莲子为睡莲科植物的成熟种子，已被列入我国卫生部公布的首批药食两用名单中。莲子红衣是莲子壳与莲子之间的一层红褐色种皮，据《本草纲目》和《中华药典》记载，其味苦而涩，性凉无毒，入心、脾二经，具有多种保健功能。工业上生产莲子一般要经过干燥、分级、去壳、除皮、去芯等步骤，莲子红衣粉是在除皮过程中产生的。工业上常用的机械磨皮法损耗率为4%左右，即每生产100 kg莲子，就有4 kg莲子红衣粉产生，而我国为产莲大国，每年莲产销量上百万吨，因而会产生大量的莲子红衣粉。目前对于莲子红衣粉尚无有效地利用方式，只能大量的废弃从而造成环境污染。据前期研究测定，莲子红衣粉中营养成分均衡，膳食纤维含量高达23.96%。蛋白质含量与豆渣中蛋白质含量相近，且莲子红衣蛋白中含有18种氨基酸，包括人体必需的9种氨基酸，氨基酸种类齐全，矿物质元素含量丰富[1]。
戚风蛋糕是一种质地柔软、香味浓郁、营养丰富、易消化吸收的方便食品，深受人们的喜爱[2]。本试验拟将莲子红衣与戚风蛋糕相结合，研发一款营养价值高的新型蛋糕，以提升莲子加工副产物的综合利用价值。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
莲子红衣粉：杭州三湘贸易公司；白砂糖：福建好日子食品有限公司；食用盐：江苏省瑞丰盐业有限公司；鸡蛋：慈溪正大蛋业有限公司；低筋蛋糕粉：山东信中食品有限公司；泡打粉：沈阳铁强食品销售有限公司；柠檬：市售；牛奶：益海嘉里食品营销有限公司；色拉油：山东三星玉米科技有限公司。
1.2 仪器与设备
Y2002电子天平：上海浦春计量仪器有限公司；DSL-6H三力达烤箱：广州市粤盟厨具有限公司；HM-945打蛋器：广东东菱电器有限公司。
1.3 莲子红衣戚风蛋糕工艺流程
原料称量→将蛋黄、蛋白分离→
两组分混合→加入蛋糕粉、泡打粉、莲子红衣粉拌匀→装盘→烘烤5 min→刷油→烘烤→冷却→感官评定
1.4 莲子红衣戚风蛋糕质量评定
选择10位接受过专业训练的评定人员对蛋糕外形、质地结构、色泽、滋味和弹韧性5个方面对莲子红衣戚风蛋糕进行感官评定，评分标准见表1。
表1 感官评价标准
Table 1 Sensory evaluation form
项目 得分 特征描述蛋糕外形 17～20 外形饱满完整、厚薄均匀、无破碎、无糊状物7～16 外形较完整、厚薄有点不均匀、有轻微破碎、无糊状物≤6 外形不饱满完整、厚薄不均匀、有严重破碎、有糊状物质地结构 17～20 厚薄均匀、切面呈均匀细密的蜂窝状结构、无硬块、无空洞、无分层7～16 厚薄较均匀、切面呈蜂窝状结构、稍有硬块、有少许空洞和分层≤6 厚薄不均匀、切面不呈蜂窝状结构、有硬块和空洞色泽 17～20 表面色泽均一，呈棕色，底部呈淡紫色、无焦糊、心部棕黄7～16 表面色泽较均一，呈暗棕色，底部呈紫色、无焦糊、心部微白≤6 表面色泽不均，呈暗紫色，外部烧焦、有焦糊
续表1 感官评价标准
Continue table 1 Sensory evaluation form
项目 得分 特征描述滋味 17～20 蛋香味纯正、无蛋腥味、香甜可口不粘牙，具有独特香味、无焦糊味7～16 有蛋香味、无蛋腥味、较香甜可口、但粘牙，有香味但不明显、无焦糊味≤6 没有蛋香味、有蛋腥味、粘牙，内部有水分残留，没有独特香味特色、有焦糊味弹韧性 17～20 内部组织均匀而富有弹性，表面不板硬，口感柔和，用手指轻轻按下能够缓慢恢复7～16 内部组织均匀，有弹性，口感有点硬，用手指轻轻按下无法缓慢恢复≤6 内部组分不均匀，没有弹性，板硬，口感较差，用手指轻轻按下无法恢复
1.5 莲子红衣戚风蛋糕制作配方优化
根据前期单因素试验中的最优条件（莲子红衣粉添加量35%、蛋黄糖含量58.3%、蛋白糖含量42.0%、蛋黄与蛋白质量比2∶5），设置正交试验3个水平，采用L9（34）进行正交试验设计，具体因素见表2。
表2 配方优化正交因素水平设计
Table 2 Orthogonal factor level design for formula optimization
水平D蛋黄与蛋白质量比1因素A莲子红衣粉添加量/%B蛋黄糖含量/%C蛋白糖含量/%30 46.7 37.3 2∶3 2 35 58.3 42.0 1∶2 3 40 70.0 46.7 2∶5
1.6 莲子红衣戚风蛋糕制作工艺优化
在前期单因素试验的基础上，选择烘烤温度（E）、烘烤时间（F）、打蛋清时间（G）3个因素，根据单因素试验最优值（烘焙温度180℃、烘烤时间25 min、打蛋清时间210 s），分别设值正交试验3个水平，进行正交试验设计，具体因素水平见表3。
表3 工艺优化正交因素水平设计
Table 3 Orthogonal factor level design for process condition optimization
水平 因素E烘烤温度/℃ F烘烤时间/min G打蛋清时间/sH空白1 170 24 180 0 2 180 25 210 0 3 190 26 240 0
1.7 莲子红衣戚风蛋糕营养成分测定方法
铜、铁、锰、锌含量的测定根据GB 5009.268—2016《食品安全国家标准食品中多元素的测定》中电感耦合等离子质谱法进行；钙含量的测定根据GB5009.92—2016《食品安全国家标准食品中钙的测定》中火焰原子吸收光谱法进行；镁含量的测定根据GB 5009.241—2017《食品安全国家标准食品中镁的测定》中火焰原子吸收光谱法进行；钾、钠含量的测定根据GB 5009.91—2017《食品安全国家标准食品中钾、钠的测定》中火焰原子吸收光谱法进行；水分含量的测定根据GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》中直接干燥法进行；灰分含量的测定根据GB 5009.4—2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》中总灰分的测定方法进行；蛋白质含量的测定根据GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》中凯式定氮法进行；脂肪含量的测定根据GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》中索氏抽提法进行；总膳食纤维的测定根据GB 5009.88—2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》中酶重量法进行；维生素B2的测定根据GB 5009.85—2016《食品安全国家标准食品中维生素B2的测定》中高效液相色谱法进行；维生素PP总含量（以烟酸计）的测定根据GB 5009.89——2016《食品安全国家标准食品中烟酸和烟酰胺的测定》中微生物法进行。
1.8 数据处理
所有数据均为平行试验3次后的平均值，采用Microsoft Excel 2017处理数据及作图，SPSS 26软件分析数据，采用单因素ANOVA分析，结果以平均值±标准差表示。
2 结果与分析
2.1 莲子红衣戚风蛋糕优化配方试验结果
在前期试验中发现，莲子红衣粉添加量、蛋黄糖含量、蛋白糖含量、蛋黄与蛋白质量比4个因素对蛋糕品质的影响较大，因此以感官评分为指标进行了正交优化试验，结果见表4。
表4 配方优化正交试验结果
Table 4 Orthogonal experiment results of formula optimization
试验号 因素 感官评分A B C D 1 1 1 1 1 81.33 2 1 2 2 2 77.25 3 1 3 3 3 73.08 4 2 1 2 3 83.33 5 2 2 3 1 74.67 6 2 3 1 2 81.25 7 3 1 3 2 68.00
续表4 配方优化正交试验结果
Continue table 4 Orthogonal experiment results of formula optimization
试验号 因素 感官评分A B C D 8 3 2 1 3 79.25 9 3 3 2 1 78.83 k1 77.220 77.553 80.610 78.277 k2 79.750 77.057 79.803 75.500 k3 75.360 77.720 71.917 78.553 R 4.390 0.663 8.693 3.053
从表4中R值看出，莲子红衣粉添加量对蛋糕的感官评分影响较大，当添加量过高时，蛋糕中莲子红衣的苦涩味明显，口感不细腻，且外观易变形。而添加量较少则不能赋予蛋糕独特的风味及丰富的营养价值。从表4中k值得出，当莲子红衣粉与低筋蛋糕粉以35%比例充分混合使用时，效果最佳。
糖是蛋糕制作中的主要原料之一，若糖用量太少蛋糕不甜，由糖参与的美拉德反应不易发生，会使蛋糕颜色过浅，而糖用量过大会使蛋糕过甜且在烘焙中美拉德反应过于充分，导致产品表面形成的金黄色过深甚至产生棕褐色[3]。从表4中R值得出，蛋黄糖含量对蛋糕的感官评分影响不大，从k值得出，最佳蛋黄糖含量为70.0%。
蛋白糖含量对感官评分影响最大。蛋糕制作过程中加入白砂糖可以赋予产品甜度，增进蛋糕的风味，此外白砂糖与蛋清混合共同搅打，可以有助于维持蛋清所产的气泡的稳定性，使蛋白糊色泽发亮，均匀一致，随着蛋白中白砂糖添加量的增加，产品的甜度明显增加，且蛋糕的蓬松度也在不断增强，做出的产品富有弹性、气孔细密、质感好、能保持良好的组织形态，但糖添加量过多会使产品甜腻，影响口感[4]。从表4中k值可以确定最佳蛋白糖添加量为37.3%。
蛋液的起泡性影响食品结构的膨松程度，凝胶性质则影响最终产品的外形与质构，而蛋液的乳化性质则对产品的口感改善及内部结构有着很重要的影响[5]。因此将蛋白液与蛋黄液按照不同于全蛋液的比例进行混合，其功能性质会发生变化，同时也会影响到其在食品中的应用[6]。蛋白添加过多，蛋糕中间水分过多出现下陷现象，且蛋腥味过重，会掩盖莲子红衣粉独特的风味；而蛋白添加过少，蛋糕的体积变化小，面糊的黏度下降，持气力低，组织不蓬松，出现硬结现象。从表4中的k值可知，在蛋黄与蛋白质量比为2∶5时，取得的感官评分最高，证明效果最好。
综上所述，对莲子红衣戚风蛋糕感官评分影响的主次顺序为C（蛋白糖含量）＞A（莲子红衣粉添加量）＞D（蛋黄与蛋白质量比）＞B（蛋黄糖含量），其优化配方为莲子红衣添加量35%，蛋黄糖含量70.0%、蛋白糖含量37.3%、蛋黄与蛋白质量比2∶5。
对优化后的最佳配方进行验证试验，即莲子红衣粉添加量35%，蛋黄糖含量70.0%、蛋白糖含量37.3%、蛋黄与蛋白质量比2∶5，得到的莲子红衣戚风蛋糕呈淡紫色、组织细腻、香甜绵软，感官评分为85.6，高于正交试验中的最高感官评分，证实正交设计所得优化配方是合理的。
2.2 莲子红衣戚风蛋糕制作工艺优化试验结果
在前期试验中发现，烘烤温度、烘烤时间、打蛋清时间对蛋糕品质的影响较大，因此以感官评分为指标进行正交优化试验，结果见表5。
表5 工艺优化正交试验结果
Table 5 Orthogonal experimental results of process condition optimization
试验号 因素 感官评分E F G H 1 1 1 1 1 87.14 2 1 2 2 2 88.29 3 1 3 3 3 81.14 4 2 1 2 3 83.57 5 2 2 3 1 80.86 6 2 3 1 2 80.57 7 3 1 3 2 85.71 8 3 2 1 3 79.14 9 3 3 2 1 86.86 k1 85.523 85.473 82.283 84.953 k2 81.667 82.763 86.240 84.857 k3 83.903 82.857 82.570 81.283 R 3.856 2.710 3.957 3.670
烘焙温度对蛋糕成品的口感和外观至关重要。如果烘烤温度过低会导致面糊表层凝固慢，烘烤时蛋糕体积增长快，但在烘烤后期出炉冷却时，蛋糕体积会缩小；而如果烘烤温度过高，蛋糕表皮颜色过深、容易焦化，影响蛋糕的感官评分。同时蛋糕表面没有足够的时间进行膨胀，会在较短的时间内发生硬化，疏松状的结构难以形成[7]。由表5中k值可知，最优烘烤温度为170℃。
选择适宜的烘烤时间烘焙蛋糕，有助于蛋糕形成好看的外观色泽和均匀细小的气孔。由表5中k值可知，最优烘烤时间为24 min。
从表5中的R值可以看出打蛋清时间对戚风蛋糕的品质影响较大。蛋糕面糊在搅拌过程中不断地拌入空气是蛋糕蓬松柔软的主要原因，拌入的空气多，烤出的蛋糕体积就大，组织也较松软。如果打蛋清时间较长，会拌入太多的空气，蛋糕的体积超过标准大小，会在面糊中形成大量面筋，影响蛋糕的涨发，导致蛋糕在烘烤时内部组织变得粗糙、气孔多，蛋糕水分损失多、蛋糕质地干燥[8]。通过表5中G因素的k值可知，最优打蛋清时间为210 s。
综上所述，对莲子红衣戚风蛋糕感官评分影响的主次顺序为G（打蛋清时间）、E（烘烤温度）、F（烘烤时间），最终确定烘烤温度170℃、烘烤时间24 min、打蛋清时间210 s为最优工艺条件。
在最佳配方的基础上，对优化后的最佳工艺进行验证试验，即烘烤温度170℃、烘烤时间24 min、打蛋清时间210 s，得到的莲子红衣戚风蛋糕不粘牙、易咀嚼、风味独特，感官评分为92.2，高于正交试验中的最高感官评分，证实正交设计所得优化制作工艺是合理的。
2.3 营养成分分析
为证明所制作出的莲子红衣戚风蛋糕更具有营养，对最佳配方和工艺条件下制作的莲子红衣戚风蛋糕进行营养成分分析，同时选择了市面上4种戚风蛋糕进行比较，结果如表6所示。
表6 莲子红衣戚风蛋糕与其它市售蛋糕的主要营养成分比较
Table 6 Comparison of main nutrients among chiffon cake made with red-skin of lotus seed and other cakes in market
蛋白质/（g/100 g）样品 能量/（kJ/100 g）脂肪/（g/100 g）碳水化合物/（g/100 g）钠（Na）/（mg/100 g）莲子红衣戚风蛋糕0.07 41.80±0.08 330.00±22.56蛋糕A 1 682.00 6.40 20.50 48.30 542.00蛋糕B 1 467.00 9.10 15.80 42.80 255.00蛋糕C 1 507.00 8.50 15.70 46.00 359.00蛋糕D 1 723.00 7.00 21.20 48.20 308.00 1 283.00±0.60 9.62±0.51 10.40±
由表6可知，莲子红衣戚风蛋糕所含能量、脂肪和碳水化合物均低于4款知名品牌产品，蛋白质含量高于4款知名品牌产品。
随着我国经济的快速发展，人们的生活水平有了显著提高和改善，但缺乏微量营养素状况仍较为严重[9]。超重、肥胖等慢性疾病人群的隐性饥饿，都与微量营养素的缺乏密切相关[10]。莲子红衣粉中含有丰富的微量营养素和膳食纤维[1]，经测定莲子红衣戚风蛋糕中也含有多种微量营养素，如铜、铁、锰、锌、钙、镁、钾、维生素B2、维生素PP等，并依据中国居民膳食营养素参考摄入量计算了营养素参考值，结果见表7。
表7 莲子红衣戚风蛋糕中矿物质元素含量及其它营养成分
Table 7 The contents of mineral elements and other nutrients in chiffon cake made with red-skin of lotus seed
营养素种类 莲子红衣戚风蛋糕中含量/（mg/100 g） 营养素参考值/%铜（Cu） 0.18±0.02 9.0铁（Fe） 1.60±0.06 10.7锰（Mn） 1.34±0.02 38.3锌（Zn） 1.21±0.07 8.1钙（Ca） 110.70±2.07 13.8镁（Mg） 34.90±0.63 10.0钾（K） 213.00±2.43 10.7维生素B2 0.26±0.00 18.6维生素PP 0.86±0.01 6.1膳食纤维 3 030.00±1.40 15.1
由表7可知，锰的含量（1.34 mg/100 g）尤为丰富，是适宜摄入量（adequate intakes，AI）的 38.3%，锰对维持人体心脑血管健康有一定作用，可以加速细胞中脂肪氧化，减少脂肪堆积，改善动脉粥样硬化，除此之外，还具有预防骨质疏松，降低癌症发病率等功效[11]。钙是人体生命活动必需的矿物质元素，是骨骼和牙齿重要组成部分，在人体中积极参与骨骼肌和心肌的收缩、神经反应、免疫吞噬等重要的生理活动[12]，莲子红衣戚风蛋糕中钙含量为（110.70±2.07）mg/100 g，是推荐摄入量（recommended nutrient intake，RNI）的 13.8%，可与乳制品相媲美[13]。钾的含量为（213.00±2.43）mg/100 g，是AI的10.7%，钾除了参与糖类和蛋白质的代谢外，还可维持神经肌肉的兴奋性，缺钾可能降低中枢神经、心血管等的功能，并且丰富的钾有助于降低由于摄入过多的钠引起的高血压[14]。镁可调节细胞钾钠分布，具有维持骨骼生长等功能，还是机体内多种酶的激活剂[15]，莲子红衣戚风蛋糕中镁的含量为（34.90±0.63）mg/100 g，是RNI的10.0%。锌也是维持机体功能的重要矿物元素，具有促进组织再生、提高免疫力的作用[16]，还可作为补充剂提高儿童食欲，莲子红衣戚风蛋糕中锌的含量为RNI的8.1%。铜含量为（0.18±0.02）mg/100 g，是RNI的9.0%，铜是体内多种酶的组成成分，参与细胞氧化以及造血过程，对内分泌系统、神经系统、免疫系统具有调节作用[17]。铁能维持机体内正常的造血功能，参与体内氧的运输和组织呼吸过程[18]，缺铁性贫血在我国依然是常见的营养素缺乏症，莲子红衣戚风蛋糕中铁含量（1.60±0.06）mg/100 g，为 RNI的10.7%。维生素B2参与体内的抗氧化防御系统和药物代谢，在谷物的精加工过程中损失较大[19]，莲子红衣戚风蛋糕中维生素 B2的含量（0.26±0.00）mg/100 g，是RNI的18.6%。维生素PP具有降低血清胆固醇和增强胰岛素效能的作用，缺乏时易发生皮炎、肠炎及神经炎等疾病[20]，莲子红衣戚风蛋糕中维生素PP的含量为（0.86±0.01）mg/100 g，是 RNI的 6.1%。此外，莲子红衣戚风蛋糕还含有一定量的膳食纤维，有助于肠道健康。由此可见，莲子红衣戚风蛋糕是良好的微量营养素补充来源。
3 结论
本研究以感官评分结果为指导，通过正交试验、验证试验和营养成分分析试验，开发研制了一款莲子红衣戚风蛋糕，经过数据分析得到最佳配方及工艺条件：莲子红衣粉添加量35%、蛋黄糖含量70.0%、蛋白糖含量37.3%、蛋黄与蛋白质量比2∶5、烘烤温度170℃、烘烤时间24 min、打蛋清时间210 s。在此条件下制作的莲子红衣戚风蛋糕，高蛋白、低热量、微量营养素丰富、色泽喜人、口感细腻、风味独特，具有良好的市场竞争力。
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