发酵紫苏粉对蛋糕储藏稳定性的影响

田海娟，谢黎明， ，李小艳， ，陈亦婷， ，张艳，张传智

1. 吉林工商学院粮油食品深加工吉林省高校重点实验室（长春 130507）；2. 吉林工商学院粮食学院（长春 130507）

紫苏（Perilla frutescens（L.）Britt.），古名荏，名引子、苏子、白苏、苏麻、香苏、苏草及桂芢等，紫苏属是一年生草本植物[1]。紫苏是中国的一种传统药用植物，是中国卫生部第一批发布的60种药食兼用型植物之一[2]。紫苏籽含有各种生物活性物质，如氨基酸、亚麻酸、迷迭香酸、油酸、亚油酸和棕榈酸及维生素E等，它还具备降血脂、抑菌、抗炎、抗氧化、增加肝脏二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）含量等生理调节功能[3]。紫苏作为一种多功能的经济植物，在医药、食品、保健、畜牧等领域有着广泛应用，其药用价值与食用价值的研讨与开发受到国内外关注[5]。紫苏粕是紫苏籽提取油后的主要副产品，含有少量紫苏籽油[6]。紫苏粕富含植物蛋白与膳食纤维，含粗蛋白质40.1%、粗纤维17.3%，粗脂肪8.7%，粗灰分8.14%，可溶性膳食纤维2.5%[7]。中国紫苏粕主要应用于饲料、肥料的生产，由于其特殊气味还未在食品中广泛应用。

凝结芽孢杆菌是益生菌，具备抗逆性强、耐高温高压和易储存等的长处，能够改善人体肠道菌群结构、调节肠道功能紊乱、维持肠道内菌群平衡和提高机体免疫水平、促进营养物质代谢和利用，是近年来研究的热门菌种[8]。乳酸克鲁维酵母菌是用乳酸作唯一碳源和能源的酵母，具有营养要求简单、生长旺盛、生物量大、生长温度适应范围广、强大的分泌蛋白能力，产生内毒素和对人类无害等优点，可实现100 g/L高密度的发酵人血清白蛋白的表达水平最高达3.3 g/L[9-10]。

蛋糕在储藏期间会发生缓慢老化，增强焙烤食品的储藏稳定性一直是研究热点。试验通过对比发酵与未发酵2种紫苏粉及其添加量对蛋糕保水性、老化度、脂肪氧化程度及支链淀粉焓值变化，研究添加发酵紫苏粉对蛋糕储藏稳定性的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans，北京创联生物技术有限公司）；乳酸克鲁维酵母菌（Kluyveromyces lactis ATCC 12426，北京创联生物技术有限公司）；金龙鱼非转基因大豆油（维生素A营养强化，益海嘉里粮油工业有限公司）；百钻无铝害双效泡打粉（安琪酵母股份有限公司）；伊仕特塔塔粉（安琪酵母股份有限公司）；利乐枕牛奶（广泽乳业有限公司）；牛肉膏（北京奥博星生物技术有限责任公司）；蛋白胨（北京奥博星生物技术有限责任公司）；麦芽提取物（北京奥博星生物技术有限责任公司）；LP0042酵母提取物（英国0XOID公司）；氯化钠（北京化工厂）；葡萄糖（天津市大茂化学试剂厂）；氢氧化钠（北京化工厂）；紫苏料、新鲜鸡蛋、蛋糕专用粉、食盐、白砂糖（市售）；2-硫代巴比妥酸（郑州康善生物科技有限公司）；三氯乙酸（湖北远成赛创科技有限公司）；蒸馏水（自制）。

1.1.2 仪器与设备

DHG-9245A鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；HA220-50-06型超临界萃取装置（江苏南通市华安超临界萃取有限公司）；ZWY-2102气浴全温恒温摇床（上海智诚分析仪器制造有限公司）；Cary 60 UV-Vis紫外、可见分光光度计（美国安捷伦科技公司）；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器（上海豫康科教仪器设备有限公司）；TDL-5-A离心机（上海安亭科学仪器厂）；BXM-30R立式压力蒸汽灭菌器（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）；CP214电子天平（美国奥豪斯公司）；SQW-6A超微粉碎机（山东三清不锈钢设备有限公司）；SVEBA DAHLEN AB DC-11旋转烤箱（深圳市瑞达成科技有限公司）；净化工作台（上海新苗医疗器械制造有限公司）；SWEEDA打蛋机（深圳通世海国际贸易有限公司）；DSC-100差示扫描量热仪（南京大展机电研究所）；LHS-1 50SC恒温恒湿箱培养箱（上海一恒科学仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 发酵紫苏粉的预处理

紫苏籽清洗→烘干→粗粉碎→超临界萃取（萃取压力25 MPa，萃取温度40 ℃，CO2流量20 L/h）→超微粉碎（74 μm）→高压蒸汽灭菌→接菌→恒温培养→高压蒸汽灭菌→烘干→超微粉碎→冷藏备用

1.2.2 菌种的活化

制备酵母菌培养基及营养肉汁培养基，将2种培养基灭菌，备用。吸取1%乳酸克鲁维酵母菌于酵母菌培养基中，将含菌的酵母菌培养基放入37 ℃摇床中，培养3 d，作为1代菌液。将凝结芽孢杆菌粉末取少许加入营养肉汁培养基中，含菌培养基放入24 ℃摇床中培养18 h，作为1代菌液。培养好的1代菌液吸取1%加入到对应的培养基中培养18 h作为2代菌液。将培养好的乳酸克鲁维酵母菌和凝结芽孢杆菌2代菌液接入到超临界萃取脱脂并灭菌后的紫苏粕中进行培养。培养条件为：乳酸克鲁维酵母菌与凝结芽孢杆菌比例1∶1、料水比1∶2.5 g/mL、接种量12%，在33 ℃恒温摇床中培养48 h[10]，混菌发酵期间每隔12 h翻动1次发酵基料，发酵期间共翻动4次。

1.2.3 紫苏粉蛋糕的制作配方及工艺流程

鸡蛋150 g、白砂糖50 g、蛋糕专用粉45 g、金龙鱼大豆油40 g、牛奶45 g、塔塔粉1 g、泡打粉1 g。按照戚风蛋糕的加工方法[11]，制作蛋糕备用。未添加紫苏粉的蛋糕组为空白组，添加未发酵紫苏粉蛋糕为对照组。

1.2.4 紫苏粉蛋糕储藏期各项指标测定

1.2.4.1 发酵紫苏粉蛋糕保水性测定

将做好的蛋糕自然冷却1 h后，第1次称取蛋糕质量，作为蛋糕的原质量；称重过后，蛋糕放入恒温恒湿培养箱中，温度23 ℃，并在恒温恒湿培养箱中放入饱和食盐水，通过饱和食盐水调节恒温培养箱中相对湿度，使培养箱内相对湿度保持70%。储藏期间每24 h称量1次，继续测量5次[12-13]。按式（1）计算失水比，失水比表示保水性。

1.2.4.2 紫苏粉蛋糕老化度测定

将各组蛋糕在相同环境下放置48 h，取蛋糕芯10.0 g，分别放入孔径0.425 mm标准筛（40目）中，在筛中分别放入10个直径7 mm的不锈钢珠，以120 r/min的频率振荡5 min，称量筛下物的质量[14]。根据式（2）计算单位时间内筛下物质量即蛋糕老化度（g/min）。

1.2.4.3 紫苏粉蛋糕脂肪氧化程度（TBA）测定

将蛋糕样品在相同环境放置24 h后，揉碎，然后用研钵研磨均匀。称取各组10 g蛋糕样品，放入到干净烧杯中，加入质量分数10%的三氯乙酸溶液40 mL。用磁力搅拌器搅拌均匀，转速30 r/min，时间10 min。均匀搅拌后，蛋糕匀浆用离心机以5 000 r/min速度离心5 min，取匀浆上清液。将匀浆上清液转移至50 mL容量瓶中，用10%三氯乙酸溶液定容，盖塞，混匀，室温下静置10 min。吸取5 mL配制好的匀浆上清液于25 mL比色管中，加入5 mL的代巴比妥酸（TBA）溶液，盖塞，混匀。将盖塞的比色管放到95 ℃恒温水浴锅中，水浴加热50 min，取出比色管，在冷水中降温10 min，取出备用。将冷却后的溶液用紫外分光光度计在532 nm处测定其吸光度[14-15]。TBA值（mg/kg）按式（3）计算。

式中：A532nm为溶液在532 nm处的吸光度；41.5为每毫升溶液中含丙二醛量的换算系数。

1.2.4.4 紫苏粉蛋糕支链淀粉老化焓值测定

用差示扫描量热仪测定在相同环境中存放0～5 d时的蛋糕焓值的变化。测定步骤：取15 mg的蛋糕芯放置在铝坩埚中（每次取相同位置的蛋糕芯），铝坩埚立刻放入到差示扫描量热仪中测量，空坩埚为空白组。测定参数：升温速率10 ℃/min、样品温度100 ℃。测得30 ℃至100 ℃升温过程的相变焓值ΔH[16-18]。

2 结果与分析

2.1 紫苏粉蛋糕保水性测定结果与分析

如图1所示：蛋糕随着储藏时间不断延长，蛋糕的失水比也越来越大，说明蛋糕随着储藏时间增加，蛋糕中的水分逐渐减少；2种不同紫苏粉的添加对蛋糕保水性有不同程度的影响，不同添加量的影响程度也不同。放置1～3 d时蛋糕失水比增加较快，各组蛋糕失水比增长量6%～10%，放置4～5 d时，蛋糕失水比增加速度较缓慢，各组蛋糕失水比增长量在2%～5%。随着发酵紫苏粉添加量增多，蛋糕失水比逐渐减少，空白蛋糕失水比为30.77%，发酵紫苏粉添加量25%蛋糕失水比为24.30%，下降5.67%；对照组蛋糕随着未发酵紫苏粉添加量不断增加，失水比增加也越来越缓，空白蛋糕的失水比为30.77%，未发酵紫苏粉添加量25%的失水比为26.53%，下降4.24%。相较空白组，2种紫苏粉的加入都使蛋糕的失水比减少，且相同添加量下，添加发酵紫苏粉蛋糕失水比低于对照组蛋糕失水比。分析其原因在于，紫苏粉经过发酵后，大分子物质被降解，与水结合更为紧密，减缓蛋糕中的水分流失。

图1 紫苏粉对蛋糕水分的影响

2.2 发酵紫苏粉蛋糕老化度测定结果与分析

如图2所示：随着紫苏粉添加量不断增大，添加2种紫苏粕蛋糕老化度均逐渐减小；对照组蛋糕老化度降低速度较为缓慢，添加发酵紫苏粉蛋糕5%老化度下降程度较快，下降近0.10 g/min，与空白组相比下降约30%，10%～25%老化度较为缓慢，下降值在0.01～0.05 g/min范围内，与空白相比下降3%～15%，添加未发酵紫苏粉的蛋糕老化度最大下降0.15 g/min，下降52.76%，而发酵紫苏粉蛋糕老化度最大下降0.20 g/min。发酵紫苏粉加入，可改善蛋糕的老化的情况。添加25%的发酵紫苏粉蛋糕延缓老化效果对比空白组，下降0.20 g/min，下降72.35%。分析原因，紫苏粉的加入，使得蛋糕中的纤维含量增大，膳食纤维含量也随之增加。膳食纤维可以与蛋糕中淀粉结合，形成稳定的复合物，复合物的形成减缓淀粉从无序态向有序态的转化的速度，使蛋糕老化延缓[19]。紫苏粉经过发酵这一过程，膳食纤维含量有所增加，形成稳定复合物更多，较对照组更加有效抑制蛋糕的老化，延长蛋糕储藏期。

图2 发酵紫苏粉对蛋糕老化度的影响

2.3 发酵紫苏粉蛋糕脂肪氧化程度（TBA）测定结果与分析

TBA值反映的是蛋糕中脂类物质的氧化程度的高低。脂类在氧化过程中会生丙二醛，丙二醛与硫代巴比妥酸发生化学作用。TBA值越大，颜色越深，蛋糕氧化的程度越严重。脂类物质氧化后，导致蛋糕发生酸败，产生不良气味，影响蛋糕的感官品质。如图3所示，随着发酵紫苏粉加入，蛋糕脂肪氧化程度（TBA）值逐渐减小。对照组蛋糕未发酵紫苏粉添加量5%时，TBA值急剧下降，下降6.00 mg/kg，与空白相比下降约8%，未发酵紫苏粉添加量10%～25%时呈缓慢下降趋势，下降值均在1 mg/kg左右，与空白相比下降约1%；添加发酵紫苏粉蛋糕添加量5%和25%时，TBA值急剧下降，分别下降10.00 mg/kg和6.00 mg/kg，未发酵紫苏粉添加量10%～20%时整个过程呈缓慢下降趋势，下降值均在1.00 mg/kg到2.00 mg/kg。总体而言，添加发酵紫苏粉蛋糕TBA值下降幅度及趋势大于添加未发酵紫苏粉蛋糕，添加发酵紫苏粉延缓蛋糕氧化效果优于添加未发酵紫苏粉，相比于空白组，发酵紫苏粉添加量25%的蛋糕TBA值下降17.66 mg/kg，约23.94%，未发酵紫苏粉添加量25%的蛋糕TBA值下降10.54 mg/kg，约14.29%。

图3 发酵紫苏粉对蛋糕脂肪氧化程度影响

2.4 发酵紫苏粉蛋糕支链淀粉老化焓值测定与分析

蛋糕在储藏的过程中，其中的支链淀粉发生重结晶，导致蛋糕老化。支链淀粉的重结晶老化通常会使热焓（ΔH）发生变化。通过测定蛋糕支链淀粉的老化热焓值变化，测定出蛋糕的老化程度变化。如图4所示，随着蛋糕储藏天数不断增加，各组蛋糕的老化焓值也在不断增加。分析其原因在于，随着储藏期延长，蛋糕支链淀粉重结晶的程度及速率增大，导致蛋糕中的淀粉聚合物增多，使蛋糕发生老化。添加2种紫苏粉蛋糕的老化焓值，均低于对照空白组，说明紫苏粉的添加可以降低蛋糕的老化速度。储藏0 d时，各组蛋糕焓值相差不大，在1～7 J/g之间，与空白老化下降3%～20%，1～5 d时添加2种紫苏粕蛋糕与空白组相差值在逐渐加大，从第1 d的1～10 J/g到第5 d的2～64 J/g，与空白组相比下降1%～54%。第5 d添加发酵紫苏粉的蛋糕比空白组下降63.87 J/g，下降54.03%，添加未发酵紫苏粉的蛋糕相对空白下降57.16 J/g，下降48.35%，相同添加量的2种紫苏蛋糕，添加发酵紫苏粉蛋糕老化焓值均小于添加未发酵紫苏粉蛋糕，添加发酵紫苏粉延缓蛋糕老化效果优于添加未发酵紫苏粉。分析其原因在于，2种紫苏粉的加入，蛋糕中的膳食纤维逐渐增多，有效抑制支链淀粉的重结晶，淀粉聚合物的合成受阻，延缓蛋糕的老化。

图4 紫苏粉对蛋糕淀粉老化焓值影响

3 结论

试验通过对比不同发酵紫苏粉添加量蛋糕的保水性、老化度、脂肪氧化程度及支链淀粉焓值变化，讨论添加发酵紫苏粉对蛋糕储藏稳定性的影响。结果显示，与空白组蛋糕相比，发酵紫苏粉添加量25%的蛋糕在失水比、老化度、TBA值、焓值分别下降5.67%，72.35%，23.94%和54.03%，未发酵紫苏粉添加量25%的蛋糕分别下降4.24%，52.76%，14.29%和48.35%。总体而言，添加发酵紫苏粉与添加未发酵紫苏粉的蛋糕储藏稳定性优于未添加紫苏粉的蛋糕；添加相同含量紫苏粉时，添加发酵紫苏粉蛋糕的储藏稳定性优于添加未发酵紫苏粉的蛋糕。蛋糕中添加发酵紫苏粉对储藏稳定性有较好效果，对延长蛋糕货架期有较好启发。