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发芽高粱无麸质蛋糕的制备及品质优化
麸质，即面筋蛋白，是小麦、黑麦、大麦、燕麦及其杂交种和衍生种中含有的一类蛋白质片段 [1] 。部分人群对麸质先天过敏，摄入含麸质的食品会破坏他们的肠道表皮细胞，从而诱发乳糜泻疾病[2]。近年来，随着病理学研究的深入和诊断手段的更新，我国乳糜泻病发案例报道不断增加，尤其是以小麦为主食的北方地区居民[3]。目前，治疗乳糜泻的唯一方式就是严格控制含麸质食品的摄入。国际食品法典委员会(CodexAlimentariusCommission，CAC)规定，不含小麦(即所有小麦品种)、黑麦、大麦、燕麦及其杂交品系的食品组分所制成的食品；或者是含有上述组分，但经加工处理已去除麸质或麸质含量低于 20mg/kg 即为无麸质食品[4]。
当前国外市场上已有较成熟的无麸质食品，而我国对无麸质食品的研究仍处于起步阶段。高粱，不含麸质，是世界上产量仅次于稻米、小麦、玉米及大麦的第五大粮食作物，它不仅可为人体提供所需营养物质，还有一些保健功能。中医认为，高粱性味甘、涩、温，有和胃、消积、温中、止泻等功效，主治脾虚湿困、消化不良、小便不利等病症[5]。但目前我国高粱仍以饲用和酿造为主，在食用方面仍停留于传统的加工方式，利用价值较低。一方面是由于高粱自身抗营养因子单宁含量高、赖氨酸缺乏、蛋白质品质不佳以及食味性较差[6]，使其在食品方面的加工应用受到限制，加工技术
的研究远远滞后于其他粮食作物。另一方面，高粱不含面筋蛋白，它的缺失会影响无麸质食品的成型，造成产品结构疏松，口感、质地以及感官品质较差。本课题组前期研究表明，将高粱发芽处理可提高氨基酸和 γ-氨基丁酸含量，降低抗营养因子单宁和植酸含量，有效改善了高粱营养品质。因此，本实验将发芽高粱粉用于制作无麸质蛋糕，并针对其缺乏面筋蛋白带来的品质问题，探讨大米粉和不同添加剂对无麸质蛋糕的品质改良作用，以期利用不同辅料和复合添加剂的协同增效作用，开发出一款健康美味的无麸质高粱蛋糕，为高粱在食品加工方面的应用及无麸质食品的开发提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 材料与仪器 白高粱种子产自江苏省沭阳县新河镇，市售；鸡蛋、玉米油、大米粉，成都市沃尔玛超市( ( 红光店) ) ；大豆卵磷脂、羟丙基甲基纤维素 (hydro xypropylmethylcellulose ， HPMC) ，浙江一诺生物科技有限公司；木糖醇，山东龙力生物科技股份有限公司。
NDJ- -1 1 旋转黏度计，浙江力辰仪器科技有限公司； TA- - XT2i质构仪，英国 m StableMicroSystem 有限公司； DDQ- -1 B01K1 打蛋器，小熊电器股份有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 发芽高粱的制备 参考易翠平等 [7] 的高粱发芽实验：挑选高粱籽粒，确保没。
有破损颗粒和其他杂质。将浸泡 20h 后的高粱用 7.0%的 H2O2溶液消毒 15min，再用去离子水反复冲洗。然后将高粱籽粒平铺于双层纱布之间，于 30℃、无光条件下发芽 48h，为防止发霉，每隔 12h 清洗高粱和纱布并洒水。发芽完成后置于40℃烘箱中干燥，待水分含量降至 13%左右，取出粉碎过 120目筛，于 4℃冷藏保存、备用。
1.2.2 无麸质蛋糕配方及工艺流程 通过预实验确定小麦粉蛋糕配方( ( 对照 1) ：小麦粉 100g ，玉米油 30g ，鸡蛋 200g ，白砂糖 60g ，牛奶 50g 。
无麸质高粱蛋糕基础配方( ( 对照 2) ：高粱粉 100g ，玉米油 30g ，鸡蛋 200g ，白砂糖 60g ，牛奶 50g 。
无麸质高粱蛋糕改良配方：高粱粉与大米粉共 100g ，玉米油30g ，鸡蛋 200g ，白砂糖与木糖醇共 60g ，牛奶 50g， ， HPMC0.3g ，大豆卵磷脂 0.3g 。
工艺流程参照王雪 [8] 的蛋糕糊制作步骤，将得到的蛋糕面糊注模后置于蒸锅中蒸制 25min 。
1.2.3 无麸质蛋糕工艺配比优化设计 1.2.3.1 单因素试验设计 按 1.2.2 的改良配方：
(1) 固定木糖醇 10g, 改变大米粉添加量 (0、 、 10、 、 20、 、 30、 、 40 、
50g) ，探讨大米粉添加量对蛋糕面糊及蛋糕品质的影响。
(2) 固定大米粉 30g ，改变木糖醇添加量 (0、 、 10、 、 20、 、 30、 、 40 、50、 、 60g)。
，探讨木糖醇添加量对蛋糕面糊及蛋糕品质的影响。
(3) 固定大米粉 30g 、木糖醇 30g ，改变 C HPMC 添加量 (0、 、 0.1 、0.2 、 0.3 、 0.4 、 0.5 、 0.6g) ，探讨 C HPMC 添加量对蛋糕面糊及蛋糕品质的影响。
(4) 固定大米粉 30g 、木糖醇 30g 、 HPMC0.4g ，改变大豆卵磷脂添加量 (0 、 0.1 、 0.2 、 0.3 、 0.4 、 0.5 、 0.6g) ，探讨大豆卵磷脂添加量对蛋糕面糊及蛋糕品质的影响。
1.2.3.2 正交试验设计 在单因素试验结果的基础上，采用 L9(34) 表通过正交试验设计确定无麸质高粱蛋糕最佳工艺配方 ，实验因素水平见表 1 1。
。
表 1 正交试验因素水平表单位：g Table1Orthogonalexperimentfactorleveltable 1.2.4 蛋糕面糊黏度测定 采用数字式黏度仪在室温下测量蛋糕面糊黏度，选用 2 2 号转子，转速 6r/min ，待读数稳定时读取蛋糕糊的黏度值。
1.2.5 蛋糕面糊密度测定 采用相对密度法 [9] 进行测定。按公式(1)计算：
ρ=ρ 水 (1) 式中：
ρ ，面糊密度， g/mL ； m0 ，密度杯质量，g g ； m1 ，装
满蒸馏水的密度杯质量，g g； ； m2 ，装满面糊的密度杯质量，g g ；ρ ρ 水，水的密度为 1.0g/mL 。
1.2.6 蛋糕比容的测定 采用油菜籽替换法[10]，将蒸制好的蛋糕在室温下冷却 1h后进行测定，按公式(2)计算：
(2) 式中：
SV ，蛋糕比容， mL/g ；V V ，蛋糕体积， mL ；m m ，蛋糕质量，g g 。
1.2.7 蛋糕质构的测定 蛋糕室温冷却 h 1h 后，将其切成 m 15mm 的正方体，采用 TA.XT2i型质构仪进行 A TPA 测试。测定条件：探头型号为 P/36，测试前、中、后速度分别为 1.0、3.0、1.0mm/s，触发感应力 5g，压缩比 40%。
1.2.8 蛋糕感官品质的测定 参照文献 [11]选 的方法，挑选 0 10 位经培 训的感官评定成员，采用九分评价法对蛋糕口感、柔软度、外观、色泽和整体可接受度 5 5 个指标进行评定。1 为非常不喜欢，5 为既不喜欢也不讨厌，9 为非常喜欢。
1.2.9 统计分析 所有实验数据用 Excel2022 分析处理，利用 5 Origin8.5 作图，通过 0 SPSS19.0 进行显著性检验 (P0.05) ，结果以均值 ± 标准差表示。
2 结果与讨论 2.1 改良前无麸质高粱蛋糕与小麦粉蛋糕品质对比 表 由表 2 2 可知，高粱蛋糕( (照 对照 2) 面糊的黏度和密度显著(P0.05) 低于小麦蛋糕( ( 对照 1) 面糊；高粱蛋糕比容略低于小麦粉蛋糕 (P0.05) ， 硬度和咀嚼性显著高于小麦蛋糕 (P0.05) ，需进一步改善；弹性优于小麦粉蛋糕；在感官品质上，高粱蛋糕口感、柔软度、外观、色泽以及整体可接受性均显著低于小麦粉蛋糕。综上所述，无麸质高粱基础配方蛋糕与小麦粉蛋糕进行品质对比，发现无麸质高粱蛋糕相比小麦粉蛋糕存在较多不足之处，还需进一步的改良。
表 2 无麸质高粱蛋糕与小麦粉蛋糕品质对比 Table2Qualitycomparisonbetweengluten-freesorghumcakeandwheatcake 注：同行不同字母表示数值之间差异显著(P0.05) 2.2 改良无麸质高粱蛋糕制作工艺及配方单因素分析 2.2.1 大米粉添加量对高粱蛋糕品质的影响 大米是目前应用最多的优质无麸质原料之一，将其与其他无麸质原料复合使用可改善产品品质特性。由图 1 可知，随着大米粉添加量的增加，蛋糕面糊黏度和密度都呈先降后升的趋势。这可能是因为高粱中粗纤维含量较米粉高，保水性好[12]，米粉添加后纤维含量相对降低，保水性减弱，导致水分溢出，面糊流动性变大，黏度降低(P0.05)；发芽高粱粉
淀粉含量较低，随着大米粉添加量的继续增大，淀粉比例增加，使得面糊黏度增加(P0.05)。面糊的黏度会影响面糊中气泡的移动和融合，进而影响面糊密度，面糊黏度过低，流动性变大，进而引起面糊消泡，导致面糊密度增加；面糊黏度过大，蛋白霜内部气泡难以融入蛋黄糊中，使得面糊内部气泡量减少，从而导致其密度的增加[8]。面糊密度体现鸡蛋液混合面粉、油、水搅拌过程中的持气和充气能力，进而影响蛋糕的比容[13]。
图 1 大米粉添加量对高粱蛋糕面糊品质的影响 Fig.1Effectofriceflouronthequalityofsorghumcakebatter 由表3 3 可知，随着大米粉添加量的增加，蛋糕比容先增后降，大米粉 添加量为 g 30g 时，比容最大为 2.8382mL/g。
。比容越大，单位质量蛋糕的体积越大，蛋糕越松软。质构特性包括硬度、弹性、咀嚼性等指标，是衡量蛋糕品质的重要指标。硬度和咀嚼性越低，蛋糕越松软，口感越好；弹性表示蛋糕变形后能恢复的程度，弹性越大，蛋糕越柔软。随着大米粉添加量的增加，弹性先升后降，硬度和咀嚼性正好相反，这是因为适量的米粉添加可提高蛋糕糊的起泡性和泡沫稳定性[14]；当大米粉添加过多，淀粉含量增大会使面糊的黏度增加，大量的蛋白质分子会吸附到界面上较难展开，进而影响搅打时蛋白质形成较大界面面积和泡沫体积的能力，使蛋糕硬度增
大[15]。同时，过多的淀粉会降低蛋白的起泡性，蛋糕面糊内泡沫减少，从而使得蛋糕弹性变差。
表 3 大米粉添加量对高粱蛋糕比容和质构特性的影响 Table3Effectofriceflouronspecificvolumeandtexturecharacteristicsofsorghumcake 注：同列不同小写字母表示数值之间差异显著(P0.05)(下同) 如图 2 2 所示，适当的大米粉添加量可改善高粱蛋糕品质，但添加量过高，品质出现了下降趋势。大米粉添加量对蛋糕口感、柔软度、外观和色泽均有很大的影响，添加量为 30g 时，高粱蛋糕整体可接受性最高为 7.6 分。口感和柔软度与蛋糕质构有一定的相关性，硬度越低、弹性越大，蛋糕更加松软可口；与高粱粉相比，大米粉色泽光洁，可改善蛋糕色泽；外观的变化可能与面糊黏度相关，面糊黏度过大，蛋糕硬度增加，表面出现细微裂纹；面糊黏度过低，蒸制过程中会造成气泡上浮到表面并很快逸出，不利于蛋糕组织结构的形成，蛋糕表面塌陷，形状不规整。
图 2 大米粉添加量对高粱蛋糕感官评分的影响 Fig.2Effectofriceflouronsensoryscoreofsorghumcake 综上所述，大米粉添加量为 30g( 大米粉与发芽高粱粉共 100g)时，高粱蛋糕感官整体可接受性最高，比容最大，质构特性较好。
2.2.2 木糖醇添加量对高粱蛋糕品质的影响 木糖醇是目前市场上最常用的功能性糖醇，热量较低，甜度与白砂糖相当，它还可通过影响蛋液功能特性来改善蛋糕面糊以及蛋糕产品品质 [16] 。由图 3 可知，随着木糖醇添加量增加，面糊黏度下降，密度先降后升。与蔗糖相比，糖醇黏度较低，添加木糖醇后，相同搅打条件下，会降低鸡蛋液黏度，但不影响起泡性和泡沫稳定性，在搅拌过程中有利于气体充分进入到面糊体系中，并能够较好的保持[16]，密度也随之下降；但面糊黏度过低，会造成面糊持气性和稳定性下降，面糊密度增加[17]。
图 3 木糖醇添加量对高粱蛋糕面糊品质的影响 Fig.3Effectofxylitolonthequalityofsorghumcakebatter 表 表 4 4 是高粱蛋糕比容和质构测定结果。随着木糖醇添加量的增加，比容先增后降，木糖醇添加 30g 时，比容最大为2.8654mL/g。但木糖醇添加过多，过低的面糊黏度会降低面糊的持气性，使得蒸制过程中气泡在浮力的作用下不断上浮并逸出表面；面糊黏度过低，气泡上升速度就大，影响蛋糕结构的形成，因而蛋糕比容减小[18]，弹性也因此下降。质构测定结果发现高粱蛋糕弹性呈先升后降的趋势，硬度呈波动上升趋势，这可能是因为添加木糖醇后，鸡蛋液受热形成凝胶的硬度增加引起的[16]；咀嚼性无显著变化(P0.05)。
表 4 木糖醇添加量对高粱蛋糕比容和质构特性的影响
Table4Effectofxylitolonspecificvolumeandtexturecharacteristicsofsorghumcake 图 由图 4 4 可知，适当的添加木糖醇，蛋糕整体可接受性提高，添加量为 g 30g 时，整体可接受性最高为 9 7.9 分。木糖醇的添加对蛋糕色泽无明显影响(P0.05)；口感和柔软度与蛋糕比容和弹性变化趋势基本一致，比容和弹性越大，蛋糕的口感和柔软度也更好；外观在开始无太大变化，之后可能是因为过量木糖醇使黏度过低导致蒸制过程中气泡逸出，蛋糕塌陷，形状不规整。综上所述，木糖醇添加量为 30g(白砂糖与木糖醇共 60g)时，高粱蛋糕感官整体可接受性最高，比容最大，质构特性较好。
图 4 木糖醇添加量对高粱蛋糕感官评分的影响 Fig.4Effectofxylitolonsensoryscoreofsorghumcake 2.2.3HPMC 添加量对高粱蛋糕品质的影响 亲水性胶体可模拟面筋蛋白网络以增强黏弹性，从而弥补无麸质食品中面筋缺乏带来的不良影响。如图 5 所示，随着亲水胶体 HPMC 添加量的增加，面糊黏度显著上升(P0.05)，密度先下降后升高。这是因为 HPMC 与淀粉链结构相似，相容性好；且 HPMC 具有良好的持水性和黏稠性，能黏结淀粉颗粒并降低其流动性，使得面糊黏度增加[19]。适当的面糊黏度可降低面糊密度；当 HPMC 添加过多，面糊太过黏稠，限制气泡的膨胀，面糊密度增大[20]。
图 5HPMC 添加量对高粱蛋糕面糊品质的影响 Fig.5EffectofHPMConqualityofsorghumcakebatter 表 高粱蛋糕比容和质构特性变化如表 5 5 加 所示，适当添加 HPMC为 有助于增加蛋糕比容，添加量为 g 0.4g 时，比容最大为2.9251mL/g。
。这是因为 HPMC 属于纤维素衍生物类亲水胶体，具有结晶的网络结构，能够较好地保持面糊中的气体，避免蒸制过程中气泡的扩散消失，以保证蛋糕具有更高的比容；但是，当 HPMC 添加量超过 0.4g，由于其吸水性和黏稠性太强，使得高粱蛋糕在蒸制过程中难以膨胀，比容降低[21]。随着 HPMC 添加量增加，弹性先上升后下降，硬度和咀嚼性呈相反趋势。这说明适量添加 HPMC 可以改善高粱蛋糕质构特性；添加量超过 0.4g 之后，由于黏度过高，蛋糕糊中融入的气泡减少和淀粉糊化程度降低[22]等原因间接导致蛋糕硬度的增...
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