《Applied Food Research》：Cricket Powder as a Partial Egg White Protein Replacer in Sponge Cakes: Response Surface Methodology for Optimization
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蟋蟀粉（CP）已成为一种极具前景的替代蛋白质，据报道具有起泡和稳定特性；然而，其作为充气烘焙产品中蛋清蛋白部分替代物的能力在很大程度上尚未得到探索。本研究采用响应面法（RSM）和优化技术，调查了用CP（0、1.7和3.4%）部分替代蛋清蛋白以及烘烤时间（15、
蟋蟀粉（CP）已成为一种极具前景的替代蛋白质，据报道具有起泡和稳定特性；然而，其作为充气烘焙产品中蛋清蛋白部分替代物的能力在很大程度上尚未得到探索。本研究采用响应面法（RSM）和优化技术，调查了用CP（0、1.7和3.4%）部分替代蛋清蛋白以及烘烤时间（15、35和55分钟）对海绵蛋糕物理、质构、面包心孔隙率和感官特性的影响。增加CP水平显著降低了蛋糕体积（从265 ± 37降至136 ± 14 mL），同时增加了蛋糕密度（从0.24 ± 0.04增至0.47 ± 0.06 g/mL）。烘烤时间（BT）主要影响海绵蛋糕的重量和烘烤损失，烘烤损失从15分钟后的10.8 ± 2.5%增加到55分钟后的22.8 ± 1.2%。质构剖面分析（TPA）揭示了CP和BT之间存在显著的交互作用，随着CP水平和BT的增加，面包心硬度从2.07 ± 0.14 N增加至12.3 ± 0.39 N。RSM和约束优化确定了一种包含1.3% CP和35分钟BT的最佳配方。该配方在感官测试中获得了7.28 ± 1.12的总体可接受性评分，与对照配方（7.77 ± 1.07）相当。这些发现表明，CP可以部分替代蛋清蛋白，同时保持可接受的工艺和感官特性，为富含昆虫的充气烘焙产品的开发和进一步优化奠定了基础。
研究背景与意义：海绵蛋糕作为一种广受欢迎的烘焙产品，其典型的体积和柔软弹性结构在很大程度上依赖于蛋清蛋白的起泡、气体保留和乳化等功能特性。近年来，受可持续性担忧、减少过敏原以及饮食偏好变化的驱动，研究人员对替代鸡蛋的配方策略进行了广泛研究。尽管商业上已有淀粉、水胶体等替代品，但这些配方往往会导致产品营养价值降低或口感变差。食用昆虫，尤其是家蟋蟀，因其高蛋白含量和低环境足迹成为极具潜力的可持续蛋白源，且已有报道指出其具有乳化、起泡和稳定特性。然而，文献中关于昆虫蛋白起泡能力的研究结果存在显著差异，其在高度充气烘焙产品中替代蛋清蛋白的功能性仍知之甚少。因此，本研究旨在评估蟋蟀粉（CP）作为蛋清蛋白部分替代物对海绵蛋糕的影响，并借助响应面法（RSM）优化工艺参数。本研究成功发表于《Applied Food Research》，为昆虫蛋白在充气烘焙产品中的开发与优化提供了重要的理论和实践基础。
关键技术方法：研究人员采用面心中心复合设计（FCCD）和响应面法（RSM）评估了蟋蟀粉（CP）添加量与烘烤时间（BT）对蛋糕特性的影响。主要测定技术包括质构剖面分析（TPA）和基于ImageJ软件的数字图像孔隙度分析，并运用方差分析（ANOVA）处理数据。研究中的消费者感官评价队列由来自匈牙利佩奇大学年龄在18至60岁之间的47名未受训人员组成。
研究结果：
对海绵蛋糕物理性质的影响：
研究测量了蛋糕的体积、重量、高度和密度。结果表明，随着CP替代比例增加，蛋糕体积显著降低（从265±37 mL降至136±14 mL），高度减小，而密度显著增加（从0.24±0.04增至0.47±0.06 g/mL）。这说明蟋蟀蛋白可能干扰了面筋网络形成，损害了持气能力，从而导致结构致密化。烘烤时间则主要导致蛋糕重量减轻和烘烤损失增加。
质构剖面分析（TPA）：
TPA揭示了CP与BT之间存在显著的交互作用。随着CP水平和BT的增加，面包心硬度从2.07±0.14 N大幅升至12.3±0.39 N。此外，内聚性、弹性和回复性均随CP增加而显著下降，表明蟋蟀蛋白的加入削弱了负责持气和弹性恢复的蛋白质基质，使内部结构变脆且完整性受损。
利用ImageJ进行面包心孔隙度分析：
结构分析显示CP是影响孔隙特征的主要因素。提高CP添加量增加了孔隙数量，但减少了蛋糕总体积。这表明在混合时混入了更多空气，但这些气泡不稳定，在热膨胀过程中破裂或迅速迁移，导致形成更多小孔但整体膨胀受限。
响应面法（RSM）分析：
研究人员拟合了二次多项式模型评估CP和BT对硬度和体积的影响，模型具有高决定系数且失拟检验不显著。分析发现硬度的平稳点远在实验区域外，硬度随两因素呈线性单调增加。体积模型呈鞍点响应，CP表现出强烈的负效应，时间呈弱正效应及显著曲率交互作用。通过约束数值优化，在体积≥220 mL且硬度≤5 N的条件下，确定了最优配方为1.3% CP和36.8分钟烘烤时间，预测误差在10%以内。
消费者感官验证：
测试对比了对照组、最优组（1.3% CP，35 min）和高替代组（2.5% CP，50 min）。对照组总体可接受性（OA）评分最高（7.77±1.07），最优组与对照相比在质构和风味上无显著差异，OA评分为7.28±1.12。高替代组则在各项得分中表现最差。这证明遵循RSM优化的适度替代水平能够生产出感官可接受的海绵蛋糕，而高水平替代会显著降低消费者接受度。
讨论与结论总结：
本研究表明，蟋蟀粉可作为海绵蛋糕配方中蛋清蛋白的部分替代物，但其功能性高度依赖于替代水平和烘烤条件。增加替代比例会逐步降低蛋糕体积、高度和结构完整性，导致质地致密化并使负责气体保留的蛋白质网络弱化。约束优化证实了适度的替代水平（23%）与适当的烘烤时间结合能产出物理与感官均达标的蛋糕。由于缺乏水分含量和面糊流变学等测定机制，研究建议未来应结合泡沫特性表征探索如水胶体或蛋白质修饰技术以增强昆虫蛋白功能表现，以此来提升产品整体品质并应对商业化过程中对标准化与监管的更高要求。
