洪玉珠，張佳樂(lè)，張龍?chǎng)?，?彬，胡 冰，褚 上,*

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

隨著居民消費(fèi)水平的提高，人們對(duì)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(fèi)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(shí)，消費(fèi)者對(duì)消化速率緩慢、營(yíng)養(yǎng)全面的甜品需求不斷增長(zhǎng)，這給消化速度快，營(yíng)養(yǎng)單一的產(chǎn)品帶來(lái)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(dá)75%，且多為易消化淀粉，容易引起強(qiáng)烈的血糖反應(yīng)和胰島素抵抗。目前主要通過(guò)添加食品組分來(lái)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(lái)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(dāng)替代率達(dá)到30%時(shí)，這些指標(biāo)會(huì)變差[3-4]。當(dāng)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(shí)，也發(fā)現(xiàn)面包的體積變小，硬度增加[5]。

同時(shí)，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(huì)引起血糖波動(dòng)等特點(diǎn)[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(lái)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(fù)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(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)。目前，淀粉-蛋白質(zhì)復(fù)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(fù)合物（CSOVA）部分或全部替代小麥粉，同時(shí)用零卡糖代替蔗糖，評(píng)價(jià)CSOVA 替代量對(duì)蛋糕糊的流變學(xué)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(fù)合物在食品加工體系的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

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(wú)水乙醇 分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；胰酶（酶活200 U/mg）美國(guó)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(fēng)干燥箱 上海博訊實(shí)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(guó)Hunter Lab 顏色管理公司；TU-1900 型雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 玉米淀粉-卵白蛋白復(fù)合物的制備 參考Chen等[9]的方法，并做適當(dāng)修改。在密封容器中稱(chēng)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(chēng)量瓶中，用鋁箔覆蓋，并在110 ℃的熱風(fēng)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(guò)100 目篩，在4 ℃下儲(chǔ)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(yù)處理（蛋清蛋白分離至無(wú)水無(wú)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(yú)眼泡大，然后分三次加入糖，攪打至勾起尾端呈堅(jiān)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(dòng)態(tài)流變特性 使用流變儀對(duì)蛋糕糊的變化進(jìn)行流變學(xué)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(jìn)行的應(yīng)變掃描。

頻率掃描：在線(xiàn)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(jìn)行測(cè)量。

黏度測(cè)試：在1 Hz 恒定頻率和0.1～100 s-1的剪切速率下進(jìn)行。

1.2.4 蛋糕烘烤損失率的測(cè)定 根據(jù)Díaz-Ramírez等[11]的方法進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)稱(chēng)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(cè)定 采用小米置換法進(jìn)行測(cè)定[12]。將小米裝入燒杯中至刻度線(xiàn)處，倒出小米后放入蛋糕，繼續(xù)倒入小米至同一刻度線(xiàn)處，剩余小米體積即蛋糕體積。

1.2.6 蛋糕色度的測(cè)定 沿蛋糕橫截面切開(kāi)后，用色度儀分別測(cè)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(lán)偏向。

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

1.2.8 蛋糕的感官評(píng)價(jià) 隨機(jī)選取15 名20～50 歲具有良好視覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等感官分析能力的評(píng)價(jià)員，按表1 進(jìn)行感官評(píng)定[14]，在評(píng)定不同樣品時(shí)先喝水漱口，排除樣品之間的相互影響。

表1 蛋糕的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory scoring criteria of cakes

1.2.9 蛋糕消化特性的測(cè)定 為了保證樣品的均勻性，去除蛋糕表皮，使用蛋糕芯進(jìn)行體外消化實(shí)驗(yàn)。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(guò)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(gè)試管中。在37 ℃水浴中消化，0、20、30、60、90、120、150 和180 min 時(shí)，收集0.1 mL 消化液并與0.9 mL 無(wú)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(cè)定上清液中葡萄糖含量，水解淀粉以葡萄糖（mg）×0.9 計(jì)算，根據(jù)葡萄糖含量計(jì)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(jì)算 測(cè)定在4 ℃分別儲(chǔ)藏了0 d 和7 d 的蛋糕的硬度，蛋糕的老化速率為儲(chǔ)藏7 d 內(nèi)蛋糕硬度增加的平均值[16]，計(jì)算公式如下：

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

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

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均3 次平行，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS26.0 分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)蛋糕糊流變特性的影響

圖1A 顯示了損耗因子tanδ=G″/G′相對(duì)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(fù)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?cè)窖舆t，彈性保持時(shí)間更長(zhǎng)久。據(jù)Nespeca 等[17]報(bào)道，蛋糕糊的彈性可能會(huì)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(xué)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(dāng)剪切速率從0.1 s-1增加到100 s-1時(shí)，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(huì)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(xué)行為Fig.1 Rheological behavior of batter

2.2 CSOVA 替代量對(duì)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(píng)估在烘焙過(guò)程中蛋糕水分轉(zhuǎn)移的重要指標(biāo)，該值過(guò)大，經(jīng)濟(jì)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(dá)100%時(shí)，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(guò)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(fèi)者的選擇，是評(píng)價(jià)蛋糕品質(zhì)的重要指標(biāo)。CSOVA 替代量對(duì)蛋糕比容的影響見(jiàn)表2，總的來(lái)說(shuō)，添加CSOVA 的蛋糕比容高于全小麥粉蛋糕，說(shuō)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(wú)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(duì)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(duì)紙杯蛋糕色度的影響

紙杯蛋糕的顏色是一個(gè)至關(guān)重要的因素，因?yàn)樗黾恿讼M(fèi)者的偏好和接受度。據(jù)報(bào)道，在一項(xiàng)享樂(lè)感官測(cè)試中[23]，消費(fèi)者將高亮度的蛋糕評(píng)為“我非常喜歡”。更深和更多的黃色可能會(huì)吸引消費(fèi)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(huì)導(dǎo)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(méi)有發(fā)生顯著性變化（P＞0.05）。這些顏色的變化可能是因?yàn)橛肅SOVA 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(xué)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(duì)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(duì)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(biāo)[26]，質(zhì)構(gòu)分析儀可通過(guò)模擬人體咀嚼來(lái)評(píng)價(jià)蛋糕品質(zhì)。TPA 模式中彈性、回復(fù)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(jué)，與蛋糕品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)。添加CSOVA 對(duì)蛋糕質(zhì)構(gòu)特性的影響見(jiàn)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(fù)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(shì)。適中的彈性、硬度和膠著性會(huì)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(duì)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(duì)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(gè)方面評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)值顯著增加（P＜0.05）。在色澤方面，CSOVA替代量的多少對(duì)其并無(wú)影響，此結(jié)果與色度結(jié)果相一致。當(dāng)CSOVA 替代量較低時(shí)，蛋糕內(nèi)部組織有大氣孔出現(xiàn)，氣孔不均勻；而當(dāng)CSOVA 替代量超過(guò)50%時(shí)，蛋糕內(nèi)部氣孔均勻、組織細(xì)密、橫切面呈蜂窩狀。CSOVA 的添加對(duì)紙杯蛋糕口感和滋味沒(méi)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(píng)分逐漸增加。

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

2.6 CSOVA 替代量對(duì)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(shí)，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?yàn)镃SOVA 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(jì)學(xué)意義上沒(méi)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(dāng)CSOVA 100%替代小麥粉時(shí)，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(fèi)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(chǔ)藏品質(zhì)

儲(chǔ)藏期間，蛋糕水分損失，硬度增加，這些都會(huì)影響蛋糕的儲(chǔ)藏品質(zhì)。硬度增加速率高，水分損失率高時(shí)，蛋糕芯水分會(huì)流失，蛋糕會(huì)硬化掉渣，口感會(huì)發(fā)生劣變[31]。不同CSOVA 替代量的紙杯蛋糕在4 ℃儲(chǔ)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(chǔ)藏7 d后，所有蛋糕的硬度都呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)。與對(duì)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(chǔ)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(shí)，蛋糕芯的老化速率最慢。由圖4B 可知，與對(duì)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(shí)，蛋糕芯的水分損失率沒(méi)有顯著差異，當(dāng)CSOVA100%替代小麥粉時(shí)，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(chǔ)藏期間的穩(wěn)定性。

圖4 不同CSOVA 替代量的紙杯蛋糕的儲(chǔ)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(duì)紙杯蛋糕品質(zhì)的影響，包括面糊的流變學(xué)特性和蛋糕的烘烤損失率、比容、質(zhì)構(gòu)、色度、儲(chǔ)藏品質(zhì)、淀粉體外消化速率和淀粉營(yíng)養(yǎng)組分。玉米淀粉-卵白蛋白復(fù)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(fù)合物替代量的增加，蛋糕的比容、彈性和回復(fù)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(shì)。消費(fèi)者接受度評(píng)價(jià)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(fèi)者青睞。玉米淀粉-卵白蛋白復(fù)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(shí)慢消化淀粉和抗性淀粉含量高于傳統(tǒng)紙杯蛋糕。

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