统计分析，利用Origin 9.0 进行作图，利用方差分析（ANOVA）进行差异显著性分析（＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 雨生红球藻粉的营养成分分析

由于不同批次雨生红球藻的营养成分含量略有差别，本研究首先对所使用的雨生红球藻粉进行营养成分分析。由图2（A）可见，该批次雨生红球藻粉的虾青素含量为20.93±0.41 mg/g 细胞干重（Dry Cell Weight,DCW），叶绿素a、叶绿素b 和叶黄素的含量分别为1.47±0.02、0.77±0.02 和1.39±0.01 mg/g DCW。总糖、蛋白质和脂肪酸含量则分别为25.56%±0.94%、19.97%±0.13%和27.11%±0.25%。其中，多不饱和脂肪酸含量最高，占总脂肪酸的53.44%；单不饱和脂肪酸次之，占总脂肪酸的25.3%；饱和脂肪酸仅为总脂肪酸的21.27%（表2）。

表2 雨生红球藻脂肪酸的组成及含量Table 2 Fatty acids compositions and contents in H.pluvialis

图2 雨生红球藻的营养成分分析Fig.2 Nutrients analysis of H. pluvialis

2.2 雨生红球藻粉的添加对戚风蛋糕品质的影响

2.2.1 雨生红球藻粉对蛋糕比容、含水量的影响蛋糕比容可直接反映蛋糕品质的优劣，是评价蛋糕面糊膨胀程度最直观的指标。本研究对不同雨生红球藻添加量的蛋糕比容进行了测定。由图3 可知，当藻粉添加量为2.0%时，蛋糕比容最大，为4.97±0.11 mL/g，对照组蛋糕比容为4.92±0.03 mL/g。比容越大则蛋糕组织结构越蓬松，口感也更松软。在所研究藻粉添加量范围内，当添加量低于4.0%时，蛋糕的比容无显著变化（＞0.05），故添加雨生红球藻后，蛋糕膨发效果仍然良好。然而当藻粉添加量为4.0%时，蛋糕比容比对照组显著下降（＜0.05）。蛋糕中蛋清打发形成的蛋白霜在极大程度上会影响烘烤后蛋糕的体积，而由于雨生红球藻添加量过低，不会削弱蛋白霜的泡沫稳定性，对蛋糕比容造成的影响较小。随着藻粉添加量的增大，藻粉中纤维可能会破坏蛋白霜泡沫的稳定性，继而影响蛋糕的膨发效果，使蛋糕比容减小。

图3 雨生红球藻不同添加量对戚风蛋糕比容的影响Fig.3 Effects of different addition of H.pluvialis on specific volume of chiffon cake

如图4 所示，在添加量为0.0、1.0%、2.0%、3.0%时，雨生红球藻的添加量对戚风蛋糕含水量的影响不大。当添加量提高至4.0%时，蛋糕含水量平均值为44.91%，较对照组含水量显著下降（＜0.05），这可能是由于雨生红球藻含虾青素、虾青素油酸单酯、虾青素油酸双酯、麦角甾烯醇和三亚麻酸甘油酯等疏水性物质，随着雨生红球藻添加量的增加，可能会使得面筋的形成减少，进而造成面团与水结合的能力下降，未结合的水分将随温度升高而被蒸发带出，故蛋糕含水量降低。

图4 雨生红球藻不同添加量对戚风蛋糕含水量的影响Fig.4 Effects of different addition of H.pluvialis on moisture of chiffon cake

2.2.2 雨生红球藻粉对蛋糕色泽的影响 食品色泽是消费者选择产品与否的重要指标之一，因此，本论文研究了雨生红球藻的添加对蛋糕色泽的影响。由图5 所示，随着雨生红球藻添加量的增加，蛋糕颜色逐渐加深，变为橙红色，亮度降低，与表3 中色差计测定的数据结果相符合。蛋糕外表与内部的L值不断降低，当藻粉添加量为4.0%时，蛋糕外表与内部的L值比对照组分别降低了34.70%和37.56%；而a值不断增加，比对照组分别增加了2.8 倍和10.3 倍。蛋糕色泽的改变主要是由于虾青素、焦糖化及美拉德反应共同作用的结果。蛋糕焙烤过程中，游离氨基酸和还原糖化合物发生的美拉德反应，产生类黑精等物质，进而影响颜色变化；糖类化合物在高温条件下发生焦糖化反应，形成焦糖色；雨生红球藻中富含虾青素，虾青素是一种天然的红色素，可以作为着色剂应用于食品中，故影响了蛋糕的L值与a值。因此，在食品工业中，雨生红球藻可以新型功能性食品添加剂的身份作为食品的着色剂，使安全性高的天然色素获得较好的市场前景。

图5 不同雨生红球藻添加量的戚风蛋糕的色泽Fig.5 Effect of different addition of H.pluvialis on color of chiffon cake

表3 雨生红球藻不同添加量对戚风蛋糕色差的影响Table 3 Effects of different addition of H.pluvialis on color difference of chiffon cake

2.2.3 雨生红球藻粉对蛋糕质构的影响 蛋糕的质构是决定蛋糕品质的重要指标，本研究对雨生红球藻戚风蛋糕的质构进行测定。如表4 所示，随着雨生红球藻添加量的增加，戚风蛋糕的硬度、粘着性、咀嚼性均呈显著增加的趋势（＜0.05），它们均是衡量烘焙制品的重要指标，但硬度和咀嚼性通常与蛋糕品质呈负相关，因此硬度和咀嚼性并不是越大越好。藻粉添加量为4.0%，蛋糕硬度比对照组增加了20.09%，粘着性增加了22.34%，咀嚼性增加了18.05%。随着藻粉的添加，面粉逐渐减少，可能导致蛋糕中面筋蛋白的比例下降，发酵时气孔结构减少，从而使得蛋糕硬度和咀嚼性增大。此外，雨生红球藻添加量的增加对戚风蛋糕的弹性、粘聚性、回复性无显著影响（＞0.05），表明添加雨生红球藻后，蛋糕的弹性依然保持良好。

表4 雨生红球藻不同添加量对戚风蛋糕质构的影响Table 4 Effectsof different addition of H.pluvialis on taxture of chiffon cake

2.3 雨生红球藻粉的添加对蛋糕抗氧化特性的影响

蛋糕的抗氧化活性是决定其营养价值的指标之一，本研究对焙烤后戚风蛋糕的抗氧化活性进行了测定。如图6 所示，在考察的浓度范围内，戚风蛋糕抗氧化活性随雨生红球藻添加量的增加而逐渐增强。藻粉添加量从0.0 增加至1.0%时，增长速率最快。对照组羟基自由基和DPPH 自由基的清除率分别为12.40%±1.32%和74.23%±0.97%。当藻粉添加量为4.0%时，羟基自由基和DPPH 自由基的清除率分别为27.27%±0.56%，81.04%±0.22%，比对照组提高了119.92%和9.17%，这可能与虾青素含量的增加有关。除此之外，雨生红球藻中的不饱和脂肪酸同样发挥抗氧化作用。雨生红球藻的添加显著增强了戚风蛋糕的抗氧化活性（＜0.05），提高了戚风蛋糕的营养价值。

图6 雨生红球藻不同添加量对戚风蛋糕抗氧化活性的影响Fig.6 Effects of different addition of H.pluvialis on antioxidant activity of chiffon cake

2.4 戚风蛋糕制作过程对虾青素稳定性的影响

研究表明虾青素对热比较敏感，因此本研究对焙烤后蛋糕的虾青素含量进行测定。经测定，所添加的雨生红球藻粉中虾青素含量为（20.93±0.41）mg/（g 藻粉）（图2A），故藻粉添加量为0.0、1.0%、2.0%、3.0%和4.0%时，蛋糕中虾青素的理论含量（烘焙前含量）依次为：0.000、0.102、0.204、0.306±0.002、0.406±0.001 mg/（g 蛋糕），而焙烤后蛋糕中实际虾青素含量分别为0.000、（0.040±0.002）、（0.084±0.003）、（0.153±0.007）、（0.206±0.003）mg/（g 蛋糕）。焙烤后蛋糕中的虾青素含量比焙烤前（初始添加量）分别降低了62.17%±0.04%、59.08%±1.43%、49.97%±3.58%和49.37%±0.75%。由图7 可知，焙烤会对虾青素造成破坏，使其含量降低。这主要是由于焙烤的温度较高（130～140 ℃），且时间较长（2 h），虾青素的破坏是不可避免的。尽管如此，雨生红球藻粉的添加还是赋予了蛋糕橙红色（图5），并且增强了蛋糕的抗氧化活性（图6），具有一定的应用价值。今后提高焙烤食品中雨生红球藻中虾青素的稳定性，可以选择较低的处理温度、较短的处理时间，或对虾青素的添加方式进行优化。

图7 不同雨生红球藻添加量戚风蛋糕中虾青素含量Fig.7 Effect of H.pluvialis on astaxanthin content of chiffon cake

3 结论

本研究发现雨生红球藻中虾青素含量为20.93±0.41 mg/g DCW、总糖为25.56%±0.94%、蛋白质为19.97%±0.13%和脂肪酸为27.11%±0.25%，其中脂肪酸以不饱和脂肪酸为主。雨生红球藻的添加可以显著提高戚风蛋糕外表及内部的红色度，降低其亮度，使戚风蛋糕整体呈现橙红色。除此之外，藻粉的添加还使戚风蛋糕保持原有的膨发程度及组织形态。在本论文的考察浓度范围内，添加4.0% 藻粉对蛋糕含水量影响较显著，其余浓度影响较小。当藻粉添加量为2.0%时，蛋糕比容最大，为4.97±0.11 mL/g。当藻粉添加量为4.0%时，相比于对照组，蛋糕的硬度增加了20.09%，粘着性增加了22.34%，咀嚼性增加了18.05%，对DPPH 和羟基自由基的清除率比对照组提高了119.92%和9.17%。焙烤过程对虾青素产生不同程度的破坏（49.37%～62.17%），且随着藻粉添加量的增加，蛋糕会出现一定的藻腥味，影响了戚风蛋糕的风味。综上考虑，雨生红球藻添加量为1.0%～2.0%时较适宜，蛋糕质地松软，内部气孔较小且均匀，体积大，口感较好。