耐貯蛋糕基礎配方及保質期延長研究

鄭志強，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，營養豐富，常溫下一般7d即發生變質。目前國內市場上成熟的蛋糕類產品的保質期最長不超過12個月。國外對長保質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，已在其著名的MRE中廣泛使用［2－3］。為此，本實驗擬重點開展新型耐貯蛋糕基礎配方以及保質期延長技術研究，以研制口感好、能量密度高、保質期長的耐貯蛋糕。

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 北京市通達糖業有限公司;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符合GB 2760的規定［4］。

PET/AL/CPP三層復合鋁箔包裝材料 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 廣東南海德豐電熱設備廠;烤箱 上海花元食品機械有限公司;msl型水分活度儀 瑞士Novasina公司;SF－300型電熱封口機 江蘇連云港微波電器廠。

1.2 實驗方法

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 按表1所列指標分別從產品的強度、內部結構、口感等方面進行評定，評價小組由9名從事食品研究和加工的專業成員組成，評價時將加工好的各樣品存放24h后隨機取樣，給出各項指標的分值，感官得分為各項指標評分之和，計算評價人員評分的平均分并記錄評分結果。

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，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，重復以上操作，直至前后兩次質量差不超過0.002g即為恒量。

計算公式:

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

表1 蛋糕感官評分標準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定的方法進行測定［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，放入測試盒中進行測定，待測定容器內達到平衡相對濕度后，定時報警，記錄數據即可。

1.2.7 加速實驗 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，從各個測試儲存條件，評估K值或儲存期并適當建立儲存期圖形，據此估算出正常條件下的儲存期［7－8］。

1.2.8 響應面實驗設計 選擇影響蛋糕保質期的主要因素抗氧化劑X1，檸檬酸X2，復配防腐劑X3，復配保濕劑X4共4個因素為自變量，通過加速實驗獲得保質期預測值為因變量(Y)，利用統計分析軟件Design－Expert.V8.0.6版進行實驗設計，設計4因素3水平的Box－Behnken響應面優化實驗，實驗中各因素水平及編碼見表2。

表2 實驗因素水平及編碼表Table2 Codes and factor levels of the test

1.2.9 驗證實驗 按照優化后的最佳工藝參數，制作相應產品，進行貯存期預測加速實驗，重復3次，取3次預測結果平均值。

2 結果與分析

2.1 耐貯蛋糕基礎配方研究

蛋糕的原料可分為干性材料和濕性材料，強性材料和弱性材料。干性材料需要濕性材料來濕潤，弱性材料需要強性材料來攜帶。強性材料由于有多分子的蛋白質，特別是面粉中的面筋，蛋白質具有形成及強化制品結構的作用。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構的作用，同時需要強性材料來攜帶。只有干濕、強弱材料搭配合理，才能形成口感濡濕潤滑，強度合適，內部網絡結構均一的產品［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，從而導致蛋糕塌陷、收縮。

本實驗通過嚴格控制攪拌速度、時間、溫度，使面筋蛋白適度溶出，雞蛋蛋白適度起發，使面筋蛋白、雞蛋蛋白共同形成蛋糕骨架。面筋強度過大，產品會出現收縮，烤不透和粘牙等缺陷;面筋強度太低，產品強度小，質地差，比容大［11］。通過實驗，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的影響基本配方中糖、油、蛋、面粉比例為1∶1∶1∶1時，本實驗研究不同蛋糕粉與中筋粉比例對蛋糕品質的影響，實驗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地細膩，結構疏松，但制品比容大，強度低，易松散破裂，不符合耐貯蛋糕體積小、能量密度高的要求;同時在包裝、分發、食用時易造成破裂、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，制品內部形成均勻的網孔結構，有效增加了制品強度，降低了比容，形成了塊型完整、能量密度較高、強度較好的產品。

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

2.1.2 雞蛋用量對蛋糕品質的影響 基本配方中糖、油、面粉比例為1∶1∶1時，本實驗研究雞蛋用量對蛋糕品質的影響，雞蛋用量按面粉量為100計。

表4 雞蛋用量對蛋糕品質的影響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，可解決產品蛋白質含量低、水分高、強度弱的問題，由表4可見，雞蛋用量為100時，感官評分最高，蛋糕有一定強度、韌性和細膩的網絡結構，口感潤滑，品質佳。

2.1.3 黃油用量對蛋糕品質的影響 基本配方中糖、蛋、面粉比例為1∶1∶1時，本實驗研究黃油用量對蛋糕品質的影響，黃油用量按面粉量為100計。

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

由表5可見，黃油用量為100時，感官評分最高，蛋糕有一定強度、韌性和細膩的網絡結構，口感潤滑。黃油有弱化面粉結構的作用，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，營養價值高，能有效改善產品質量和口感，增加風味，本實驗擬用白奶油替代部分黃油，替代量為20%，能賦予產品較純正的奶油風味。

2.1.4 糖粉量對蛋糕品質的影響 基本配方中油、蛋、面粉比例為1∶1∶1時，本實驗研究糖粉量對蛋糕品質的影響，糖粉用量按面粉量為100計。

糖過少會使蛋糕質地發緊，頂部突起太高，甚至破裂。由表6可見，糖粉用量為100時，感官評分最高，蛋糕有一定強度、韌性和細膩的網絡結構，表面光滑，塊形好，口感潤滑，產品具有良好的品質。

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

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

2.2 影響產品氧化變質的因素研究

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生任何有害物質，同時還應有一定的強度和良好的封口性能［13－14］。本實驗選用三層復合鋁箔作為包裝材料，由外到內依次為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 蛋糕氧化變質是油脂氧化和微生物過度繁殖的結果。因此，去除、控制包裝中的氧氣含量對延長耐貯蛋糕保質期至關重要。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［15］。通過在耐貯蛋糕密封袋內加脫氧保鮮劑，脫除食品包裝內的氧氣，使包裝袋內部的氧含量降低到0.3%以下，產品在幾乎無氧環境中貯存來實現蛋糕保鮮。本實驗選用規格為50型的脫氧劑，直接添加于產品包裝袋中，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烈抑制作用，普通蛋糕加脫氧劑包裝在37℃條件下貯存5個月，油脂過氧化值仍在國標(GB 7099)規定的范圍內;而對照組在1個月已超標(標準為≤ 0.25 g/ 100g)，2個月后即有明顯的“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，本實驗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，本實驗添加0.002%～0.008%的TBHQ抗氧化劑，以有效延緩油脂氧化，提高食品的穩定性，延長油脂及富脂食品的貨架期。

2.3 影響產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，需要適宜的環境，即適當溫度、酸堿度、滲透壓和氧氣。霉菌在酸性的環境中較難生長，各種有機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。通過調酸能力和口味的比較實驗，本實驗選用檸檬酸作為調酸劑，添加量為0.5%～1%，將產品pH調整為6以上，食用時未感覺到明顯的酸味，且已達到抑菌效果，當pH小于6時，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，目前國內市場在糕點(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于丙酸鈣和脫氫醋酸鈉，本實驗選擇以山梨酸鉀、脫氫醋酸鈉、對羥基苯甲酸酯按2∶1∶1的比例混合的復配防腐劑，添加量為0.05%～0.15%，防腐劑搭配使用具有協同防腐的作用，使用復配防腐劑能極大延長蛋糕保質期。

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致干縮、變硬，需在配方中添加保濕劑，添加保濕劑的另一個作用是能降低產品的水分活度［16］。本實驗選擇以甘油、轉化糖漿、山梨醇按3∶2∶1的比例混合的復配保濕劑，添加量為0.2%～0.8%，該保濕劑具有吸濕、放濕平穩的特點，保濕性能優越，賦予制品在長期貯存期間柔軟、潤滑的口感。該復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，可顯著降低產品的水分活度，從而可適當提高產品的水分含量，使產品接受性更好。

2.4 響應面實驗結果

實驗結果見表12。

表12 中心組合實驗設計及結果Table1 2 The central composite design and the result

續表

對實驗數據進行回歸擬合，得到響應面回歸方程:

對方程中各項以及交互項進行方差分析，結果見表13。

表13 蛋糕保質期預測方差分析表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。回歸系數R2=0.9625，說明該模型的變化96.25%來自所選自變量。失擬項0.8851＞0.1，不顯著。可見此模型跟實際數據擬合良好，適用于耐貯蛋糕保質期延長工藝參數的優化。此外，交互項X1X3(p=0.0479)顯著，說明抗氧化劑和復配防腐劑2個因素對蛋糕保質期的影響存在交互作用，對蛋糕保質期影響顯著。

采用Design－Expert.V8.0.6分析軟件擬合得最佳工藝參數為:抗氧化劑0.006%，檸檬酸0.78%，復配防腐劑0.12%，復配保濕劑0.55%。蛋糕保質期最大理論值為40.58個月。

2.5 驗證性實驗

按照最佳蛋糕生產工藝條件，即抗氧化劑0.006%，檸檬酸0.78%，復配防腐劑0.12%，復配保濕劑0.55%，制作相應產品，進行貯存期預測加速驗證實驗，重復3次，測得蛋糕保質期平均為39.36個月，與理論值40.58個月相比相對誤差為3%。由驗證性實驗可見，通過響應面優化法得出的最優工藝參數是可靠的，具有一定的實踐指導意義。

3 結論

本實驗對耐貯蛋糕基礎配方和延長保質期方式進行了研究，確定了最優基礎原料配比和最佳保質期延長條件，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類食品難以長期保存的難題，可在一定程度上豐富國家應急儲備食品品種，擴大糕點類即食食品的應用范圍。

［1］楊文學，李德遠.軍用食品學［M］.北京:軍事科學出版社，2005.

［2］Doris E，Sherman H.Nutrient Content of the Meal，Ready－To－Eat［M］.U.S.Army Research Institute of Environmental Medicine，2002.

［3］Gerald A，Daryl P.Operational Rations of the Department of Defense［M］.U.S.Army Natick Soldier RD＆E Center，2012.

［4］GB 2760，食品安全國家標準食品添加劑使用標準［S］.中華人民共和國衛生部，2011.

［5］顧宗珠.焙烤食品加工技術［M］.北京:化學工業出版社，2008.

［6］GB/T 5538，動植物油脂過氧化值測定［S］.中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2005.

［7］羅麗華，楊昌林，張可，等.蛋白棒的儲存期加速實驗研究［J］.農產品加工·學刊，2010(10):60－62.

［8］蔡燕芬.食品儲存期加速測試及其應用［J］.食品科技，2004(1):80－82.

［9］夏文水.食品工藝學［M］.北京:中國輕工業出版社，2008.

［10］劉延奇.糧油食品加工技術［M］.北京:化學工業出版社，2007.

［11］李里特，江正強.烘焙食品工藝學［M］.北京:中國輕工業出版社，2010.

［12］鐘志愿.蛋糕生產技術與配方［M］.北京:化學工業出版社，2009.

［13］Aaron B.Packaging performers［J］.Food Processing Industry，2000(1):9－12.

［14］李娟，張蕾.包裝材料透氧性對蛋糕油脂氧化程度的影響研究［J］.包裝工程，2012，33(11):37－40.

［15］張海紅，黃蓉，嚴麗霞.脫氧包裝在蛋糕保鮮中的應用研究［J］.包裝與食品機械，2009，27(6):50－53.

［16］Baik MY，Pavinee C.Moisture redistribution and phase transitions during bread staling［J］.Cereal Chem，2000，77(4): 484－488.