洪玉珠，張佳樂，張龍鑫，周 彬，胡 冰，褚 上,*

（1.湖北工業(yè)大學生物工程與食品學院，湖北武漢 430068；2.大連民族大學生命科學學院，遼寧大連 116600）

隨著居民消費水平的提高，人們對烘焙食品的接受程度不斷上升。紙杯蛋糕是傳統(tǒng)蛋糕的一種便攜式、分量控制的產(chǎn)品形式，由于其分量減少，更易受到消費者的青睞。然而，典型的高血糖反應(yīng)和低纖維水平限制了紙杯蛋糕的發(fā)展。同時，消費者對消化速率緩慢、營養(yǎng)全面的甜品需求不斷增長，這給消化速度快，營養(yǎng)單一的產(chǎn)品帶來了挑戰(zhàn)。

紙杯蛋糕以小麥粉為主要原料，小麥粉中的普通淀粉含量高達75%，且多為易消化淀粉，容易引起強烈的血糖反應(yīng)和胰島素抵抗。目前主要通過添加食品組分來降低淀粉的消化率。高直鏈淀粉中慢消化淀粉含量高，高溫處理后抗性成分損失少，且適口性好，在食品中被普遍應(yīng)用。有研究使用高直鏈淀粉小麥粉代替普通小麥粉來增加面包中的抗性淀粉（resistant starch，RS）含量[1-2]。然而，加入高直鏈淀粉后，理化特性的變化在很大程度上取決于替代水平。例如，添加20%的高直鏈淀粉小麥粉制備的面包比體積、面包屑孔隙率和質(zhì)地均有明顯改善。然而當替代率達到30%時，這些指標會變差[3-4]。當用100%高直鏈淀粉大麥粉或50%中直鏈淀粉小麥粉替代配方制備面包時，也發(fā)現(xiàn)面包的體積變小，硬度增加[5]。

同時，蔗糖升糖指數(shù)高，且在傳統(tǒng)的紙杯蛋糕配方中使用量較大，不適合糖尿病人和肥胖癥人群食用[6-7]。零卡糖是一種天然甜味劑，甜度為蔗糖的60%～80%，具有甜味純正、不會引起血糖波動等特點[8]，代替蔗糖添加到食品中，能夠降低產(chǎn)品的總糖含量及熱量。

玉米是淀粉生產(chǎn)的主要來源，玉米淀粉（corn starch，CS）是食品、醫(yī)藥、化工領(lǐng)域的重要原料。卵白蛋白（ovalbumin，OVA）是蛋清中含量最豐富的蛋白質(zhì)，含有所有的必需氨基酸，是食品加工中一種良好的功能性成分。玉米淀粉-卵白蛋白復合物（corn starch-ovalbumin complex，CSOVA）不僅能降低快速消化淀粉含量，還能改善加工特性和品質(zhì)特征，強化營養(yǎng)。目前，淀粉-蛋白質(zhì)復合物的研究主要集中在制備方法改善和理化性質(zhì)研究，而很少應(yīng)用于食品體系中。

本研究用玉米淀粉-卵白蛋白復合物（CSOVA）部分或全部替代小麥粉，同時用零卡糖代替蔗糖，評價CSOVA 替代量對蛋糕糊的流變學行為和紙杯蛋糕品質(zhì)和消化速率的影響。將CSOVA 作為一種添加劑，改變面糊的粘彈性和紙杯蛋糕的質(zhì)地，以期為淀粉-蛋白質(zhì)復合物在食品加工體系的應(yīng)用提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

正常玉米淀粉（CS）山東福洋生物科技有限公司；卵白蛋白（OVA）江蘇鑫瑞生物科技有限公司；零卡糖、雞蛋、玉米油、牛奶、泡打粉 市售；乙酸鈉、冰醋酸、無水乙醇 分析純，國藥集團化學試劑有限公司；胰酶（酶活200 U/mg）美國Sigma 公司；淀粉葡糖苷酶（酶活100000 U/mL）上海麥克林生化科技有限公司；葡萄糖試劑盒 上海榮盛生物科技有限公司。

GZX-9070MBE 電熱鼓風干燥箱 上海博訊實業(yè)有限公司；MG38CB 電烤箱 廣東美的廚房電器有限公司；MCR92 安東帕流變儀 奧地利安東帕有限公司；Color Flex EZ 色差儀 美國Hunter Lab 顏色管理公司；TU-1900 型雙光束紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 玉米淀粉-卵白蛋白復合物的制備 參考Chen等[9]的方法，并做適當修改。在密封容器中稱量CS，根據(jù)CS 原始水分含量加入去離子水，調(diào)節(jié)水分含量至20%。在25 ℃平衡24 h 后，加入OVA（15%，基于淀粉干重）并混合均勻。將混合物置于稱量瓶中，用鋁箔覆蓋，并在110 ℃的熱風干燥箱中加熱18 h。冷卻至室溫后，在50 ℃下干燥12 h，常溫球磨篩分過100 目篩，在4 ℃下儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 蛋糕的制作工藝 蛋糕基本配方：小麥粉10 g、零卡糖7 g、蛋黃10 g、蛋清20 g、牛奶6 g、玉米油4 g、泡打粉0.2 g、白醋0.5 g。工藝流程為：原料預處理（蛋清蛋白分離至無水無油的容器中）→蛋黃液制作→蛋白膏制作（蛋清加白醋打發(fā)至魚眼泡大，然后分三次加入糖，攪打至勾起尾端呈堅挺狀）→蛋糕糊的制作（將蛋白膏分2 次加入到蛋黃液中切拌均勻，蛋糕糊不宜久放）→入模成型→烘焙（上下火150 ℃，30 min）→倒置冷卻→脫模后裝在聚乙烯袋中以防止干燥。CSOVA 的添加量為小麥粉質(zhì)量的0%、25%、50%、75%、100%。

1.2.3 面糊的動態(tài)流變特性 使用流變儀對蛋糕糊的變化進行流變學分析，該流變儀配有平行板（直徑50 mm，間隙1 mm）。具體步驟如下[10]：

振幅掃描：大振幅振蕩剪切是在頻率為1 Hz 和應(yīng)變0.1%～100%之間進行的應(yīng)變掃描。

頻率掃描：在線性粘彈性范圍內(nèi)，頻率掃描在0.5%的應(yīng)變和0.1～10 Hz 的條件下進行測量。

黏度測試：在1 Hz 恒定頻率和0.1～100 s-1的剪切速率下進行。

1.2.4 蛋糕烘烤損失率的測定 根據(jù)Díaz-Ramírez等[11]的方法進行測定，通過稱量烘烤前蛋糕糊（W0）和烘烤冷卻后蛋糕（Wf）的質(zhì)量，并使用公式確定：

式中：W0為烘烤前蛋糕糊的重量（g）；Wf為烘烤后蛋糕的重量（g）。

1.2.5 蛋糕比容的測定 采用小米置換法進行測定[12]。將小米裝入燒杯中至刻度線處，倒出小米后放入蛋糕，繼續(xù)倒入小米至同一刻度線處，剩余小米體積即蛋糕體積。

1.2.6 蛋糕色度的測定 沿蛋糕橫截面切開后，用色度儀分別測量蛋糕表皮與內(nèi)芯的色度值，其中L*為明暗偏向，a*為紅綠偏向，b*為黃藍偏向。

1.2.7 蛋糕質(zhì)構(gòu)的測定 將蛋糕外表皮剔除后，切至長、寬、高均為1 cm 的立方體，確保表面平整。采用P/36R 探頭進行分析[13]，測試參數(shù)為：測定前速度1.0 mm/s，測定速度1.0 mm/s，測后速度2.0 mm/s，應(yīng)變位移40%，引發(fā)力5 g，引發(fā)類型為自動。

1.2.8 蛋糕的感官評價 隨機選取15 名20～50 歲具有良好視覺、嗅覺、味覺等感官分析能力的評價員，按表1 進行感官評定[14]，在評定不同樣品時先喝水漱口，排除樣品之間的相互影響。

表1 蛋糕的感官評分標準Table 1 Sensory scoring criteria of cakes

1.2.9 蛋糕消化特性的測定 為了保證樣品的均勻性，去除蛋糕表皮，使用蛋糕芯進行體外消化實驗。在消化之前，面包芯被切成大小均勻的小塊。將蛋糕樣品（100 mg）壓碎，懸浮在5 mL 去離子水中，通過渦旋充分混合。然后加入10 mL（0.2 mol/L，pH5.2）乙酸鈉緩沖液，并在37 ℃水浴中平衡10 min。將5 mL 胰淀粉酶（8 mg/mL）和65 μL 淀粉葡糖苷酶（10000 U/mL）添加到每個試管中。在37 ℃水浴中消化，0、20、30、60、90、120、150 和180 min 時，收集0.1 mL 消化液并與0.9 mL 無水乙醇混合以停止酶促反應(yīng)。然后25 ℃下8000 r/min 離心5 min，使用葡萄糖試劑盒測定上清液中葡萄糖含量，水解淀粉以葡萄糖（mg）×0.9 計算，根據(jù)葡萄糖含量計算RDS、SDS 和RS 的含量[15]。

式中：G0為水解前淀粉中的葡萄糖，mg；G20為水解20 min 釋放的葡萄糖，mg；G120為水解120 min釋放的葡萄糖，mg；TS 為總淀粉含量，mg。

1.2.10 蛋糕老化速率的計算 測定在4 ℃分別儲藏了0 d 和7 d 的蛋糕的硬度，蛋糕的老化速率為儲藏7 d 內(nèi)蛋糕硬度增加的平均值[16]，計算公式如下：

式中：H0為儲藏0 d 的蛋糕硬度；Hn為儲藏第n d 的蛋糕硬度；n 為儲藏天數(shù)。

1.2.11 蛋糕水分損失率的測定 取在4 ℃分別儲藏了0 和7 d 的蛋糕芯，根據(jù)GB 5009.3-2016 測定其水分含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實驗均3 次平行，結(jié)果以平均值±標準差表示，采用SPSS26.0 分析軟件對數(shù)據(jù)進行顯著性分析（P＜0.05），利用Origin 2017 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 CSOVA 替代量對蛋糕糊流變特性的影響

圖1A 顯示了損耗因子tanδ=G″/G′相對于應(yīng)變變化的函數(shù)。tanδ＜1 代表蛋糕糊的彈性大于粘度，樣品呈固體狀，而tanδ＞1 代表樣品呈液體狀。從彈性（G′＞G″）到粘性行為（G′＜G″）的轉(zhuǎn)變?nèi)Q于CSOVA 的替代量。低的復合物替代量（＜50%），蛋糕糊在較小應(yīng)變下就出現(xiàn)粘彈性轉(zhuǎn)變，隨著替代量增加，粘彈性的轉(zhuǎn)變越延遲，彈性保持時間更長久。據(jù)Nespeca 等[17]報道，蛋糕糊的彈性可能會成比例地影響紙杯蛋糕的彈性，蛋糕的質(zhì)構(gòu)特性與蛋糕糊的流變學特性之間存在顯著相關(guān)性[18]。圖1B 顯示了蛋糕糊表觀粘度與剪切速率的相關(guān)性。當剪切速率從0.1 s-1增加到100 s-1時，所有蛋糕糊表現(xiàn)出剪切稀化行為，這表明所有蛋糕糊都是非牛頓流體[19-20]。在較低的剪切速率下，CSOVA 的添加會降低蛋糕糊的表觀粘度，粘度隨著CSOVA 替代量的增加而逐漸降低。隨著剪切速率的增加，所有樣品粘度先快速下降然后趨于穩(wěn)定。

圖1 蛋糕糊的流變學行為Fig.1 Rheological behavior of batter

2.2 CSOVA 替代量對紙杯蛋糕烘烤損失率和比容的影響

蛋糕的烘烤損失率是評估在烘焙過程中蛋糕水分轉(zhuǎn)移的重要指標，該值過大，經(jīng)濟損失提高[21]。由表2 可知，CSOVA 的添加使蛋糕的烘烤損失率顯著降低（P＜0.05）。CSOVA 替代量到達100%時，烘烤損失率比全小麥粉蛋糕低6.52%，表明CSOVA 能夠抑制蛋糕烘烤過程中水分的損失。比容能夠反映蛋糕的膨脹程度和蓬松程度，能直接影響消費者的選擇，是評價蛋糕品質(zhì)的重要指標。CSOVA 替代量對蛋糕比容的影響見表2，總的來說，添加CSOVA 的蛋糕比容高于全小麥粉蛋糕，說明CSOVA 的加入，增加了蛋糕的氣體保留能力，且隨著CSOVA 替代量的增加，蛋糕比容顯著增加（P＜0.05）。De 等[22]研究了大米淀粉、馬鈴薯淀粉和木薯淀粉在無麩質(zhì)面包生產(chǎn)中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)用這些淀粉制作的面包具有很高的比容。圖2 是CSOVA 不同替代量的蛋糕宏觀圖。添加CSOVA 的蛋糕在結(jié)構(gòu)和幾何形狀上均具有可接受的外觀，且比容結(jié)果相一致。

圖2 不同CSOVA 替代量制備的紙杯蛋糕的宏觀圖Fig.2 Images of cupcakes prepared with different CSOVA contents

表2 CSOVA 替代量對紙杯蛋糕烘烤損失率和比容的影響Table 2 Effects of CSOVA substitution on the loss rate and specific volume of cupcakes

2.3 CSOVA 替代量對紙杯蛋糕色度的影響

紙杯蛋糕的顏色是一個至關(guān)重要的因素，因為它增加了消費者的偏好和接受度。據(jù)報道，在一項享樂感官測試中[23]，消費者將高亮度的蛋糕評為“我非常喜歡”。更深和更多的黃色可能會吸引消費者的接受度[24]。蛋糕屑和表皮的L*、a*、b*參數(shù)如表3 所示。用CSOVA 替代小麥粉會導致蛋糕內(nèi)芯和表皮的L*值略有所增加。蛋糕屑和表皮中a*和b*值均呈正值。隨著CSOVA 含量的增加，蛋糕芯的a*和b*沒有發(fā)生顯著性變化（P＞0.05）。這些顏色的變化可能是因為用CSOVA 替代小麥粉所引起的蛋糕理化性質(zhì)的變化。Esteller 等[25]指出，烘焙產(chǎn)品的物理化學特性的變化是決定其顏色特性的重要因素。

表3 CSOVA 替代量對紙杯蛋糕內(nèi)芯和表皮顏色的影響Table 3 Effects of CSOVA substitution on the color from the crumb and crust of cupcakes

2.4 CSOVA 替代量對紙杯蛋糕質(zhì)構(gòu)特性的影響

蛋糕的質(zhì)構(gòu)特性是蛋糕品質(zhì)的重要指標[26]，質(zhì)構(gòu)分析儀可通過模擬人體咀嚼來評價蛋糕品質(zhì)。TPA 模式中彈性、回復性數(shù)值越大，蛋糕口感越綿軟、爽口不粘牙，與蛋糕品質(zhì)呈正相關(guān)；而硬度、咀嚼性數(shù)值越大，蛋糕口感越硬，缺乏彈性、綿軟的感覺，與蛋糕品質(zhì)呈負相關(guān)。添加CSOVA 對蛋糕質(zhì)構(gòu)特性的影響見表4。隨著CSOVA 替代量的增加，蛋糕的硬度降低。比容越小，蛋糕的硬度就越高[27]。彈性和回復性隨CSOVA 替代量的增加而增加，膠著性和咀嚼度呈現(xiàn)相反的趨勢。適中的彈性、硬度和膠著性會使蛋糕有更好的口感[28]，表明用CSOVA 替代小麥粉后，紙杯蛋糕松軟有彈性。

表4 CSOVA 替代量對紙杯蛋糕質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 4 Effects of CSOVA substitution on the texture characteristics of cupcakes

2.5 CSOVA 替代量對紙杯蛋糕感官特性的影響

本研究從外觀形態(tài)、色澤、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、口感、滋味5 個方面評價了紙杯蛋糕的品質(zhì)。由表5可知，CSOVA 替代度從0%到100%，紙杯蛋糕的外觀評價值顯著增加（P＜0.05）。在色澤方面，CSOVA替代量的多少對其并無影響，此結(jié)果與色度結(jié)果相一致。當CSOVA 替代量較低時，蛋糕內(nèi)部組織有大氣孔出現(xiàn)，氣孔不均勻；而當CSOVA 替代量超過50%時，蛋糕內(nèi)部氣孔均勻、組織細密、橫切面呈蜂窩狀。CSOVA 的添加對紙杯蛋糕口感和滋味沒有顯著影響。根據(jù)感官總分可看出，蛋糕整體上的品質(zhì)隨CSOVA 替代量的增加總評分逐漸增加。

表5 感官評定結(jié)果Table 5 Results of sensory evaluation

2.6 CSOVA 替代量對淀粉體外消化特性的影響

不同CSOVA 替代量的紙杯蛋糕淀粉水解速率如圖3A 所示。由圖3A 可知，在0～60 min，CSOVA替代小麥粉的紙杯蛋糕和普通紙杯蛋糕的水解率顯著升高（P＜0.05），在60～180 min，水解率增速減緩然后逐漸穩(wěn)定，其中在0～20 min，水解速率表示快速消化淀粉（RDS）的水解率。CSOVA 替代小麥粉的紙杯蛋糕RDS 水解速率明顯低于普通紙杯蛋糕，20 min時，樣品（CSOVA 替代量0%、25%、50%、75%、100%）的水解度分別為31.31%、30.95%、28.5%、29.22%和26.89%，且隨著CSOVA 的大幅度替代，淀粉水解速率顯著下降（P＜0.05）。圖3B 顯示了快速消化淀粉（RDS）、緩慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）組分隨CSOVA 替代量的變化。隨著蛋糕中CSOVA 替代量（25%、50%、75%、100%）的增加，RDS 從32.26%分別降低至30.01%、29.64%、28.5%和26.89%。RDS 隨著CSOVA 替代量的增加而下降，這是因為CSOVA 中OVA 在CS 表面形成包裹，降低了RDS 含量，增加了RS 含量[29-30]。SDS組分在統(tǒng)計學意義上沒有變化，而RDS 組分隨著CSOVA 替代度的增加而顯著增加（P＜0.05）。當CSOVA 100%替代小麥粉時，RS 含量最高（47.33%）。與普通紙杯蛋糕相比，CSOVA 替代小麥粉的紙杯蛋糕慢性消化淀粉含量高，水解率低，能夠以平緩的速率釋放葡萄糖。因此，添加CSOVA 的紙杯蛋糕不僅適合普通消費者，也較適合糖尿病人和肥胖癥人群食用。

圖3 不同CSOVA 替代量的紙杯蛋糕的體外消化特性Fig.3 In vitro digestion characteristics of cupcakes with different CSOVA content

2.7 儲藏品質(zhì)

儲藏期間，蛋糕水分損失，硬度增加，這些都會影響蛋糕的儲藏品質(zhì)。硬度增加速率高，水分損失率高時，蛋糕芯水分會流失，蛋糕會硬化掉渣，口感會發(fā)生劣變[31]。不同CSOVA 替代量的紙杯蛋糕在4 ℃儲藏7 d 后蛋糕芯的老化速率（硬度增加速率）和水分損失率如圖4 所示。如圖4A，蛋糕在4 ℃儲藏7 d后，所有蛋糕的硬度都呈現(xiàn)出增大的趨勢。與對照組相比，CSOVA 的加入降低了蛋糕的硬度增加速率，表明CSOVA 替代小麥粉有利于延緩蛋糕的老化。隨著CSOVA 替代量的增加，4 ℃儲藏7 d 后蛋糕芯老化速率顯著降低（P＜0.05），在CSOVA 100%替代小麥粉時，蛋糕芯的老化速率最慢。由圖4B 可知，與對照組相比，CSOVA 的加入降低了蛋糕芯的水分損失率。然而，CSOVA 替代量在25%～75%時，蛋糕芯的水分損失率沒有顯著差異，當CSOVA100%替代小麥粉時，蛋糕芯的水分損失率最低。綜上，CSOVA 替代小麥粉能保持蛋糕在儲藏期間的穩(wěn)定性。

圖4 不同CSOVA 替代量的紙杯蛋糕的儲藏品質(zhì)Fig.4 Storage quality of cupcakes with different CSOVA contents

3 結(jié)論

本文研究了CSOVA 替代小麥粉對紙杯蛋糕品質(zhì)的影響，包括面糊的流變學特性和蛋糕的烘烤損失率、比容、質(zhì)構(gòu)、色度、儲藏品質(zhì)、淀粉體外消化速率和淀粉營養(yǎng)組分。玉米淀粉-卵白蛋白復合物替代小麥粉影響了面糊的流變特性，且隨著玉米淀粉-卵白蛋白復合物替代量的增加，蛋糕的比容、彈性和回復性和L*值都有所增加。而蛋糕烘烤損失率、硬度、咀嚼度和水分損失速率呈現(xiàn)出相反趨勢。消費者接受度評價表明，含玉米淀粉-卵白蛋白的紙杯蛋糕更松軟有彈性，比傳統(tǒng)的紙杯蛋糕更受消費者青睞。玉米淀粉-卵白蛋白復合物能顯著降低紙杯蛋糕的水解速率和快速消化淀粉含量，同時慢消化淀粉和抗性淀粉含量高于傳統(tǒng)紙杯蛋糕。

? The Author(s) 2024.This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).