挤压山药淀粉-没食子酸复合物制备条件优化及其添加量对蛋糕品质的影响

史苗苗; 张振; 董雪娜; 刘子阳; 闫溢哲

doi:10.13386/j.issn1002-0306.2024060199

挤压山药淀粉-没食子酸复合物制备条件优化及其添加量对蛋糕品质的影响

郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南郑州 450001

基金项目: 国家自然科学基金（32202110）。

详细信息

作者简介:
史苗苗（1985−），女，博士，副教授，研究方向：淀粉功能性改性及应用，E-mail：chengzi3090@126.com

通讯作者:
闫溢哲（1987−），男，博士，教授，研究方向：碳水化合物改性及功能，E-mail：yanyizhe@zzuli.edu.cn。

中图分类号: TS213.2
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出版历程
- 收稿日期: 2024-06-13
- 网络出版日期: 2025-04-06

Optimization of Preparation Conditions of Extruded Yam Starch-Gallic Acid Complex and Effects on Its Amount on Quality of Cakes

Zhengzhou University of Light Industry, School of Food and Bioengineering, Zhengzhou 450001, China

摘要

摘要: 为开发一种低消化性的烘焙产品，以满足市场对健康产品的需求。通过单因素实验和响应面法对挤压山药淀粉-没食子酸复合物（Extruded Yam Starch-Gallic Acid complex，EYS-GA）制备条件进行了优化。以高抗性淀粉含量的EYS-GA替代不同量的小麦粉制作蛋糕，考察了不同添加量EYS-GA对混合粉糊化特性以及对蛋糕质构特性、水分分布和体外消化特性的影响。结果显示，EYS-GA的最佳制备条件为：挤出温度91 ℃、水分含量30%、螺杆转速180 r/min。在最佳条件下，制备EYS-GA的抗性淀粉含量达51.34%。同未添加EYS-GA组相比，添加量为20% EYS-GA小麦粉的峰值黏度、崩解值、最终黏度和回生值分别降低17.76%、12.44%、16.82%和11.25%，制成蛋糕的硬度和咀嚼性增加110.00%和90.36%。添加EYS-GA蛋糕的抗消化性增强，蛋糕品质得到改善。
- 挤压山药淀粉-没食子酸复合物 /
- 小麦粉 /
- 蛋糕 /
- 抗性淀粉
Abstract: To develop a low-digestible bakery product that met the market's demand for healthy products, the preparation conditions for extruded yam starch-gallic acid complex (EYS-GA) were optimized using single-factor experiments and response surface methodology. EYS-GA, with a high content of resistant starch, was used to replace varying amounts of wheat flour in cake production. The impact of different EYS-GA additions on the gelatinization characteristics of the mixed flour, as well as on the texture properties, moisture distribution, and in vitro digestion characteristics of the cakes, was investigated. The optimal preparation conditions for EYS-GA were found to be an extrusion temperature of 91 °C, a moisture content of 30%, and a screw speed of 180 r/min. Under these conditions, the resistant starch content in the prepared EYS-GA reached 51.34%. Compared to the control group without EYS-GA, addition of 20% EYS-GA to wheat flour resulted in a 17.76%, 12.44%, 16.82%, and 11.25% reduction in peak viscosity, disintegration value, final viscosity, and setback value, respectively. The hardness and chewiness of the resulting cakes increased by 110.00% and 90.36%, respectively. The addition of EYS-GA enhanced the cakes' resistance to digestion and improved the overall cake quality.
- extruded yam starch-gallic acid complex (EYS-GA) /
- wheat flour /
- cake /
- resistant starch

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随着现代生活水平的提高，人们对烘焙食品的多样化需求不断上升。蛋糕是通过准备材料、混合面糊、烘烤和冷却等制备的一种甜品，具有细腻的口感、易于携带的包装和丰富的营养需求，是庆祝活动中广受欢迎的美食之一。小麦粉是制作蛋糕的主要原料，决定着蛋糕质地和风味。但传统面粉存在很多问题，如粘性不足、低水分保持力和高消化性等问题限制了蛋糕的发展。

为了改善蛋糕的品质，研究人员探索了多种改良方法，例如添加银杏抗性淀粉能够在一定程度上提升蛋糕的抗消化性^[1]，用玉米淀粉-卵白蛋白复合物替代小麦粉制作纸杯蛋糕可以改善蛋糕的质构特性和消化性^[2]，向纸杯蛋糕中添加马铃薯雪花全粉也会对混合粉的糊化特性和蛋糕的质构特性产生影响^[3]。

山药因具备很高的食用和药用价值而受到科研工作者的关注，也是淀粉的众多来源之一。抗性淀粉作为膳食纤维的一种，具有降血脂、改善胰岛素抵抗等作用^[4]。没食子酸是化学结构最简单的天然多酚类化合物，广泛存在于茶、蔬菜和水果等植物性食品中^[5]。多酚可以与淀粉通过非共价键作用形成V型或非V型复合物，改变淀粉结构与理化性质，从而丰富淀粉基食品的应用。He等^[6]研究发现用没食子酸处理普通玉米淀粉和高直链玉米淀粉可产生典型的V型晶体结构，许敏等^[7]发现大米淀粉与没食子酸形成复合物，没食子酸的添加量会影响复合物中的抗性淀粉含量。

淀粉与多酚形成复合物的方法有水热处理、韧化处理、酸法处理、等离子体处理等^[8]。其中挤压是一种高温短时、成本低和效率高的干法制备技术^[9]。研究发现，挤压处理会使淀粉发生糊化，粘度降低，内部结构被破坏，淀粉颗粒出现不规则孔形结构，相对结晶度降低，淀粉回生减缓，支链淀粉发生显著降解，可调节有序结构，影响淀粉的回生过程^[10]，改变物料中的淀粉消化率^[11−12]，改善货架稳定性和水合特性率^[13]。通过调节挤压参数对物料进行压缩和剪切，有利于淀粉与多酚形成复合物。Zhou等^[10]研究了不同植物学背景下挤压处理和阿魏酸添加对淀粉消化率的影响，发现向不同品种的淀粉中加入阿魏酸进行挤压处理可提高或降低体外消化率。目前关于山药淀粉与没食子酸进行复合的研究还相对较少，且很少应用于食品体系中。

本文主要通过响应面法确定高抗性淀粉含量挤压山药淀粉-没食子酸复合物（EYS-GA）的最佳制备条件，并以EYS-GA部分替代小麦粉，研究其对混合粉糊化特性以及蛋糕质构特性、水分分布和体外消化性的影响，以便为淀粉-没食子酸复合物在烘焙食品中的应用提供指导。

1. 材料与方法

1.1 材料与仪器

铁棍山药　河南温县市售；山药淀粉（YS，含水量12.0%）　实验室自提；低筋小麦粉　青岛星华粮油食品有限公司；糖、鸡蛋　市售；没食子酸（分析纯）　上海麦克林生化科技有限公司；P7545猪胰酶（酶活性8×USP，分析纯）　美国Sigma公司；A7095淀粉葡萄糖苷酶（酶活性≥260 U/mL，分析纯）　美国Sigma公司；GOPOD葡萄糖试剂盒　爱尔兰Megazyme公司。

Process 11台式同向双螺杆挤出实验机　德国Thermo公司；RVA4500快速粘度分析仪　瑞典Perten公司；Atlas手动压片机　英国斯贝凯公司；PE4500多功能厨师机　佛山顺德柏翠电器有限公司；K42FK619电烤箱　浙江绍兴苏泊尔家居用品有限公司；DHG-9123A电热鼓风干燥箱　上海精宏实验设备有限公司；LG10-2.4A高速离心机　北京医用离心机厂；TA-XT plus质构仪　英国Stable Micro System公司；NM-120低场核磁共振分析仪　上海纽迈电子科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 挤压山药淀粉-没食子酸复合物（EYS-GA）的制备

将山药淀粉与没食子酸（添加量为15%，基于淀粉湿重）均匀混合，调整混合物的水分含量，使用双螺杆挤出实验机将混合粉进行挤压，通过改变挤压工艺处理参数得到对应的挤出产物，挤出物在40 ℃下烘24 h，过100目筛，在4 ℃下储存备用。

1.2.2 单因素实验

以抗性淀粉含量为指标，进行单因素实验，探究水分含量、螺杆转速、挤出温度对山药淀粉-没食子酸复合物体外消化性的影响。挤出的固定条件为水分含量30%，螺杆转速180 r/min，挤出温度90 ℃，挤出温度因素水平：80、90、100、110、120 ℃；水分含量因素水平：25%、30%、35%、40%、45%；螺杆转速因素水平：140、160、180、200、220 r/min，进行单因素实验，探究山药淀粉-没食子酸复合物的最佳挤压条件。

1.2.3 响应面试验设计

在单因素实验的基础上，根据Box-Behnken组合试验设计原理，以山药淀粉-没食子酸复合物的挤压参数为因素，抗性淀粉含量为响应值，设计响应面试验，其因素与水平见表1。

表 1 响应面试验因素与水平

Table 1. Response surface test factors and levels

因素	水平
因素	−1	0	1
挤出温度A（℃）	80	90	100
水分含量B（%）	25	30	35
螺杆转速C（r/min）	160	180	200

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1.2.4 糊化特性测定

向小麦粉中添加0%、5%、10%、15%、20%的EYS-GA（基于小麦粉湿重），均匀混合后即为不同添加量的EYS-GA混合粉样品。称取3 g样品和适量去离子水置于铝罐中，罐内总重为28 g，然后将铝罐放入快速粘度分析仪进行混合粉的峰值黏度、崩解值、最终黏度和回生值指标测定^[14]。测定条件：50 ℃平衡1 min，222 s从50 ℃升至95 ℃，95 ℃平衡2 min，228 s内从95 ℃降至50 ℃，50 ℃平衡2 min。实验平行测定三次。将上述添加不同含量EYS-GA的混合粉分别记为W-0%、W-5%、W-10%、W-15%、W-20%。

1.2.5 蛋糕制作

以小麦粉（50 g）为基，将在最优挤压条件下得到的EYS-GA分别以0%、5%、10%、15%和20%的替代量与小麦粉混合，得到不同EYS-GA添加量的混合粉。在室温下，将65 g鲜鸡蛋液和55 g糖放入打蛋器中，慢速搅打1 min混匀，快速搅打19 min，加入混合粉，制备成均匀的粘稠状蛋糊，以自然流淌的方式将面糊倒入纸杯模具，放入上火180 ℃、下火160 ℃的烤箱中烘烤20 min，取出样品冷却至室温。将上述添加了不同量挤压山药淀粉-没食子酸复合物的蛋糕分别记为C-0%、C-5%、C-10%、C-15%和C-20%。

1.2.6 质构特性测定

将蛋糕切成质地均匀的正方体，使用TA-XT plus质构仪测定蛋糕的硬度、弹性、胶着性、咀嚼性和回复性^[15]。测定参数设置：探头为P/36R，测前速率为3.00 mm/s，测中和测后速率均为1.00 mm/s，触发力为5 g，应变量50%，TPA模式。

1.2.7 水分分布测定

将蛋糕剪成20 mm×5 mm×5 mm的条状长方体，放置于核磁共振专用管中进行水分分布的测定^[16]。选择CPMG脉冲序列，采样点数TD为56264，采样频率SW=100.00 kHz，重复扫描次数NS为8，半回波时间TE为0.300 ms，T₂反演后即得到蛋糕的水分分布谱图。

1.2.8 体外消化性测定

称取200 mg（干重）样品和4 mL的0.1 mol/L醋酸钠缓冲液置于离心管中，100 ℃糊化30 min，糊化过程中不断摇晃。完成后加入1 mL胰α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶混合液（称取2 g胰α-淀粉酶溶于14 mL蒸馏水中混匀静置10 min，离心取上清液，加入0.53 mL淀粉葡萄糖苷酶和1.17 mL蒸馏水的混合液均匀混合，即得胰α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶混合液）进行水解，水解时确保离心管中的温度降至37 ℃。在20 min和120 min时分别取0.1 mL水解液置于4 mL的乙醇（70%, v/v）中停止反应，3000 r/min离心10 min，取0.1 mL的上清液加入3 mL GOPOD显色，510 nm处测定吸光度^[17]。标品为0.1 mL同样处理的标准葡萄糖溶液，空白为0.1 mL同样处理的去离子水。测量的吸光值分别计算快速消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、慢速消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）和抗消化淀粉（resistant starch，RS）含量，公式如下：

RDS (%) = (G_{20} - F G) ×0.9

$\rm \text{RDS}(\text{%})=({\text{G}}_{\text{20}}-{FG})\text{×0.9}$

(1)

SDS (%) = (G_{20} - G_{120}) ×0.9

$\text{SDS}(\text{%})\text=({\text{G}}_{\text{20}}-{\text{G}}_{\text{120}})\text{×0.9}$

(2)

RS (%) = 1 - (RDS+SDS)

$\text{RS}(\text{%}){=1-}(\text{RDS+SDS})$

(3)

式中，G₂₀和G₁₂₀分别为20 min和120 min时的葡萄糖含量，%；FG为未加酶时水解出葡萄糖的含量，FG=0。

1.3 数据处理

实验重复操作三次，数据以平均值±标准差表示。Origin 9.0、Design-Expert 13和SPSS 26.0分别进行绘图、方差分析和差异显著性分析（P<0.05）。

2. 结果与分析

2.1 单因素实验结果分析

2.1.1 挤出温度对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响

挤出温度对山药淀粉-没食子酸复合物RDS、SDS和RS含量的影响如图1所示。SDS含量在统计学意义上没有变化。当挤出温度由80 ℃增加至90 ℃时，山药淀粉-没食子酸复合物的RS含量上升，这可能是温度使淀粉结晶结构发生了改变，直链淀粉浸出，促进了在老化过程中直链淀粉分子间的结晶^[18]，也促进了没食子酸与山药淀粉复合物的形成，从而增加RS含量。可能还与高温导致微晶熔化并形成对热更稳定的重组微晶有关^[19]。挤出温度由90 ℃增加到120 ℃的过程中，山药淀粉-没食子酸复合物的RS含量显著下降（P<0.05），表明过高的温度不利于提高复合物的抗消化性能。另外，较高的挤出温度促进了水的扩散速率，淀粉的糊化程度提高，进一步提高了复合物水解速率^[20]。总之，随着挤出温度的升高，山药淀粉-没食子酸复合物的RS含量整体呈现先上升后下降的趋势。在挤出温度为90 ℃时，复合物的RS含量最大，为52.04%。因此，较适宜的挤出温度为90 ℃。

图 1 挤出温度对EYS-GA消化性能的影响

注：表中不同小写字母表示差异显著P<0.05，图2~图3、图9同。

Figure 1. Effect of extrusion temperature on the digestive properties of EYS-GA

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2.1.2 水分含量对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响

图2显示了不同水分含量对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的变化情况。SDS含量在统计学意义上没有变化，随着水分含量的增加，复合物的RS含量先升高后下降，RDS含量的变化趋势与RS含量相反，在30%时出现最值。说明可以通过控制水分含量调控复合物的抗消化性能，降低机体血糖指数^[9]。当水分含量在25%~30%范围内，RS含量显著增加（P<0.05），也就是复合物对消化酶的抵抗作用增强。这可能是因为水分含量的增高导致机械剪切力减弱，淀粉和消化酶的表面积减小，或者被破坏的微晶变得更致密，对酶水解的敏感性降低^[21]。另外，高水分含量可能会增加淀粉分子流动性，诱导糊化过程，淀粉回生趋势增强，直链淀粉分子间形成较强的氢键，导致RS的形成^[22]。在挤压过程中水分子也可能会向淀粉内部移动，对其结构产生破坏，浸出的直链淀粉与没食子酸形成V型复合物^[23]，从而降低淀粉消化速率，实现淀粉慢消化。当水分含量在30%~45%范围内，RS含量的显著降低（P<0.05），可能是因为水分过高导致形成的复合物减少^[18]。另外，高水分也可能使颗粒结构发生改变，淀粉分子链降解，结构被破坏，使淀粉与淀粉酶更易接触发生水解^[12]，这与Zhang等^[24]的研究结果一致。因此，较适宜的水分含量为30%。

图 2 水分含量对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响

Figure 2. Effect of moisture content on the digestive properties of EYS-GA

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2.1.3 螺杆转速对山药淀粉-没食子酸复合物的消化性能的影响

如图3所示，螺杆转速在140~220 r/min范围内，山药淀粉-没食子酸复合物的RS含量先升高后下降（P<0.05），RDS含量与之相反。SDS含量在140~200 r/min范围内含量呈现先增加后降低，由200 r/min提升至220 r/min时，SDS含量略微提高，在200 r/min时，SDS含量最低。RS含量在180 r/min处出现峰值，随后逐渐降低，表明选择合适的螺杆转速可以提高复合物的RS含量。螺杆转速升高，由于机械作用，增大了山药淀粉与没食子酸的接触，促进了复合物的形成，也增加了山药淀粉和没食子酸与内部的摩擦，使淀粉发生分解、影响了直链淀粉降解，增加了复合物RS含量^[21]。当螺杆转速过高时，剪切速率较高，剪切效应对淀粉分子的修饰增加，淀粉分子更易受到酶的影响，从而促进复合物中淀粉降解^[25−26]。螺杆转速过高，物料滞留时间短，没食子酸与山药淀粉复合差，也会影响复合物中RS含量。因此，较适宜的螺杆转速为180 r/min。

图 3 螺杆转速对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响

Figure 3. Effect of screw speed on the digestive properties of EYS-GA

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2.2 挤压条件的响应面优化

2.2.1 回归模型拟合与方差分析

根据响应面设计方案对山药淀粉-没食子酸复合物的挤压条件进行优化时，共有17组，每组重复三次。响应面实验数据结果如表2所示，对其进行多元二次拟合分析，得出RS含量与挤出温度（A）、水分含量（B）和螺杆转速（C）的回归拟合方程式如下：

表 2 响应面试验设计及结果

Table 2. Response surface test design and results

试验号	因素			响应值
试验号	A挤出温度（℃）	B水分含量（%）	C螺杆转速（r/min）	RS（%）
1	80	25	180	46.33±0.76^e
2	90	30	180	52.13±0.52^a
3	90	35	160	49.29±0.05^b
4	100	35	180	48.39±0.16^bcd
5	80	30	160	47.32±0.12^de
6	90	35	200	48.51±0.29^bcd
7	80	35	180	48.63±1.97^bcd
8	90	25	200	47.36±0.06^de
9	100	30	200	48.47±1.77^bcd
10	90	30	180	51.21±0.27^a
11	100	30	160	47.85±0.29^cd
12	90	25	160	48.55±0.29^bcd
13	100	25	180	49.13±0.46^bc
14	90	30	180	51.55±0.06^a
15	80	30	200	46.17±1.51^e
16	90	30	180	51.95±0.77^a
17	90	30	180	51.26±0.35^a
注：响应值一列数值为平均值±标准偏差，不同字母表示差异显著（P<0.05）。

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\begin{aligned} Y = & 51.61 + 0.67 A + 0.43 B - 0.31 C - 0.76 A B + 0.44 A C + \\ 0.10 B C - 2.23 A^{2} - 1.26 B^{2} - 1.93 C^{2} \end{aligned}

$\begin{split} \rm Y = & \rm 51.61+0.67A+0.43B-0.31C-0.76AB+0.44AC+\\ &\rm 0.10BC-2.23{\text{A}}^{\text{2}}{-1.26}{\text{B}}^{\text{2}}{-1.93}{\text{C}}^{\text{2}} \end{split}$

(4)

进一步进行显著性检验及方差分析，数据结果如表3所示，可以看出，回归模型P值<0.0001，表明山药淀粉-没食子酸复合物RS含量与挤压条件之间具有极显著的回归方程关系。失拟项P=0.669，该值大于0.05，表现为不显著，说明实验结果与回归模型具有较好的拟合度。R²的值为0.9836，R²_adj的值为0.9624，两者之间差值为0.0212，CV=0.7521%。说明本研究试验值与预测相近，且仅有0.7521%的结果与模型有出入，模型准确性较高，误差较小。所以，该模型可以对复合物RS含量进行预测。

表 3 回归模型方差分析

Table 3. Analysis of variance of regression model

方差来源	平方和	自由度	均方	F值	P值	显著性
模型	57.02	9	6.34	46.53	<0.0001	**
A-挤出温度	3.62	1	3.62	26.57	0.0013	**
B-水分含量	1.49	1	1.49	10.92	0.0130	*
C-螺杆转速	0.7846	1	0.7846	5.76	0.0474	*
AB	2.31	1	2.31	16.96	0.0045	**
AC	0.7797	1	0.7797	5.73	0.0480	*
BC	0.0422	1	0.0422	0.3097	0.5952
A²	21	1	21	154.2	< 0.0001	**
B²	6.66	1	6.66	48.91	0.0002	**
C²	15.61	1	15.61	114.59	< 0.0001	**
残差	0.9533	7	0.1362
失拟项	0.2821	3	0.094	0.5604	0.669	不显著
净误差	0.6712	4	0.1678
总离差	57.98	16
R²=0.9836		R²_adj =0.9624		CV/%=0.7521
注：为影响显著（P<0.05）；*为影响极显著（P<0.01）。

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由表3中P值和F值可知，挤出温度（A）对复合物RS含量影响最大，表现为极显著（P<0.01），水分含量（B）和螺杆转速（C）对复合物RS含量影响显著（P<0.05），且水分含量（B）比螺杆转速（C）的影响大。交互项AB和二次项A²、B²、C²对复合物RS含量的影响极显著（P<0.01），交互项AC对复合物RS含量的影响显著（P<0.05）。

2.2.2 各因素交互作用

图4、5和6显示了任意两个因素交互作用的响应曲面和等高线图。固定条件：挤出温度90 ℃，螺杆转速，180 r/min，水分含量30%。可以直观地看出各因素间的相互作用对山药淀粉-没食子酸复合物RS含量的影响。响应曲面的陡峭程度和等高线图与圆的接近程度可以反映交互作用的显著性。曲面坡度越陡，等高线图越偏离圆，影响越显著。由图4可以看出挤出温度和水分含量对山药淀粉-没食子酸复合物RS含量的影响。响应曲面的陡峭程度大，偏离圆，挤出温度和水分含量两个因素间的交互作用显著，且挤出温度比水分含量对复合物RS含量的影响大。图5显示了随着水分含量和螺杆转速的变化，复合物的RS含量先升高后降低。陡峭程度比图4低，所以BC比AB的显著性低。图6的响应曲面陡峭程度小，水分含量和螺杆转速两个因素之间的显著性差。总之，三个挤压因素的影响顺序是：挤出温度>水分含量>螺杆转速，AB和AC交互作用明显，这与表3的方差分析结果一致。

图 4 挤出温度与水分含量交互作用对EYS-GA中RS含量的影响

Figure 4. Effect of extrusion temperature and moisture interaction on RS content in EYS-GA

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图 5 挤出温度与螺杆转速交互作用对EYS-GA中RS含量的影响

Figure 5. Effect of extrusion temperature and screw speed interaction on RS content of EYS-GA

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图 6 水分含量与螺杆转速交互作用对EYS-GA中RS含量的影响

Figure 6. Effect of moisture content and screw speed interaction on RS content of EYS-GA

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2.2.3 最佳挤压条件验证

运用Design-Expert 13软件，以挤压山药淀粉-没食子酸复合物的RS含量为指标进行拟合分析，得出最佳挤压处理条件为：挤出温度91.23 ℃、水分含量30.66%、螺杆转速178.73 r/min，在此挤压条件下，山药淀粉-没食子酸复合物RS含量的预测值为51.69%。根据实际情况，挤压条件优化为：挤出温度91 ℃、水分含量30%、螺杆转速180 r/min。在优化的挤压条件下，做3次平行试验，以确定模型预测结果的可靠性。挤压山药淀粉-没食子酸复合物平均RS含量为51.34%，与51.69%接近，表明该模型可以很好地对复合物的RS含量进行预测。

2.3 糊化特性分析

图7和表4显示了EYS-GA添加量对小麦粉糊化特性的影响。由图7和表4可以看出，经复合物部分替代小麦粉的黏度曲线和各糊化参数均发生了显著变化。与小麦粉组相比，含有EYS-GA小麦粉的峰值黏度、崩解值、最终黏度和回生值均明显降低，且随着EYS-GA添加量的增加呈现逐渐降低的趋势。这可能是因为随着EYS-GA添加量的增加体系中参与糊化的淀粉含量减少^[27]，淀粉分子间氢键作用力下降，进而使黏度降低。也可能与淀粉颗粒大小有关，复合物中淀粉颗粒小，膨胀阻力大，会抑制体系中淀粉的糊化膨胀^[28]。崩解值的降低表明添加EYS-GA可以提高小麦粉的抗机械剪切能力，使其内部颗粒更稳定^[27]，可以增加产品咀嚼性。随着EYS-GA替代量的增加体系中回生值逐渐降低，EYS-GA替代量为20%时，回生值最小，这与梁靖等^[29]的研究结果一致。说明EYS-GA对淀粉的回生有一定的抑制作用，可以使淀粉不易老化，有利于产品的保存^[28]。

图 7 添加EYS-GA小麦粉的黏度曲线

Figure 7. Paste curves of wheat flour supplemented with EYS-GA

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表 4 添加EYS-GA对小麦粉的糊化特性关键参数的影响

Table 4. Gelatinization properties of wheat flour supplemented with EYS-GA

样品	峰值黏度（cP）	崩解值（cP）	最终黏度（cP）	回生值（cP）
W-0%	2161.50±23.33^a	819.50±48.80^a	2355.00±12.73^a	1013.00±12.73^a
W-5%	2010.00±18.38^b	789.00±15.56^a	2214.50±0.71^b	993.50±2.12^a
W-10%	1943.00±0.00^c	803.00±8.49^a	2123.00±12.73^c	983.00±4.24^a
W-15%	1873.50±5.95^d	769.50±7.78^ab	2047.50±34.65^d	943.50±21.92^b
W-20%	1777.50±30.41^e	717.50±26.16^b	1958.50±10.61^e	898.50±6.36^c
注：数值为平均值±标准偏差，各列中的不同字母表示差异显著（P<0.05）；表5、表6同。

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2.4 蛋糕的质构特性分析

质构特性可以通过硬度、弹性、咀嚼性和回复性等相关参数对蛋糕的品质进行衡量。表5显示了EYS-GA添加量对蛋糕质构特性的影响。蛋糕硬度与咀嚼性随着EYS-GA添加量的增加呈现出增加的趋势。与小麦粉组相比，EYS-GA添加量为5%时，蛋糕的硬度和咀嚼性未发生显著变化，弹性和回复性接近小麦粉组，随着EYS-GA添加量继续增加，硬度和咀嚼性呈现显著增加趋势（P<0.05），弹性和回复性降低，这可能是因为EYS-GA替代面粉后，使原有体系中能够形成三维面筋网络结构的面筋蛋白减少，网络结构被弱化，降低了蛋糕的松软度，增加了硬度和咀嚼性^[30]。钟晓霞^[31]通过将大豆粉添加到蛋糕中，发现能够改变蛋糕硬度及咀嚼性，这与本实验的研究方法相似。蛋糕的弹性和回复性与蛋糕品质呈现正相关，硬度和咀嚼性呈现负相关，当添加量为5%EYS-GA时，蛋糕品质未发生明显改变，当添加量继续增大时，蛋糕品质开始下降，相比之下，添加量为5%EYS-GA时较为合适，此外也可根据人群对蛋糕质地喜好的不同选择合适的添加量来满足需求。

表 5 添加EYS-GA对蛋糕质构特性的影响

Table 5. Effect of adding EYS-GA on textural properties of cakes

样品	硬度（g）	弹性	胶着性（g）	咀嚼性（g）	回复性
C-0%	115.41±6.06^d	0.92±0.02^a	90.24±1.08^d	82.76±3.18^d	0.35±0.00^a
C-5%	116.12±7.69^d	0.90±0.03^ab	92.96±0.24^d	82.93±3.75^d	0.33±0.00^b
C-10%	157.40±1.24^c	0.89±0.00^ab	122.16±0.61^c	111.36±0.42^c	0.32±0.00^b
C-15%	206.91±12.98^b	0.87±0.01^ab	157.66±5.86^b	135.79±0.54^b	0.30±0.01^c
C-20%	242.36±1.09^a	0.85±0.00^b	174.77±3.73^a	157.54±3.03^a	0.30±0.01^c

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2.5 蛋糕的水分分布分析

水分分布对于了解蛋糕品质有着重要意义。通过核磁共振可以对蛋糕的水分分布进行分析，研究不同EYS-GA添加量对蛋糕水分迁移的情况。如图8所示，所测样品均存在T₂₁、T₂₂和T₂₃三个吸收峰，表明蛋糕中含三种不同迁移速率的水分子，可反映水分与样品中淀粉和蛋白的结合状态。T₂₁表示强结合水的横向弛豫时间，T₂₂表示弱结合水的横向弛豫时间，T₂₃表示自由水的横向弛豫时间。A₂₁、A₂₂和A₂₃为T₂₁、T₂₂和T₂₃所对应的峰面积占比。

图 8 添加EYS-GA蛋糕的T₂反演图

Figure 8. T₂ inversion plots of cakes with EYS-GA

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由表6可知，添加EYS-GA的蛋糕中各水分状态所占峰面积依次为：弱结合水>强结合水>自由水。蛋糕中主要为弱结合水存在的水分子。随着EYS-GA的增加，蛋糕中的T₂₁、T₂₂逐渐增大，A₂₁从0.76%增加至12.65%，在EYS-GA替代量为20%时，蛋糕的强结合水同其它样品的强结合水相比，所占的比例是最高的。表明EYS-GA的加入有利于促进蛋糕的强结合水形成，可以增加蛋糕的持水性和稳定性^[32]。A₂₂从96.31%减少至86.90%，A₂₃也从2.93%减少至0.46%，即弱结合水和自由水所占比例显著减少（P<0.05）。这可能是因为EYS-GA在挤压过程中内部分子被破坏，加入体系后使很多暴露的淀粉和蛋白与水分子结合，降低水分子流动性。也可能是因为挤压处理的复合物中的官能团具有亲水性，能够与水分子结合，减少样品中自由水的含量^[33]。另外，强结合水的增加对于延缓淀粉老化有一定的作用^[34]，这与糊化特性的研究结果一致。

表 6 EYS-GA对蛋糕水分分布的影响

Table 6. Effect of EYS-GA on moisture distribution in cakes

样品	T₂₁（ms）	T₂₂（ms）	T₂₃（ms）	A₂₁（%）	A₂₂（%）	A₂₃（%）
C-0%	0.215±0.01^d	5.72±0.29^d	123.29±6.30^e	0.76±0.10^d	96.31±0.03^a	2.93±0.13^a
C-5%	0.351±0.00^c	10.00±0.00^c	231.01±11.80^d	5.74±1.12^c	93.00±1.08^b	1.27±0.04^b
C-10%	0.464±0.00^b	13.22±0.67^b	464.16±0.00^c	10.04±0.77^b	89.36±0.71^c	0.60±0.06^c
C-15%	0.498±0.01^a	15.20±0.00^a	533.67±0.00^b	12.24±0.40^ab	87.30±0.41^cd	0.47±0.02^c
C-20%	0.498±0.00^a	15.20±0.00^a	572.24±0.00^a	12.65±0.00^a	86.90±0.00^d	0.46±0.00^c

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2.6 蛋糕的体外消化性分析

如图9显示了不同EYS-GA含量对蛋糕消化特性的影响。随着EYS-GA添加量的增加，蛋糕中的RDS含量总体呈现降低趋势，RS的含量显著增加（P<0.05）。表明EYS-GA替代部分小麦粉后，蛋糕的抗消化性增加，使其不易被快速消化，能够减缓葡萄糖释放，对控制血糖指数有一定的帮助。这可能是因为EYS-GA的加入，使相关消化酶的生物活性降低，体系难以被淀粉酶消化，淀粉消化率降低^[6]。另外，复合物可能比原有体系的抗性淀粉含量高，进一步增加抗消化作用。

图 9 EYS-GA对蛋糕体外消化的影响

Figure 9. Effect of EYS-GA on the in vitro digestion of cakes

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3. 结论

本研究通过挤压处理山药淀粉与没食子酸制备复合物，并通过响应面法优化了EYS-GA的制备条件，得到富含抗性淀粉的山药粉。然后将改性后的山药粉添加到蛋糕中，对蛋糕的品质进行研究。研究结果发现EYS-GA可以改变小麦粉的糊化特性，含有EYS-GA小麦粉的峰值黏度、崩解值、最终黏度和回生值均显明显低，且随着EYS-GA添加量的增加呈现逐渐降低的趋势。将富含抗性淀粉的山药粉添加到蛋糕中，蛋糕的硬度和咀嚼性呈现显著增加趋势，弹性和回复性与之相反；弱结合水和自由水所占比例显著减少，强结合水所占比例增加，这有利于延缓淀粉老化。蛋糕的抗消化能力随着EYS-GA添加量的增加不断提高，蛋糕的营养品质得到改善，这一结论对功能性蛋糕的研发提供了新途径。

图 1 挤出温度对EYS-GA消化性能的影响

注：表中不同小写字母表示差异显著P<0.05，图2~图3、图9同。

Figure 1. Effect of extrusion temperature on the digestive properties of EYS-GA

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图 2 水分含量对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响

Figure 2. Effect of moisture content on the digestive properties of EYS-GA

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图 3 螺杆转速对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响

Figure 3. Effect of screw speed on the digestive properties of EYS-GA

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图 4 挤出温度与水分含量交互作用对EYS-GA中RS含量的影响

Figure 4. Effect of extrusion temperature and moisture interaction on RS content in EYS-GA

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图 5 挤出温度与螺杆转速交互作用对EYS-GA中RS含量的影响

Figure 5. Effect of extrusion temperature and screw speed interaction on RS content of EYS-GA

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图 6 水分含量与螺杆转速交互作用对EYS-GA中RS含量的影响

Figure 6. Effect of moisture content and screw speed interaction on RS content of EYS-GA

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图 7 添加EYS-GA小麦粉的黏度曲线

Figure 7. Paste curves of wheat flour supplemented with EYS-GA

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图 8 添加EYS-GA蛋糕的T₂反演图

Figure 8. T₂ inversion plots of cakes with EYS-GA

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图 9 EYS-GA对蛋糕体外消化的影响

Figure 9. Effect of EYS-GA on the in vitro digestion of cakes

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表 1 响应面试验因素与水平

Table 1 Response surface test factors and levels

因素	水平
因素	−1	0	1
挤出温度A（℃）	80	90	100
水分含量B（%）	25	30	35
螺杆转速C（r/min）	160	180	200

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表 2 响应面试验设计及结果

Table 2 Response surface test design and results

试验号	因素			响应值
试验号	A挤出温度（℃）	B水分含量（%）	C螺杆转速（r/min）	RS（%）
1	80	25	180	46.33±0.76^e
2	90	30	180	52.13±0.52^a
3	90	35	160	49.29±0.05^b
4	100	35	180	48.39±0.16^bcd
5	80	30	160	47.32±0.12^de
6	90	35	200	48.51±0.29^bcd
7	80	35	180	48.63±1.97^bcd
8	90	25	200	47.36±0.06^de
9	100	30	200	48.47±1.77^bcd
10	90	30	180	51.21±0.27^a
11	100	30	160	47.85±0.29^cd
12	90	25	160	48.55±0.29^bcd
13	100	25	180	49.13±0.46^bc
14	90	30	180	51.55±0.06^a
15	80	30	200	46.17±1.51^e
16	90	30	180	51.95±0.77^a
17	90	30	180	51.26±0.35^a
注：响应值一列数值为平均值±标准偏差，不同字母表示差异显著（P<0.05）。

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表 3 回归模型方差分析

Table 3 Analysis of variance of regression model

方差来源	平方和	自由度	均方	F值	P值	显著性
模型	57.02	9	6.34	46.53	<0.0001	**
A-挤出温度	3.62	1	3.62	26.57	0.0013	**
B-水分含量	1.49	1	1.49	10.92	0.0130	*
C-螺杆转速	0.7846	1	0.7846	5.76	0.0474	*
AB	2.31	1	2.31	16.96	0.0045	**
AC	0.7797	1	0.7797	5.73	0.0480	*
BC	0.0422	1	0.0422	0.3097	0.5952
A²	21	1	21	154.2	< 0.0001	**
B²	6.66	1	6.66	48.91	0.0002	**
C²	15.61	1	15.61	114.59	< 0.0001	**
残差	0.9533	7	0.1362
失拟项	0.2821	3	0.094	0.5604	0.669	不显著
净误差	0.6712	4	0.1678
总离差	57.98	16
R²=0.9836		R²_adj =0.9624		CV/%=0.7521
注：为影响显著（P<0.05）；*为影响极显著（P<0.01）。

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表 4 添加EYS-GA对小麦粉的糊化特性关键参数的影响

Table 4 Gelatinization properties of wheat flour supplemented with EYS-GA

样品	峰值黏度（cP）	崩解值（cP）	最终黏度（cP）	回生值（cP）
W-0%	2161.50±23.33^a	819.50±48.80^a	2355.00±12.73^a	1013.00±12.73^a
W-5%	2010.00±18.38^b	789.00±15.56^a	2214.50±0.71^b	993.50±2.12^a
W-10%	1943.00±0.00^c	803.00±8.49^a	2123.00±12.73^c	983.00±4.24^a
W-15%	1873.50±5.95^d	769.50±7.78^ab	2047.50±34.65^d	943.50±21.92^b
W-20%	1777.50±30.41^e	717.50±26.16^b	1958.50±10.61^e	898.50±6.36^c
注：数值为平均值±标准偏差，各列中的不同字母表示差异显著（P<0.05）；表5、表6同。

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表 5 添加EYS-GA对蛋糕质构特性的影响

Table 5 Effect of adding EYS-GA on textural properties of cakes

样品	硬度（g）	弹性	胶着性（g）	咀嚼性（g）	回复性
C-0%	115.41±6.06^d	0.92±0.02^a	90.24±1.08^d	82.76±3.18^d	0.35±0.00^a
C-5%	116.12±7.69^d	0.90±0.03^ab	92.96±0.24^d	82.93±3.75^d	0.33±0.00^b
C-10%	157.40±1.24^c	0.89±0.00^ab	122.16±0.61^c	111.36±0.42^c	0.32±0.00^b
C-15%	206.91±12.98^b	0.87±0.01^ab	157.66±5.86^b	135.79±0.54^b	0.30±0.01^c
C-20%	242.36±1.09^a	0.85±0.00^b	174.77±3.73^a	157.54±3.03^a	0.30±0.01^c

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表 6 EYS-GA对蛋糕水分分布的影响

Table 6 Effect of EYS-GA on moisture distribution in cakes

样品	T₂₁（ms）	T₂₂（ms）	T₂₃（ms）	A₂₁（%）	A₂₂（%）	A₂₃（%）
C-0%	0.215±0.01^d	5.72±0.29^d	123.29±6.30^e	0.76±0.10^d	96.31±0.03^a	2.93±0.13^a
C-5%	0.351±0.00^c	10.00±0.00^c	231.01±11.80^d	5.74±1.12^c	93.00±1.08^b	1.27±0.04^b
C-10%	0.464±0.00^b	13.22±0.67^b	464.16±0.00^c	10.04±0.77^b	89.36±0.71^c	0.60±0.06^c
C-15%	0.498±0.01^a	15.20±0.00^a	533.67±0.00^b	12.24±0.40^ab	87.30±0.41^cd	0.47±0.02^c
C-20%	0.498±0.00^a	15.20±0.00^a	572.24±0.00^a	12.65±0.00^a	86.90±0.00^d	0.46±0.00^c

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施引文献(11)

期刊类型引用(5)

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2.	段雪娟，黄煜强，张潼，韩雅莉，吴克刚，黄庶识. 肉桂醛熏蒸对金黄色葡萄球菌胞内生物大分子的影响. 中国食品学报. 2023(10): 90-100 . 百度学术
3.	张文艳，李俊杰，艾玲松，李茂东，赵仲霞，师睿. 青花椒总生物碱对金黄色葡萄球菌抑菌活性研究. 工业微生物. 2023(06): 50-54 . 百度学术
4.	王建梅，王国盼，陆安静，秦琳，鲁艳柳，白朝钧，何芋岐，谭道鹏. 金钗石斛提取物对5种耐药菌的体外抑菌活性评价. 遵义医科大学学报. 2022(03): 334-338 . 百度学术
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1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.2 实验方法
1.2.1 挤压山药淀粉-没食子酸复合物（EYS-GA）的制备
1.2.2 单因素实验
1.2.3 响应面试验设计
1.2.4 糊化特性测定
1.2.5 蛋糕制作
1.2.6 质构特性测定
1.2.7 水分分布测定
1.2.8 体外消化性测定
1.3 数据处理
2. 结果与分析
2.1 单因素实验结果分析
2.1.1 挤出温度对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响
2.1.2 水分含量对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响
2.1.3 螺杆转速对山药淀粉-没食子酸复合物的消化性能的影响
2.2 挤压条件的响应面优化
2.2.1 回归模型拟合与方差分析
2.2.2 各因素交互作用
2.2.3 最佳挤压条件验证
2.3 糊化特性分析
2.4 蛋糕的质构特性分析
2.5 蛋糕的水分分布分析
2.6 蛋糕的体外消化性分析
3. 结论

1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.2 实验方法
1.2.1 挤压山药淀粉-没食子酸复合物（EYS-GA）的制备
1.2.2 单因素实验
1.2.3 响应面试验设计
1.2.4 糊化特性测定
1.2.5 蛋糕制作
1.2.6 质构特性测定
1.2.7 水分分布测定
1.2.8 体外消化性测定
1.3 数据处理
2. 结果与分析
2.1 单因素实验结果分析
2.1.1 挤出温度对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响
2.1.2 水分含量对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响
2.1.3 螺杆转速对山药淀粉-没食子酸复合物的消化性能的影响
2.2 挤压条件的响应面优化
2.2.1 回归模型拟合与方差分析
2.2.2 各因素交互作用
2.2.3 最佳挤压条件验证
2.3 糊化特性分析
2.4 蛋糕的质构特性分析
2.5 蛋糕的水分分布分析
2.6 蛋糕的体外消化性分析
3. 结论

参考文献(34)

施引文献

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挤压山药淀粉-没食子酸复合物制备条件优化及其添加量对蛋糕品质的影响

作者简介: 史苗苗（1985−），女，博士，副教授，研究方向：淀粉功能性改性及应用，E-mail：chengzi3090@126.com

通讯作者: 闫溢哲（1987−），男，博士，教授，研究方向：碳水化合物改性及功能，E-mail：yanyizhe@zzuli.edu.cn。

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出版历程

Optimization of Preparation Conditions of Extruded Yam Starch-Gallic Acid Complex and Effects on Its Amount on Quality of Cakes

1. 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.2 实验方法

1.2.1 挤压山药淀粉-没食子酸复合物（EYS-GA）的制备

1.2.2 单因素实验

1.2.3 响应面试验设计

1.2.4 糊化特性测定

1.2.5 蛋糕制作

1.2.6 质构特性测定

1.2.7 水分分布测定

1.2.8 体外消化性测定

1.3 数据处理

2. 结果与分析

2.1 单因素实验结果分析

2.1.1 挤出温度对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响

2.1.2 水分含量对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响

2.1.3 螺杆转速对山药淀粉-没食子酸复合物的消化性能的影响

2.2 挤压条件的响应面优化

2.2.1 回归模型拟合与方差分析

2.2.2 各因素交互作用

2.2.3 最佳挤压条件验证

2.3 糊化特性分析

2.4 蛋糕的质构特性分析

2.5 蛋糕的水分分布分析

2.6 蛋糕的体外消化性分析

3. 结论

期刊类型引用(5)

其他类型引用(6)

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出版历程

目录

1. 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.2 实验方法

1.2.1 挤压山药淀粉-没食子酸复合物（EYS-GA）的制备

1.2.2 单因素实验

1.2.3 响应面试验设计

1.2.4 糊化特性测定

1.2.5 蛋糕制作

1.2.6 质构特性测定

1.2.7 水分分布测定

1.2.8 体外消化性测定

1.3 数据处理

2. 结果与分析

2.1 单因素实验结果分析

2.1.1 挤出温度对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响

2.1.2 水分含量对山药淀粉-没食子酸复合物消化性能的影响

2.1.3 螺杆转速对山药淀粉-没食子酸复合物的消化性能的影响

2.2 挤压条件的响应面优化

2.2.1 回归模型拟合与方差分析

2.2.2 各因素交互作用

2.2.3 最佳挤压条件验证

2.3 糊化特性分析

2.4 蛋糕的质构特性分析

2.5 蛋糕的水分分布分析

2.6 蛋糕的体外消化性分析

3. 结论

作者简介:
史苗苗（1985−），女，博士，副教授，研究方向：淀粉功能性改性及应用，E-mail：chengzi3090@126.com

通讯作者:
闫溢哲（1987−），男，博士，教授，研究方向：碳水化合物改性及功能，E-mail：yanyizhe@zzuli.edu.cn。