不同藜麦粉添加量对海绵蛋糕面糊特性及烘焙特性的影响

于书蕾，尚珊，臧梁，傅宝尚，姜鹏飞，温成荣，王丹，宋爽，祁立波*

（1.大连工业大学食品学院国家海洋食品工程技术研究中心，辽宁大连 116034；2.阜新小东北食品有限公司，辽宁阜新 123000）

麸质也称面筋，是存在于小麦、大麦、燕麦等谷物中的蛋白质复合物，部分人群会对麸质中的谷蛋白和醇溶蛋白过敏，这两种蛋白会破坏他们的肠道表皮细胞，从而诱发乳糜泻[1]。乳糜泻（celiac disease，CD）是遗传易感人群中常见的自身免疫疾病，临床表现多种多样，如腹泻、呕吐和便秘；此外，还可能出现其它病症，如缺铁性贫血、骨质疏松、抑郁和头痛等[2]。无麸质食品指不含麸质或麸质含量低于20 mg/kg 的食品，是应对麸质蛋白过敏相关疾病而研发的食品，目前主要包括不含麸质的面包、披萨、蛋糕等产品[3]。但长期无麸质饮食可导致CD 患者碳水化合物、蛋白质、纤维、矿物质、维生素和脂肪摄入的不平衡[4]。

藜麦又称印第安麦、昆诺阿藜、奎藜，一种产自南美洲的谷类双子叶植物，种子可食，属于苋科，是一种具有很高营养价值的伪谷物[5]。藜麦的纤维和蛋白质含量较高，且氨基酸组成比较均衡，必需氨基酸含量较高。由于藜麦的营养特性，可令其成为一种补充蛋白质的无麸质食品原料[6-7]。海绵蛋糕是以低筋粉、糖、鸡蛋为主要原料，配以一定的辅料，经充分搅打充气、调糊、注模、烘焙而成的组织松软、形状类似海绵的糕状制品[8]。已有学者研究添加不同比例藜麦粉对无麸质面包和蛋糕品质的影响，Stikic 等[9]指出添加藜麦粉后，成品面包中营养元素的含量均有所提高，且无麸质面包的比容得到提高。Aslan Türker 等[10]使用藜麦粉与马铃薯淀粉、红薯淀粉复配，结果表明加入藜麦粉后可以提高无麸质蛋糕比容和气孔密度，质地更为柔软。因为藜麦粉结构中含有一种类似于面筋蛋白的三维蛋白质，淀粉颗粒可以与蛋白质之间形成网络结构，在蛋糕体系中起支撑作用，保留混合过程中的空气，从而增大蛋糕比容。

本研究旨在评价不同添加量藜麦粉对无麸质蛋糕面糊的流变学特性、面糊密度、蛋糕比容、烘焙损失率、色泽、质构和感官特性等影响，以期为藜麦新产品开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 原料

鲜鸡蛋：大连洪家畜牧有限公司；藜麦粉：甘肃祁连农庄有机农业发展有限公司；山药粉：四川藏曦堂生物科技有限公司；红薯淀粉：河北古松农副产品有限公司；泡打粉：安琪酵母股份有限公司；一级糖霜：江西巧嫂食品有限公司；玉米油：中粮东海粮油工业有限公司；牛奶：内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司。

1.2 仪器与设备

DDQ-A30D3 打蛋器：广东小熊电器有限公司；Rational 万能蒸烤箱：德国莱欣诺公司；DHR-2 流变仪、DSC250 差示扫描量热仪：美国TA 仪器公司；Meso QMR23-060H 核磁共振成像分析仪：上海纽迈电子科技有限公司；TA.XT.Plus 质构仪：英国SMS 公司；YS3060 分光测色仪：深圳市三恩时科技有限公司；CanoScan LiDe 300 扫描仪：佳能（中国）有限公司；SM302NS 切片机：新麦机械（中国）有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 无麸质藜麦海绵蛋糕面糊及蛋糕制作工艺流程

蛋糕的制作参考文献[11]的方法，无麸质面粉总质量为100 g（其中藜麦粉分别为0、10、30、40、50 g；其余为红薯淀粉和山药粉），全蛋液80 g，糖霜55 g，牛奶60 g，玉米油35 g，泡打粉3 g。使用打蛋器将鸡蛋和糖霜高速搅拌6 min，加入牛奶和玉米油慢速搅打2 min，将混合面粉过筛（60 目）分3 次加入，用硅胶铲搅拌均匀，制成光滑的面糊；将面糊倒入模具中，在150 ℃烤箱中烘焙40 min 后，将蛋糕冷却至室温1 h，进行下一步指标分析。不同藜麦粉替代组分别用Q0、Q10、Q30、Q40和Q50表示。

1.3.2 面糊动态流变的测定

用流变仪测量面糊的弹性模量（G′）和黏性模量（G″）[12]。取适量新鲜面糊置于流变仪测定台上，用矿物油密封样品选择具体测试条件：平板直径选用40 mm，夹缝距离为1 mm，温度为25 ℃，样品的剪切速率为0.1～100 s-1，扫描频率为0.1～10 Hz，形变量为0.5%。

1.3.3 面糊密度的测定及微观结构观察

采用简易测定法[8]：取一个容器质量为M0，容器装满清水总质量M1，再用相同的容器盛装面糊，质量记为M2，水的密度为1 g/cm3，按照公式计算面糊密度（ρ，g/cm3）。

1.3.4 蛋糕烘焙损失率及比容的测定

烘焙损失率按下列公式计算[13]。

式中：W为蛋糕烘焙损失率，%；W1为烘焙前面糊的质量，g；W2为烘焙后蛋糕的质量，g。

采用菜籽置换法计算蛋糕比容[14]，蛋糕在室温下冷却后，称重并测量其体积。蛋糕比容计算公式如下。

式中：P为蛋糕比容，mL/g；V为蛋糕体积，mL；m为蛋糕质量，g。

1.3.5 蛋糕气孔分布的测定

蛋糕切片后用扫描仪进行扫描，并对每张图片的中间部分（3 cm×3 cm）进行裁剪。然后，在通过Image J 软件分析。图像分辨率设置为600 dpi，计算气孔密度和孔隙率[15]。

1.3.6 蛋糕色度的测定

使用分光测色仪测量蛋糕皮和蛋糕屑颜色，测定指标包括L*值、a*值、b*值[16]。

1.3.7 蛋糕质构特性的测定

参考李雨奇[17]的方法测定蛋糕质构特性并稍作修改，蛋糕使用切片机切片，取中间蛋糕片进行质构测定。测试条件为探头型号P/50，压缩程度为30%，测试前、中、后速度分别为2、1、5 mm/s。

1.3.8 蛋糕水分分布的测定

取贮藏0、3、7 d 的蛋糕芯，并用保鲜膜包住，以避免失水对试验结果造成影响[18]。用CPMG（carr purcell meiboom gill）序列测量弛豫时间（T2），试验参数为等待时间1 000 ms，回波时间0.25 ms，重复扫描次数4，回声次数1 000。

1.3.9 蛋糕老化焓值的测定

采用差示扫描量热仪（differential scanning calorimetry，DSC）进行分析[3]，将蛋糕放置于4 ℃冰箱贮藏0、3、7 d，称取蛋糕芯部位约10 mg 于坩锅中，升温范围为25～110 ℃，升温速率为5 ℃/min。

1.3.10 蛋糕感官评价

感官评价由经过培训的测评人员进行，从形态、弹柔性、气味、口感、内部结构、总体接受度六方面打分，评分细则参考GB/T 24303—2009《粮油检验小麦粉蛋糕烘焙品质试验海绵蛋糕法》制定，如表1所示。

表1 藜麦无麸质蛋糕感官评分标准Table 1 Quinoa gluten-free cake sensory scoring criteria

1.4 数据处理

所有数据为3 次平行测量的平均值，数据以平均值±标准差表示。用Origin 2021 进行作图，SPSS 22.0软件进行显著检验（P＜0.05）。

2 结果与讨论

2.1 藜麦粉对蛋糕面糊流变特性的影响

不同藜麦粉添加量对面糊的动态流变特性的影响如图1所示。弹性模量G′是指面糊经外力作用后可自行恢复的弹性性质；黏性模量G″表示面糊的黏性性质，反映面糊的流动性[12]。

图1 不同藜麦粉添加量对面糊流变特性的影响Fig.1 Effect of different quinoa flour dosages on the rheological properties of batter

由图1 可知，不同藜麦粉添加量在0.1～10 Hz 范围内，面糊弹性模量和黏性模量都随频率的增大而增大；且对于研究的所有样品，G′总是大于G″，表明面糊以弹性为主，表现出典型的弱凝胶动态流变特性[19]。当剪切速率从0.1 s-1增加到100 s-1时，所有样品的黏度都表现出“剪切稀化”现象[18]。面糊的弹性模量随着藜麦粉添加量的增加而增加，表明藜麦粉提高了泡沫的弹性，从而提高了泡沫的稳定性。这种泡沫在焙烤过程中不容易破裂，这有利于形成具有均匀气泡结构的蛋糕。弹性模量取决于界面处蛋白质膜的紧密度，藜麦粉中蛋白质含量高，面糊中蛋白质含量越高，其弹性就越大[20]。藜麦粉中支链淀粉含量较高、粒径较小，能够均匀地填充在面糊孔隙中，使得面糊结构更加完整有序，增加面糊弹性模量；由于面糊中支链淀粉会使几何空间阻碍变大，使其黏性模量也有所增加[21]。

2.2 藜麦粉对蛋糕面糊密度的影响

不同藜麦粉添加量对面糊密度的影响如图2所示。蛋糕面糊的密度表示在初始混合过程中在面糊中的空气滞留量。

图2 不同藜麦粉添加量对面糊密度的影响Fig.2 Effect of different quinoa flour addition amounts on batter density

面糊密度是影响蛋糕体积的因素之一。一般来说，面糊密度越小，制得的蛋糕体积大；反之，蛋糕糊密度大，会导致蛋糕成品体积小，内部组织硬实，从而影响蛋糕的品质[22-23]。由图2 可知，藜麦粉添加量为10%、30%时，面糊密度随着藜麦粉添加量的增加而下降（P＜0.05），可能是由于藜麦粉中蛋白质含量较高，有利于蛋糕糊在搅拌过程气泡的进入和保持[20]。但当藜麦粉添加量为40%、50% 时，面糊密度与藜麦粉添加量30%无显著性差异（P＞0.05），可能是因为藜麦粉会使面糊黏度增加，此时不利于面糊搅打过程中空气的进入，即面糊密度无显著差异[18]。

2.3 藜麦粉对蛋糕比容及烘培损失率的影响

不同藜麦粉添加量对蛋糕比容和烘培损失率影响如图3所示。

图3 不同藜麦粉添加量对蛋糕比容和烘培损失率的影响Fig.3 Effects of different quinoa flour dosages on cake specific volume and baking loss rate

蛋糕比容反映蛋糕体积膨胀程度，在一定程度上影响蛋糕的外观、口感滋味和组织状态[24-25]。如图3 可知，藜麦粉添加量为0% 时，比容最小，添加量为40%时的比容最高，为1.8 mL/g，添加量为50% 时，蛋糕比容下降。一般来说，黏稠的面糊减缓了烘焙过程中面糊的气体逸出速度，从而防止烘焙过程中面糊的收缩。相反，如果面糊黏度值过大，会导致面糊更稠密，不利于烘焙过程中气泡的膨胀，使终产品更小[8，18]。添加量为50% 时，面糊的黏度过高，使焙烤时气泡膨胀率降低，进而导致比容下降[10]。也有研究表明，蛋糕膨胀性也可能和蛋白有关，蛋白质通过增加面糊的黏弹性和延长面糊变成半固体前的时间来增加蛋糕的体积，这与蛋白质-淀粉的相互作用和转变有关[20]。

蛋糕的烘焙损失率与失水率有直接关系，水分流失过多会降低蛋糕感官品质，并导致蛋糕的口感变得松散又粗糙[24]。蛋糕水分流失与持水能力相关，蛋糕的持水性可能会受到蛋糕内淀粉和蛋白质与水分子结合状态的影响，从而影响蛋糕的烘焙损失率，进而影响蛋糕比容[24]。由图3 可知，随着藜麦粉添加量增加，蛋糕的烘焙损失率逐渐降低，说明加入藜麦粉后有助于改善蛋糕的持水性。

2.4 藜麦粉对蛋糕气孔分布的影响

不同藜麦粉添加量对蛋糕气孔分布的影响如表2所示，蛋糕截面图见图4。

图4 蛋糕截面图Fig.4 Cross-sectional view of the cake

表2 不同藜麦粉添加量对蛋糕气孔分布变化的影响Table 2 Effects of different quinoa flour additions on the distribution of stomata in cake

研究蛋糕气孔越多，蛋糕芯越软、感官质量越高。孔隙率代表整个产品气孔的体积百分比，它与蛋糕的体积高度正相关；而气孔密度代表整个蛋糕中的气孔数量[8]。由表2 可知，与Q0相比，添加不同添加量的藜麦粉后，蛋糕的气孔密度（除Q10外）和孔隙率明显增加，表明加入藜麦粉后可以提高面糊的气泡稳定性，从而得到比容较大、组织蓬松的蛋糕。其原因可能在于藜麦粉中的蛋白质使面糊气泡厚度和刚性增加[10]。蛋糕碎屑内部结构，黑色部分代表气体细胞。由图4 可知，随着藜麦粉添加量的增加，蛋糕气体细胞增加，与蛋糕气孔密度和孔隙度变化一致。

2.5 藜麦粉对蛋糕色泽的影响

不同藜麦粉添加量对无麸质蛋糕芯的颜色特征（L*值、a*值、b*值）的影响如表3所示。L*值代表样品亮度；a*值代表样品红色调，b*值代表样品黄度，a*值和b*值越大，样品红色调、黄色调越深[24]。

表3 不同藜麦粉添加量对蛋糕色泽的影响Table 3 Effect of different quinoa flour additions on cake color

由表3 可知，蛋糕（外壳和碎屑）的L*值随藜麦粉添加量的增加而降低，降低的原因可能是藜麦粉的原色比山药粉和红薯淀粉的颜色深。Q0、Q10、Q30、Q40、Q50的a*值随藜麦粉添加量的增加而升高，Q0、Q10、Q30、Q40的b*值随藜麦粉添加量增加而升高，说明偏红性和偏黄性增加，可能归因于藜麦本身色泽以及烘焙过程中糖与蛋白的焦糖化反应；由于藜麦粉添加量的增加，蛋糕中蛋白质含量的增加刺激了美拉德反应，从而产生了深棕色的成分[20]。

2.6 藜麦粉对蛋糕贮藏期间质构特性的影响

不同藜麦粉添加量对贮藏期间蛋糕质构特性的影响如图5所示。质构特性包括硬度、弹性、咀嚼度等指标，是衡量蛋糕品质的重要指标[19]。

图5 不同藜麦粉添加量对蛋糕质构特性的影响Fig.5 Effects of different quinoa flour additions on the texture characteristics of cakes

由图5 可知，蛋糕硬度和咀嚼度随着贮藏时间的延长而增加，弹性下降，这是因为在贮藏期间发生硬化效应，使蛋糕弹性下降、硬度及咀嚼度增加。硬化效应是由于淀粉的回生以及淀粉在冷却过程中的重结晶[26]。贮藏7 d 后，添加量为0% 和40% 时的蛋糕硬度分别为8 802.09、6 485.15 g，与贮藏0 d 相比分别升高了93.73%、77.811%；添加量为0%和40%时的蛋糕咀嚼度分别为4 662.10、3 475.05，与0 d 相比分别升高了73.73%、48.99%；添加量为0% 和40% 时的蛋糕弹性分别为0.86、0.88，分别下降了7.53%、5.38%。表明添加藜麦粉后延缓了蛋糕的老化速率，这可能是由于藜麦粉中膳食纤维含量较高，可以在一定程度上抑制淀粉的老化；且藜麦粉中的纤维具有较高的保水能力，可以抑制水分向淀粉的转换，抑制淀粉的重结晶[27]。这与比容数值一致，体积指数值较低的蛋糕具有较高的硬度，其原因可能与蛋糕面糊截留的空气量有关；体积较小的蛋糕密度更大，具有密集的蛋糕屑质地，因此蛋糕更坚硬[4]。

2.7 藜麦粉对蛋糕贮藏期间水分迁移的影响

不同藜麦粉添加量对贮藏期间蛋糕水分分布的影响如表4所示。

表4 不同贮藏时间、不同藜麦粉添加量对3 种状态水相相对百分比含量的影响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

藜麦蛋糕贮藏0 d 和7 d 的弛豫时间谱图如图6所示。

图6 藜麦蛋糕贮藏0 d 和7 d 的弛豫时间谱图Fig.6 T2 Spectra of quinoa cake on 0 d and 7 d

烘焙产品老化不仅与淀粉的重结晶有关，还受体系水分流动性的影响。在贮藏期间，淀粉结晶重排，吸水能力下降，结合水析出，因此要防止产品老化需要控制体系水分流动[28]。由图6 可知，共出现3 个峰，在贮藏7 d 后，T22向右移动，表明T2值增大，水的流动性增强[2]。第一个峰T21在0.05～1.5 ms 出现，代表不易流动的结合水；第二个峰T22在1.5～55 ms 之间，代表介于结合水与自由水之间的半结合水；第3 个峰出现在60～360 ms 之间，代表易流动的自由水[18]。A21、A22、A23分别对应不同结合程度水出峰面积含量，以此表示不同结合状态的水分含量。在贮藏7 d 后，随着藜麦粉添加量的增加，A21呈逐渐上升趋势，A22、A23逐渐减小，说明藜麦粉有一定的保水作用，使不易流动的结合水增加，减少半结合水和自由水的生成。说明藜麦粉后对蛋糕保水性能增加，这可能是因为藜麦淀粉对吸附的水分控制能力强，水分不容易再次析出，具有良好的贮藏稳定性，其次藜麦膳食纤维主要由果胶多糖和木聚糖组成，具有较强的亲水性，可减少自由水的形成[21]。

2.8 藜麦粉对蛋糕贮藏期间老化焓值的影响

不同藜麦粉添加量对贮藏期间蛋糕老化焓值的影响如表5所示。蛋糕烘烤时淀粉吸水膨胀，晶体结构破坏，而在贮藏期间水分流失，膨胀的淀粉颗粒分子重新缔合，淀粉重结晶导致焓值增加[29]。

表5 贮藏过程中老化焓值的变化Table 5 Changes in the enthalpy value of cake core during storage J/g

由表5 可知，随着贮藏时间的延长，蛋糕的老化焓值逐渐增大，在贮藏7 d 时，Q0的老化焓值上升明显；其他添加量藜麦粉的蛋糕老化焓值的上升速率较慢。在贮藏7 d 后，Q0的老化焓值增加至1.42 J/g，而添加藜麦后，尤其是Q40、Q50老化焓值较小，为0.93 J/g 和0.92 J/g，且两组没有显著性差异（P＞0.05），说明藜麦可以延缓藜麦蛋糕在贮藏过程中的老化[27]。

2.9 蛋糕的感官评价分析

不同藜麦粉添加量对蛋糕感官评分的影响如图7所示。

图7 不同藜麦粉添加量对蛋糕感官评分影响Fig.7 Effects of different quinoa flour additions on sensory scores of cakes

由图7 可知，适当的藜麦粉添加量可改善蛋糕品质；但添加量过高，会使蛋糕口感下降。藜麦粉添加量为10% 时，蛋糕总体接受度最高，为13.2，添加30%、40% 藜麦粉时总体可接受度与10% 差异不大，为12.7、12.4，均高于Q0和Q50。从图7 可以看出，添加量越大，藜麦香味越浓郁，分值越高；但由于藜麦粉本身的苦味和异味，过量的藜麦粉会对口感和总体可接受度分数产生负面影响。内部结构、弹柔性与蛋糕质构有一定的相关性，硬度越低、弹性越大，蛋糕更加松软可口；加入藜麦粉后，由于藜麦本身的色泽，可改变蛋糕色泽，使蛋糕颜色加深。

3 结论

试验探究了不同藜麦粉添加量对海绵蛋糕品质的影响。结果表明：添加一定比例藜麦粉可改善蛋糕的面糊特性、蛋糕品质、延缓蛋糕的老化。流变学分析表明，添加藜麦粉可以改善面糊的稳定性、增加面糊的弹性模量和黏性模量。藜麦粉的加入也会增加蛋糕比容，降低蛋糕硬度和老化焓值。但藜麦粉添加量为50%时，会对海绵蛋糕的比容和质构产生负面影响。感官分析结果表明，并不是藜麦粉添加量越大，成品蛋糕的品质就越好，而是需要控制在一定范围内才能引起消费者的购买欲望。综合蛋糕感官评分以及贮藏期间老化速率，无麸质藜麦蛋糕适宜的藜麦粉添加量为30%。