不同比例乳清蛋白粉和蛋清粉对高蛋白蛋糕冻藏稳定性的影响

刘恺雯,于书蕾,尚珊,姜鹏飞,温成荣,祁立波 *

(大连工业大学 食品学院,海洋食品加工与安全控制全国重点实验室,国家海洋食品工程技术研究中心,辽宁 大连 116034)

摘 要: 为提高蛋糕的感官品质和冻藏稳定性,将乳清分离蛋白(whey protein isolate,WPI)和蛋清粉(egg white protein,EWP)按照质量比1∶0、4∶1、2∶1、1∶1 和1∶2 进行复配(其中1∶0 组为对照组),通过测定面糊的流变特性、面糊密度和微观结构、蛋糕的比容和质构特性以及冻藏0、15、30、45 d 和60 d 蛋糕的微观结构、老化焓值、淀粉结晶度和感官评价等指标,研究复配蛋白粉对无麸质高蛋白蛋糕面糊特性及冻藏期间品质变化的影响。结果表明,面糊的弹性模量(G′)、黏性模量(G″)和面糊密度与乳清分离蛋白添加量呈正相关,进而提高蛋糕的比容;随着冻藏时间的延长,添加高比例WPI 的冷冻蛋糕的淀粉结晶度和老化焓值较低;但高比例的WPI 会因蛋白聚集使蛋糕横截面产生大气孔,且硬度和咀嚼度较高,降低蛋糕的感官评分。WPI 与EWP 质量比为2∶1 时能改善蛋糕横截面大气孔的问题,延缓蛋糕硬度和咀嚼度的上升速率;此时冷冻蛋糕的蛋白质含量达18.87 g/100 g。结合蛋糕的感官特性和老化特性,WPI 与EWP 质量比为2∶1 时可以赋予冷冻蛋糕较好的冻藏稳定性。

关键词: 乳清分离蛋白(WPI);蛋清粉(EWP);冷冻蛋糕;冻藏稳定性;老化特性

麸质是在小麦、燕麦等谷物中广泛存在的复合性蛋白质,也是一种致敏性物质,主要成分是麦醇溶蛋白和麦谷蛋白[1]。过敏性体质如果食用麸质蛋白,会引发多种麸质不耐受症[2]。近年来,我国确诊该病症的人数呈指数上升趋势,该病症会破坏小肠黏膜,进而产生慢性小肠炎症,并伴随着腹泻、腹痛等不良症状[3],因此如何治疗麸质过敏正逐渐受到广泛关注,食用无麸质食品作为治疗该病症的有效方法也成为研究热点。目前已有研究人员利用不含麸质的农作物代替小麦、燕麦等作为原料生产无麸质食品,但普遍存在弹性、持气性、持水性差等问题[4]。研究人员发现对原料进行预处理,可以有效改善无麸质食品品质;还可以通过添加外源性物质,改善无麸质食品内部结构来提高产品综合评分。

乳清分离蛋白(whey protein isolate,WPI)主要由β-乳球蛋白、α-乳白蛋白和免疫球蛋白等组成[5]。因其起泡性、乳化性和胶凝性较好,所以常用来改善淀粉基食品的质地和风味等[6]。蛋清粉(egg white powder,EWP)作为新鲜鸡蛋清的替代品,延续了其优良的功能特性,包括高凝胶性、乳化性、保水性等[7]。冷冻面团技术的出现和迅速发展,减少了因产品劣变导致的大量损失,有效提高了产品的便捷性。但冻藏过程中产品内部大冰晶的形成会引起烘焙产品品质劣化[8]。目前关于冷冻无麸质蛋糕的品质研究几乎未见报道。本研究以WPI 组作为对照组,以加入不同复配质量比(4∶1、2∶1、1∶1、1∶2)的WPI 和EWP 组作为试验组。以面糊流变特性、面糊密度和微观结构、冷冻期间蛋糕感官评价、微观结构、老化焓值、质构特性和淀粉结晶度等为指标,研究不同复配质量比的WPI 和EWP 对无麸质蛋糕面糊特性、蛋糕在冻藏期间稳定性和感官特性的影响,以期为研究蛋白粉在改善无麸质蛋糕品质特性、冻藏稳定性等方面提供理论依据,同时也为改善无麸质冷冻蛋糕品质方面的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鸡蛋:大连韩伟养鸡有限公司;糯性大米粉:朝阳泰然科技食品有限公司;泡打粉:安琪酵母股份有限公司;白砂糖:江西巧嫂食品有限公司;牛奶:内蒙古蒙牛乳业股份有限公司;乳清分离蛋白:陕西哈佛生物科技有限公司;蛋清粉:江苏鑫瑞生物科技有限公司。

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:上海TA 仪器有限责任公司;TA. XT. Plus 质构仪:英国SMS 公司;Coolsafe 110-4冷冻干燥机:丹麦Labogene 公司;Frontier 傅立叶变换红外光谱仪:日本铂金埃尔默仪器有限公司;JSM-7800F 热场发射扫描电镜:日本电子株式会社;7000 S X 射线衍射仪:日本岛津公司。

1.2 试验方法

1.2.1 无麸质蛋糕制作

无麸质面粉总质量为100 g(其中糯米粉为55 g;其余为WPI 和EWP,质量比分别为1∶0、4∶1、2∶1、1∶1和1∶2)、鸡蛋液120 g、白砂糖45 g、牛奶20 g、泡打粉3 g。将鸡蛋液和白砂糖混合搅拌6 min,加入牛奶低速搅拌2 min;糯米粉、乳清分离蛋白和蛋清粉过筛后分次加入,并将其翻拌均匀并振荡消泡,直至表面平整;将面糊转移到蛋糕托中,放入烤箱烘烤,温度150 ℃,时间40 min。

1.2.2 面糊流变特性的测定

参考Chompoorat 等[9]的方法并略作修改,平板直径为40 mm,夹缝距离为1 mm;剪切速率在0.1~100 s-1 时,扫描频率为0.1~10.0 Hz,形变量为0.06%,测定其弹性模量G′(Pa)、黏性模量G″(Pa)和表观黏度(Pa·s)。

1.2.3 面糊密度的测定

面糊密度测定参考Jongsutjarittam 等[10]的方法。采用简化方法测定:取空容器质量记作M0(g),将面糊装满容器总质量记作M1(g),同样质量的容器装满清水质量记作M2(g),按照公式(1)计算面糊密度(ρ,g/cm3)。

式中:ρ 为水的密度,1 g/cm3

1.2.4 面糊微观结构的测定

参考Sahagún 等[11]的方法,将载玻片上的面糊刮抹平整,盖上盖玻片放于显微镜载物台上。物镜倍数为10 倍,适当调节焦距、亮度及位置,观察面糊的微观结构并将其拍照记录。

1.2.5 蛋糕比容的测定蛋糕比容测定参考Wang 等[12]的方法。采用菜籽测量法测定体积,称质量并按照公式(2)计算比容。

式中:P 为蛋糕比容,mL/g;V 为蛋糕体积,mL;m为蛋糕质量,g。

1.2.6 无麸质蛋糕质构特性的测定

蛋糕质构特性的测定参考Wang 等[12]的方法并略作修改。取蛋糕芯进行质构分析测定。模式为质地剖面分析(texture profile analysis,TPA)模式,探头型号为P50;测前、测中、测后速度分别为3、1、5 mm/s;触发力为10 g;应变为30%。

1.2.7 冻藏期间蛋糕感官评分的测定

参考Sahagún 等[11]的方法并略作修改,从形态、弹柔性、气味、口感、内部结构和总体接受度6 个方面进行打分,评分细则及评分标准参考GB/T 24303—2009《粮油检验 小麦粉蛋糕烘焙品质试验 海绵蛋糕法》,具体标准见表1。

表1 蛋糕感官评价标准
Table 1 Sensory evaluation criteria of cakes

评价项目形态(15)弹柔性(15)气味(15)口感(20)内部结构(15)总体接受度(20)评价标准底部无塌陷、上部有较大弧度、表面光滑无斑点底部塌陷、上部有一定弧度、略有白粉或斑点底部塌陷严重、上部弧度较小,表面不光洁柔软有弹性,按下去较快复原柔软弹性一般,按下去缓慢复原柔软性、弹性差,按下去较难复原有浓郁的蛋糕香气蛋糕的香味较淡无蛋糕香味或有异味蛋糕口感松软、细腻香甜、不粘牙蛋糕口感适口性一般、稍粘牙蛋糕适口性较差、松散、粘牙气孔均匀呈细密蜂窝状、光滑细腻气孔偏大、较均匀、稍粗糙有明显大气孔且分布不均匀,切片断裂掉渣有较好的接受度接受度一般不能接受评分10~15 6~<10 0~<6 10~15 6~<10 0~<6 10~15 6~<10 0~<6 13~20 7~<13 0~<7 10~15 6~<10 0~<6 13~20 7~<13 0~<7

1.2.8 冻藏期间蛋糕微观结构的测定

蛋糕微观结构的测定参考Goranova 等[13]的方法并略作修改,待蛋糕冷却后,切片取中间部分,将其冷冻干燥后放于干燥皿中。将样品离子溅射喷金,使用扫描电镜进行观察测定,放大倍数为2 000 倍。

1.2.9 冻藏期间蛋糕硬度和咀嚼度的测定

按照1.2.6 方法测定冻藏0、15、30、45、60 d 后的蛋糕芯硬度和咀嚼度的变化。

1.2.10 冻藏期间蛋糕老化焓值的测定

蛋糕老化焓值的测定参考Hesso 等[14]的方法并略作修改,采用差示扫描量热仪(differential scanning calorimeter,DSC)分析测定,将蛋糕在-18 ℃条件下分别冻藏0、15、30、45、60 d 后,取蛋糕中心部分约10 mg于DSC 专用铝制耐高压坩埚中,以空坩埚为对照组,升温范围为25~110 ℃,升温速率为5 ℃/min。

1.2.11 冻藏期间淀粉结晶度的测定

淀粉结晶度的测定参考张仲柏[15]的方法。通过X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)测定冻藏60 d 后淀粉的结晶度。测试条件:衍射角(2θ)扫描范围为10°~40°,扫描速度为4°/min,分析测定蛋糕样品中淀粉的结晶度。

1.3 数据处理及统计分析

所有试验设计3 组平行,数据为平均值±标准差,采用SPSS 22.0 软件进行显著性分析(P<0.05 表示数据具有显著性差异),采用Origin 2021 软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同复配质量比蛋白粉对面糊流变特性的影响

无麸质蛋糕面糊的弹性模量和黏性模量变化如图1 所示。

图1 不同比例蛋白粉对面糊流变特性的影响
Fig.1 Effect of different proportions of protein powder on rheological properties of batter

A. 弹性模量;B. 黏性模量;C. 表观黏度。比例为WPI 与EWP 质量比。

弹性模量代表面糊的弹性性能;黏性模量表示面糊的黏性与流动性。由图1A 和图1B 可知,不同组别弹性模量和黏性模量都随频率的增大而增大,而且在相同频率下G′高于G",说明蛋糕面糊的弹性大于黏性,表现出典型的弱凝胶动态流变特性。对照组面糊的弹性和黏性模量最高,高于不同质量比的WPI 和EWP 复配组。可能是因为加入WPI 后,面糊的持水力最大,从而提高了面糊黏弹性。由图1C 可知,所有组别样品都显示同一趋势,即面糊黏度逐渐降低。在低剪切速率时,体系中的大分子与气泡缠绕,体系黏度高;高剪切速率时,作用力使分子链和气泡沿受力方向改变轨迹,缠绕现象减弱,黏度下降[16]

2.2 不同比例复配蛋白粉对面糊密度和微观结构的影响

图2 和图3 为不同复配质量比蛋白粉对面糊密度及面糊气泡微观结构的影响。

图2 不同复配质量比蛋白粉对面糊密度的影响
Fig.2 Effect of different mass ratio of protein powder on batter density

不同字母表示差异显著(P<0.05)。

图3 不同复配WPI 与EWP 质量比蛋白粉对面糊微观结构的影响
Fig.3 Effect of different WPI/EWP mass ratio of protein powder on the microstructure of batter

面糊密度反映面糊在搅打过程中产生气泡的多少以及维持气泡的能力,主要受蛋白质起泡作用的影响[17];面糊微观结构更能直观地看出面糊中气泡的数量以及分布是否均匀。由图2 可知,面糊密度值随着WPI 添加量的减少逐渐增加,依次为0.55、0.56、0.56、0.58、0.75 g/cm3。可能是因为WPI 本身具有的优良起泡性使得充入面糊的空气量上升,导致其面糊密度减小[18]。WPI 与EWP 复配后,面糊密度增加,一方面可能是因为此时的复配面糊黏度减小,面糊体系黏度与气泡稳定性成正比;另一方面可能是因为WPI 在面糊体系中起到的起泡作用优于EWP。由图3 可知,对照组气泡分布更均匀,数量多且直径小,无大气泡出现。但随着EWP 的添加,出现了气泡数量减少且具有大气泡、气泡分布不均匀等现象。说明WPI 组有更稳定的气泡结构,即WPI 可以起到稳定面糊的作用,与面糊密度结果一致。

2.3 不同复配质量比蛋白粉对蛋糕比容的影响

蛋糕比容体现了蛋糕膨胀能力和持气能力,很大程度上影响蛋糕的质构特性,比容大表明蛋糕的膨胀程度好[19-20]。不同复配质量比蛋白粉组别的比容变化如图4 所示。

图4 不同复配质量比蛋白粉对蛋糕比容的影响
Fig.4 Effect of different mass ratio of protein powder on cake specific volume

不同字母表示差异显著(P<0.05)。

由图4 可知,随着EWP 添加量的增加,蛋糕比容呈现逐渐下降的趋势,比容值大小依次为4.39、4.10、3.21、3.05 mL/g 和2.64 mL/g。一方面可能是因为WPI在加热过程中,会形成蛋白质网络结构,在蛋糕体系起支撑作用;另一方面是WPI 有稳定气泡的作用,在气泡外部形成了一种气泡膜并包裹在气泡外围,对气泡起到保护作用,能够使面糊在烘烤过程中膨胀得更大,与上述面糊密度和面糊气泡微观结构变化趋势一致。

2.4 不同复配质量比蛋白粉对蛋糕质构特性的影响

表2 为不同复配质量比蛋白粉对蛋糕质构特性的影响。

表2 不同复配质量比蛋白粉对蛋糕质构特性的影响
Table 2 Effect of different mass ratio of protein powder on cake texture characteristics

注:同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

WPI 与EWP 质量比1∶0(对照)4∶1 2∶1 1∶1 1∶2质构特性硬度/g 816.36±94.42a 577.51±22.73b 456.30±17.96c 579.47±6.56b 732.49±80.75a弹性0.98±0.02c 1.02±0.02b 1.24±0.02a 1.01±0.02bc 1.00±0.02bc黏聚性0.81±0.01b 0.82±0.01b 0.85±0.02a 0.86±0.01a 0.86±0.01a胶着度660.22±72.62a 475.63±15.70bc 388.49±15.60c 495.95±12.50b 630.90±80.13a咀嚼度647.36±71.51a 486.12±6.61b 385.68±42.62c 501.82±19.77b 628.28±70.43a回复性0.40±0.01b 0.42±0.00b 0.45±0.02a 0.46±0.01a 0.47±0.02a

研究表明,硬度、胶着度和咀嚼性与蛋糕品质呈负相关,数值越大代表蛋糕越坚硬、口感越差;弹性和回复性通常与蛋糕品质呈正相关,弹性越大代表蛋糕越蓬松、口感越柔软。由表2 可知,对照组硬度最高,可能是因为β-乳球蛋白常温状态以自然二聚物的形式存在,当温度超过某个数值时,球状折叠结构伸展,内部巯基(—SH)暴露,在二硫键(S—S)的作用下分子重新折叠,形成热变性聚集物[21]。在设定质量比范围内,随着EWP 添加量的增加,蛋糕的硬度、胶着度和咀嚼度呈现先降低后升高的趋势,WPI 与EWP 质量比为2∶1 时蛋糕硬度、胶着度和咀嚼度值最小,分别为456.30 g、388.49 和385.68。WPI 具有较高的溶解度,在加热过程中与糖竞争水分,使糖溶解的有效水降低,糖在受热时会产生结晶现象,所以硬度增加[11,22]。有研究显示体积较小的蛋糕密度往往更大,气泡更加致密,因此蛋糕也更坚硬[23]。由于WPI 与EWP 质量比为1∶1 和1∶2 时,两组别比容较小,所以也导致其硬度增加。随着WPI 添加量的降低,蛋糕的弹性先升高后降低,2∶1 组弹性最大,为1.24,回复性显著提高。综上,加入不同质量比的WPI 与EWP 复配粉后会改善无麸质蛋糕的质构特性,使蛋糕硬度降低,弹性和回复性增加。

2.5 不同复配质量比蛋白粉对蛋糕冷冻期间蛋糕感官品质的影响

图5 为蛋糕在冻藏期间感官品质的变化。

图5 不同复配WPI 与EWP 质量比蛋白粉对冷冻期间蛋糕感官评价的影响
Fig.5 Effect of different WPI/EWP mass ratio of protein powder on sensory evaluation of cake during frozen storage

A. 未冻藏;B. 冻藏60 d。

由图5 可知,经过高温烘焙,WPI 和EWP 的滋味能够被消费者所接受。蛋糕在未冻藏且WPI 与EWP质量比为2∶1 时,其在形态、弹柔性、内部结构、气味、口感和总体接受度6 个方面分值均明显高于其他组。WPI 具有起泡性,使蛋糕的比容变得更大,外观形态更好。根据蛋糕质构特性可知,加入一定比例EWP 后,可以提高蛋糕柔软度,WPI 与EWP 质量比为2∶1 时蛋糕的硬度最小,弹性最大。在冻藏60 d 后,不同组别的蛋糕均发生了不同程度的劣变,其感官品质也有所下降。在冻藏后硬度上升,这主要表现在蛋糕感官评分中的口感方面,但WPI 与EWP 质量比为2∶1 时感官评价仍最佳。

图6 为蛋糕的横切面。

图6 不同复配WPI 与EWP 质量比蛋白粉对蛋糕横切面的影响
Fig.6 Effect of different WPI/EWP mass ratio of protein powder on cross-section of cakes

由图6 可知,对照组和WPI 与EWP 质量比为4∶1时蛋糕存在大气孔现象,加入不同比例EWP 复配后,WPI 与EWP 质量比为2∶1、1∶1 和1∶2 时无大气孔现象,说明加入EWP 后可改善大气孔现象。

2.6 不同复配质量比蛋白粉对蛋糕冷冻期间蛋糕老化焓值的影响

淀粉的回生作用对于蛋糕的老化起着至关重要的作用。在储存过程中,淀粉的糊化导致其分子重新排列,形成晶体结构,最终导致蛋糕老化。Ban 等[24]认为冻藏处理会显著提高淀粉的结晶程度,从而增加了淀粉熔融所需要的热量。冻藏期间蛋糕老化焓值的变化见表3。

表3 不同比例蛋白粉对冷冻期间蛋糕老化焓值的影响
Table 3 Effect of different mass ratio of protein powder on the retrogradation enthalpy of cakes during frozen storage J/g

注:不同大写字母表示同一组别在不同冻藏时间下差异显著(P<0.05);不同小写字母表示相同冻藏时间下不同组别差异显著(P<0.05)。

WPI 与EWP质量比对照4∶1 2∶1 1∶1 1∶2冻藏0 d 0.22±0.05Ca 0.24±0.01Ca 0.25±0.04Ca 0.26±0.04Da 0.26±0.03Ca冻藏15 d 0.39±0.05Bb 0.41±0.01Bb 0.48±0.03Bab 0.48±0.01Cab 0.54±0.09Ba冻藏30 d 0.47±0.09ABb 0.48±0.01Bb 0.50±0.01Bab 0.54±0.00BCab 0.58±0.01Ba冻藏45 d 0.50±0.02Ac 0.49±0.08Bbc 0.51±0.02Babc 0.58±0.05ABab 0.59±0.02Ba冻藏60 d 0.55±0.05Ac 0.58±0.05Ab 0.60±0.05Aab 0.61±0.05Aab 0.66±010Aa

由表3 可知,随着冻藏时间的延长,各组蛋糕的老化焓值均有不同程度的提高,在冻藏60 d 后,对照组、WPI 与EWP 质量比4∶1、2∶1、1∶1、1∶2 组蛋糕的老化焓值分别增加至0.55、0.58、0.60、0.61 J/g 和0.66 J/g。WPI 包含疏水基团和亲水基团,且亲水基团分布在分子外侧,具有良好的乳化性,可以阻碍淀粉分子间氢键的相互作用,降低其结晶速度和成核速率,从而达到延缓蛋糕老化的目的。

2.7 贮藏期间蛋糕硬度和咀嚼度的变化

蛋糕硬度和咀嚼度随冻藏时间的变化如图7 所示。

图7 不同复配WPI 与EWP 质量比蛋白粉对冷冻期间蛋糕硬度和咀嚼度的影响
Fig.7 Effect of different WPI/EWP mass ratioof protein powder on the hardness and chewiness of cakes during frozen storage

不同大写字母表示同一组别在不同冻藏时间下差异显著(P<0.05);不同小写字母表示相同冻藏时间下不同组别差异显著(P<0.05)。

由图7 可知,蛋糕的硬度和咀嚼度均随着冻藏时间的延长而逐渐提高。冻藏0 d 时,WPI 与EWP 质量比为2∶1 时蛋糕硬度和咀嚼度最小,为456.30 g 和385.68。在冻藏60 d 后,所有组别的蛋糕硬度值和咀嚼度都明显增大,硬度值分别增加至988.98、709.70、650.47、883.17 g 和1 124.24 g;与未冻藏条件下的样品相比,硬度分别增加了21.15%、22.89%、42.55%、52.41%和53.48%。咀嚼度分别增加至851.87、743.01、599.69、730.07 和934.94;与未冻藏相比,咀嚼度分别增加了31.59%、52.85%、55.49%、45.50% 和48.81%。这可能是由于在冻藏期间,蛋糕中的淀粉发生回生现象,且在冻藏后,一部分游离水流失,部分自由水转化为束缚水,参与淀粉的再结晶,导致蛋糕芯变得干硬,进而导致蛋糕硬度和咀嚼度增加[25]。贾春利等[26]研究羧甲基纤维素对冷冻蛋糕在冻藏期间硬度的变化,指出随着冻藏时间的延长,蛋糕硬度值增加,与本研究结果类似。总之,冻藏前后WPI 与EWP 质量比2∶1 组的硬度值和咀嚼度均最小,说明加入一定比例的EWP 后可降低蛋糕的硬度和咀嚼度。

2.8 贮藏期间蛋糕淀粉结晶度的分析

淀粉老化导致蛋糕芯部分产生水分散失、质地变硬、容易掉渣等现象。通过X 射线衍射仪进一步测定了不同质量比的WPI 和 EWP 复配粉在冷冻储藏期间对蛋糕淀粉回生的影响,结果如表4 所示。

由表4 可知,对照组淀粉相对结晶度小于其它组别。冻藏0 d 时,对照组、WPI 与EWP 质量比4∶1、2∶1、1∶1 和1∶2 组相对结晶度分别为11.05%、12.84%、13.40%、13.84%和15.29%。冻藏60 d 后,相对结晶度分别增加22.54%、23.48%、24.92%、26.29%和28.28%。结果表明,冷冻储藏促进了淀粉的回生,导致相对结晶度不断增加,最终导致蛋糕贮藏品质的劣化。加入WPI 后,因为其自身特性,可以有效改善蛋糕老化的现象,与冻藏后的老化焓值和硬度变化速率结果一致。

表4 不同复配质量比蛋白粉对冷冻期间淀粉相对结晶度的影响
Table 4 Effect of different mass ratio of protein powder on the relative crystallinity of starch during frozen storage%

注:不同大写字母表示同一组别在不同冻藏时间下差异显著(P<0.05);不同小写字母表示相同冻藏时间下不同组别差异显著(P<0.05)。

WPI 与EWP质量比对照4∶1 2∶1 1∶1 1∶2冻藏0 d 11.05±2.30Cb 12.84±1.02Cab 13.40±1.28Cab 13.84±0.56Da 15.29±0.53Ca冻藏15 d 11.78±1.41Cb 13.12±2.15Cab 14.32±0.64Cab 15.44±0.34Ca 15.81±1.93Ca冻藏30 d 15.67±2.74Bd 18.34±2.22Bcd 21.26±1.20Bbc 23.43±0.88Bab 25.37±0.73Ba冻藏45 d 19.87±0.72Ac 22.63±1.20Ab 23.05±1.31ABb 25.32±0.50Aa 26.36±1.66ABa冻藏60 d 22.54±2.16Ac 23.48±1.90Abc 24.92±1.47Aabc 26.29±1.53Aab 28.28±1.75Aa

2.9 不同复配质量比蛋白粉对蛋糕冷冻期间微观结构的影响

冻藏期间冰晶的形成及生长会破坏蛋糕结构,导致蛋糕的保水性降低,严重影响最终成品蛋糕的品质。不同复配质量比蛋白粉对冷冻期间蛋糕微观结构的影响如图8 所示。

图8 不同复配WPI 与EWP 质量比蛋白粉对冷冻期间蛋糕微观结构的影响
Fig.8 Effect of different WPI/EWP mass ratio of protein powder on the microstructure of cake during frozen storage

A、B 分别为冻藏0 d 和冻藏60 d,放大倍数为2 000 倍。

由图8A 可知,淀粉颗粒包裹在蛋白质网络结构中,仅有少量外露,并未出现明显的淀粉颗粒结构,说明在加工过程中淀粉颗粒充分吸水膨胀。由图8B 可知,贮藏60 d 后的冷冻蛋糕的淀粉在一定程度上出现肿胀变形的现象,外露出更多的淀粉颗粒,网络结构变得不连续且不均匀,说明在贮藏期间蛋糕失水,内部结构被破坏。而对照组样品冻藏后的内部微观组分仍较为聚集,添加了WPI 的蛋糕体系具有较高的黏度,对水分也有更强的束缚力和保持力,各组分紧密聚集,体系呈现出更强的吸水性。

2.10 基本营养成分分析

依照GB 24154—2015《食品安全国家标准 运动营养食品通则(含第1 号修改单)》,补充蛋白类(固态)要求蛋白质含量不少于15 g/100 g,脂肪含量不超过15 g/100 g;控制能量类部分代餐要求蛋白质提供的能量占产品总能量的比例为25%~50%,脂肪提供的能量占产品总能量的比例不超过25%;微生物指标中规定沙门氏菌不得检出,金黄色葡萄球菌不得超过10 CFU/g。

选取WPI 与EWP 质量比2∶1 组进行基本营养成分分析,最终改良的添加蛋白类无麸质蛋糕蛋白含量为18.87 g/100 g,脂肪含量为4.47 g/100 g,碳水化合物为41.65 g/100 g,能量为1 194.24 kJ/100 g。蛋白质提供的能量占产品总能量的比例为26.86%,脂肪提供的能量占产品总能量的比例为13.85%。本试验改良的高蛋白蛋糕符合GB 24154—2015《食品安全国家标准运动营养食品通则(含第1 号修改单)》补充蛋白类要求且符合部分代餐要求。经过检测,冻藏60 d 后的样品微生物指标均在相关国家标准限度范围内。

3 结论

本试验探究了不同复配比例的乳清分离蛋白和蛋清粉对无麸质高蛋白蛋糕品质及其冻藏稳定性的影响。结果表明:面糊的弹性模量(G′)、黏性模量(G″)和面糊密度与WPI 添加量呈正相关,进而增大了蛋糕比容;但过高比例的WPI 会给蛋糕感官品质带来不利影响。加入一定比例的EWP 会改善蛋糕横截面产生大气孔的现象并降低蛋糕硬度,WPI 与EWP 质量比为2∶1 时硬度值最小。综合蛋糕感官评分和老化特性,可以得出复配蛋白WPI 与EWP 的最佳质量比为2∶1,可以赋予无麸质冷冻蛋糕更好的冻藏稳定性和感官品质。通过在蛋糕中添加不同比例蛋白粉研制无麸质高蛋白糯米粉蛋糕,不仅满足了消费者对食品营养的需求,而且能进一步开拓蛋白粉和无麸质糯米粉蛋糕的消费市场,研发出更高品质的蛋糕,为烘焙食品的工业化开辟新的方向。

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Effect of Different Ratios of Whey Protein Isolate and Egg White Protein on Stability of High-Protein Cake during Frozen Storage

LIU Kaiwen,YU Shulei,SHANG Shan,JIANG Pengfei,WEN Chengrong,QI Libo *
(School of Food Science and Technology,SKL of Marine Food Processing & Safety Control,National Engineering Research Center of Seafood,Dalian Polytechnic University,Dalian 116034,Liaoning,China)

Abstract: To improve the sensory quality and the stability of the cake during frozen storage,whey protein isolate (WPI) and egg white powder (EWP) were mixed in the ratios of 1∶0,4∶1,2∶1,1∶1,and 1∶2 (with 1∶0 as the control group). This study measured the rheological mass properties,batter density,batter microstructure,specific volume and texture properties of cakes,as well as the microstructure,retrogradation enthalpy,starch crystallinity,and sensory evaluation of cakes during 0,15,30,45 d,and 60 d of frozen storage. The effect of composite protein powder on the batter properties and quality changes of gluten free high protein cake during frozen storage were investigated. The results indicated that the elastic modulus (G′),viscous modulus (G″) and batter density of batter were positively correlated with the addition of WPI,which increased the specific volume of cake. A high ratio of WPI contributed to lowered retrogradation enthalpy and starch crystallinity during frozen storage but generated cakes with large holes due to protein aggregation as well as increased hardness and chewiness. Consequently,the sensory evaluation decreased. The mass ratio 2∶1 of WPI and EWP could effectively alleviate the formation of large holes and the increase of cake hardness and chewiness,with protein content reaching 18.87 g/100 g. In light of the sensory characteristics and retrogradation characteristics of the cake,the mass ratio 2∶1 of WPI and EWP could contribute to higher quality stability of cake during frozen storage.

Key words: whey protein isolate(WPI);egg white powder(EWP);frozen cake;stability of frozen storage;retrogradation characteristics

DOI: 10.12161/j.issn.1005-6521.2025.02.001

基金项目: 国家重点研发计划重点专项(2022YFF1100503-4)

作者简介: 刘恺雯(2000—),女(汉),硕士研究生,研究方向:农(水)产品精深加工。

*通信作者: 祁立波(1974—),女(汉),硕士研究生,研究方向:农(水)产品精深加工。

引文格式:

刘恺雯,于书蕾,尚珊,等. 不同比例乳清蛋白粉和蛋清粉对高蛋白蛋糕冻藏稳定性的影响[J]. 食品研究与开发,2025,46(2):1-8.

LIU Kaiwen,YU Shulei,SHANG Shan,et al. Effect of Different Ratios of Whey Protein Isolate and Egg White Protein on Stability of High-Protein Cake during Frozen Storage[J]. Food Research and Development,2025,46(2):1-8.

加工编辑:张岩蔚

收稿日期:2024-06-26