鄭志強(qiáng)，錢 平

(總后軍需裝備研究所，北京100010)

蛋糕是一類組織疏松柔軟，口感濡濕潤滑，香甜可口的焙烤食品。普通蛋糕水分含量較高，營養(yǎng)豐富，常溫下一般7d即發(fā)生變質(zhì)。目前國內(nèi)市場上成熟的蛋糕類產(chǎn)品的保質(zhì)期最長不超過12個(gè)月。國外對長保質(zhì)期蛋糕的研究工作開展較早［1］，如美軍的軍用耐貯蛋糕常溫下貯存3年不變質(zhì)，已在其著名的MRE中廣泛使用［2－3］。為此，本實(shí)驗(yàn)擬重點(diǎn)開展新型耐貯蛋糕基礎(chǔ)配方以及保質(zhì)期延長技術(shù)研究，以研制口感好、能量密度高、保質(zhì)期長的耐貯蛋糕。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蛋糕粉、中筋粉 淮濱縣金豫南面粉有限公司;白砂糖 北京市通達(dá)糖業(yè)有限公司;棕櫚油 廣州市金晨油脂有限公司;碳酸氫鈉 河南金潤食品添加劑有限公司;檸檬酸、甘油、山梨酸鉀 北京天竹鳥食品添加劑有限公司;特丁基對苯二酚(TBHQ)珠海味佳食品添加劑有限公司。食品添加劑和加工助劑的使用應(yīng)符合GB 2760的規(guī)定［4］。

PET/AL/CPP三層復(fù)合鋁箔包裝材料 蘇州浩鑫包裝材料有限公司;50型脫氧劑 南京特廣新材料有限公司。

B20型食品攪拌機(jī) 廣東南海德豐電熱設(shè)備廠;烤箱 上?；ㄔ称窓C(jī)械有限公司;msl型水分活度儀 瑞士Novasina公司;SF－300型電熱封口機(jī) 江蘇連云港微波電器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 油脂、糖→攪拌→蛋液→攪拌→面粉→攪拌→鑄模成型→烘烤→冷卻→裝袋→封口→裝箱→成品［5］

1.2.2 感官評價(jià) 按表1所列指標(biāo)分別從產(chǎn)品的強(qiáng)度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、口感等方面進(jìn)行評定，評價(jià)小組由9名從事食品研究和加工的專業(yè)成員組成，評價(jià)時(shí)將加工好的各樣品存放24h后隨機(jī)取樣，給出各項(xiàng)指標(biāo)的分值，感官得分為各項(xiàng)指標(biāo)評分之和，計(jì)算評價(jià)人員評分的平均分并記錄評分結(jié)果。

1.2.3 水分含量測定 將洗干凈的鋁盒放在105℃烘箱中干燥30min后放在干燥器中冷卻后稱重，精確稱取待測樣品2.00g，置于稱量瓶中，移入105℃烘箱內(nèi)，開蓋干燥2～4h后加蓋取出稱量瓶，置干燥器中冷卻0.5h，稱重，再烘1h，冷卻、稱重，重復(fù)以上操作，直至前后兩次質(zhì)量差不超過0.002g即為恒量。

計(jì)算公式:

公式中:X為水分含量(%);m1為稱量瓶質(zhì)量(g);m2為恒重前稱量瓶和樣品質(zhì)量(g);m3為恒重后稱量瓶和樣品質(zhì)量(g)。

表1 蛋糕感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table1 Grade standard for sensory of cake

1.2.4 比容測定 蛋糕比容=蛋糕體積(m L)/蛋糕質(zhì)量(g)

1.2.5 過氧化值測定 參照GB/T 5538－2005動植物油脂過氧化值測定中規(guī)定的方法進(jìn)行測定［6］。

1.2.6 水分活度測定 水分活度測定儀法。測定樣品前先用飽和的碘化鉀溶液對儀器進(jìn)行校正，然后稱取5.000g搗碎的蛋糕樣品置于干燥的玻璃器皿中，放入測試盒中進(jìn)行測定，待測定容器內(nèi)達(dá)到平衡相對濕度后，定時(shí)報(bào)警，記錄數(shù)據(jù)即可。

1.2.7 加速實(shí)驗(yàn) 食品貯存期加速測試(ASLT)選擇溫度為影響貯存期的主要因素，記錄測試溫度下的貯存期大小，從各個(gè)測試儲存條件，評估K值或儲存期并適當(dāng)建立儲存期圖形，據(jù)此估算出正常條件下的儲存期［7－8］。

1.2.8 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 選擇影響蛋糕保質(zhì)期的主要因素抗氧化劑X1，檸檬酸X2，復(fù)配防腐劑X3，復(fù)配保濕劑X4共4個(gè)因素為自變量，通過加速實(shí)驗(yàn)獲得保質(zhì)期預(yù)測值為因變量(Y)，利用統(tǒng)計(jì)分析軟件Design－Expert.V8.0.6版進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)4因素3水平的Box－Behnken響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中各因素水平及編碼見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)因素水平及編碼表Table2 Codes and factor levels of the test

1.2.9 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 按照優(yōu)化后的最佳工藝參數(shù)，制作相應(yīng)產(chǎn)品，進(jìn)行貯存期預(yù)測加速實(shí)驗(yàn)，重復(fù)3次，取3次預(yù)測結(jié)果平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 耐貯蛋糕基礎(chǔ)配方研究

蛋糕的原料可分為干性材料和濕性材料，強(qiáng)性材料和弱性材料。干性材料需要濕性材料來濕潤，弱性材料需要強(qiáng)性材料來攜帶。強(qiáng)性材料由于有多分子的蛋白質(zhì)，特別是面粉中的面筋，蛋白質(zhì)具有形成及強(qiáng)化制品結(jié)構(gòu)的作用。弱性材料是低分子成分，它們不能成為制品的骨架，相反具有減弱或分散制品結(jié)構(gòu)的作用，同時(shí)需要強(qiáng)性材料來攜帶。只有干濕、強(qiáng)弱材料搭配合理，才能形成口感濡濕潤滑，強(qiáng)度合適，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均一的產(chǎn)品［9－10］。一般蛋糕制作中采用低筋粉攪拌均勻，盡量避免面筋溶出，從而導(dǎo)致蛋糕塌陷、收縮。

本實(shí)驗(yàn)通過嚴(yán)格控制攪拌速度、時(shí)間、溫度，使面筋蛋白適度溶出，雞蛋蛋白適度起發(fā)，使面筋蛋白、雞蛋蛋白共同形成蛋糕骨架。面筋強(qiáng)度過大，產(chǎn)品會出現(xiàn)收縮，烤不透和粘牙等缺陷;面筋強(qiáng)度太低，產(chǎn)品強(qiáng)度小，質(zhì)地差，比容大［11］。通過實(shí)驗(yàn)，本研究確定以糖、油、蛋、面粉配比為1∶1∶1∶1的基本研究配方。

2.1.1 不同蛋糕粉與中筋粉比例對蛋糕品質(zhì)的影響基本配方中糖、油、蛋、面粉比例為1∶1∶1∶1時(shí)，本實(shí)驗(yàn)研究不同蛋糕粉與中筋粉比例對蛋糕品質(zhì)的影響，實(shí)驗(yàn)所用蛋糕粉的筋度為22%，中筋粉的筋度為28%。

表3 不同蛋糕粉與中筋粉比例對蛋糕品質(zhì)的影響Table3 The effect of the ratio of cake flour and AP－flour on the cake qualities

用低筋粉或蛋糕專用粉兩種面粉制作的蛋糕質(zhì)地細(xì)膩，結(jié)構(gòu)疏松，但制品比容大，強(qiáng)度低，易松散破裂，不符合耐貯蛋糕體積小、能量密度高的要求;同時(shí)在包裝、分發(fā)、食用時(shí)易造成破裂、塊型不完整、掉渣等缺陷。由表3可見，通過采用中筋粉與低筋粉1∶3的比例配合使用，感官評分最高，制品內(nèi)部形成均勻的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，有效增加了制品強(qiáng)度，降低了比容，形成了塊型完整、能量密度較高、強(qiáng)度較好的產(chǎn)品。

表7 耐貯蛋糕基礎(chǔ)配方Table7 Basic formula of long shelf－life cake

2.1.2 雞蛋用量對蛋糕品質(zhì)的影響 基本配方中糖、油、面粉比例為1∶1∶1時(shí)，本實(shí)驗(yàn)研究雞蛋用量對蛋糕品質(zhì)的影響，雞蛋用量按面粉量為100計(jì)。

表4 雞蛋用量對蛋糕品質(zhì)的影響Table4 The effect of egg addition on the cake qualities

通過提高雞蛋用量，利用雞蛋中的液體部分替代水的使用，形成無水配方，可解決產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量低、水分高、強(qiáng)度弱的問題，由表4可見，雞蛋用量為100時(shí)，感官評分最高，蛋糕有一定強(qiáng)度、韌性和細(xì)膩的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，口感潤滑，品質(zhì)佳。

2.1.3 黃油用量對蛋糕品質(zhì)的影響 基本配方中糖、蛋、面粉比例為1∶1∶1時(shí)，本實(shí)驗(yàn)研究黃油用量對蛋糕品質(zhì)的影響，黃油用量按面粉量為100計(jì)。

表5 黃油用量對蛋糕品質(zhì)的影響Table5 The effect of butter addition on the cake qualities

由表5可見，黃油用量為100時(shí)，感官評分最高，蛋糕有一定強(qiáng)度、韌性和細(xì)膩的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，口感潤滑。黃油有弱化面粉結(jié)構(gòu)的作用，如果添加過多，會使蛋糕頂部下陷，并且口感油膩;如果添加量不足，則糕體發(fā)緊，頂部會突起，甚至裂開［12］。此外，白奶油具有天然純正的乳香味道，營養(yǎng)價(jià)值高，能有效改善產(chǎn)品質(zhì)量和口感，增加風(fēng)味，本實(shí)驗(yàn)擬用白奶油替代部分黃油，替代量為20%，能賦予產(chǎn)品較純正的奶油風(fēng)味。

2.1.4 糖粉量對蛋糕品質(zhì)的影響 基本配方中油、蛋、面粉比例為1∶1∶1時(shí)，本實(shí)驗(yàn)研究糖粉量對蛋糕品質(zhì)的影響，糖粉用量按面粉量為100計(jì)。

糖過少會使蛋糕質(zhì)地發(fā)緊，頂部突起太高，甚至破裂。由表6可見，糖粉用量為100時(shí)，感官評分最高，蛋糕有一定強(qiáng)度、韌性和細(xì)膩的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，表面光滑，塊形好，口感潤滑，產(chǎn)品具有良好的品質(zhì)。

2.1.5 耐貯蛋糕基礎(chǔ)配方的確定 通過上述研究，確定耐貯蛋糕的基礎(chǔ)配方見表7，其中，為改善蛋糕整體質(zhì)量，需添加纖維素、乳化劑、蓬松劑、食鹽等輔料［12］。

表6 糖粉量對蛋糕品質(zhì)的影響Table6 The effect of sugar addition on the cake qualities

2.2 影響產(chǎn)品氧化變質(zhì)的因素研究

2.2.1 包裝材料 耐貯蛋糕水分和油脂含量都較高，貯存期間容易出現(xiàn)油脂氧化蛤敗，氧氣和紫外線能加速油脂氧化過程。因此，耐貯蛋糕的包裝材料，必須既能阻隔外界空氣中氧的進(jìn)入和紫外線的穿透，又保證包裝材料對食品無任何不利作用或產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，同時(shí)還應(yīng)有一定的強(qiáng)度和良好的封口性能［13－14］。本實(shí)驗(yàn)選用三層復(fù)合鋁箔作為包裝材料，由外到內(nèi)依次為PET/AL/CPP。該包裝材料封口性能好，對氧氣、紫外線和水分具有高阻隔效果。

2.2.2 脫氧劑 蛋糕氧化變質(zhì)是油脂氧化和微生物過度繁殖的結(jié)果。因此，去除、控制包裝中的氧氣含量對延長耐貯蛋糕保質(zhì)期至關(guān)重要。油脂氧化是氧氣直接作用所致，而微生物生長也與氧氣密切相關(guān)［15］。通過在耐貯蛋糕密封袋內(nèi)加脫氧保鮮劑，脫除食品包裝內(nèi)的氧氣，使包裝袋內(nèi)部的氧含量降低到0.3%以下，產(chǎn)品在幾乎無氧環(huán)境中貯存來實(shí)現(xiàn)蛋糕保鮮。本實(shí)驗(yàn)選用規(guī)格為50型的脫氧劑，直接添加于產(chǎn)品包裝袋中，每袋添加一包。脫氧劑對蛋糕過氧化值的影響見表8。

表8 脫氧劑對蛋糕過氧化值的影響(g/100g)Table8 The effect of deoxidizer on the peroxide value of cake(g/100g)

由表8可見，脫氧劑對蛋糕油脂蛤敗有強(qiáng)烈抑制作用，普通蛋糕加脫氧劑包裝在37℃條件下貯存5個(gè)月，油脂過氧化值仍在國標(biāo)(GB 7099)規(guī)定的范圍內(nèi);而對照組在1個(gè)月已超標(biāo)(標(biāo)準(zhǔn)為≤ 0.25 g/ 100g)，2個(gè)月后即有明顯的“哈喇味”。

2.2.3 抗氧化劑 耐貯蛋糕油脂含量高，為抑制油脂氧化蛤敗，本實(shí)驗(yàn)采取在油脂中添加抗氧化劑的方法解決。TBHQ即特丁基對苯二酚，是目前國際上性能最優(yōu)良的食品抗氧化劑之一，抗氧化效果是

BHA、BHT、PG的5～7倍，本實(shí)驗(yàn)添加0.002%～0.008%的TBHQ抗氧化劑，以有效延緩油脂氧化，提高食品的穩(wěn)定性，延長油脂及富脂食品的貨架期。

2.3 影響產(chǎn)品微生物腐敗的因素研究

表9 不同檸檬酸含量對蛋糕酸度和微生物生長的影響Table9 The effect of different citric acid content on the acidity and microbial growth of cake

表10 不同防腐劑對蛋糕微生物生長的影響Table1 0 The effect of different preservatives on themicrobial growth of cake

2.3.1 pH 微生物的生長繁殖，需要適宜的環(huán)境，即適當(dāng)溫度、酸堿度、滲透壓和氧氣。霉菌在酸性的環(huán)境中較難生長，各種有機(jī)酸有抑菌或滅菌作用。不同檸檬酸含量對蛋糕酸度和微生物生長的影響見表9。

由表9可見，隨著檸檬酸添加量的增加，抑菌效果越來越好，食品pH的降低對抑菌效果有很大的影響。通過調(diào)酸能力和口味的比較實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)選用檸檬酸作為調(diào)酸劑，添加量為0.5%～1%，將產(chǎn)品pH調(diào)整為6以上，食用時(shí)未感覺到明顯的酸味，且已達(dá)到抑菌效果，當(dāng)pH小于6時(shí)，蛋糕有明顯的后酸味。

2.3.2 防腐劑 蛋糕在保藏過程中會因微生物的滋生腐敗而不能食用，目前國內(nèi)市場在糕點(diǎn)(月餅、蛋糕、派等)防腐上通常采用的防腐劑是丙酸鹽和脫氫醋酸鈉。不同防腐劑對蛋糕微生物生長的影響見表10。

由表10可見，同等添加量的山梨酸鉀的抗菌效果要強(qiáng)于丙酸鈣和脫氫醋酸鈉，本實(shí)驗(yàn)選擇以山梨酸鉀、脫氫醋酸鈉、對羥基苯甲酸酯按2∶1∶1的比例混合的復(fù)配防腐劑，添加量為0.05%～0.15%，防腐劑搭配使用具有協(xié)同防腐的作用，使用復(fù)配防腐劑能極大延長蛋糕保質(zhì)期。

2.3.3 保濕劑 為防止耐貯蛋糕在焙烤、貯藏期間因水分遷移導(dǎo)致干縮、變硬，需在配方中添加保濕劑，添加保濕劑的另一個(gè)作用是能降低產(chǎn)品的水分活度［16］。本實(shí)驗(yàn)選擇以甘油、轉(zhuǎn)化糖漿、山梨醇按3∶2∶1的比例混合的復(fù)配保濕劑，添加量為0.2%～0.8%，該保濕劑具有吸濕、放濕平穩(wěn)的特點(diǎn)，保濕性能優(yōu)越，賦予制品在長期貯存期間柔軟、潤滑的口感。該復(fù)配保濕劑還能有效地控制制品的水分活度在較低的水平(Aw=0.68)，從而抑制微生物的生長，延長保質(zhì)期。表11為添加0.5%的保濕劑對蛋糕水分活度的影響。

表11 保濕劑對蛋糕水分活度的影響Table1 1 The effect ofmoisturizer on the water activity of cake

由表11可見，添加了保濕劑后，可顯著降低產(chǎn)品的水分活度，從而可適當(dāng)提高產(chǎn)品的水分含量，使產(chǎn)品接受性更好。

2.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表12。

表12 中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table1 2 The central composite design and the result

續(xù)表

對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，得到響應(yīng)面回歸方程:

對方程中各項(xiàng)以及交互項(xiàng)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表13。

表13 蛋糕保質(zhì)期預(yù)測方差分析表Table1 3 Anova for shelf－life prediction of cake

由表13可見，模型p＜0.0001，表明該模型方差高度顯著?；貧w系數(shù)R2=0.9625，說明該模型的變化96.25%來自所選自變量。失擬項(xiàng)0.8851＞0.1，不顯著?？梢姶四Ｐ透鷮?shí)際數(shù)據(jù)擬合良好，適用于耐貯蛋糕保質(zhì)期延長工藝參數(shù)的優(yōu)化。此外，交互項(xiàng)X1X3(p=0.0479)顯著，說明抗氧化劑和復(fù)配防腐劑2個(gè)因素對蛋糕保質(zhì)期的影響存在交互作用，對蛋糕保質(zhì)期影響顯著。

采用Design－Expert.V8.0.6分析軟件擬合得最佳工藝參數(shù)為:抗氧化劑0.006%，檸檬酸0.78%，復(fù)配防腐劑0.12%，復(fù)配保濕劑0.55%。蛋糕保質(zhì)期最大理論值為40.58個(gè)月。

2.5 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

按照最佳蛋糕生產(chǎn)工藝條件，即抗氧化劑0.006%，檸檬酸0.78%，復(fù)配防腐劑0.12%，復(fù)配保濕劑0.55%，制作相應(yīng)產(chǎn)品，進(jìn)行貯存期預(yù)測加速驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，重復(fù)3次，測得蛋糕保質(zhì)期平均為39.36個(gè)月，與理論值40.58個(gè)月相比相對誤差為3%。由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可見，通過響應(yīng)面優(yōu)化法得出的最優(yōu)工藝參數(shù)是可靠的，具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)對耐貯蛋糕基礎(chǔ)配方和延長保質(zhì)期方式進(jìn)行了研究，確定了最優(yōu)基礎(chǔ)原料配比和最佳保質(zhì)期延長條件，研制了口感好、體積小，能量密度高，能夠貯存3年以上的耐貯蛋糕，解決了含水量較高的糕點(diǎn)類食品難以長期保存的難題，可在一定程度上豐富國家應(yīng)急儲備食品品種，擴(kuò)大糕點(diǎn)類即食食品的應(yīng)用范圍。

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