戚风蛋糕因其独特的风味和良好的营养价值深受消费者喜爱。在戚风蛋糕制作过程中糖的使用尤为重要,糖不仅可以赋予蛋糕适宜的甜味和营养,同时对于蛋糕组织结构的形成也至关重要[1]。通常在戚风蛋糕中使用的糖以多糖为主,多糖结构中丰富的多羟基醛酮结构可以调控烘焙过程中混合体系的分子间相互作用,从而使戚风蛋糕结构松软绵密[2]。传统的戚风蛋糕制作通常选择白砂糖（蔗糖）作为甜味剂,但随着人们对生活品质要求的提高及“大健康”理念的深入,对戚风蛋糕制作工艺进行改良并找到合适的蔗糖替代品已十分必要。
目前,已有部分学者开展新型天然碳水化合物在烘焙食品中的应用研究。唐梦琦[3]对比研究了海藻糖、β-葡聚糖、壳寡糖3 种糖类在面包贮藏过程中对淀粉抗老化的作用机制。王一博[4]采用超声协同黄原胶处理改善了蛋清的起泡性并进一步将其应用至蛋糕制作中。柳芳伟等[5]认为魔芋多糖、瓜尔胶、燕麦β-葡聚糖可以作为代糖用于面包制作,以维持餐后血糖稳定。张雅芝[6]则发现芸豆多糖的复杂结构可以显著改善面包营养价值。可见,有关非蔗糖糖类在烘焙食品中的应用十分受研究人员的关注。
本研究选择使用β-葡聚糖、瓜尔胶、芸豆多糖与蔗糖复合对戚风蛋糕品质进行改善,并基于蛋糕结构特性和感官特性的变化对其改善效果做出全面评价,以期为开发新型戚风蛋糕制作工艺和扩大天然多糖应用范围提供参考。
1 材料和方法
1.1 材料与试剂
低筋小麦粉、玉米淀粉、大豆油：益海嘉里粮油有限公司；蔗糖（98%）、β-葡聚糖（95%）、瓜尔胶（90%）、芸豆多糖（90%）：上海源叶生物科技有限公司；鸡蛋：市售。
1.2 仪器与设备
烤箱（SM2-523H）：新麦机械（中国）股份有限公司；电动搅拌机（MJ-LZ30E115）：美的集团有限公司；电热恒温鼓风干燥箱（101-1A）：山东屹盛重工科技有限公司；色差仪（CR400）：日本柯尼卡美能达公司；图像分析仪（C-Cell）：英国Calibre图像处理技术公司；分析天平（PWN85ZH）：奥豪斯仪器（上海）有限公司；质构仪（HP-ZGY-TA）：济南恒品机电技术有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 戚风蛋糕的制备
将150 g低筋小麦粉与30 g玉米淀粉充分混合,加入70 g大豆油和250 g蛋黄液后沿同一方向不断搅拌至均匀糊状,得到蛋糕糊。分别将β-葡聚糖、瓜尔胶、芸豆多糖与蔗糖混合从而得到复合多糖,其中β-葡聚糖、瓜尔胶、芸豆多糖在复合多糖中的占比均为0.5%（质量比）。将700 g蛋清与250 g复合多糖混合并充分搅打成蛋白霜。得到的蛋糕糊和蛋白霜混合均匀后倒入模具,在烤箱中以160 ℃烘焙30 min后得到戚风蛋糕样品[7]。以不添加多糖的戚风蛋糕作为空白对照。
1.3.2 蛋清起泡特性测定
取100 mL蛋清（V0）置于烧杯中,分别加入35%（质量比）的复合多糖,使用电动搅拌机以1 000 r/min的转速搅拌1 min,分别记录起泡完成后的总体积（V1,mL）、初始泡沫体积（V2,mL）、30 min后泡沫体积（V3,mL）,并按照以下公式计算蛋清的起泡性（X,%）和泡沫稳定性（Y,%）[4]。
1.3.3 戚风蛋糕持水性测定
将制备好的戚风蛋糕冷却至室温后,依据GB/T 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》的直接干燥法进行蛋糕的水分含量测定[3]。
1.3.4 戚风蛋糕比容测定
采用菜籽置换法测定戚风蛋糕比容[4]。向烧杯中倒入一定量的菜籽,记录菜籽顶部的刻度线。将全部菜籽倒出后将蛋糕放入烧杯,重新向烧杯中倒入原先的菜籽,剩余菜籽的体积即为蛋糕体积（V,mL）。同时记录蛋糕质量（m,g）。按照以下公式计算比容（X,mL/g）。
1.3.5 戚风蛋糕色度值测定
采用色差仪测定戚风蛋糕的色度。使用白色标准版进行校准,通过色差仪进一步测定蛋糕表面的L*值、a*值和 b*值。
1.3.6 戚风蛋糕气孔特性测定
将戚风蛋糕切成2 cm的薄片,采用图像分析仪获得切面图像,选取中心位置固定面积区域通过image J软件分析气孔数量和气孔直径[3]。
1.3.7 戚风蛋糕质构特性测定
将戚风蛋糕切成2 cm的薄片,置于质构仪的样品台上。采用p25探头进行质构特性测定。参数为触发力5 g,速度5 mm/s,压缩率30%。
1.3.8 戚风蛋糕感官评定
邀请10名食品专业人员对戚风蛋糕进行感官评分。分别设定色泽、口感、风味、回味、可接受度5 个维度对蛋糕进行打分,分值范围为0～10,0代表非常不喜欢,5代表既不喜欢也不讨厌,10代表非常喜欢,最终取10人打分平均值作为最终得分。
1.4 数据处理
所有试验重复3份,测定结果表示为平均值±标准差。采用Origin 8.0和SPSS 25软件进行数据处理,并在P<0.05的统计学水平上进行显著性分析。
2 结果与分析
2.1 不同复合多糖对蛋清起泡性和泡沫稳定性的影响
不同复合多糖对蛋清起泡性和泡沫稳定性的影响见图1。
图1 不同复合多糖对蛋清起泡性和泡沫稳定性的影响
Fig.1 Effect of different complex polysaccharides on foamability and foam stability of egg white liquids
同一指标不同小写字母表示存在显著性差异,P<0.05。
由图1可知,添加了天然多糖后,蛋清的起泡性和泡沫稳定性较无糖蛋清均有显著提高（P<0.05）,不同复合多糖对蛋清泡沫特性的改善效果和机制存在不同。蛋清的起泡性和泡沫稳定性与戚风面包网状结构的形成密切相关,良好的泡沫特性会赋予面包致密有序的微观三维结构[8]。多糖的加入一方面增强蛋清黏度,这有利于蛋清蛋白稳定吸附在气-水界面上,从而减缓泡沫体系的排水劣化[9]；另一方面,多糖可以诱导蛋清蛋白分子结构的伸展和重排,这种转变有利于蛋清蛋白在界面处形成致密有序的膜结构,在宏观上则体现为起泡性或泡沫稳定性的显著改善[10]。同时,由于不同多糖结构的差异,它们与蛋清蛋白分子的相互作用模式或强度也不尽相同。蔗糖和β-葡聚糖可能通过较强的氢键相互作用诱导蛋清蛋白分子舒展,蛋白质内部疏水基团的暴露为界面蛋白交联成膜结构提供了有利条件[11]。瓜尔胶和芸豆多糖则主要通过增加体系黏度来改善泡沫稳定性,这两种多糖作为良好的食品增稠剂,可以显著增加泡沫体系中连续相的黏度,从而抑制泡沫失稳。综上,虽然不同复合多糖改善蛋清泡沫特性的机制有所不同,但均在不同方面呈现出良好的改良效果。
2.2 不同复合多糖对戚风蛋糕持水性的影响
不同复合多糖对戚风蛋糕持水性的影响见图2。
图2 不同复合多糖对戚风蛋糕持水性的影响
Fig.2 Effect of different complex polysaccharides on water holding capacity of chiffon cake
不同小写字母表示存在显著性差异,P<0.05。
由图2可知,多糖的加入使戚风蛋糕持水性显著增强（P<0.05）,添加蔗糖+β-葡聚糖的蛋糕持水性最高（53%）,只添加蔗糖的蛋糕持水性为所有处理组中最低（47%）。通常,蛋糕含水量与蛋糕的软硬程度及适口性密切相关,适宜的含水量可以赋予蛋糕宜人的口感。低水分含量不仅会增强蛋白质与淀粉间的相互作用导致蛋糕硬度增加,而且还会造成淀粉分子老化[12],影响蛋糕品质。因此,多糖的加入明显改善戚风蛋糕的品质。β-葡聚糖由葡萄糖分子通过β-1,3糖苷键连接而成,其长链结构外侧的羟基对于水分持留可以起到积极作用[6]。同时,添加了β-葡聚糖的蛋清起泡性最优,泡沫体系中丰富的空腔结构也为截留水分提供了充足的物理空间。蔗糖在高温下容易和蛋白质发生美拉德反应,因此其结构中的羟基会被大量破坏从而削弱与水分子间氢键的相互作用[13]。由于瓜尔胶和芸豆多糖具有较强的体系黏合能力,所以添加该复合多糖的蛋糕结构内部黏度相对较高,水分子在迁移过程中受到的阻力较大,从而使得较多的水分被保留在网状结构中。综上,添加了β-葡聚糖和芸豆多糖的戚风蛋糕的持水性较好,这表明该复合多糖具备改善戚风蛋糕适口性的潜力。
2.3 不同复合多糖对戚风蛋糕比容的影响
不同复合多糖对戚风蛋糕比容的影响见图3。
图3 不同复合多糖对戚风蛋糕比容的影响
Fig.3 Effect of different complex polysaccharides on specific volume of chiffon cake
不同小写字母表示存在显著性差异,P<0.05。
由图3可知,添加多糖的戚风蛋糕比容显著增加（P<0.05）,其中添加蔗糖+β-葡聚糖的蛋糕比容最大（3.5 mL/g）,而其余3 个处理组蛋糕比容间没有显著性差异（P>0.05）。比容作为评价糕点品质的一个重要指标,一般与糕点内部网络结构及持气能力关系密切[4]。比容大的蛋糕可以呈现出松软绵密的口感,这主要与面糊搅拌及烘焙过程中孔隙结构捕获并持留空气的能力有关。添加了多糖的蛋糕中可以形成多糖-低筋粉体系,此共混体系黏度较高,可以捕获空气并高效持留。此外,还有研究发现,高黏度多糖（如瓜尔胶、芸豆多糖）在高温下能够与糊化淀粉分子产生协同作用,进一步增强网络结构的稳定性[14]。而无糖蛋糕体系中主要依靠蛋白质形成网络结构,这种结构强度较弱,难以承载低筋粉的质量,从而在烘焙过程中出现结构“塌陷”并导致空腔破裂[15]。进一步结合持水性测定结果分析可知,添加了多糖的戚风蛋糕的比容与持水性保持着较为同步的变化趋势,这种现象意味着在戚风蛋糕中添加多糖（特别是β-葡聚糖）是改善其微观结构、持水持气能力、提升蛋糕感官品质的有效手段。
2.4 不同复合多糖对戚风蛋糕色度的影响
不同复合多糖对戚风蛋糕色度的影响见图4。
图4 不同复合多糖对戚风蛋糕色度的影响
Fig.4 Effect of different complex polysaccharides on coloration of chiffon cake
不同小写字母表示存在显著性差异,P<0.05。
由图4可知,仅添加蔗糖和添加了蔗糖+β-葡聚糖的戚风蛋糕的L*值显著低于其余3 种样品（P<0.05）。L*值一般代表样品表面的亮度,其值越接近100说明样品越白越亮。由于蔗糖和β-葡聚糖相较于其他两种多糖更容易发生美拉德反应,因此会产生较多的褐色物质使L*值降低[12]。但瓜尔胶和芸豆多糖可能会在一定程度上抑制上述反应,导致色泽较亮。同时,在高温烘焙过程中蛋白质变性和美拉德反应均会造成产品发红发黄,这种现象体现在处理组的a*值和b*值均显著高于无糖对照组（P<0.05）。a*值和b*值为正值时通常代表样品表面的红色和黄色,其值越大色度越深。从感官评价角度来看,戚风蛋糕表面适宜的深色物质可以增加消费者的接受程度,因此添加多糖后的戚风蛋糕的外观品质也得到一定改善。另一方面,在蛋糕产生深色物质的同时,美拉德反应还能增强其风味特征,这对于改善产品的风味品质至关重要。综上,β-葡聚糖可以作为一种潜在的蔗糖替代品,它具备的免疫增强功效、调节肠道稳态功效同样也是扩大其在食品工业中应用范围的显著优势。
2.5 不同复合多糖对戚风蛋糕气孔特性的影响
不同复合多糖对戚风蛋糕气孔特性的影响见图5。
图5 不同复合多糖对戚风蛋糕气孔特性的影响
Fig.5 Effect of different complex polysaccharides on stomatal characteristics of chiffon cake
不同小写字母表示存在显著性差异,P<0.05。
由图5可知,戚风蛋糕结构中的气孔直径与气孔数量呈现出相反的变化趋势,一般来说,在一定测定面积下气孔越多,单个气孔就越小。蛋糕内部的气孔特性是反映蛋糕组织结构、芯部纹理的重要指标,通过分析切面的气孔特性有助于直观判断产品优劣。添加β-葡聚糖和瓜尔胶的蛋糕切面气孔更多更密,这种现象与蛋清良好的起泡性和泡沫稳定性密不可分。在蛋清泡沫产生后,淀粉分子、脂类等物质在高温下熔融并相对均匀地分布在流体界面上,并随着烘焙进行不断膨胀、稳定[10],持水性和比容的测定结果也从侧面证实了这种解释。而只添加蔗糖和添加蔗糖+芸豆多糖的样品的气孔特性不及上述两者,这可能是因为在孔隙产生和膨胀过程中,相邻气孔侧壁发生歧化聚合并导致气孔破裂[16],此时单位面积上的气孔直径会增大,气孔数量会减少。综上,复合多糖可以显著改善戚风蛋糕切面气孔特性（P<0.05）,不同多糖产生的影响与蛋清泡沫特性和蛋糕持水持气能力的改变基本保持一致。
2.6 不同复合多糖对戚风蛋糕质构特性的影响
不同复合多糖对戚风蛋糕质构特性的影响见图6。
图6 不同复合多糖对戚风蛋糕质构特性的影响
Fig.6 Effect of different complex polysaccharides on textural properties of chiffon cake
不同小写字母表示存在显著性差异,P<0.05。
由图6可知,添加了芸豆多糖的蛋糕硬度最高,添加了β-葡聚糖的蛋糕硬度适中,而无糖蛋糕硬度最低。 蛋糕硬度主要受含水量、气孔数量、气孔直径等因素影响。结果表明,复合多糖可以显著增强蛋糕硬度,说明蛋糕的塑性被增强,有利于提升消费者接受度。在弹性方面,添加了β-葡聚糖的蛋糕弹性最高,说明组织结构的韧性最好,有助于提高适口性。这主要是因为,此时的蛋糕结构中气孔数量多且直径小。这样绵密的网状组织赋予了蛋糕最高的弹性。同时,添加了多糖的蛋糕的弹性显著高于无糖蛋糕（P<0.05）,表明合适的多糖在改善蛋糕风味的同时也改善其质构特性。
2.7 不同复合多糖对戚风蛋糕感官评分的影响
不同复合多糖对戚风蛋糕感官评分的影响见图7。
图7 不同复合多糖对戚风蛋糕感官评分的影响
Fig.7 Effect of different complex polysaccharides on sensory scores of chiffon cake
由图7可知,添加多糖的蛋糕的感官评分整体上优于无糖蛋糕,不同复合多糖对蛋糕感官特性的影响不尽相同。在色泽方面,仅添加蔗糖和添加了β-葡聚糖的蛋糕在视觉上更有优势,结合图4中的色度测定结果分析,美拉德反应在蛋糕表面产生的适度焦黄色赋予了蛋糕更好的视觉特征。在口感方面,同时添加蔗糖和β-葡聚糖使蛋糕得分最高,表明该两种多糖间的协同作用在改善蛋糕理化特性的同时提升了蛋糕的适口性,致密有序的网状结构使蛋糕具有绵密宜人的口感[17-18]。在风味和回味方面,添加芸豆多糖的蛋糕得分更高,这是因为芸豆多糖中富含阿拉伯果胶、β-葡聚糖和半乳糖醛酸结构,因此在高温烘焙过程中蛋糕内部可能产生更复杂的化学反应并生成大量小分子风味物质[6,19-20]。同时添加蔗糖和β-葡聚糖的戚风蛋糕的可接受度最高,添加了蔗糖和芸豆多糖的样品次之,这表明在戚风蛋糕制作过程中可以适当添加β-葡聚糖和芸豆多糖来改善蛋糕品质,同时新型多糖在生理健康方面发挥的功效也是扩大其应用范围的重要优势。
3 结论
通过分析添加不同天然复合多糖的戚风蛋糕的品质特征,探究天然复合多糖对蛋糕品质改善作用的差异特点及其机制。结果表明,天然多糖通过诱导蛋白质次级结构舒展并增强混合体系中分子间相互作用来提高蛋清起泡性和泡沫稳定性,这为戚风蛋糕内部结构改善提供了有利条件。在烘焙过程中,多糖和淀粉及蛋白质的共混体系可以较好地形成致密有序的三维网状结构,从而赋予蛋糕优异的持水、持气能力,其中,由β-葡聚糖适度替代部分蔗糖的蛋糕因较强的氢键相互作用表现出更好的改善效果。此外,复合多糖通过参与美拉德反应使蛋糕表面的红色和黄色加深,增强产品的感官品质。芸豆多糖具有更复杂的组成和结构,可以在烘焙过程中产生更多的小分子风味物质,使蛋糕风味特性得到提高。综上,不同复合多糖对戚风蛋糕品质的改善方式及效果不同,β-葡聚糖整体上是一种更有潜力的蔗糖替代品。本研究为理解不同来源天然多糖对戚风蛋糕品质的影响提供新思路,为戚风蛋糕生产工艺改进及品质控制提供参考。
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