大豆分离蛋白对蛋糕品质及质构的影响

谢 晋,连家威,韩 迪,任广旭,王 靖

(农业部食物与营养发展研究所,北京 100081)

蛋糕是以鸡蛋、低筋面粉、糖为主料,配以一定的辅料,经充分搅打充气、调糊、注模、烘焙而成的一种大众化方便食品。传统蛋糕多以蛋清蛋白作为起泡剂,从而形成稳定且细腻的泡沫结构来获得蛋糕特定的质构与滋味[1]。蛋糕因具有一定的代表意义而倍受人们的喜爱,以其松软的口感和良好的风味赢得市场。然而蛋清蛋白价格日益提高，且供应不稳定,而植物源蛋白营养保健功效与健康价值日益受到重视,因此将植物源蛋白取代部分替代动物源蛋白应用于蛋糕的研究受到了越来越多的关注[2]。

大豆蛋白含有人体所需的8种必需氨基酸,其氨基酸模式与人体必需氨基酸的需求较为吻合,大豆分离蛋白经蛋白质消化率校正过的氨基酸评分(PDCAAS)与鸡蛋蛋白、酪蛋白相同,最大值达到1,即为优质蛋白,并且大豆蛋白具有多种生理活性物质[3]。烘焙食品主要利用大豆蛋白的起泡性、乳化性与持水性[4],添加适量的大豆蛋白不仅可以改善产品外观、质构及感官评分,同时还能减少烘焙过程中的水分流失,赋予产品较好的风味与较高的营养价值[5-6]。蛋糕中添加大豆分离蛋白,可利用其良好的乳化性能,使蛋糕中的脂肪分散均匀,减少蛋白质的延展,阻碍面筋的形成,从而得到松软、柔和的口感,更能促进原料混合搅拌均匀,有效缩短原辅料混合时间[7]。改性大豆蛋白与蛋清蛋白具有相似的硬度与粘度,利用20%的大豆分离蛋白制作蛋糕,具有较好的感官品质[8]。计晓曼[9]认为添加大豆分离蛋白可提高蛋糕的含水率,对比容也具有一定影响,在添加量为10%～20%时,比容最为适宜,添加一定量不同起泡性的大豆蛋白对蛋糕品质具有改善效果。王丽杰等[10]认为加入改性大豆分离蛋白可使戚风蛋糕降低硬度、内聚性和胶性指标,提高咀嚼性和弹性,增大比容。Alexis等[11]在面包中添加6%大豆蛋白,使面包的感官得分由40.2升高到52.2,并且在机体中对铁、钙、锌等矿物质的吸收不会产生负面影响。与大豆粉、大豆浓缩蛋白相比,大豆分离蛋白能形成更加稳定的亚稳态泡沫,更有助于蛋糕的膨起与稳定[12]。在蛋糕中添加大豆分离蛋白,可提高蛋糕的蛋白质含量,降低蛋糕碳水化合物与脂肪含量,使蛋糕中融合优质动物蛋白与植物蛋白,实现营养互补,满足人们对新型营养健康食品的需要。

目前对于大豆分离蛋白在烘焙食品中的研究处于初级阶段,有关大豆分离蛋白对蛋清起泡性和泡沫稳定性影响的研究报道较少。因此,本文在研究大豆分离蛋白浓度对起泡性和泡沫稳定性影响的基础上,选择起泡性与泡沫稳定性最佳浓度的大豆分离蛋白溶液用于制作蛋糕,研究用不同比例的大豆分离蛋白替代蛋清对蛋糊粘度、比重以及蛋糕比容、烘焙损失率、质构特性和感官评分的影响。通过研究大豆分离蛋白的最佳起泡浓度与加入蛋糕中的最佳比例,使大豆分离蛋白的起泡性得到发挥,以此增加蛋糕中氨基酸的种类与含量,获得营养美味的蛋糕。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

SUPRO787IP杜邦大豆分离蛋白 杜邦中国集团有限公司北京分公司;鸡蛋、白砂糖、福临门非转基因压榨玉米油、欧德堡超高温灭菌全脂牛奶 京东超市;低筋面粉 潍坊风筝面粉有限责任公司;玉米淀粉 河北古松农副产品有限公司;泡打粉 永清县兆发食品有限公司。

DDG-A01G1打蛋器 广东小熊电器有限公司;T750电烤箱 深圳市北鼎科技有限公司;YP2002电子天平 上海越平科学仪器有限公司;DV1MRVTJ0粘度计 Brookfield Engineering Laboratories;TA-XY2I质构仪 英国Stable Micro Systems公司。

1.2 实验方法

1.2.1 大豆分离蛋白起泡性(Foaming capacity,FC)与泡沫稳定性(Foaming stability,FS)的测定 参考Yang等[13-14]的方法略作改动,配制20、40、60、80、100、120 g/L的大豆分离蛋白溶液,称量各溶液70 mL,记为V0,用打蛋器以1058 r/min搅打90 s,将搅打后的溶液与泡沫体积记为V1,再将静置20 min后的溶液与泡沫体积记为V2。按照式(1)、(2)进行计算:

式(1)

式(2)

1.2.2 蛋糕的制作工艺

1.2.2.1 面糊的制作 将蛋黄80 g、牛奶50 g、玉米油50 g放入搅拌盆,搅拌均匀,将低筋面粉62.5 g、玉米淀粉12.5 g、泡打粉3.75 g混合,加入搅拌盆中与蛋黄、牛奶、玉米油一同翻拌直至均匀,制成面糊备用。

1.2.2.2 蛋白膏的制作 配制浓度为60 g/L的大豆分离蛋白溶液,以此溶液部分替代蛋清,原料为蛋清155 g,白砂糖80 g,大豆分离蛋白溶液替代蛋清比例为0、10%、20%、30%、40%,替代率为0的记为对照组。在纯蛋清或蛋清与大豆分离蛋白混合液中加入白砂糖,用打蛋器以1500 r/min速度搅打至蛋白呈峰状,制成蛋白膏备用。

1.2.2.3 蛋糕的制作 将1.2.2.2中蛋白膏放入1.2.2.1制得备用的面糊中,搅拌均匀后即成蛋糊,将混合好的蛋糊放入6寸蛋糕模具中,每只模具放入(200±10) g蛋糊,烤箱上下火均为175 ℃,烘烤20 min。将烤好后的蛋糕倒扣冷却,放置2 h。

1.2.3 蛋糊粘度的测定 参考 Francesca等[15]的方法略作改动,按蛋糕的制作方法将面糊和蛋白膏混合成蛋糊后,取蛋糊60 g装入烧杯中,用DV1黏度计测定其黏度值。使用6号转子,转速为50 r/min,记录1 min以后的读数。

1.2.4 蛋糊比重的测定 取一个表面光滑的平底玻璃容器,将质量记为m;将该玻璃容器盛满蒸馏水,称量该容器和蒸馏水总质量,记为m1;清空容器并干燥,用该容器盛满蛋糊,称量容器和蛋糊总质量[15],记为m2。蒸馏水比重为1 g/cm3,所以蛋糊比重计算公式如下:

式(3)

1.2.5 蛋糕烘焙损失率的测定 将烘焙前加入模具中蛋糊质量记为M1,烘焙冷却后蛋糕质量记为M2,则烘焙损失率由式(4)可得:

式(4)

1.2.6 蛋糕高度差、比容的测定 高度差的测定:将蛋糕沿直径纵向切开,纵切面上端的最高点与最低点的高度差即为蛋糕的高度差。

体积的测定:采用排菜籽法[16]。将100 mL烧杯用菜籽装满,并用钢尺将杯口刮平,此杯菜籽作为烧杯体积。倒出杯中的菜籽,底部留下50 mL菜籽,把待测蛋糕放进烧杯中,再将前面倒出的菜籽装进烧杯中(注意蛋糕与烧杯壁之间不要留有空隙,待测的蛋糕要全部埋入菜籽中),用钢尺将烧杯口刮平。将被蛋糕置换出的菜籽全部收集起来,用量筒测量其容积即为蛋糕体积。电子天平测定蛋糕重量,蛋糕比容计算公式如下:

式(5)

1.2.7 蛋糕感官的评定 参照SB/T 10142-93《蛋糕用小麦粉》中蛋糕感官评定的方法并结合本研究需要做出改进,蛋糕感官评分项目及评分规则如表1。感官评定人员为10名食品相关专业的学生,感官评定人员按男女比例1∶1进行分类。测试前产品随机编号,经过简单培训的感官评定人员分别对编号后的产品色泽、滋味、口感、组织状态、外观以及总体可接受度进行评分。

表1 蛋糕的感官评价Table 1 Sensory evaluation of cake

总体可接受度指标分值范围设定为0～9分,0分为非常不喜欢;5分为既不喜欢也不讨厌;9分为非常喜欢。结果舍弃最高值与最低值后取平均值。

1.2.8 蛋糕质构的测定 从蛋糕中心取7 cm×6 cm×3 cm大小的均匀薄片,确保表面和底面的平整,采用质构仪进行TPA全质构分析,质构测定参数设定为:测试前速度1 mm/s,测试速率1 mm/s,测试后速度10 mm/s,压缩程度为25%,两次压缩间隔时间为30 s。测定的指标包括硬度、回复性、弹性和咀嚼性。

1.3 数据处理

所有数据均为三次平行测量的平均值,采用GraphPad Prisn7,SAS软件进行数据统计分析,显著性差异水平取P<0.05。采用GraphPad Prisn7、Excel作图。

2 结果与分析

2.1 不同浓度的大豆分离蛋白溶液起泡性与泡沫稳定性的比较

本研究比较了浓度为20～120 g/L的大豆分离蛋白溶液的起泡性与泡沫稳定性,如图1所示。研究发现大豆分离蛋白的浓度直接影响了溶液的起泡性和泡沫稳定性,随着浓度的增加(20～60 g/L)，溶液起泡性逐渐增强,60 g/L大豆分离蛋白溶液具有最强的起泡性,当浓度超过60 g/L时,溶液的起泡性逐渐下降。这与肖连冬等[4]的研究结果相似,当溶液浓度较低时,在起泡过程中大豆分离蛋白分子能够快速吸附气液界面的空气从而形成泡沫,大豆分离蛋白浓度的提高有助于大豆分离蛋白分子在短时间内与更多的气泡结合,增强其起泡能力。当溶液浓度较高时,溶液较粘稠,反而会阻碍大豆分离蛋白分子从液相迁移至气液界面,降低了气液界面上大豆分离蛋白浓度,不利于其获得良好的起泡能力,导致其起泡性下降[2]。

图1 浓度对大豆分离蛋白溶液的起泡性与泡沫稳定性的影响Fig.1 Effect of concentration on foaming capacity and foaming stability of soy protein isolate solution注:相同字母表示无显著性差异,不同字母 表示差异显著(P<0.05);图1～图5同。

对于泡沫稳定性来说,低浓度(20～40 g/L)的大豆分离蛋白溶液不利于泡沫稳定,当浓度达到60 g/L,泡沫基本稳定,达到一定浓度之后,大豆分离蛋白分子间作用力相对较大,有利于在泡沫周围形成具有一定粘弹性的蛋白质膜，增强大豆分离蛋白的泡沫稳定性。综合比较,60 g/L的大豆分离蛋白溶液的起泡性与泡沫稳定性最佳,适合蛋糕的制作。

2.2 大豆分离蛋白替代蛋清对蛋糊粘度的影响

蛋清与糖共同打发可以形成膨松的泡沫结构,当与大量的面糊混合时,粘度大的成分有助于气泡的保持[17]。粘度越高,形成蛋糊体系的稳定性越好[18]。从图2中可以看出,替代率为10%所得蛋糕与对照组粘度相似,10%的替代率对蛋糊粘度没有显著影响,随着大豆分离蛋白替代比例的增加,蛋糊粘度逐渐下降,30%、40%的替代率会使蛋糊的粘度显著降低(P<0.05),说明泡沫体系的稳定性被破坏,影响蛋糕的品质。

图2 大豆分离蛋白溶液替代比率对蛋糊粘度的影响Fig.2 Effect of substitution ratio of soy protein isolate solution on the viscosity of batter

2.3 大豆分离蛋白替代蛋清对蛋糊比重的影响

蛋糊比重是测定其充气程度的重要指标,反应了蛋糊在搅打过程中气体的保持率。一定程度下,蛋糊比重越小,说明其充入空气量越大,成品蛋糕的体积随之增大。

使用不同比例的大豆分离蛋白溶液替代蛋清后获得蛋糊比重如图3所示。由图3可以看出,大豆分离蛋白溶液替代蛋清比例从0增加到40%时,蛋糊比重出现缓慢增加的趋势。结果表明大豆分离蛋白溶液替代蛋清比例的增加,体系中容纳的气体量减少,各替代率之间差异显著,替代率10%组的蛋糕最接近于普通蛋糕。

图3 大豆分离蛋白溶液替代比率对蛋糊比重的影响Fig.3 Effect of substitution ratio of soy protein isolate solution on the specific weight of batter

2.4 大豆分离蛋白溶液替代蛋清对蛋糕烘焙损失率的影响

在烘焙过程中蛋糕丧失的重量主要为水分的损失量,水分损失量会直接影响蛋糕的口感,水分损失量过多,蛋糕口感干燥粗糙,感官品质下降。如图4所示,替代率为10%时烘焙损失率在实验组中最低,而20%、30%、40%的替代率都会使烘焙损失率上升,与对照组有显著性差异,替代比例越大,烘焙损失越大。当烘烤条件相同时,蛋糕的烘焙损失率主要受到蛋糊持水性的影响。蛋糊的持水性则会受到蛋糊内部淀粉分子和蛋白质分子与水分子结合状态的影响,大豆分离蛋白分子与水分子结合度小于蛋清与水分子的结合度[19];蛋糊中水分子的自由移动速度大,则其在蛋糕焙烤时容易从蛋糊体系中损失,导致最终蛋糕烘焙损失率增加。

图4 大豆分离蛋白溶液替代比率对蛋糕烘焙损失率的影响Fig.4 Effect of substitution ratio of soy protein isolate solution on the baking loss of cake

2.5 大豆分离蛋白溶液替代蛋清对蛋糕高度差比容的影响

蛋糕的高度差代表了蛋糕中心的下凹程度,如表2所示,替代率为10%的蛋糕高度差与对照组没有显著性差异,20%替代组蛋糕高度差大于10%替代组,与对照组有显著性差异(P<0.05),而替代比为40%的蛋糕高度差小于对照组。起初高度差增加是因为蛋糕体系的持气性弱,大豆分离蛋白参与形成的蛋糊不如纯蛋清形成蛋糊稳定,而40%替代组高度差减小是因为蛋糕整体高度的显著减小,在打发过程中大豆蛋白与蛋清混合液的起泡能力与泡沫稳定性低于纯蛋清,在烘焙过程中加速了气体的逸出,所以蛋糕膨起低。

表2 大豆分离溶液代替比率对蛋糕高度差、比容的影响Table 2 Effect of substitution ratio of soy protein isolate solution on the height difference and specific volume of cake

蛋糕比容数值越大,表明经过烘烤的蛋糕表观体积越大,组织结构越膨松,口感松软[19]。如表2所示,实验组中,替代率为10%比容最大,但仍与对照组有显著性差异(P<0.05);20%、30%替代组比容依次减小,与对照组、10%代替组都有显著性差异(P<0.05),40%替代组比容最小,与其他几组间差异显著(P<0.05)。随着大豆分离蛋白替代蛋清比例的增大,比容呈现出逐渐减小的趋势。蛋糊中气泡在烘焙初期会由于浮力的作用上升,其上升的速度与蛋糊的粘度呈负相关,当蛋糊粘度降低时,气泡上升速度增大,蛋糊中气体散失速率增大,形成蛋糕比容就越小[20]。该结论与图2所得到大豆分离蛋白溶液替代蛋清比例对蛋糊粘度影响趋势相符,蛋糊粘度越大,蛋糕体系的稳定性就越好,蛋糕比容越大。综上所述,大豆分离蛋白溶液替代10%的蛋清时,蛋糕的比容与高度差与对照组最相似。

2.6 大豆分离蛋白溶液替代蛋清对蛋糕感官的影响

由表3可知，从感官评价上看,当大豆分离蛋白溶液对蛋清替代率为10%时,不会给蛋糕感官带来显著性差异,且10%替代组蛋糕在色泽、口感与滋味的评分上都高于对照组,少量的大豆蛋白可赋予蛋糕更好的滋味与口感;替代率为20%时,蛋糕在外观上与对照组相似,但组织状态、口感、滋味、色泽均低于对照组,30%替代组蛋糕在口感评分上与10%替代组相比均有降低,这与替代率为30%的蛋糕隆起低、烘焙损失率大、蛋糕发干有关;40%替代组蛋糕的口感、组织状态、外观的评分较对照组与其他实验组显著性降低(P<0.05),说明当大豆分离蛋白溶液对蛋清的替代率增加到40%时,蛋糕外形软榻,内部组织粗糙,滋味与口感不能让人接受,明显降低了蛋糕的感官品质。所有实验组的色泽与滋味间评分无显著性差异,说明大豆分离蛋白对蛋糕色泽与滋味没有明显影响。

表3 大豆分离蛋白溶液替代比率对蛋糕感官的影响Table 3 Effect of substitution ratio of soy protein isolate solution on the sensory evaluation of cake

如图5所示,随着大豆分离蛋白的添加量变大,感官评价的可接受度缓慢降低,大豆分离蛋白溶液对蛋清替代率在一定范围(10%、20%、30%)都没有显著改变蛋糕的可接受度,其中,大豆分离蛋白对蛋清替代率为10%时,可接受度最高,甚至高于对照组蛋糕。当大豆分离蛋白溶液对蛋清替代率较大(40%)时,蛋糕的可接受度会显著降低(P<0.05)。

图5 大豆分离蛋白溶液替代比率对蛋糕可接受度的影响Fig.5 Effect of substitution ratio of soy protein isolate solution on the acceptability of cake

2.7 大豆分离蛋白溶液替代蛋清对蛋糕质构的影响

由表4可知,在实验组中,10%替代组蛋糕硬度、咀嚼性最小,且硬度、咀嚼性与对照组没有显著性差异;20%、30%、40%替代组硬度与咀嚼性逐渐增大。大豆分离蛋白加入比例越大,蛋糕硬度越大,咀嚼性越大。研究发现,硬度和咀嚼性与蛋糕品质成负相关。硬度和咀嚼性越大,蛋糕松软度越差,吃起来口感发硬,缺乏弹性[21],所以,当大豆分离蛋白对蛋清替代率为10%时,蛋糕最松软,口感最佳。实验组蛋糕的回复性随着大豆分离蛋白替代率的上升先增大后减小,且10%、20%替代组的回复性优于对照组,30%、40%替代组的回复性与对照组没有显著性差异,一定量的大豆分离蛋白的加入,可增加蛋糕的回复性,回复性越好,蛋糕受压后迅速回复变形的能力越强。蛋糕的弹性、回复性与蛋糕的品质均呈正相关,弹性越大,蛋糕吃起来越松软、口感越好[21]。10%代替率组蛋糕弹性与对照组没有显著性差异,40%大豆分离蛋白的加入使蛋糕弹性与对照组产生显著差异(P<0.05)。

表4 大豆分离蛋白溶液代替比率对蛋糕质构的影响Table 4 Effect of substitution ratio of soy protein isolate solution on the texture profile analysis of cake

3 结论

浓度为60 g/L的大豆分离蛋白溶液起泡性与泡沫稳定性最佳,可用于替代部分蛋清制作蛋糕,当大豆分离蛋白溶液对蛋清替代率为10%时,所得蛋糊粘度与纯蛋清组无显著性差异,蛋糕烘焙损失率最低,比容最大。在质构分析中,大豆分离蛋白会增大蛋糕的硬度与咀嚼性,当大豆分离蛋白溶液对蛋清替代率为10%时,硬度、咀嚼性和弹性都与纯蛋清组无显著差异。此外,大豆分离蛋白的加入可增加蛋糕的回复性,使蛋糕受压后恢复形变的能力增强,蛋糕吃起来柔软、爽口且不粘牙。在感官评价中,大豆分离蛋白对蛋清替代率为10%时,所制得蛋糕在色泽、口感、滋味、组织状态和外观上与纯蛋清组无显著性差异,色泽、口感、滋味和可接受度的评分均高于纯蛋清组。大豆分离蛋白的加入丰富了蛋糕的滋味,在感官评价上略有优势。

大豆分离蛋白可作为高起泡性植物蛋白起泡剂,可用于部分替代蛋清。当大豆分离蛋白溶液对蛋清替代率为10%时,不会对蛋糕的比容、烘焙损失率、蛋糕质构产生明显影响,可提高蛋糕的感官评分,尤其可以提高口感与滋味评分,且大豆分离蛋白的加入可丰富蛋糕中各种氨基酸的种类与含量,赋予蛋糕更高的营养价值。本研究表明大豆分离蛋白可替代蛋清在蛋糕中发挥起泡剂的作用,拓宽了大豆分离蛋白在烘焙领域的运用。