李凡姝, 王 崇, 王 霞, 崔曉彤, 肖志剛,, 武英華, 李 雪

(1. 沈陽(yáng)師范大學(xué) 糧食學(xué)院, 沈陽(yáng) 110034; 2. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)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(shù)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(yáng)師范大學(xué) 糧食學(xué)院, 沈陽(yáng) 110034; 2. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院, 哈爾濱 150030)

試驗(yàn)以低筋面粉與改性淀粉為原料,采用雙螺桿擠壓技術(shù)制備家用微波爐快速膨脹蛋糕粉。改良了蛋糕粉經(jīng)微波熟化時(shí)的膨脹速度與程度,利用物理產(chǎn)氣原理來(lái)替代化學(xué)產(chǎn)氣原理,達(dá)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(lái)提高蛋糕在微波熟化的美拉德反應(yīng)程度。結(jié)果表明:各工藝因素對(duì)蛋糕美拉德反應(yīng)程度影響的顯著性為:蛋糕糊pH值>微波爐功率>加熱時(shí)間>水分含量。優(yōu)化后得到的最優(yōu)熟化工藝為:蛋糕糊pH=9,微波爐功率為750 W,加熱時(shí)間為3.5 min,蛋糕糊水分含量為20%;最優(yōu)擠壓參數(shù):機(jī)筒溫度為90 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速為200 rmp,最優(yōu)攪打時(shí)間為3 min。成品微波蛋糕品質(zhì)優(yōu)良,擁有一定的焙烤香氣與色澤,操作過(guò)程簡(jiǎn)單、方便,適用于家庭制作。

快速膨脹; 擠壓膨化; 美拉德反應(yīng); 微波熟化

0 引 言

蛋糕是一種常見(jiàn)的傳統(tǒng)食品,以其營(yíng)養(yǎng)豐富,食用方便而著稱。但其烤制工藝復(fù)雜,過(guò)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(shí)、便捷等優(yōu)點(diǎn),適用于家庭日常食用。微波蛋糕粉等產(chǎn)品已逐漸走入千家萬(wàn)戶,但由于微波加熱特點(diǎn),市售蛋糕粉美拉德反應(yīng)程度較低,缺少烘焙食品特有的顏色與氣味。本試驗(yàn)以低筋面粉與改性淀粉為主要原料,采用雙螺桿擠壓機(jī)加工,改良的蛋糕粉利用物理產(chǎn)氣原理來(lái)替代化學(xué)膨脹劑的使用(化學(xué)產(chǎn)氣原理),達(dá)到相同膨脹效果。使成品蛋糕粉既具備傳統(tǒng)烤制蛋糕的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與顏色風(fēng)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(duì)食品進(jìn)行改性的一種技術(shù)。食品經(jīng)高壓、高剪切力、高溫等作用,經(jīng)強(qiáng)烈的攪拌與混合后,隨之變?yōu)槿廴跔顟B(tài)。至模頭處高壓區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槿黧w態(tài),最后擠出模頭達(dá)到常溫常壓態(tài)。此過(guò)程物料中溶膠淀粉快速膨化,得到產(chǎn)品內(nèi)部爆裂,出現(xiàn)許多微孔,體積膨脹數(shù)倍,形成膨化產(chǎn)品[4-5]。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)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(xiāng)市新良糧油加工有限責(zé)任公司)、改性淀粉、鮮雞蛋、白砂糖、食用油(華潤(rùn)萬(wàn)家超市購(gòu)入)、奶粉(內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司)、單甘酯、L-賴氨酸、葡萄糖漿。

1.1.2 儀器與設(shè)備

DS56-Ⅲ型膨化食品擠壓機(jī)(濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司)、UV-9000型紫外分光光度計(jì)(上海元都有限公司)、HM-955電動(dòng)打蛋器(廣東東菱電器有點(diǎn)公司)、MM721NG1-PW微波爐(廣東美的微波電器制造有限公司)、質(zhì)構(gòu)分析儀(英國(guó) Stable Micro System公司)、400度電熱恒溫高溫鼓風(fēng)干燥箱烘箱(上海姚氏儀器設(shè)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(zhì)的測(cè)定

1) 攪打膨脹度的測(cè)定:準(zhǔn)確秤取20.000 g微波蛋糕粉,加16 g雞蛋糊,倒入量筒內(nèi)測(cè)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(nèi),測(cè)定其攪打后體積V2。膨脹度按式(1)計(jì)算。

膨脹度

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

比容

3) 膨脹力的測(cè)定:準(zhǔn)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(zhǔn)確量取樣品膨脹后的體積數(shù)值。膨脹力按式(3)計(jì)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(yōu)化

選取蛋糕糊pH、微波爐加熱功率、微波爐加熱時(shí)間這幾個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)。選取加熱時(shí)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(fù)各個(gè)水平因素3次,測(cè)定蛋糕在420 nm處吸光值[10]。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)正交優(yōu)化試驗(yàn),得微波蛋糕的最優(yōu)熟化條件參數(shù)。

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(píng)價(jià)

選擇10名不同年齡,不同性別,不同地區(qū)的人進(jìn)行《食品感官鑒評(píng)》課程培訓(xùn),然后對(duì)成品微波蛋糕進(jìn)行感官評(píng)定。各評(píng)委分別對(duì)蛋糕的外觀形狀、色澤、彈性韌性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、氣味和滋味5個(gè)方面進(jìn)行品評(píng)[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 蛋糕粉制作工藝優(yōu)化

2.1.1 面糊攪打時(shí)間對(duì)蛋糕比容的影響

由圖3可知,當(dāng)?shù)案夂龜嚧驎r(shí)間在1～3 min時(shí),隨著蛋糕糊攪打時(shí)間的上升,蛋糕的比容不斷提高。當(dāng)時(shí)間大于3 min時(shí),隨著攪打時(shí)間的上升,蛋糕的比容趨于下降。這是由于蛋液與面糊構(gòu)建的面筋體系需要一定時(shí)間的攪打才可完善,當(dāng)攪打時(shí)間升高時(shí),勁性不斷增強(qiáng),此時(shí)空氣不斷形成氣泡被包裹入蛋糕糊體系,最終形成穩(wěn)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(wěn)定,并具備一定的張力;此后隨著攪打時(shí)間繼續(xù)上升,蛋糕體積有緩慢下降趨勢(shì)。綜合蛋糕膨脹特性以及口感品質(zhì)與加工便捷性等條件下,選取攪打時(shí)間為3 min左右較為適宜。

2.1.2 機(jī)筒溫度對(duì)蛋糕比容的影響

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

圖3 蛋糕糊攪打時(shí)間與蛋糕比容關(guān)系圖Fig.3 Cake paste beat time and volume

圖4 機(jī)筒溫度與蛋糕比容關(guān)系圖Fig.4 Barrel temperature and cake volume

2.1.3 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)蛋糕比容的影響

如圖5所示,螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)原料的剪切作用及原料在機(jī)筒內(nèi)停留時(shí)間具有雙重影響。隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加,蛋糕比容也隨之增加,當(dāng)達(dá)到最大值(240 rpm)后,比容又開(kāi)始顯著地降低。當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)(低于120 rpm),面粉在擠壓機(jī)內(nèi)擠壓時(shí)間較長(zhǎng),擠出物料其糊化度比較高,會(huì)對(duì)產(chǎn)品的成型性造成極大影響,而當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)(高于280 rpm),由于物料停留時(shí)間過(guò)短,物料的糊化程度則較低,這導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性較差,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不緊密,此時(shí)蛋糕粉與雞蛋構(gòu)成的蛋糕糊網(wǎng)絡(luò)并不穩(wěn)定,且筋性小[13]。結(jié)合感官評(píng)定結(jié)果,選取螺桿轉(zhuǎn)速在200 rpm左右較為適宜。

2.2 微波熟化工藝優(yōu)化

以蛋糕糊pH、微波爐加熱功率、微波爐加熱時(shí)間、水分含量為因素,進(jìn)行單因素試驗(yàn),以蛋糕420 nm處吸光值作為判定美拉德反應(yīng)程度的依據(jù)。當(dāng)促褐變劑添加量在2%左右時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)微波反應(yīng)條件,尋找最適焙烤因素,從而加大蛋糕美拉德反應(yīng)進(jìn)行程度[14]。

2.2.1 蛋糕糊pH值對(duì)蛋糕美拉德反應(yīng)程度的影響

由圖6可知,蛋糕糊處于不同pH值條件下對(duì)其美拉德反應(yīng)程度有著巨大的影響。利用HCl與NaOH調(diào)節(jié)蛋糕糊酸堿度,測(cè)得成品蛋糕420 nm處吸光值隨著蛋糕糊pH變化的規(guī)律。發(fā)現(xiàn)蛋糕糊在pH=2～7時(shí)所產(chǎn)生的色素非常少,而在pH=9的堿性環(huán)境中色素產(chǎn)生量顯著上升。對(duì)于風(fēng)味化合物的產(chǎn)生量而言,pH值越高,所產(chǎn)生的風(fēng)味化合物越多,而隨著pH值的繼續(xù)增加,美拉德反程度有平緩下降趨勢(shì)。結(jié)合感官評(píng)定結(jié)果,選取pH值為9時(shí)較為適宜,此條件下最利于蛋糕中的還原糖與氨基酸進(jìn)行美拉德反應(yīng),形成最多量的黑褐色物質(zhì),使蛋糕具有最優(yōu)的烘焙顏色與氣味[15]。

圖5 螺桿轉(zhuǎn)速與蛋糕比容關(guān)系圖Fig. 5 screw rotation speed and cake volume

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

2.2.2 微波爐加熱火力對(duì)蛋糕美拉德反應(yīng)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?yàn)橥葪l件下,溫度的快速增加有利于還原糖與氨基酸的快速結(jié)合,更高的溫度與熟化條件有利于美拉德反應(yīng)的進(jìn)行,有利于生成風(fēng)味化合物,從而形成更多的黑褐色物質(zhì)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(jìn)行美拉德反應(yīng),形成最多量的黑褐色物質(zhì),使蛋糕具有最優(yōu)的烘焙顏色與氣味。

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

圖8 微波爐加熱時(shí)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(shí)間對(duì)蛋糕美拉德反應(yīng)程度的影響

由圖8所示,隨著加熱時(shí)間的增加,成品蛋糕在420 nm的吸光值也隨之增加。當(dāng)加熱時(shí)間大于3.5 min時(shí),隨著加熱時(shí)間的增加,微波蛋糕的美拉德反應(yīng)程度的增長(zhǎng)幅度較小且趨于平緩。這是因?yàn)榈案庵械倪€原糖與氨基酸大多已經(jīng)反應(yīng)完全,美拉德反應(yīng)進(jìn)行徹底。綜合蛋糕制作的快捷性與感官評(píng)價(jià)等因素,加熱時(shí)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(jìn)行美拉德反應(yīng),形成最多量的黑褐色物質(zhì),使蛋糕具有最優(yōu)的烘焙顏色與氣味[16]。

2.2.4 蛋糕糊水分含量對(duì)蛋糕美拉德反應(yīng)程度的影響

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

如圖9所示,在0～20%內(nèi),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(shí)吸光值達(dá)最大,然后隨水份含量增加而降低。因?yàn)槊览路磻?yīng)在進(jìn)行時(shí)需要一定的水分參與發(fā)現(xiàn)色素的形成,水分含量過(guò)低時(shí)美拉德反應(yīng)程度低是由于缺乏極性的水分子,體系無(wú)法吸收微波爐所產(chǎn)生的電磁波所致。而過(guò)高時(shí)美拉德反應(yīng)程度的下降是由于高水分所引起的稀釋效應(yīng)。由此結(jié)果可知,在微波爐加熱系統(tǒng)中,食物制品水分含量在15%左右是合適的,否則水份過(guò)高過(guò)低均會(huì)降低美拉德反應(yīng)的速度。此條件下最利于蛋糕中的還原糖與氨基酸進(jìn)行美拉德反應(yīng),形成最多量的黑褐色物質(zhì),使蛋糕具有最優(yōu)的烘焙顏色與氣味[14]。

2.3 正交優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果可知,以蛋糕的420 nm吸光值為指標(biāo)(美拉德反應(yīng)程度),分別選取微波加熱火力為低火、中火、高火。微波加熱時(shí)間3、3.5、4 min,水分含量10%、15%、20%。蛋糕糊pH=5、7、9進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)。正交優(yōu)化試驗(yàn)方案與結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Tab.1 Orthogonal experimental design

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析表
Tab.2 The orthogonal experiment results analysis

序號(hào)ABCD吸光值試驗(yàn)1-1-1-1-12.243試驗(yàn)2-10002.839試驗(yàn)3-11112.961試驗(yàn)40-1013.570試驗(yàn)5001-13.704試驗(yàn)601-103.803試驗(yàn)71-1103.975試驗(yàn)810-113.802試驗(yàn)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(yōu)水平A3B3C2D2

由表2可知,影響蛋糕美拉德反應(yīng)特性幾個(gè)因素中,影響微波蛋糕美拉德反應(yīng)特性的得分各因素大小次序?yàn)锳BCD,即蛋糕糊pH>微波加熱功率>微波加熱時(shí)間>蛋糕糊水分含量。其中蛋糕糊pH值對(duì)微波蛋糕美拉德反應(yīng)進(jìn)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(shí)間為3.5 min,蛋糕糊水分含量為20%。在此條件下測(cè)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(yīng)程度較高,且蛋糕口感良好且香氣濃郁。

3 結(jié)論與分析

由試驗(yàn)結(jié)果得出,擠壓法可以顯著的改變低筋粉的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。經(jīng)過(guò)擠壓的面粉其膨脹特性與填充特性大大提高。與未經(jīng)擠壓加工淀粉相比,其膨脹倍數(shù)、穩(wěn)定性均大大增強(qiáng)。試驗(yàn)研究表明當(dāng)擠壓機(jī)筒溫度為90 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速為200 rmp時(shí),淀粉改性效果最佳。

通過(guò)添加促褐變劑與改善微波加熱參數(shù)能大大提高微波蛋糕美拉德反應(yīng)程度,改善市售微波蛋糕表面上色不足,欠缺焙烤風(fēng)味等特性。最終優(yōu)化微波爐加工工藝參數(shù)為:蛋糊pH=9、微波爐火力高火、加熱時(shí)間3.5 min、蛋糊水分含量20%。此時(shí)微波蛋糕美拉德反應(yīng)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(guó)家星火計(jì)劃項(xiàng)目(2015GA650007); 遼寧“百千萬(wàn)人才工程”入選項(xiàng)目(2013921038)。

李凡姝(1991-),女,遼寧鐵嶺人,沈陽(yáng)師范大學(xué)碩士研究生; 通信作者: 肖志剛(1972-),男,黑龍江慶安人,沈陽(yáng)師范大學(xué)教授,博士,東北農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生導(dǎo)師。

1673-5862(2016)03-0305-06

TS2

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.03.011