随着粗粮饮食风尚的兴起,玉米及其制品主食化趋势显著[1]。但由于玉米中缺乏面筋蛋白,在加工过程中不易形成网状结构,导致玉米面团黏弹性差,口感较粗糙,这一定程度上限制了玉米在主食中的应用[2]。通过改性手段对玉米粉进行加工,是解决玉米制品品质差的重要途径。戚风蛋糕是一种广受欢迎的烘焙食品,目前使用小麦粉制作戚风蛋糕容易出现塌陷或变形的情况,这是由于小麦粉筋性较强,导致蛋糕在烘烤过程中结构不够稳定[3]。使用改性玉米粉制作的戚风蛋糕质地均匀、弹性和松软度较好,有望改善塌陷问题并提升其口感。
发酵和酶解是玉米粉改性的常用手段。发酵法是利用微生物发酵改变玉米粉的分子结构从而改善其质构特性[4],研究表明,经发酵处理后的玉米粉所制作的蛋糕具有较低硬度以及较高的咀嚼性[5];酶解法是利用特定的酶来促进化学反应,从而实现对目标物质特定结构的改造[6],经酶解技术改良后的玉米粉可以改善玉米食品口感粗糙的问题。以上2种方法均能不同程度的改善玉米粉品质及加工特性。复合法改性能够赋予玉米粉不同的特性,从而有助于提高玉米粉品质。
本研究以成熟期硬质玉米为原料,首次研究乳酸菌发酵与纤维素酶解复合改性玉米全粉(corn whole flour,CWF)在戚风蛋糕烘焙中的应用,并对产品品质进行系统性评价。旨在为改性CWF的进一步应用提供理论依据和技术支持。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
硬质玉米,黑龙江省大庆市龙凤区;复合乳酸菌(1010 CFU/g),山东中科嘉亿生物工程有限公司;纤维素酶(20 000 U/g),上海宝曼生物科技有限公司;牛奶,君乐宝乳业集团有限公司;鸡蛋、白砂糖,市售;色拉油,齐齐哈尔市龙翰粮油经贸有限公司。
1.2 设备与仪器
TMS-Pro食品物性分析仪,英国Stable Micro System;UltraScan VIS分光测定仪,北京冠远科技有限公司;VELPNDA701杜马斯定氮仪,意大利VELP公司;RJX-3-9马弗炉,天津试验电炉厂;XW-80A漩涡混合器,上海精科实业有限公司;SX-500高压蒸汽灭菌锅,天美仪拓实验室设备(上海)有限公司;GH4500隔水式培养箱,天津市泰斯特有限公司;OMJ 2/4分层烤炉,河北欧美佳食品机械有限公司;DH133打蛋器,中山市德和电击有限公司;ME104E超微粉碎机,山东鼎信超微粉碎技术有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 玉米全粉的制备
a)玉米全粉:将玉米清洗、筛选,在玉米粒洗净晾干后,以破壁机初步研磨,在H档位(20 000 r/min)粉碎30 s研磨成粗粉,随后使用超微粉碎机进行粉碎,单次进样量为300 g,研磨时间为180 s,过200目筛,收集筛下物,此样品简称为CWF。
b)发酵玉米全粉(fermented corn whole flour,FCWF):将玉米清洗、筛选,对玉米颗粒进行发酵,料液比为1∶2.5(g∶mL),乳酸菌接种量为4.0 g/kg,在37 ℃条件下发酵22 h,静置沉淀洗涤,烘干后粉碎步骤同上,过200目筛,收集筛下物,此样品简称FCWF。
c)复合改性玉米全粉(compound modified corn whole flour,MCWF):将乳酸菌发酵结束的玉米取出,添加100 mL蒸馏水,使酶解料液比为1∶3.5(g∶mL),调节pH值至5.5,纤维素酶添加量为3.0 g/kg玉米,置于50 ℃水浴锅中加热搅拌1.5 h后取出。水洗至中性,烘干后粉碎步骤同上,过200目筛,收集筛下物,此样品简称MCWF。
1.3.2 原料主要组分的测定
水分的测定采用直接干燥法,参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》;脂肪的测定采用索氏提取法,参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》;蛋白质的测定采用燃烧法,参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》;淀粉的测定采用酸水解法,参照GB 5009.9—2023《食品安全国家标准 食品中淀粉的测定》;灰分测定按照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》;粗纤维含量测定按照GB 5009.88—2023《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》。
1.3.3 CWF面糊流变特性测定
1.3.3.1 CWF面糊弹性模量(G′)、黏性模量(G″)的测定
参照YANG等[7]的方法,并略加修改。首先准确称取一定量CWF,以粉水比1∶2(g∶mL)制成面糊。随后,将面糊放置在平行板之间并调至面板间距离为2 mm,刮去多余的面糊。静置平衡5 min,使面糊残余应力松弛,采用PU 20平行板,夹板间距为2 mm,温度25 ℃。在此条件下,使用旋转流变仪记录当频率范围从0.1 Hz逐步增加至10 Hz时,面团的G′与G″随频率变化的动态数据。
1.3.3.2 CWF面糊表观黏度的测定
参考QIAN等[8]的方法测定CWF面糊的表观黏度,并略加修改,采用Kinexus高级旋转流变仪测定,具体测试条件:采用PU 20平行板,夹板间距为2 mm,温度25 ℃,静置平衡5 min,使面糊残余应力松弛,样品的剪切速率从0.1 s-1线性增加到100 s-1。
1.3.4 戚风蛋糕基础配方
a)戚风蛋糕基础配方
牛奶80 g、色拉油70 g、蛋黄80 g、玉米全粉95 g、白砂糖120 g、蛋白160 g。
b)工艺流程
蛋糕面糊调制→装模→烘焙→冷却→脱模
c)制作方法
粉料制备:将改性后的玉米使用破壁机在H档破碎30 s后,随后超微粉碎6 min,备用。
蛋黄部分制作:将鸡蛋分为蛋白和蛋黄2部分,将蛋黄、牛奶、色拉油、改性玉米全粉混合,搅打5 min,混合均匀。
蛋白部分制作:将白砂糖分3次加入蛋白中混合,分别以低、中、高速打发2、2、6 min,呈中性发泡,备用。
面糊混合:取1/3蛋白部分加入蛋黄部分采用翻拌法混匀,而后加入另2/3蛋白部分翻拌均匀。
装模:将混合好的面糊全部转移到烘焙模具中,轻轻振动模具排出面糊中的较大气泡。
烘焙:将装模完成的蛋糕面糊转移到烤箱中,烘焙条件为上火165 ℃、下火180 ℃、烘焙50 min。
冷却:烘焙结束后,将蛋糕从烤箱中取出,倒置于下方空置的不锈钢网架上,冷却至室温后脱模。
1.3.5 戚风蛋糕面糊表观黏度的测定
参考QIAN等[8]的方法测定蛋糕面糊的表观黏度,并略加修改,采用Kinexus高级旋转流变仪进行,具体测试条件:采用PU 20平行板,夹板间距为2 mm,温度25 ℃,平衡5 min,使面糊残余应力松弛,样品的剪切速率从0.1 s-1线性增加到100 s-1。
1.3.6 戚风蛋糕面糊密度的测定
采用相对密度法进行测定[9],计算如公式(1)所示:
ρ=ρ水
(1)
式中:ρ,面糊密度,g/mL;m0,密度杯质量,g;m1,装满蒸馏水的密度杯质量,g;m2,装满面糊的密度杯质量,g;ρ水,水的密度,1.0 g/mL。
1.3.7 戚风蛋糕烘焙损失的测定
由蛋糕面糊质量及烘焙后蛋糕的质量计算烘焙损失率[10],计算如公式(2)所示:
烘焙损失率
(2)
式中:m3,蛋糕面糊质量,g;m4,蛋糕质量,g。
1.3.8 戚风蛋糕比容的测定
采用油菜籽替换法[9],将烘焙好的蛋糕在室温下冷却1 h后进行测定,计算如公式(3)所示:
(3)
式中:SV,蛋糕比容,mL/g;V,蛋糕体积,mL;m,蛋糕质量,g。
1.3.9 戚风蛋糕色度的测定
采用孙赫一等[11]的方法将不同的CWF戚风蛋糕切成尺寸合适的立方体,放入分光测定仪的测量皿中进行测量,分光测定仪模式类型为RSIN-镜面反射,光源为CIELAB D65/10。
1.3.10 戚风蛋糕质构特性的测定
将烘焙完成后的戚风蛋糕冷却至室温,取边长为35 mm的正方体蛋糕芯进行全质构分析(texture profile analysis,TPA)测试,选用直径75 mm圆盘挤压探头。测试条件:量程、测试前速度、测试速度、触发力、测定后速度、2次下压停留间隔时间、形变分别为100 N、0.25 mm/s、0.8 mm/s、0.15 N、1 mm/s、6 s、50%。
1.3.11 戚风蛋糕的感官评价
戚风蛋糕的感官评分标准参考GB/T 20977—2007《糕点通则》(含第1号修改单),该标准将感官评价细分为5个关键维度:色泽(20%)、外形(20%)、内部组织(20%)、弹性(20%)以及气味与滋味(20%)[12]。选定10位经过系统的感官评价培训的食品科学与工程专业学生,对CWF戚风蛋糕进行感官评测,评测标准如表1所示。
表1 CWF戚风蛋糕感官评分标准
Table 1 Sensory evaluation criteria for chiffon cake prepared from the modified corn flour
项目评分标准得分/分色泽(20分)表面油润、有光泽,总体呈金黄色,无烤焦痕迹16～20表面油润、光泽较弱,总体呈淡黄色,有些许烤焦8～15表面干燥、无光泽,总体呈暗色,大面积焦糊1～7外形(20分)外形完整、细腻,底部平齐、无破损、无塌陷,总体笔直不倾斜16～20表面有些许破损,底部不平整,总体笔直8～15表面粗糙、大面积破损,坍塌严重,总体有倾斜1～7内部组织(20分)切面呈细密的蜂窝状,气孔大小一致,无空洞,无颗粒16～20切面气孔不够细密、均匀,有空洞,有细小颗粒8～15切面气孔大且不均匀,颗粒感重1～7弹性(20分)手指按下后回弹速度快,能很好地恢复原状16～20手指按下后回弹速度一般,按下的地方有压痕,反弹性弱8～15手指按下后不回弹,按下的地方痕迹明显1～7气味和滋味(20分)香味纯正、无焦糊味;口感柔软、细腻,爽口不黏牙,甜味适中,有玉米戚风蛋糕特有风味16～20香味平淡、无焦糊味;口感一般,甜度适中,黏牙8～15无香味、有焦糊味;口感差,黏牙1～7
1.4 数据处理
数据取3次重复实验的平均值,以“平均值±标准差”表示。使用SPSS 19.0软件进行方差分析,实验指标间以Duncan法(P<0.05)进行差异显著性分析。
2 结果与分析
2.1 改性方式对CWF营养成分的影响
改性不同阶段CWF营养成分变化情况如表2所示。
表2 改性不同阶段CWF营养成分 单位:%
Table 2 Nutrient composition of the modified corn flour
样品水分淀粉蛋白质粗纤维脂肪灰分CWF7.44±0.08a68.81±1.92c7.83±0.02a6.55±0.04a3.49±0.03a1.25±0.06aFCWF6.98±0.02b73.93±1.78b4.75±0.01b6.04±0.06b3.26±0.02b0.57±0.02bMCWF6.62±0.03c77.39±0.58a3.12±0.03c4.45±0.03c3.45±0.07a0.38±0.03c
注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
由表2可知,在改性的不同阶段,CWF中各营养成分含量存在显著性差异,其中粗纤维含量在发酵进程中略有降低。可能是乳酸菌发酵过程中产生降解粗纤维的酶(例如葡萄糖苷酶),将粗纤维中的复杂高分子物质逐步降解为小分子物质,从而被微生物吸收利用[13]。此外,MCWF脂肪含量与改性之前无显著变化,但在发酵进程中略有降低。
同时,淀粉含量在复合改性过程中有所提高(表2),乳酸菌发酵过程中产生多种酶,这些酶可以将非淀粉成分分解为较小的糖分子,FCWF中可溶性糖的比例增加,从而淀粉含量相对提高[14],发酵过程中也会产生蛋白酶,降解蛋白质,使包裹在蛋白质中的淀粉被释放出来[15]。蛋白质和灰分含量则在复合改性过程中逐步降低(表2),这是由于在复合改性过程中,微生物生长消耗了蛋白质[16],因而MCWF蛋白质含量下降。
2.2 改性方式对CWF面糊流变特性的影响
由图1-a、图1-b可知,随着扫描频率的增加,3种CWF面糊的G′和G″都呈增大趋势,且在低频率区(0.1～1.0 Hz)和高频区(1～10 Hz)的G′始终高于G″,表现出明显的类固体黏弹性行为。tan δ(G″与G′之比)是衡量样品黏弹性的关键指标。当tan δ<1时,这表明样品主要呈现出弹性主导的类固态特性,tan δ>1,则样品的黏性成分占据主导地位,表现出类似液体的行为[17]。由图1-c可知,tan δ始终<1,表明复合改性前后,CWF面糊均表现出以弹性为主的类固体特征,且对比发现FCWF面糊的G′和G″都显著高于未发酵的CWF面糊,酶解后的玉米全粉面糊的G′和G″都显著高于FCWF面糊,表明发酵和酶解的过程均增加了CWF的弹性。这可能是由于在乳酸菌发酵的过程产生水解酶及有机酸,促使CWF中的淀粉发生水解,这些主要作用于支链淀粉的侧链,因此支链淀粉发生裂解或脱支形成直链淀粉[18],造成了淀粉分子原有空间结构的改变,并且弱化了淀粉分子的交联度,使其更易与水结合[19],纤维素酶的水解作用促进了玉米籽粒中淀粉与纤维素的分离[20],降低了体系中粗纤维的含量,间接提升淀粉的含量,从而提高了MCWF的G′和G″。
a-G′;b-G″;c-损耗角正切值;d-表观黏度
图1 改性不同阶段玉米全粉面糊G′、G″及表观黏度
Fig.1 Elastic modulus, viscous modulus, and apparent viscosity of batters prepared by modified corn flour
由图1-d可知,在剪切速率为0.125 9 s-1时,3种CWF面糊的表观黏度达到最大值,在0.125 9 s-1后,随着剪切速率的不断增加,3种CWF面糊的表观黏度均呈下降趋势,这表示样品存在剪切变稀现象,CWF面糊表现为典型的假塑性流体[21]。在0.316 2 s-1后,FCWF面糊表观黏度低于CWF,这可能是由于乳酸菌在发酵进程中产生的酸或酶对淀粉颗粒的水解作用,减小了玉米全粉中淀粉颗粒的平均粒径,使淀粉颗粒表面出现孔洞和沟壑[22],这些孔洞和沟壑不利于水分的保持而使体系中的游离水分增加,从而降低了体系的表观黏度。MCWF面糊表观黏度显著高于CWF和FCWF面糊,这可能是由于在纤维素酶处理后,破坏了植物细胞壁,增加了细胞壁的通透性,使得水分更容易进入细胞内部[23],粉体的水合作用增强。
2.3 改性CWF的应用对戚风蛋糕面糊表观黏度的影响
3种CWF应用于戚风蛋糕,按1.3.4节调配后所得的面糊表观黏度如图2所示。随着剪切速率的不断增加,3种CWF戚风蛋糕面糊的表观黏度均呈下降趋势,这表示样品存在剪切变稀现象,CWF戚风蛋糕面糊表现为典型的假塑性流体[21],且剪切速率在0～10 s-1急剧下降。在相同剪切速率下,CWF戚风蛋糕面糊的表观黏度表现为:MCWF>FCWF>CWF。MCWF戚风蛋糕面糊表观黏度提升的原因可能是由于乳酸菌发酵产生的酶和有机酸侵蚀了淀粉颗粒的表面,导致更多的水分子进入颗粒,从而表现出更高的吸水率,导致面糊表观黏度较高[24]。在酶解过程中,经过纤维素酶处理后,可溶性纤维素含量升高,亲水性得到很大的提升,导致面糊表观黏度较高[25]。发酵和酶解过程均能够有效提升CWF戚风蛋糕面糊的表观黏度,增强其体系的稳定性,有效改善了CWF的加工性能。
图2 改性CWF的应用对戚风蛋糕面糊表观黏度的影响
Fig.2 Effect of modified corn flour usage on the apparent viscosity of chiffon cake batters
2.4 不同改性CWF戚风蛋糕烘焙特性
烘焙损失指的是蛋糕在烘烤过程中质量减少现象,其主要原因是水分的蒸发。减少烘焙损失对于提升蛋糕的品质至关重要[26]。由表3可知,3种CWF戚风蛋糕在烘焙过程中的烘焙损失表现为:CWF>FCWF>MCWF。结果表明,经过复合改性处理后CWF在烘焙过程中表现出对戚风蛋糕面糊更强的持水性。3种玉米全粉调制的戚风蛋糕面糊密度表现为CWF>FCWF>MCWF,表明玉米全粉经过复合改性处理后能够有效提高蛋糕面糊体系中的泡沫稳定性,降低蛋糕面糊密度,使烘焙出的蛋糕质地均匀细腻,蛋糕面糊密度的降低可能与原料玉米全粉中纤维的减少有关[27]。3种玉米全粉戚风蛋糕的比容表现为MCWF>FCWF>CWF,可能是由于MCWF蛋糕面糊黏度大,在烘焙过程中面糊中的气体逸出减慢,使制得的蛋糕不易收缩,比容较大。蛋糕比容体现了蛋糕体积膨胀程度和保持能力。比容值的大小直接影响到蛋糕成品的外形、体积、口感和组织结构。在一定质量下,蛋糕比容越大,表明蛋糕品质相对越好[27]。
表3 不同戚风蛋糕烘焙特性
Table 3 Baking properties of chiffon cakes prepared by the modified corn flour
样品蛋糕面糊密度/(g/mL)烘焙损失/%蛋糕比容/(mL/g)CWF0.426 2±0.000 7a22.33±0.31a3.00±0.07cFCWF0.412 2±0.000 4b12.84±0.20b3.24±0.04bMCWF0.391 5±0.000 2c11.55±0.26c3.58±0.08a
2.5 不同改性CWF戚风蛋糕的色度
色泽是蛋糕感官品质评价中的一个关键要素。如表4所示,3种CWF烘焙的戚风蛋糕色度存在显著性差异,其中亮度(L*)和红绿色度(a*)表现为MCWF>FCWF>CWF,可能是在发酵过程中,蛋糕中的天然色素,如胡萝卜素和叶黄素等发生分解反应,这导致蛋糕色泽变得较为明亮[28]。黄蓝色度(b*)则表现为CWF>FCWF>MCWF。原料的色度对于食品的感官品质具有重大影响,它直接关系到消费者对食品的接受程度,因此在食品加工过程中要重视食品的色度[29]。
表4 不同戚风蛋糕色度
Table 4 Coloration analysis of chiffon cakes prepared by the modified corn flour
样品L∗a∗b∗ΔE∗CWF69.07±0.06c1.83±0.01b27.55±0.24a0.14±0.02cFCWF72.29±0.19b2.41±0.02a26.98±0.12b4.38±0.22bMCWF72.75±0.08a2.37±0.02a24.34±0.13c5.09±0.20a
2.6 不同改性CWF戚风蛋糕外观
3种CWF戚风蛋糕外观如图3所示。
a-蛋糕表面;b-蛋糕横截面;c-蛋糕芯
图3 不同戚风蛋糕外观
Fig.3 Appearance of chiffon cakes prepared by the modified corn flour
由图3-a可知,CWF烘焙的戚风蛋糕表面呈深褐色,质地粗糙坚硬,而MCWF烘焙的戚风蛋糕表面颜色则逐渐变浅,具有金黄诱人的色泽,且由于烘焙过程中较好的膨胀性导致蛋糕表面有开裂现象。由图3-b可知,CWF烘焙的戚风蛋糕在冷却后表面发生了中心塌陷,出现蛋糕密度大、质地不均匀、弹性和松软度不足等问题,而MCWF烘焙的戚风蛋糕冷却后高度相对统一,没有肉眼可见的塌陷发生,蛋糕体质地均匀、弹性和松软度较好且MCWF烘焙的戚风蛋糕色泽更加金黄诱人。由图3-c可知,CWF烘焙的戚风蛋糕内部气孔大小不一、分布不均且有受压粘连现象,MCWF烘焙的戚风蛋糕内部气孔体积匀称,平均分布,未见有粘连现象。综合比较2种CWF烘焙的戚风蛋糕的外观及内部结构,MCWF要优于CWF,表明复合改性有效改善了CWF在蛋糕烘焙中的加工特性。
2.7 不同改性CWF戚风蛋糕质构特性
蛋糕的质构特性是对蛋糕品质进行分析和评价的重要手段。由表5可知,相较于CWF,使用MCWF烘焙的戚风蛋糕,硬度下降了58.82%,黏附性下降了30.77%,弹性下降了8.15%,胶黏性下降了57.42%,咀嚼性下降了60.88%,内聚性并未发生显著性变化。蛋糕硬度降低可能是由于随着加热时间的延长,淀粉颗粒过度凝胶化,高度有序的结构被破坏,导致颗粒内部结构变得更加松散[30]。同时,淀粉颗粒的破裂导致直链淀粉溶出,硬度下降[31]。蛋糕硬度和咀嚼性的降低,能显著提升蛋糕的柔软度,使其更易于咀嚼,这对蛋糕的整体品质产生了积极影响。与此同时,适当的弹性、内聚性和胶黏性,不仅有助于蛋糕结构的稳定,还能提升口感体验[32]。MCWF制作戚风蛋糕的硬度、黏附性、胶黏性以及咀嚼性相较于市售小麦粉戚风蛋糕还有一定差距,但弹性表现突出,可达市售小麦粉戚风蛋糕的95.05%。
表5 不同戚风蛋糕质构特性
Table 5 Texture properties of chiffon cakes prepared by the modified corn flour
样品硬度/N黏附性/(N·mm)内聚性弹性/mm胶黏性/N咀嚼性/mJCWF16.05±0.40a0.39±0.02a0.60±0.01b14.84±0.20a9.70±0.27a143.60±1.55aFCWF8.28±0.36b0.26±0.04b0.61±0.01b13.87±0.08c5.24±0.22b72.55±1.00bMCWF6.61±0.38c0.27±0.02b0.61±0.01b13.63±0.20c4.13±0.20c56.17±1.98c市售小麦粉3.39±0.22d0.13±0.01c0.70±0.02a14.34±0.44b2.46±0.16d37.30±3.08d
2.8 戚风蛋糕感官评价结果
由表6可知,MCWF烘焙的戚风蛋糕感官评价总分显著高于CWF及市售小麦粉烘焙的戚风蛋糕,色泽、外形、内部组织、弹性以及气味和滋味5项指标的评分均显著高于CWF烘焙的戚风蛋糕,表明MCWF在戚风蛋糕烘焙的实际应用中表现出了良好的效果。
表6 戚风蛋糕感官评价结果 单位:分
Table 6 Sensory evaluation results of chiffon cakes prepared by the modified corn flour
项目CWFFCWFMCWF市售小麦粉色泽(20分)7.013.015.512.4外形(20分)7.113.113.513.2内部组织(20分)10.316.017.114.5弹性(20分)9.613.615.516.3气味和滋味(20分)9.814.915.514.0总分(100)43.870.677.170.4
3 结论
经乳酸菌发酵与纤维素酶解复合改性后的玉米全粉面糊的G′、G″、表观黏度均显著提高。同时,复合改性过程有效提升了蛋糕面糊的表观黏度,降低了蛋糕面糊的密度,增强了体系的稳定性。相较于未改性的CWF,MCWF烘焙的戚风蛋糕硬度、黏附性、胶黏性和咀嚼性分别下降了58.82%、30.77%、57.42%和60.88%,感官评价分提高了33.3分(100分制),表明MCWF在戚风蛋糕烘焙的实际应用中表现出了良好的效果。
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