《Food Chemistry: X》：Effects of fermentation time and sugar type on the processing characteristics and quality of special low-protein steamed sponge cakes
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为开发满足蛋白质限制患者需求的高品质特殊低蛋白食品，研究人员针对蛋白质含量低于1.0 g/100 g的低蛋白蒸蛋糕（LPSSC），系统探究了发酵时间与糖类（蔗糖Suc/海藻糖Tre）添加对其加工过程、感官品质、挥发性有机物(VOCs)谱及体外淀粉消化特性的影响。结果表明，45分钟发酵结合25%糖/低蛋白粉（ALPPSB）质量比可制备出蛋白质含量低（0.55-0.68 g/100 g）、感官评分高、且淀粉水解度提升的产品，为理解低蛋白食品的“组分-加工-品质”关系提供了新见解。
在医学营养领域，有一类特殊患者群体，如慢性肾脏病（CKD）患者、苯丙酮尿症（PKU）等氨基酸代谢病患者，他们需要终生进行严格的蛋白质或特定氨基酸限制饮食。对他们而言，特殊的低蛋白食品不仅是果腹之物，更是维持生命、延缓病情发展的“治疗性”营养干预手段。然而，要实现这一点并非易事。蛋白质在食品中扮演着“三重角色”：既是营养来源，也是形成质构（Texture）的关键结构剂，还参与风味的形成。一旦大幅降低蛋白质含量，食物往往变得口感粗糙、风味欠佳，难以被患者接受。更严峻的是，目前市场上绝大多数针对谷物基质的低蛋白食品，其蛋白质含量仍多徘徊在1.0 g/100 g以上，要达到低于1.0 g/100 g且兼具良好感官品质的目标，仍然是一个巨大的挑战。那么，如何像魔法师一样，在近乎“抽掉”蛋白质骨架的食材上，重建出令人愉悦的蓬松、柔软与香气呢？来自上海交通大学医学院的研究团队将目光投向了一种传统美食——蒸蛋糕，试图在它的基础上，创造出一款满足严苛蛋白质限制要求的新型美食。
这项研究旨在开发蛋白质含量低于1.0 g/100 g的低蛋白蒸蛋糕，并深入探究发酵时间和糖类（蔗糖Suc与海藻糖Tre）这两个关键加工要素如何像“指挥家”一样，影响从原料到成品的整个“交响乐”进程及其最终品质。相关成果发表在食品科学领域的期刊《Food Chemistry: X》上。
为了解答上述问题，研究人员运用了一系列关键技术方法。他们首先建立了低蛋白蒸蛋糕的标准制备流程，并系统优化了低蛋白粉种类、烘烤温度、加水量等基础工艺参数。研究中采用了质地剖面分析来量化产品的硬度、咀嚼性等物理特性；通过依据国标GB/T 35991-2018训练感官评价小组，对产品进行描述性感官分析；利用顶空气相色谱-离子迁移谱对产品中的挥发性有机物进行指纹图谱分析；并构建体外模拟肠道消化模型，评估产品的淀粉消化特性。此外，还系统考察了冷冻储存时间和蒸后冷却时间对产品质地稳定性的影响，以模拟实际食用和储存场景。
研究结果
3.1. 制备因素的影响
研究人员比较了不同低蛋白粉、烘烤温度、发酵时间和加水量的影响。结果发现，一款名为爱舒舒?低蛋白馒头粉的产品因其含有碳酸钙和碳酸氢钠等化学膨松剂，能弥补蛋白质缺失导致的结构缺陷，制得的蛋糕外观和内部孔隙结构最佳，因此被选为后续实验的基础粉。烘烤温度试验表明，150℃是平衡产品色泽和质构的最佳温度。发酵时间显著影响蛋糕品质：与不发酵相比，发酵能显著改善蛋糕的多孔结构和质地，使其更柔软、有弹性；但发酵时间过长（如120分钟）会导致色泽过深。综合品质和食品安全（缩短发酵时间可降低风险），45分钟被确定为最佳发酵时间。加水量试验则显示，90%的加水比例能在硬度和结构完整性间取得最佳平衡。
3.2. 糖/低蛋白粉质量比的影响
研究考察了不同添加比例（15%、25%、35%）的蔗糖和海藻糖的影响。随着糖比例增加，蛋糕内部的平均孔隙直径略有减小，质地变得更致密。在质构上，添加糖（无论是蔗糖还是海藻糖）普遍提高了产品的咀嚼性。一个有趣的发现是，添加15-35%的蔗糖会显著增加蛋糕的硬度，而添加同等比例的海藻糖则对硬度没有显著影响，这可能与两种糖不同的分子结构及其与低蛋白基质的相互作用有关。
3.3. 营养成分分析
对优化后的产品进行营养成分检测证实，所有低蛋白蒸蛋糕的蛋白质含量均成功控制在0.55至0.68 g/100 g之间，远低于文献报道的低蛋白面条、面包和饼干，实现了研究设定的低于1.0 g/100 g的核心目标，使其有潜力成为适用于慢性肾脏病、氨基酸代谢病等患者的医用食品。
3.4. 冷冻时间的影响
冷冻储存是食品保藏的常用方法。研究发现，对于糖添加比例不高于25%的蛋糕，长达120天的冷冻储存对其质地（咀嚼性、硬度、弹性、内聚性）没有显著影响，表现出良好的冷冻稳定性。然而，当糖添加比例达到35%时，长时间的冷冻储存会导致咀嚼性和硬度发生显著变化，这可能是由于糖在冷冻过程中发生重结晶所致。
3.5. 冷却时间的影响
蒸制后的冷却时间直接影响食用体验。研究表明，随着冷却时间延长（0.25至48小时），蛋糕的咀嚼性和硬度逐渐上升，而弹性和内聚性逐渐下降。在蒸后的前2小时内，这些质地参数的变化较小，因此建议患者在蒸熟后2小时内食用，以获得最佳口感。
3.6. 描述性感官分析
专业的感官评价结果表明，经过发酵的蛋糕在所有感官属性（如咀嚼韧性）上的得分均显著高于未发酵的蛋糕。在45、90、120分钟这几个发酵时间中，45分钟发酵的产品获得了最高的综合感官评分。这说明适度发酵至关重要，发酵不足或过度都会降低产品的可接受性。在糖添加方面，25%的添加比例获得了最高的感官评分，且使用海藻糖的产品评分略高于使用蔗糖的产品。
3.7. 不同发酵时间产品的挥发性有机物分析
通过顶空气相色谱-离子迁移谱技术，研究人员在蛋糕中鉴定出了61种挥发性有机物。指纹图谱对比和主成分分析都清晰表明，不同的发酵时间（0、45、90、120分钟）产生了截然不同的风味物质谱。例如，在未发酵的样品中检测到了可能具有安全风险的N-亚硝基-N-乙基苯胺，而在发酵90分钟和120分钟的样品中则分别产生了具有咖啡香、果香、坚果香等令人愉悦风味的特征性物质。值得注意的是，感官评分最高的45分钟发酵样品，并未显示出任何独特的特征性风味物质，这可能意味着过于强烈的特征风味反而不利于整体感官的平衡与协调。
3.8. 不同糖类产品的挥发性有机物分析
同样地，添加不同类型的糖也显著改变了蛋糕的风味指纹。不添加糖、添加25%蔗糖和添加25%海藻糖的样品，其挥发性有机物组成存在明显差异。例如，不添加糖的样品中检测出具有大蒜、柑橘和黄瓜气味的物质，而添加25%蔗糖的样品中则出现了烘烤香和苹果甜香的风味物质。再次与感官结果呼应，综合评分最高的25%海藻糖样品，同样没有专属的“特征性”风味物质，进一步支持了风味平衡优于风味突出的观点。
3.9. 体外消化行为
最后，研究人员通过体外模拟消化模型评估了蛋糕的淀粉消化特性。发酵显著提高了淀粉的水解率，其中45分钟和90分钟发酵的蛋糕，其最终淀粉水解度最高。在糖的影响方面，高比例的蔗糖添加显著促进了淀粉消化，其效果强于同等比例的海藻糖。这可能与蔗糖本身比海藻糖更容易被水解，以及它们与淀粉之间不同的相互作用方式有关。高淀粉水解率意味着葡萄糖释放更快，这对于需要快速供能或关注血糖反应的应用场景具有参考价值。
结论与意义
这项研究成功“变不可能为可能”，开发出了蛋白质含量低于1.0 g/100 g的低蛋白蒸蛋糕。研究不仅提供了具体的“配方”与“工艺秘籍”——即采用特定的低蛋白粉，在150℃下烘烤，并控制发酵时间为45分钟、糖（蔗糖或海藻糖）添加比例为25%，更深刻揭示了加工要素如何精密调控最终产品的方方面面。研究表明，适度的发酵和糖添加不仅能造就良好的感官品质，还能改变产品的风味图谱和消化特性。这为特殊医学用途配方食品的研发提供了重要的理论与实践依据，使“吃得安全”和“吃得美味”在低蛋白食品领域得以兼得。未来，通过进一步探究发酵对淀粉分子结构的改变、糖与淀粉在低蛋白基质中的具体相互作用机制，并引入亲水胶体等辅料优化体系，有望设计出更多样化、更贴近健康人饮食体验的低蛋白食品，真正提升需要蛋白质限制饮食患者的生活质量与幸福感。
