速膨蛋糕粉擠壓工藝及微波熟化參數研究

李凡姝, 王 崇, 王 霞, 崔曉彤, 肖志剛,, 武英華, 李 雪

(1. 沈陽師范大學 糧食學院, 沈陽 110034; 2. 東北農業大學 食品學院, 哈爾濱 150030)

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食品與糧食

速膨蛋糕粉擠壓工藝及微波熟化參數研究

李凡姝1, 王 崇2, 王 霞1, 崔曉彤1, 肖志剛1,2, 武英華2, 李 雪2

(1. 沈陽師范大學 糧食學院, 沈陽 110034; 2. 東北農業大學 食品學院, 哈爾濱 150030)

試驗以低筋面粉與改性淀粉為原料,采用雙螺桿擠壓技術制備家用微波爐快速膨脹蛋糕粉。改良了蛋糕粉經微波熟化時的膨脹速度與程度,利用物理產氣原理來替代化學產氣原理,達到相同膨脹效果。向蛋糕糊中添加促褐變劑(L-賴氨酸與葡萄糖漿),來提高蛋糕在微波熟化的美拉德反應程度。結果表明:各工藝因素對蛋糕美拉德反應程度影響的顯著性為:蛋糕糊pH值>微波爐功率>加熱時間>水分含量。優化后得到的最優熟化工藝為:蛋糕糊pH=9,微波爐功率為750 W,加熱時間為3.5 min,蛋糕糊水分含量為20%;最優擠壓參數:機筒溫度為90 ℃、螺桿轉速為200 rmp,最優攪打時間為3 min。成品微波蛋糕品質優良,擁有一定的焙烤香氣與色澤,操作過程簡單、方便,適用于家庭制作。

快速膨脹; 擠壓膨化; 美拉德反應; 微波熟化

0 引 言

蛋糕是一種常見的傳統食品,以其營養豐富,食用方便而著稱。但其烤制工藝復雜,過程繁瑣,并不適用于家庭制作。如今微波食品因其具有高效、省時、便捷等優點,適用于家庭日常食用。微波蛋糕粉等產品已逐漸走入千家萬戶,但由于微波加熱特點,市售蛋糕粉美拉德反應程度較低,缺少烘焙食品特有的顏色與氣味。本試驗以低筋面粉與改性淀粉為主要原料,采用雙螺桿擠壓機加工,改良的蛋糕粉利用物理產氣原理來替代化學膨脹劑的使用(化學產氣原理),達到相同膨脹效果。使成品蛋糕粉既具備傳統烤制蛋糕的營養品質與顏色風味,又具有微波食品快捷與方便等特性,使其適用于家庭制作[1-3]。

擠壓膨化是利用剪切力、熱能、壓力等一系列方式對食品進行改性的一種技術。食品經高壓、高剪切力、高溫等作用,經強烈的攪拌與混合后,隨之變為熔融狀態。至模頭處高壓區轉變為全流體態,最后擠出模頭達到常溫常壓態。此過程物料中溶膠淀粉快速膨化,得到產品內部爆裂,出現許多微孔,體積膨脹數倍,形成膨化產品[4-5]。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 原料

低筋面粉(每100 g:蛋白含量5.3 g、脂肪含量4.1 g、碳水化合物80.2 g,新鄉市新良糧油加工有限責任公司)、改性淀粉、鮮雞蛋、白砂糖、食用油(華潤萬家超市購入)、奶粉(內蒙古伊利實業集團有限公司)、單甘酯、L-賴氨酸、葡萄糖漿。

1.1.2 儀器與設備

DS56-Ⅲ型膨化食品擠壓機(濟南賽信膨化機械有限公司)、UV-9000型紫外分光光度計(上海元都有限公司)、HM-955電動打蛋器(廣東東菱電器有點公司)、MM721NG1-PW微波爐(廣東美的微波電器制造有限公司)、質構分析儀(英國 Stable Micro System公司)、400度電熱恒溫高溫鼓風干燥箱烘箱(上海姚氏儀器設備廠)。

1.2 微波蛋糕粉加工工藝

1.2.1 蛋糕粉制備工藝流程

蛋糕制備工藝流程如圖1所示。

圖1 蛋糕粉制備工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of cake powder preparation

1.2.2 微波蛋糕粉性質的測定

1) 攪打膨脹度的測定:準確秤取20.000 g微波蛋糕粉,加16 g雞蛋糊,倒入量筒內測定其攪打前體積V1。將蛋糕糊按清黃分離差速攪打法攪打后,再次倒入量筒內,測定其攪打后體積V2。膨脹度按式(1)計算。

膨脹度

2) 微波蛋糕比容的測定:出爐后的蛋糕室溫冷卻30min后測定其體積V3與重量m1。比容按式(2)計算。

比容

3) 膨脹力的測定:準確稱取2.000g微波蛋糕粉,置于50mL帶塞的刻度試管中。向試管中添加蒸餾水50mL,均勻振蕩后,室溫靜置24h,準確量取樣品膨脹后的體積數值。膨脹力按式(3)計算[6-7]。

膨脹力

1.3 蛋糕微波熟化工藝

蛋糕的微波熟化工藝流程如圖2所示。

1.4 微波熟化工藝優化

選取蛋糕糊pH、微波爐加熱功率、微波爐加熱時間這幾個因素進行單因素試驗。選取加熱時間為3、3.5、4 min;加熱功率為低火、中火、高火;蛋糕糊pH為7、9、11;蛋糕糊水分含量為10%、15%、20%。重復各個水平因素3次,測定蛋糕在420 nm處吸光值[10]。在單因素試驗的基礎上,設計正交優化試驗,得微波蛋糕的最優熟化條件參數。

圖2 微波工藝流程圖Fig.2 Process flow diagram of microwave

1.5 微波速膨蛋糕的感官評價

選擇10名不同年齡,不同性別,不同地區的人進行《食品感官鑒評》課程培訓,然后對成品微波蛋糕進行感官評定。各評委分別對蛋糕的外觀形狀、色澤、彈性韌性、內部結構、氣味和滋味5個方面進行品評[11]。

2 結果與分析

2.1 蛋糕粉制作工藝優化

2.1.1 面糊攪打時間對蛋糕比容的影響

由圖3可知,當蛋糕糊攪打時間在1～3 min時,隨著蛋糕糊攪打時間的上升,蛋糕的比容不斷提高。當時間大于3 min時,隨著攪打時間的上升,蛋糕的比容趨于下降。這是由于蛋液與面糊構建的面筋體系需要一定時間的攪打才可完善,當攪打時間升高時,勁性不斷增強,此時空氣不斷形成氣泡被包裹入蛋糕糊體系,最終形成穩定均一的小型氣體孔室,該孔室在微波加熱中受熱膨脹,故而蛋糕體積膨脹增大。因面筋具有一定的筋性,且淀粉顆粒起到良好的填充作用,該體系故而穩定,并具備一定的張力;此后隨著攪打時間繼續上升,蛋糕體積有緩慢下降趨勢。綜合蛋糕膨脹特性以及口感品質與加工便捷性等條件下,選取攪打時間為3 min左右較為適宜。

2.1.2 機筒溫度對蛋糕比容的影響

如圖4所示,微波爐蛋糕的比容受機筒溫度影響很大。隨著機筒溫度升高,其比容表現出上升趨勢最后趨于平緩。當機筒溫度低于60 ℃時,擠出物的糊化程度較低,糊化狀態的熔融流體冷卻變硬,導致微波蛋糕的質構特性較差,不能達到需要的膨脹效果;而當機筒溫度高于120 ℃時,由于擠出物的糊化程度偏高,粘性較大部分產品有膨化的現象出現,這影響了產品的成型性和質構特性,蛋糕糊筋性也隨之下降,比容下降。在機筒溫度為90 ℃時,蛋糕微波加熱后膨脹程度最大,綜合感官評定結果,兼顧口感、彈性、粘附性等條件下,選取機筒溫度在90 ℃左右較為適宜[12]。

圖3 蛋糕糊攪打時間與蛋糕比容關系圖Fig.3 Cake paste beat time and volume

圖4 機筒溫度與蛋糕比容關系圖Fig.4 Barrel temperature and cake volume

2.1.3 螺桿轉速對蛋糕比容的影響

如圖5所示,螺桿轉速對原料的剪切作用及原料在機筒內停留時間具有雙重影響。隨著螺桿轉速的增加,蛋糕比容也隨之增加,當達到最大值(240 rpm)后,比容又開始顯著地降低。當轉速較低時(低于120 rpm),面粉在擠壓機內擠壓時間較長,擠出物料其糊化度比較高,會對產品的成型性造成極大影響,而當螺桿轉速過高時(高于280 rpm),由于物料停留時間過短,物料的糊化程度則較低,這導致產品的質構特性較差,其內部結構不緊密,此時蛋糕粉與雞蛋構成的蛋糕糊網絡并不穩定,且筋性小[13]。結合感官評定結果,選取螺桿轉速在200 rpm左右較為適宜。

2.2 微波熟化工藝優化

以蛋糕糊pH、微波爐加熱功率、微波爐加熱時間、水分含量為因素,進行單因素試驗,以蛋糕420 nm處吸光值作為判定美拉德反應程度的依據。當促褐變劑添加量在2%左右時,通過調節微波反應條件,尋找最適焙烤因素,從而加大蛋糕美拉德反應進行程度[14]。

2.2.1 蛋糕糊pH值對蛋糕美拉德反應程度的影響

由圖6可知,蛋糕糊處于不同pH值條件下對其美拉德反應程度有著巨大的影響。利用HCl與NaOH調節蛋糕糊酸堿度,測得成品蛋糕420 nm處吸光值隨著蛋糕糊pH變化的規律。發現蛋糕糊在pH=2～7時所產生的色素非常少,而在pH=9的堿性環境中色素產生量顯著上升。對于風味化合物的產生量而言,pH值越高,所產生的風味化合物越多,而隨著pH值的繼續增加,美拉德反程度有平緩下降趨勢。結合感官評定結果,選取pH值為9時較為適宜,此條件下最利于蛋糕中的還原糖與氨基酸進行美拉德反應,形成最多量的黑褐色物質,使蛋糕具有最優的烘焙顏色與氣味[15]。

圖5 螺桿轉速與蛋糕比容關系圖Fig. 5 screw rotation speed and cake volume

圖6 蛋糕糊pH與蛋糕吸光值關系圖Fig.6 pH of cake pasteand absorbance value

2.2.2 微波爐加熱火力對蛋糕美拉德反應程度的影響

由圖7所示,隨著微波爐加熱火力的上升,成品蛋糕在420 nm處吸光值也隨之上升。這是因為同等條件下,溫度的快速增加有利于還原糖與氨基酸的快速結合,更高的溫度與熟化條件有利于美拉德反應的進行,有利于生成風味化合物,從而形成更多的黑褐色物質與焙烤香味。選取微波爐火力為最大的高火,此條件下最利于蛋糕中的還原糖與氨基酸進行美拉德反應,形成最多量的黑褐色物質,使蛋糕具有最優的烘焙顏色與氣味。

圖7 微波爐加熱火力與蛋糕吸光值關系圖Fig.7 The microwave firepower and cake absorbance

圖8 微波爐加熱時間與蛋糕吸光值Fig.8 The microwave heating time and cake absorbance

2.2.3 微波爐加熱時間對蛋糕美拉德反應程度的影響

由圖8所示,隨著加熱時間的增加,成品蛋糕在420 nm的吸光值也隨之增加。當加熱時間大于3.5 min時,隨著加熱時間的增加,微波蛋糕的美拉德反應程度的增長幅度較小且趨于平緩。這是因為蛋糕中的還原糖與氨基酸大多已經反應完全,美拉德反應進行徹底。綜合蛋糕制作的快捷性與感官評價等因素,加熱時間為3.5 min為最佳,此條件下最利于蛋糕中的還原糖與氨基酸進行美拉德反應,形成最多量的黑褐色物質,使蛋糕具有最優的烘焙顏色與氣味[16]。

2.2.4 蛋糕糊水分含量對蛋糕美拉德反應程度的影響

圖9 蛋糕糊水分含量與蛋糕吸光值關系圖Fig.9 Moisture content and cake absorbance value

如圖9所示,在0～20%內,隨著水份含量漸漸增加,成品蛋糕在420 nm處吸光值也快速的增加,含水量為15%時吸光值達最大,然后隨水份含量增加而降低。因為美拉德反應在進行時需要一定的水分參與發現色素的形成,水分含量過低時美拉德反應程度低是由于缺乏極性的水分子,體系無法吸收微波爐所產生的電磁波所致。而過高時美拉德反應程度的下降是由于高水分所引起的稀釋效應。由此結果可知,在微波爐加熱系統中,食物制品水分含量在15%左右是合適的,否則水份過高過低均會降低美拉德反應的速度。此條件下最利于蛋糕中的還原糖與氨基酸進行美拉德反應,形成最多量的黑褐色物質,使蛋糕具有最優的烘焙顏色與氣味[14]。

2.3 正交優化試驗

根據單因素試驗結果可知,以蛋糕的420 nm吸光值為指標(美拉德反應程度),分別選取微波加熱火力為低火、中火、高火。微波加熱時間3、3.5、4 min,水分含量10%、15%、20%。蛋糕糊pH=5、7、9進行正交優化試驗。正交優化試驗方案與結果見表1。

表1 正交試驗設計表Tab.1 Orthogonal experimental design

表2 正交試驗結果分析表
Tab.2 The orthogonal experiment results analysis

序號ABCD吸光值試驗1-1-1-1-12.243試驗2-10002.839試驗3-11112.961試驗40-1013.570試驗5001-13.704試驗601-103.803試驗71-1103.975試驗810-113.802試驗911014.219均值12.6333.2003.2673.367均值23.6673.4333.5003.500均值33.9673.6333.5003.400極差1.3340.4330.2330.133因素主次A>B>C>D最優水平A3B3C2D2

由表2可知,影響蛋糕美拉德反應特性幾個因素中,影響微波蛋糕美拉德反應特性的得分各因素大小次序為ABCD,即蛋糕糊pH>微波加熱功率>微波加熱時間>蛋糕糊水分含量。其中蛋糕糊pH值對微波蛋糕美拉德反應進行程度影響效果極顯著。分析可知,微波加工工藝條件的最佳配比為A3B3C2D2,即蛋糕糊pH=9,微波爐加熱火力為高火,加熱時間為3.5 min,蛋糕糊水分含量為20%。在此條件下測得蛋糕420 nm處吸光值為4.219。在此條件下烘焙出的微波蛋糕美拉德反應程度較高,且蛋糕口感良好且香氣濃郁。

3 結論與分析

由試驗結果得出,擠壓法可以顯著的改變低筋粉的結構性質。經過擠壓的面粉其膨脹特性與填充特性大大提高。與未經擠壓加工淀粉相比,其膨脹倍數、穩定性均大大增強。試驗研究表明當擠壓機筒溫度為90 ℃、螺桿轉速為200 rmp時,淀粉改性效果最佳。

通過添加促褐變劑與改善微波加熱參數能大大提高微波蛋糕美拉德反應程度,改善市售微波蛋糕表面上色不足,欠缺焙烤風味等特性。最終優化微波爐加工工藝參數為:蛋糊pH=9、微波爐火力高火、加熱時間3.5 min、蛋糊水分含量20%。此時微波蛋糕美拉德反應效果最佳。

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Study on extrusion process and microwave process parameters of quick expansion cake powder

LI Fanshu1, WANG Chong2, WANG Xia1, CUI Xiaotong1, XIAO Zhigang1,2, WU Yinghua2, LI Xue2

(1. College of Grain Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China; 2. Department of Food, Northeast Agriculture University, Harbin 150030, China)

This kind of cake is made by the low gluten flour and the modified starch. Twin screw extrusion technology for preparing rapid expansion cake powder. Using the physical principle of gas to replace the chemical principle of producing gas, which improve the cake powder by microwave expansion rate and degree of cure. And L-lysine and glucose syrup is added to the cake powder, in order to make the cake in the maillard reaction of microwave curing degree. We found that the impact results: Cake paste PH>Microwave oven power>Heating time>Water content; The optimal condition of microwave cake after the data processing was: Cake paste pH=9, Microwave oven power 750 W, Heating time 3.5 min, Water content 14%, Barrel temperature 90 ℃, Screw speed 200 rmp, Stiring time 3min. This kind of cake is excellent in quality, fragrance and colour. Cake making process is simple and convenient, suitable for family.

rapid expansion; extrusion expansion; maillard reaction; microwave curing

2016-01-19。

國家星火計劃項目(2015GA650007); 遼寧“百千萬人才工程”入選項目(2013921038)。

李凡姝(1991-),女,遼寧鐵嶺人,沈陽師范大學碩士研究生; 通信作者: 肖志剛(1972-),男,黑龍江慶安人,沈陽師范大學教授,博士,東北農業大學博士研究生導師。

1673-5862(2016)03-0305-06

TS2

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.03.011