鼠李糖脂對海綿蛋糕面糊和成品品質的影響

孫藝銘,牛永武*,喬杉,楊巖曉,趙仁勇,2,田雙起,2*

1(河南工業大學 糧油食品學院,河南 鄭州,450001)2(河南工業大學 小麥與玉米深加工國家工程研究中心,河南 鄭州,450001)

海綿蛋糕因其獨特的口感受到消費者喜愛,是世界上消費最多的糕點類食品之一[1]。傳統的海綿蛋糕制作對生產工藝要求較為嚴格,且產品存在口感較差、易老化等問題[2]。隨著現代食品工業的發展,乳化劑常被用于制作高質量的蛋糕,其具有改善面糊特性、提升蛋糕比容和質地品質等作用[3]。研究發現,乳化劑的作用機制主要是與蛋糕體系中的蛋白質相互作用形成穩定的氣泡膜,提高蛋糊的發泡性和穩定性[4]。當前,蛋糕類食品中添加的乳化劑主要為化學合成的表面活性劑,不能夠滿足人們對天然、營養、多功能食品乳化劑的需求[5]。因此,挖掘新型、安全、綠色、高效的乳化劑對促進蛋糕類食品品質提升和化學合成乳化劑的補充具有重要意義[6]。

作為一種新型的天然糖脂類陰離子生物表面活性劑,鼠李糖脂(rhamnolipids, RLs)具有乳化、無毒、抑菌、抗癌等多種理化特性和生物學活性[7-8]。RLs由鼠李糖和β-羥基脂肪酸通過o-糖苷鍵和酯鍵連接組成,因此具有良好的親水親油特性[9]。研究表明,RLs可以大幅度降低水-油兩相界面張力,促進兩相互溶形成乳狀液,并產生排斥力來維持乳液的穩定性[10]。目前,RLs已經作為乳化劑、起泡劑應用于石油開采、化工清潔、日用化妝品等領域[11]。2004年,RLs的食用安全性通過美國環保署的認證,其在食品領域中的應用引起越來越多研究人員關注[12]。KIRAN等[13]研究發現,RLs用于松餅制作中,可以有效降低產品硬度和咀嚼力,提高內聚力和彈性,生產出高質量的軟質松餅產品。NITSCHKE等[14]研究RLs在乳制品中的應用,發現其可以改善乳制品品質,也具有抑菌保鮮、延長保質期的作用。然而,關于RLs在海綿蛋糕中的應用研究鮮有報道。

基于此,本論文以海綿蛋糕面糊密度、黏度和糊化特性,成品比容、烘焙損失率、質構和感官評價等為評價指標,探究RLs對海綿蛋糕面糊和成品品質的影響,以期為推動RLs在蛋糕類食品中的應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮雞蛋、白砂糖,鄭州本地超市;低筋小麥粉(粗蛋白含量8.92%、面筋指數25.51%、灰分含量0.38%、水分含量12.17%),湖里人家牌,滕州市鑫銀豐面粉廠;鼠李糖脂(純度>90%),湖州紫金生物科技有限公司;蔗糖酯(sucrose ester,SE),杭州瑞霖化工有限公司。

1.2 儀器與設備

AB204-S型分析天平,瑞士Mettler Toledo公司;SM-10型和面機,新麥機械(無錫)有限公司;BVM 6630型體積測定儀,瑞典Perten公司;TA.XT plus型質構儀,英國Stable Micro System公司;NDJ-8S黏度計,廣州鐫恒儀器設備有限公司;CR-400型色彩色差計,柯盛行(杭州)儀器有限公司;GC-1100型烤箱,瑞士Kolb公司;MSD701顯微鏡,邁時迪科技有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 海綿蛋糕配方和制作

參考國標GB/T 24303—2009《糧油檢驗 小麥粉蛋糕烘焙品質試驗 海綿蛋糕法》的方法,以全蛋液260 g、低筋粉200 g、白砂糖220 g作為海綿蛋糕的基礎配方。以低筋小麥粉濕基質量為基準,分別添加質量分數為0.05%、0.10%、0.15%和0.20%RLs作為實驗組,不添加RLs作為對照組,添加質量分數0.10% SE為陽性對照組。

將全蛋液與白砂糖混合倒入攪拌缸,60 r/min攪拌1 min,充分混勻,再以200 r/min攪拌14 min,后加入RLs,200 r/min攪拌5 min,得到打發好的蛋糊。將稱好的低筋粉倒入蛋糊中60 r/min攪拌10 s,快速將內壁蛋糊刮至缸底,60 r/min攪拌20 s后取下攪拌缸,以自流淌出方式將面糊倒入蛋糕模具中。每個模具中面糊為70 g,精確到0.01 g。將模具放入烤箱烘烤,上火為180 ℃,下火為160 ℃,烘烤20 min后迅速取出,冷卻至室溫。

1.3.2 海綿蛋糕面糊的密度測定和微觀結構觀察

采用相對密度法,在室溫條件下,測定等體積的面糊和水的質量。取一個250 mL量筒,稱重記錄質量為m0(g);向量筒中加入蒸餾水到最大刻度,稱重并記錄質量為m1(g);將蒸餾水倒出,在同一量筒中加面糊到相同刻度,稱重并記錄質量為m2(g)。蒸餾水密度ρ水按1 g/mL計算,面糊密度ρ的計算如公式(1)所示:

(1)

參考郝月慧[15]的方法,將制備的新鮮面糊均勻涂在載玻片上,蓋上蓋玻片放于光學顯微鏡載物臺上,顯微鏡物鏡倍數為“40×”,目鏡倍數為“10×”,對面糊的微觀結構進行觀測并照相,圖片保存為1 200×1 000像素。每組蛋糕樣品重復取樣5次,每次測定隨機選取截圖區域。

1.3.3 海綿蛋糕面糊黏度的測定

使用黏度計測量海綿蛋糕面糊制成后的黏度。黏度測試參數:轉速3 r/min,最大量程200 000 mPa·S,4#轉子頭[16]。

1.3.4 海綿蛋糕糊糊化特性的測定

稱取10 mg制作好的蛋糕糊,置于差示掃描量熱儀的鋁盒中,鋁蓋密封,以密封空鋁盒作為對照組,其中的升溫程序為25～150 ℃,以10 ℃/min的加熱。記錄并計算吸熱曲線上的起始溫度(To)、峰值溫度(Tp)、終止溫度(Tc)和熱焓變化(ΔH)。

1.3.5 海綿蛋糕比容和烘焙損失率的測定

參照AACC 10—14.01的方法,將室溫放置30 min的蛋糕置于體積測定儀上,測定蛋糕的比容。

海綿蛋糕的烘焙損失率按公式(2)計算:

(2)

式中:m0, 烘焙前面糊質量,g;m1, 烘焙后蛋糕的質量,g。

1.3.6 海綿蛋糕色澤測定

測色儀將蛋糕皮和蛋糕芯遮住測量孔,測定L、a、b值,L表示蛋糕的亮度,a表示蛋糕在紅綠方向的色度值,b表示蛋糕在黃藍方向的色度值。實驗組與對照組蛋糕樣品間的總色澤差異以ΔE表示,計算如公式(3)所示:

(3)

當ΔE<1時,總色澤差異對人眼不顯著;1≤ΔE≤3時,人眼可以觀察到微小的色澤差異;ΔE>3時,人眼可觀察到顯著色澤差異。

1.3.7 海綿蛋糕芯切片氣孔結構分析

將烘焙后的海綿蛋糕于室溫下冷卻1 h后進行蛋糕芯切片氣孔結構分析,在SNCHEZ-PARDO等[17]的方法上略加改進。每組選3個蛋糕,切成1 cm×3 cm×3 cm的薄片,每個蛋糕選取中心4個切片,每組共12個切片,利用平板掃描儀對蛋糕切片進行掃描,取蛋糕切片掃描圖片中心2 cm×2 cm大小,利用Image J圖像分析軟件對結果圖進行處理和分析。對獲得的參數氣孔密度(cell density, CD)和氣孔表面積分率(area fraction, AF)進行分析。

1.3.8 海綿蛋糕全質構測定

烤箱取出的海綿蛋糕室溫下冷卻1 h后,進行全質構測定。探頭選用P/25,測定前、中、后速度均為1.0 mm/s,壓縮水平50%,使用2次壓縮,時間間隔為30 s,每組樣品平行測定8次。

1.3.9 海綿蛋糕及其面糊的X-射線衍射測定

將蛋糕成品和蛋糕面糊凍干成粉末,過100目篩,緊密地裝入玻片壓實的樣品池中,然后用X射線衍射儀測定樣品粉末的結晶度。儀器在40 kV和40 mA的Cu-Kα輻射下運行,以2°/min的掃描速度從5°～30°的衍射角(2θ)進行測量。

1.3.10 海綿蛋糕感官評定

選取10位經過訓練且參加過食品感官評定的感官評定人員,按照GB/T 24303—2009中A.2.3～A.2.6對制作的海綿蛋糕進行感官評分,其中比容評分標準按照GB/T 24303—2009中A.1.2中方法進行。

1.3.11 數據分析

無特別說明,以上實驗均為3次重復。用Origin 8繪制曲線圖,SPSS 18.0進行單因素方差分析,P<0.05,差異顯著。

2 結果與分析

2.1 RLs對蛋糕面糊特性的影響

2.1.1 對面糊密度的影響

由表1可知,隨著RLs添加量增加,蛋糕面糊的密度呈現先減小后增大的趨勢,但均小于對照組,其中添加質量分數0.10%RLs時的面糊密度最小。說明RLs可增加面糊的充氣能力,有利于蛋糕比容的增加。

2.1.2 對面糊微觀結構的影響

海綿蛋糕面糊是一種復雜的水包油乳化液,雞蛋-糖-水-脂肪混合物組成連續相,面粉顆粒為分散相,氣泡使各相分離[18]。因此,氣泡是海綿蛋糕面糊中的重要組成部分,氣泡的分布、平均直徑和大小一致性可用于評價面糊品質特性[19]。利用顯微鏡觀察不同組的蛋糕面糊氣泡微觀結構,結果見圖1,添加RLs的海綿蛋糕面糊中氣泡相對較小且密集,氣泡大小分布均勻,有利于烘焙過程中蛋糕芯部形成細密的氣孔,從而增大海綿蛋糕的體積。而隨著RLs的添加量增加,海綿蛋糕面糊中的氣泡數量逐漸增加,說明RLs能夠提高面糊的起泡性和氣泡穩定性,推測是RLs進入蛋白質表面后,促進氣泡厚度和剛性增加[20],面糊消泡能力減弱。已有研究表明,作為乳化劑的SE可提升面糊發泡性能[16],有助于松軟細膩蛋糕質地的形成。

a-對照;b-0.05%RLs;c-0.10%RLs;d-0.15%RLs;e-0.20%RLs

2.1.3 對面糊黏度的影響

蛋糕面糊黏度是影響攪打過程中空氣吸入量和攪打后氣泡融合、移動的一個重要因素,較大的面糊黏度可以有效減緩面糊中氣泡的遷移和擴散,促使面糊穩定性的增加,能夠有效提升海綿蛋糕品質[21-22]。由表2可知,隨著RLs的添加量增加,蛋糕面糊黏度表現為先增加后降低的趨勢。其中,添加質量分數0.10%RLs制備的面糊黏度最大,約為對照組的2倍。

表2 RLs添加量對海綿蛋糕面糊黏度的影響Table 2 Effect of RLs on viscosity of sponge cake batter

而添加質量分數0.20%RLs時的面糊黏度大幅度減小,分析認為是RLs添加量超過臨界膠束濃度,形成較大的聚集體,且RLs聚集形態由膠束向較大的多層囊泡進行轉變[23],導致RLs的乳化效果降低,面糊黏度減小,持氣能力降低,與顯微鏡觀察結果一致。

2.1.4 對面糊糊化的影響

如表3所示,添加RLs引起蛋糕面糊的峰值溫度升高,可能是因為RLs可以促進支鏈淀粉的螺旋結構穩定。由表中的糊化焓可知,添加RLs的蛋糕面糊糊化焓值均增大,推測是淀粉與脂質類分子結合成復合物,導致淀粉在糊化時需要吸收更多的熱量,其中添加質量分數0.10%RLs的焓值最大,說明此時形成的絡合物數量最多且結晶度最高。

表3 RLs添加量對海綿蛋糕面糊糊化的影響Table 3 Effect of RLs content on gelatinization of sponge cake batter

2.1.5 X-射線衍射分析

X射線衍射技術可以用于測定淀粉的結晶度,KATZ等[24]根據X射線衍射圖將淀粉不同晶型分成A、B、C三種,A型淀粉主要存在于谷物中,B型淀粉主要存在于塊莖、根、果實或高直鏈淀粉中,C型淀粉主要在根莖、豆類、水果中,V型結晶則是由直鏈淀粉與有機分子的復合物形成的[25]。從圖2-a可以看出,對照組蛋糕面糊分別在15°、17°、18°、20°和23°左右處出現了特征衍射峰,主要來源于面糊中的小麥淀粉[24]。添加RLs的蛋糕面糊特征衍射峰未發生明顯變化,說明RLs并未使小麥淀粉的晶體形狀發生變化。由圖2-b、圖2-c可知,與對照組和RLs衍射圖譜相比,添加RLs制作的蛋糕成品中在12°、13°、24°、25°左右出現新的衍射峰,表明有新物質的產生。已知V型淀粉在13°左右出峰[25],說明RLs和其他乳化劑一樣可以與淀粉絡合成復合物。結合結晶度分析,對照組蛋糕樣品擬合的結晶度為7.68%,添加質量分數0.05%～0.20%RLs制作的實驗組蛋糕樣品結晶度分別為8.21%、14.80%、10.24%和11.26%。可以看出,添加質量分數0.10%RLs時的蛋糕內部雙螺旋結構較多并有序堆積,晶體完善度增加,使得蛋糕組織更加穩定,推測RLs可以阻止可溶性淀粉的釋放,而延緩蛋糕的老化。此外,RLs與淀粉形成較強的V型結構可以減緩面筋中水分向淀粉的遷移,進而阻止了面筋相的硬化,使蛋糕更加松軟。

a-蛋糕面糊;b-蛋糕;c-RLs

2.2 RLs對海綿蛋糕品質的影響

2.2.1 對海綿蛋糕比容和烘焙損失率的影響

SE是烘焙食品中一種常用的乳化劑,可以有效增大蛋糕體積,使蛋糕內氣泡均勻細密,質地細嫩柔軟,有效改善蛋糕食用品質[26]。研究并分析RLs對蛋糕糊的影響,綜合發現添加質量分數0.10% RLs時的效果較好,因此,在成品海綿蛋糕實驗中添加質量分數0.10%SE作為陽性對照進行比較。

比容是衡量烘烤后蛋糕體積膨脹和保持能力的重要指標,是影響消費者購買的一種關鍵因素。由圖3可知,相比于對照組,添加RLs制作的海綿蛋糕比容呈現先增大后減小的趨勢,其中添加質量分數0.10%RLs制作的蛋糕比容最大,為(4.35±0.04) mL/g,比對照組產品增大約7%,也比添加質量分數0.10%SE制作的蛋糕比容大,說明RLs在增大海綿蛋糕比容方面具有SE的類似效果。進一步分析發現,添加RLs超過質量分數0.10%時,蛋糕比容逐漸減小,且添加質量分數0.20%RLs的蛋糕比容顯著小于對照組(P<0.05)。主要原因可能是過量RLs導致面糊黏度小,打發中面糊充氣不佳,持氣性較差,而且具有親水保濕性的RLs引起海綿蛋糕吸水較多、質量顯著增加[27]。

圖3 RLs添加量對海綿蛋糕比容和烘焙損失率的影響Fig.3 Effects of RLs content on specific volume and baking loss rate of sponge cake

烘焙損失率主要是蛋糕在焙烤期間水蒸氣的散失,水分喪失會直接影響蛋糕的感官品質,喪失量越多,蛋糕的口感越粗糙,從而降低感官品質。由圖3可知,添加質量分數0.10%SE制作蛋糕的烘焙損失率最高,而添加RLs制作的蛋糕焙烤損失率均有所下降,其中添加質量分數0.10%RLs時的效果最佳,說明添加RLs具有較好的持水作用,能夠有效減少水分損失。

2.2.2 對海綿蛋糕色澤的影響

Lab顏色模型常用于評價食品色澤,由表4可知,所有組的蛋糕表皮和芯部L、a和b值隨RLs添加量增加呈現為波動變化且差異較小,主要是蛋糕表面經烘烤過程產生的焦化反應、美拉德反應和受熱不均等原因導致的[28]。計算添加RLs實驗組與對照組蛋糕表皮和芯部的總色澤差異值ΔE,得到蛋糕芯部與蛋糕表皮ΔE均小于3.0,表明人眼僅能觀察到細微差異,說明添加RLs對蛋糕色澤無顯著影響。

表4 RLs添加量對海綿蛋糕色澤的影響Table 4 Effect of RLs content on the color of sponge cake

2.2.3 對海綿蛋糕芯部氣孔結構

CD代表在攪拌過程中氣泡的生成數量和焙烤過程中面糊體系氣孔的保持率,AF表示氣孔總表面積和所取圖像面積的比值,AF值越大,說明攪拌過程中混入面糊的氣體越多。利用相機和Image J軟件對切片蛋糕芯部進行拍照和圖像處理后,獲得CD值和AF值,結果見圖4和表5。蛋糕的CD值和AF值在添加SE或RLs時均有所增加,且隨著RLs添加量增加呈現先增大后減小的趨勢,其中質量分數0.10%RLs制作蛋糕CD值和AF值最大,而且均高于質量分數0.10%SE組的測定值,說明添加RLs可以增強蛋糕面筋網絡結構,提升面糊的持氣能力,有助于蛋糕體積的增大,促使蛋糕芯部質地變得松軟細膩,與SE具有類似作用。此外,添加質量分數0.15%和0.20%RLs制作蛋糕的CD值和AF值降低,主要是因為蛋糕面糊黏度降低導致攪拌和烘焙時大量氣體散失,體系內部分氣泡消失,與面糊氣孔微觀結構觀察結果一致。

a-對照;b-0.05%RLs;c-0.10%RLs;d-0.15%RLs;e-0.20%RLs;f-0.10%SE

表5 含不同RLs的海綿蛋糕芯氣孔結構數據Table 5 Data of stomatal structure of sponge cake cores containing different RLs

2.2.4 對質構特性的影響

全質構分析通過對樣品的2次壓縮來測定食品的質構特性,1次實驗過程可將多種質構參數定量出來。其中彈性、內聚性和回復性與海綿蛋糕品質呈正相關,硬度和咀嚼性均與海綿蛋糕品質呈負相關[29]。對于蛋糕硬度,最初的硬化是由于淀粉回生,包括冷卻過程中的直鏈淀粉重結晶[30]。由表6可知,添加RLs制作蛋糕的硬度均顯著小于對照組,其中添加0.10%RLs的蛋糕硬度最小,而且添加質量分數0.05%～0.20%RLs制作蛋糕硬度均顯著小于質量分數0.10%SE組的蛋糕硬度,表明RLs能夠較好地改善蛋糕硬度,且添加量可以比SE使用量更少。咀嚼性能夠反映海綿蛋糕對咀嚼的持續抵抗性,添加質量分數0.10%RLs的蛋糕咀嚼性最低,可能是RLs和淀粉形成復合物后,淀粉的吸水能力和溶脹度降低,糊化溫度升高,更多的水從體系轉移到蛋白質中,從而增加蛋糕的柔軟度[31]。添加RLs實驗組與對照相海綿蛋糕的彈性、內聚性和回復性數值差異不大。總的來看,添加質量分數0.10%RLs改善海綿蛋糕的質構品質效果最好,且成品口感更加細膩松軟。

表6 RLs添加量對海綿蛋糕全質構的影響Table 6 Effect of RLs content on texture of sponge cake

2.3 海綿蛋糕感官評價

對不同組中的蛋糕成品進行感官評價,結果見圖5。

圖5 海綿蛋糕的感官評分Fig.5 Sensory evaluation results of sponge cake

可以看出,添加不同比例RLs制作的蛋糕表面狀況和彈柔性得分略有差異。添加RLs制作的蛋糕質地呈蜂窩狀、更加細膩松軟、口感更好,內部結構評分顯著增大。口感評分中,質量分數0.10%RLs制作蛋糕得分最高。綜合評分來看,對照組蛋糕的評分最低為73分,質量分數0.10%SE制作的蛋糕評分為77分,與質量分數0.05%RLs組得分相同,而添加質量分數0.1%RLs制作蛋糕的感官評分最高為84分,該結果與全質構分析、氣孔結構分析等結果一致。表明添加RLs能夠顯著改善海綿蛋糕的細膩度和蓬松度,且食用品質和可接受度好,未出現令人不愉悅的口感、氣味等現象。因此,RLs在改善海綿蛋糕食用品質方面具有良好的潛在應用價值。

3 結論

RLs可以作為乳化劑用于海綿蛋糕的制作中,能夠同時改善蛋糕面糊特性和烘培特性,其中添加質量分數0.10%RLs的作用效果最好。在面糊特性方面,RLs具有減小面糊密度和顯著提高面糊黏度、增強面糊起泡和持氣能力等作用,從而能夠改善面糊的乳化特性。在成品品質方面,具有親水保濕特性的RLs與SE作用效果類似,能夠增加蛋糕持水性、減少烘焙損失率、有效改善傳統海綿蛋糕比容小和硬度大的缺點。其中,與對照組相比,添加質量分數0.10%RLs制作的蛋糕比容增大了7.14%,硬度降低了34.65%,均優于質量分數0.10%SE的改善效果,與面糊微觀結果具有一致性。同時,RLs可以有效提高蛋糕的熱穩定性,且與淀粉形成絡合物。感官評分方面,添加質量分數0.10%RLs制作的海綿蛋糕食用品質好、感官接受度高,得分最高為84分,而質量分數0.05%RLs組與質量分數0.10%SE組制作蛋糕評價得分相同,表明低添加量RLs有望替代高添加量SE實現相同的品質改善效果,有助于實現海綿蛋糕生產中乳化劑使用量的降低。

本論文主要圍繞單獨添加RLs對海綿蛋糕的品質影響展開研究,而實際生產中一般為多種乳化劑和添加劑的聯合應用。因此,后續仍需圍繞RLs與其他添加劑的復配應用對海綿蛋糕品質的影響展開深入研究。