螺旋藻强化对面包品质的影响：颜色、质地、挥发性物质与感官特性

《Food Science & Nutrition》：Effects of Spirulina Enrichment on Bread Quality: Color, Texture, Volatile, and Sensory Properties

　　

螺旋藻（Limnospira platensis）是一种具有营养价值的原料，可能影响焙烤产品的品质特性。本研究旨在评估低水平螺旋藻强化对采用意大利“1”型小麦粉制作的面包的颜色、质地、挥发性物质谱及感官特性的影响。面包样品分别添加0%（对照）、1%和2%（w/w）的螺旋藻制备，并通过仪器颜色测量、质构剖面分析、HS-SPME-GC-EI-MS以及经培训评价小组的感官描述性分析进行分析。螺旋藻强化样品表现出更深色的外皮和瓤以及色度坐标的明显变化。质构剖面分析表明仪器质构特性的变化有限；具体而言，添加1%（w/w）螺旋藻的样品硬度显著低于对照样品，而其余测定的质构参数在样品间无显著差异。挥发性物质分析揭示了若干化合物的差异，包括强化样品中类胡萝卜素来源的挥发性物质，如β-紫罗兰酮（β-ionone）、β-环柠檬醛（β-cyclocitral）、二氢猕猴桃内酯（dihydroactinidiolide）和藏红花醛（safranal）。感官分析突出表明螺旋藻强化面包具有更强的苦味和海产相关风味。螺旋藻强化改变了面包的色度、挥发性物质和感官特性，而对所测定的仪器质构参数影响较小。结果表明，螺旋藻可以以较低水平添加到面包中，尽管苦味和海产风味等感官属性可能构成接受度障碍，应通过专门的消费者测试进一步评估。

**螺旋藻强化面包品质的综合评价：颜色、质地、挥发性物质与感官特性的系统研究**

**1. 研究背景与问题提出**

近年来，随着传统畜牧业带来的高环境成本问题日益凸显，寻找可持续的蛋白质来源以强化主食食品已成为食品科学领域的研究热点。微藻、蓝藻及昆虫等新型原料因其能够在不过度影响加工特性的前提下改善常见食品的蛋白质品质而受到广泛关注。研究表明，以面粉重量1%–4%的添加量掺入这些成分，可以在维持面团功能特性的同时提高必需氨基酸含量，且不会对其流变学性质产生不利影响。

在众多新型原料中，学名为Limnospira platensis的螺旋藻（Spirulina）受到了特别的关注。螺旋藻以其高达干重70%的蛋白质含量和完整的氨基酸谱而闻名，同时富含矿物质和生物活性化合物。其在美国获得GRAS（公认安全）地位并在欧盟获得新型食品批准，进一步推动了其在新型产品开发中的应用。然而，螺旋藻在食品强化方面也存在局限性：其蓝绿色素（叶绿素和藻胆蛋白）会改变产品外观，常产生非典型的绿色色调；此外，其特有的泥土味和海藻样风味在添加量足以提供营养益处时可能降低消费者的接受度。对于面包这类消费者对其感官特征期望高度保守的主食而言，即使是外观、气味或风味的微小偏差也可能影响消费者接受度。因此，对螺旋藻影响进行系统评估必须超越营养和流变学性质，延伸至感官感知和整体产品质量。

**2. 研究目的与研究方法**

本研究旨在对低水平螺旋藻强化面包进行整合性的产品层面表征，重点关注可能影响感官感知的品质特性。研究人员采用多维度分析方法，系统评估了螺旋藻强化对面包颜色、仪器质构、挥发性物质谱和描述性感官属性的影响。

研究涉及以下主要关键技术方法：（1）样品制备：采用意大利“1”型小麦粉（W=300），螺旋藻以0%（对照）、1%（w/w，SF10）和2%（w/w，SF20）的比例部分替代小麦粉，经24小时发酵后在220°C下烘焙30分钟，每个处理设置三个独立的生物重复；（2）颜色测量：使用CR-400色度计在D65光源下测定面粉、面团和焙烤后样品外皮及瓤的CIELAB色空间坐标（L*、a*、b*）；（3）质构剖面分析（TPA）：采用配备1 kN载荷传感器的质构仪对25 mm厚面包瓤切片进行双循环压缩测试（压缩至原高度25%），测定硬度、弹性、内聚性、胶粘性和咀嚼性；（4）挥发性物质分析：采用顶空固相微萃取（HS-SPME）结合气相色谱-质谱联用（GC-EI-MS）技术，在40°C下平衡15分钟并萃取20分钟，使用DVB-Carboxen-PDMS涂层纤维，化合物鉴定通过纯品标准品注入及质谱库比对完成，结果以相对百分比表示；（5）感官描述性分析：由11名经过培训的评价小组成员（20–47岁，男女均有）依据ISO 3972（2011）和ISO 8586（2012）标准方法进行训练，在标准化绿色照明条件下、独立评价间中对10个感官属性（面包气味、面包风味、海产气味、海产风味、苦味、湿润度、硬度、胶粘性、内聚性、纤维感）进行强度评分；（6）消费者态度调查：通过在线问卷方式调查225名消费者对藻类强化焙烤产品的态度、购买意愿及主要接受障碍。统计分析采用单因素方差分析（ANOVA），显著性差异时进行Tukey多重比较检验，感官数据另采用包含样品和评价员效应的加性模型及Kendall和谐系数（W）评估评价员间一致性。

**3. 研究结果**

**3.1 颜色分析**

颜色测量结果显示，随着螺旋藻添加量的增加，面粉、面团和焙烤样品的L*（亮度）和a*（红度）逐渐降低，反映蓝藻生物质的蓝绿色特征。面团样品中效果最为显著，SF10和SF20的a*值分别为-8.61和-8.64，表明颜色明显向绿色偏移。焙烤后，由于热诱导反应的影响，螺旋藻色素的贡献被褐变现象部分掩盖，瓤的a*值仍保持在正值区域。b*（黄度）的变化趋势较为复杂，受褐变和螺旋藻浓度共同影响。焙烤后螺旋藻相关颜色在外皮中的保留优于瓤部，这可能与内外不同的水分和热条件有关。色素稳定性受pH和温度影响显著：藻蓝蛋白在酸性环境（pH<6）和高温下快速降解，叶绿素在酸性条件下降解为脱镁叶绿素导致棕色变化，而在中性或微碱性环境中稳定性较好。ΔE色差分析显示，揉面过程导致绿色素均匀分布并产生显著颜色差异；同一配方内部外皮与瓤的色差以对照样品最大（>15），而SF10和SF20样品色差在5.6–7.2之间，表明虽然可感知但差异较小。

**3.2 质构剖面分析结果**

TPA分析结果表明，螺旋藻添加总体上未对大部分质构参数产生显著影响。唯一例外是SF10样品（1% w/w螺旋藻）的硬度（11.28 ± 2.19 N）显著低于对照样品（13.95 ± 0.13 N，p < 0.05），表明其质地更柔软。SF20样品的硬度值（13.00 ± 0.55 N）介于两者之间，与二者均无显著差异。弹性、内聚性、胶粘性和咀嚼性在各样品间均无显著差异。SF10硬度降低可能归因于藻类纤维的保湿能力及其延缓淀粉老化的作用，但文献中关于此参数的结果并不一致。需要指出的是，由于未测定比容，这些结果不应被解释为对面包结构或气体保留行为的完整评估。

**3.3 挥发性化合物分析**

HS-SPME-GC-EI-MS分析鉴定出多类挥发性化合物。在醇类中，异丁醇、异戊醇和3-乙氧基-1-丙醇在对照样品中含量较高，而苯乙醇在添加螺旋藻的样品中显著降低。两个2,3-丁二醇异构体在螺旋藻强化面包中趋于增加，乙偶姻在SF20中显著升高，而乙酯类化合物相对减少，提示螺旋藻添加影响了发酵相关挥发性化合物的形成。醛类方面，3-甲基丁醛仅在螺旋藻强化样品中检出，可能与此前报道的螺旋藻强化面包系统中亮氨酸可用性增加有关；（E,E）-2,4-癸二烯醛在对照样品中显著较高，可能暗示螺旋藻对氧化过程具有缓解作用。2-苯乙醛在SF20中显著升高，可能源于苯丙氨酸的降解。吡嗪类化合物（典型的Maillard反应产物）在样品间无显著差异。糠醛和糠醇在对照样品中含量较高。SF20中麦芽酚显著升高（0.81% vs 对照0.50%），表明螺旋藻影响了部分热反应产物。

值得特别关注的是类胡萝卜素衍生物。β-环柠檬醛、藏红花醛、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮、5,6-环氧-β-紫罗兰酮、3,4-脱氢-β-紫罗兰酮和二氢猕猴桃内酯均在螺旋藻强化样品中显著增加，且含量与螺旋藻添加量呈正相关。这些化合物可被视为螺旋藻添加的标志物。其中藏红花醛在螺旋藻粉末中未检出但在强化面包中发现，推测与焙烤过程中玉米黄质的降解有关。烃类化合物如十五烷、十六烷、十七烷（SF20中达13.20%）和8-十七烯在螺旋藻强化面包中大幅增加，但其感官贡献可能因高感知阈值而有限。这些类胡萝卜素来源化合物在高浓度下可能被感知为不良风味：β-紫罗兰酮可能产生过强的花香或紫罗兰香，β-环柠檬醛可能带来辛辣的绿色或泥土气息，二氢猕猴桃内酯与烟草样或木质气息相关，藏红花醛可能产生尖锐的药味或过度辛辣印象。

**3.4 消费者态度调查结果**

在线调查表明，受访者主要为年轻成年人（18–34岁占46.7%）、女性（60.9%）和大学毕业生（59.6%）。近半数受访者（50%）不熟悉藻类强化焙烤产品，仅3%报告偶尔消费。接受度的积极驱动因素包括营养特性、酥脆口感和环境可持续性，而海藻样风味、鱼腥气味和苦味被认为是主要障碍。尽管存在这些担忧，92.8%的参与者表示愿意尝试和购买此类产品，其动机为好奇心、感知健康益处和可持续性。该调查仅评估了态度感知而非对本研究开发的具体面包样品的喜好度。

**3.5 感官分析结果**

感官描述性分析显示，在气味、风味和味道属性上存在显著差异。螺旋藻强化面包的苦味强度显著高于对照样品，这可能与螺旋藻固有的异味特征有关。海产气味和海产风味主要在含螺旋藻的面包中检出，这些感知可能部分掩盖了面包的典型气味和风味。值得注意的是，在质构相关的感官属性（内聚性、胶粘性、硬度和纤维感）方面，螺旋藻强化样品与对照样品间无显著差异，表明螺旋藻添加未明显改变面包的感知质地。两个螺旋藻强化水平（SF10和SF20）之间在气味、风味和味道属性上未发现显著差异，说明在所测试的范围内，两个添加水平产生了可比较的感官效果。Kendall和谐系数分析显示，评价员在主要受配方影响的属性上存在显著一致性。尽管采用绿色照明以减少视觉偏差，部分评价员仍描述了螺旋藻强化面包外皮外观的差异，但由于绿色照明并不复制正常观察条件，这些观察应谨慎解释。

**4. 讨论与结论**

本研究表明，螺旋藻强化显著改变了面包的色度特性、挥发性物质谱和感官特性，而对仪器质构参数的影响相对有限。颜色方面，面团因蓝藻色素获得强烈绿色，而焙烤引起显著颜色变化，可能涉及色素降解以及外皮和瓤中棕色色调的发展。挥发性物质谱的变化包括若干类胡萝卜素来源化合物（β-紫罗兰酮、β-环柠檬醛、二氢猕猴桃内酯和藏红花醛）的增加，但需注意这些差异应被解释为半定量组成变化而非绝对浓度差异。感官分析揭示螺旋藻强化面包的苦味和海产风味增强，这些属性可能成为消费者接受度的重要障碍。虽然消费者调查显示对藻类强化焙烤产品总体持开放态度，但该调查评估的是态度感知而非对特定面包样品的喜好度。研究局限性包括：未对最终焙烤产品进行直接营养表征、未测定比容、未直接测量发酵动力学或酵母代谢、未采用内标进行绝对定量，且未包含感官缺陷的缓解策略。未来研究需要优化配方、验证最终面包的营养特性，并通过消费者测试直接评估接受度，同时可考虑开发低水化配方和更干燥的焙烤产品（如面包棒）以探索更高螺旋藻添加量的可能性。此研究由PR-FESR Emilia-Romagna 2021–2027项目（ALGENFOR，CUP E87G22000630003）部分资助，已获得Università di Modena e Reggio Emilia伦理委员会批准（批准日期：2025年1月9日；方案编号4569）。

总之，低水平螺旋藻添加到面包中是可行的，但苦味和海产风味等感官属性构成接受度障碍，需要通过配方优化和消费者测试进一步解决。