王家寶陳 誠王 鳳,郝月慧金衛(wèi)澤陳軍民黃衛(wèi)寧小川晃弘

WANG Jia-bao1 CHEN Cheng1 WANG Feng1,2 HAO Yue-hui2 JIN Wei-ze2 CHEN Jun-min2 HUANG Wei-ning1 AKIHIRO Ogawa3

(1. 江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122；2. 無錫麥吉貝可生物食品有限公司，江蘇 無錫 214131；3. 三菱化學食品株式會社，日本 東京 100-8251)

(1. State Key of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu 214122, China; 2. MagiBake International Co., Ltd., Wuxi, Jiangsu 214131, China; 3. Mitsubishi-Chemical Foods Corporation, Tokyo 100-8251, Japan)

傳統(tǒng)的海綿蛋糕產品因為風味獨特[1]、色澤誘人，深受消費者喜愛。主要原料為雞蛋、低筋小麥粉、糖、油脂、泡打粉等[2-3]，配方比例需要保持一定的平衡[4]。海綿蛋糕面糊體系是個復雜的水油氣三相膠體乳化體系[5]。在海綿蛋糕的生產中，使用乳化劑幫助海綿蛋糕面糊充氣與保持氣泡穩(wěn)定性直到蛋糕烘焙定型結束[6]。工業(yè)上常用的單甘酯型乳化劑(SP)，可以縮短面糊起泡時間，減少雞蛋用量，增加面糊的起泡性和穩(wěn)定性[7]。近年來，深受工業(yè)界歡迎的以蔗糖酯為主要成分的MFC是一種新型的高效復配乳化劑[8]，但是MFC在海綿蛋糕體系中的應用尚未見報道。在層狀海綿蛋糕生產中，如何減少表面氣泡生成，獲得表面平整的海綿蛋糕成為生產中亟待解決的關鍵質量問題之一。

海綿蛋糕的起泡時間顯著影響氣泡生成[9]，合適的起泡時間有助于提高面糊品質，同時穩(wěn)定的面糊氣泡結構可以改善蛋糕的烘焙特性，但是攪拌時間對海綿蛋糕表面氣泡影響的研究尚未見報道。本試驗擬系統(tǒng)比較不同乳化劑和攪拌時間組合對海綿蛋糕面糊特性和烘焙特性的影響，研討包括蛋糕面糊比重、黏度、微觀氣相研究以及海綿蛋糕質構、比容、感官評定、表面氣泡等烘焙特性，為現(xiàn)代烘焙食品加工工業(yè)化應用提供新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮雞蛋、白砂糖：購自無錫本地市場；

低筋小麥粉：粗蛋白含量為8.2%，江蘇南順面粉有限公司；

葵花籽油：金龍魚陽光葵花籽油，上海嘉里食品工業(yè)有限公司；

雙效泡打粉：配料為焦磷酸二氫二鈉(<40%)、碳酸氫鈉(<25%)、碳酸鈣(<5%)、淀粉，廣州焙樂道食品有限公司；

新型蛋糕蔗糖酯型起泡乳化劑：RTOYO菱友MFC(簡稱MFC)，三菱化學食品株式會社；

單甘酯型乳化劑-早苗SP復配糕點乳化劑(簡稱SP)：上海早苗食品有限公司。

1.2 主要儀器與設備

攪拌機：5K5SS型，美國廚寶公司；

烤箱：SM-503+1S型，新麥機械(無錫)有限公司；

質構分析儀：Brookfield CT3型，美國博勒飛公司；

電子天平：JY2000型，上海良平儀器有限公司；

熒光倒置顯微鏡：Zeiss Axio Vert.A1型，德國卡爾·蔡司公司；

黏度計：NDJ-5S型，上海微川精密儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 海綿蛋糕配方 海綿蛋糕配方見表1。乳化劑添加量均根據(jù)推薦量使用。

表1 海綿蛋糕配方

1.3.2 海綿蛋糕面糊制作工藝 將新鮮全蛋液倒入攪拌缸中，慢速(速度 1，60 r/min)攪拌0.5 min，加入白砂糖，低速(速度2，96 r/min)攪拌1 min，加入水和乳化劑混合物低速攪拌(速度1)2 min，加入葵花籽油低速(速度2，96 r/min)攪拌2 min，加入過篩的低筋粉和雙效泡打粉，高速(速度6，192 r/min)攪拌打發(fā)起泡，起泡完成后，將面糊進行慢速(速度1，60 r/min)消泡至一定面糊比重。為了更好比較起泡和消泡時間對乳化體系的影響，調整不同攪拌時間組合(不同起泡時間與消泡時間組合)見表2，保證入爐前面糊比重相同。

表2 海綿蛋糕起泡和消泡時間組合

1.3.3 海綿蛋糕的烘烤 取450 g海綿蛋糕面糊，緩慢倒入28 cm×28 cm的烤盤之內，將其攤勻，輕輕震動面糊，震出表面大氣泡，然后放入預熱至180 ℃的烤箱中，焙烤23 min。將烘焙完成的海綿蛋糕迅速取出，冷卻2 h，拍攝海綿蛋糕表面圖片。

1.3.4 海綿蛋糕面糊比重分析 采用相對比重法對面糊比重進行測定[10]，試驗均重復3次。簡易測定法：取一個平底容器并稱重，記錄注滿清水和容器的總質量，用相同的容器盛裝面糊并稱重，水的密度約為1 g/cm3，按式(1)計算面糊比重。

(1)

式中：

ρ——海綿蛋糕面糊比重，g/mL；

m0——比重杯質量，g；

m1——比重杯中裝滿蒸餾水質量，g；

m2——比重杯中裝滿面糊質量，g。

1.3.5 海綿蛋糕面糊黏度分析 使用黏度計測量海綿蛋糕面糊制作過程中的面糊黏度，試驗均重復3次[11]。黏度計測試參數(shù)修改為：轉速6 r/min，最大量程1.0×105MPa·s，4# 轉子頭。

1.3.6 海綿蛋糕面糊表面氣泡特征分析 用熒光倒置顯微鏡對海綿蛋糕的面糊微觀特性進行研究，取小部分面糊放置在自制容器中，容器見圖1。使用此裝置的原因在于壓片會導致面糊氣泡破裂或變形。將多余的面糊刮去后放置在熒光倒置顯微鏡觀察，放大倍數(shù)10×，得到面糊微觀結構圖。將圖片裁剪成型得到270 μm×270 μm的局部圖片。試驗測定不同起泡階段與消泡階段的面糊顯微圖片。使用Image Pro Plus進行氣泡計數(shù)[12]、氣泡直徑分布[13]與氣泡面積分數(shù)的計算。其中由于氣泡與背景之間存在噪點，對比度不足以使軟件自動識別，因此圖像是半自動進行，用軟件測量每個氣泡的直徑。

圖1 顯微鏡觀察裝置圖

1.3.7 海綿蛋糕比容 采用油菜籽替換法。在室溫下冷卻2 h后，測定蛋糕質量與體積，按照式(2)計算海綿蛋糕比容，試驗均重復3次[14]。

(2)

式中：

SV——海綿蛋糕比容，mL/g；

V——海綿蛋糕體積，mL；

m——海綿蛋糕質量，g。

1.3.8 海綿蛋糕質構分析 將室溫冷卻2 h后的海綿蛋糕切成20 mm厚的均勻蛋糕薄片，進行質構分析。采用質構儀的P/35探頭，對海綿蛋糕進行連續(xù)2次壓縮測試。試驗參數(shù)設定為：測試前速率1.0 mm/s，測試速率1.0 mm/s，測試后速率1.0 mm/s，壓縮程度40%，2次壓縮間隔時間15 s。測定的指標包括硬度、回復性[15]。

1.3.9 海綿蛋糕感官評定 由江南大學食品科學與工程專業(yè)10位經驗豐富的感官評定人員(之前經過訓練的用于感官評定的人員)對蛋糕品質進行產品感官評定。感官評定評分標準如下。濕潤程度：1為干燥，5為濕潤；表面評價：1為氣泡較多，5為沒有氣泡。蛋糕在室溫[(25±1) ℃]下儲存之后，將蛋糕分成多塊，每人1片，每個蛋糕片都被標有隨機的3位數(shù)字代碼[14]。

1.3.10 統(tǒng)計分析 采用SPSS 16.0 數(shù)據(jù)分析軟件進行顯著性分析和相關性分析，顯著性差異水平選取P<0.05。采用Excel 2016 進行數(shù)據(jù)處理分析。

2 結果與討論

2.1 起泡時間對面糊乳化體系流變學品質的影響

“一步法”制作海綿蛋糕面糊過程中，起泡時間長短對海綿蛋糕面糊比重有顯著性影響。面糊攪拌過程不斷充入空氣，面糊比重降低[16]。

“一步法”的蛋糕生產過程中，經過起泡處理后，還需要進行消泡處理。其原因是經過起泡之后，乳化體系中的不穩(wěn)定氣泡會導致不均一的海綿蛋糕芯結構與薄層海綿蛋糕表面氣泡的出現(xiàn)，表面氣泡的出現(xiàn)會導致薄層海綿蛋糕外觀接受度降低、海綿蛋糕表面和包裝袋表面粘連等不良影響。

在面糊起泡至最低比重后，面糊進行低速攪拌消泡。圖2 展示了面糊比重隨消泡時間增加的變化。隨著消泡時間延長，面糊比重先增加后保持平穩(wěn)。含有MFC的面糊平穩(wěn)期比重為0.536 g/mL，相比于含有SP的面糊(0.553 g/mL)較低。消泡10 min之后達到穩(wěn)定，含有MFC的面糊比重增加8.56%，添加SP的海綿蛋糕面糊比重則增加17.19%，說明含有SP的乳化體系空氣溢出較多，因此含有MFC的蛋糕面糊持氣能力強于添加SP的。

圖3表明，消泡過程中海綿蛋糕面糊黏度持續(xù)下降后達到平穩(wěn)期。含有SP的面糊黏度始終高于含有MFC的。經過10 min消泡后，含有SP的面糊黏度下降了31.08%，而添加MFC的面糊黏度下降24.17%，說明MFC可以相對較好保持原有黏度，側面說明SP所提供的高黏度乳化體系的穩(wěn)定性較弱，而含有MFC的面糊乳化穩(wěn)定性較好。

圖2 面糊消泡時間和乳化劑對面糊比重的影響

Figure 2 Effect of defoaming time and different emulsifiers on density of sponge cake batter

圖3 面糊消泡時間和乳化劑對面糊黏度的影響

Figure 3 Effect of defoaming time and different emulsifiers on viscosity of sponge cake batter

2.2 起泡時間對面糊乳化體系微觀結構的影響

盡管海綿蛋糕的流變學特性，如面糊比重反映海綿蛋糕面糊中空氣含量[12]，但未具體展現(xiàn)面糊內部氣泡情況，如氣泡數(shù)量、氣泡直徑分布與沒有乳化完全的異常氣泡數(shù)量和比例等。氣泡是蛋糕面糊的重要組成部分，面糊中不同類型氣泡的數(shù)量分布、平均大小以及大小的一致性可以評價面糊品質[17]。

圖4～6展示了在起泡過程中2種乳化劑對面糊乳化體系微觀結構的影響，包括氣泡數(shù)量、不同直徑范圍內氣泡數(shù)目和面積分率值(AF值)。圖4表明，隨著海綿蛋糕面糊起泡時間延長，氣泡數(shù)目不斷增加，在達到最高值后出現(xiàn)小幅度回落。在起泡過程中，引入MFC的海綿蛋糕面糊總氣泡數(shù)目最大值達到3 978 個/mm2，含有SP的面糊總氣泡數(shù)目僅為3 245 個/mm2。含有SP的面糊充氣量更高，但是氣泡數(shù)目較小，平均氣泡直徑較大。

為了區(qū)分各種類型的氣泡，本研究根據(jù)不同直徑大小將各種氣泡分成以下幾類：異常氣泡(d>40.00 μm)、大型氣泡(10.00 μm

圖4 面糊起泡時間和乳化劑對面糊氣泡總數(shù)目的影響

Figure 4 Effect of foaming time and different emulsifiers on bubble amount of sponge cake batter

圖5 面糊起泡時間和乳化劑對面糊不同大小氣泡數(shù)量的影響

Figure 5 Effect of foaming time and different emulsifiers on amount of different size bubbles

圖6 面糊起泡時間和乳化劑對面糊中不同大小氣泡面積分數(shù)的影響

Figure 6 Effect of foaming time and different emulsifiers on area fraction (AF) of different size bubbles

從起泡過程來看，在0.0～1.0 min時，頂空空氣壓力進入到面糊體系中[6]，氣泡數(shù)量迅速增加，在1.0～2.0 min時，面糊氣泡表面張力有限，氣泡穩(wěn)定性較差，大型氣泡數(shù)量減少。4.0 min之后，微觀結構發(fā)生變化，乳化體系中的小型氣泡破裂，聚合形成中型氣泡，中型氣泡出現(xiàn)增加的趨勢[18]。在破乳化階段，中型氣泡與大型氣泡數(shù)目增加的原因是小氣泡的聚合，而不是頂空空氣壓力。

從起泡時間對海綿蛋糕的氣相分數(shù)的影響(圖6)可知，大型氣泡的氣相面積分數(shù)占據(jù)絕對優(yōu)勢。這同樣解釋了含有SP的面糊比重低，但是氣泡數(shù)目少的原因。

結合圖4、5分析，在起泡過程中，添加SP和MFC的面糊出現(xiàn)流變學特性區(qū)別在于面糊中氣相微觀結構不同，含有MFC的面糊氣泡結構細膩，數(shù)量較多，但是最大充氣能力低于含有SP的面糊。在乳化穩(wěn)定的情況下，含有SP的面糊形成大型氣泡能力較強，中小型氣泡數(shù)量不及含有MFC的面糊。

2.3 消泡時間對面糊乳化體系微觀結構的影響

在消泡階段，面糊比重不斷增加，但是達到一定消泡時間后，面糊比重基本保持不變。圖7展示了海綿蛋糕在經過3.0 min起泡之后，進行長達35 min消泡試驗的氣泡數(shù)量變化。結果表明，隨消泡時間延長，氣泡數(shù)量不斷減少，10.0 min 之后，氣泡數(shù)量基本保持不變。此現(xiàn)象說明隨著消泡時間延長，面糊生成氣泡速率與氣泡破裂速度基本相同。

從微觀結構的氣泡直徑分布角度分析，圖8展示了消泡6.0 min之后的海綿蛋糕面糊中的氣泡直徑分布情況。試驗比較起泡3.0 min 后沒有消泡與消泡6.0 min之后的氣泡直徑分布變化。結果表明，經過6.0 min消泡之后，面糊氣泡平均直徑增加，從5.01 μm上升至7.94 μm。經過消泡之后，面糊氣泡出現(xiàn)合并與破裂的現(xiàn)象。其原因在于小型氣泡聚合形成新氣泡，使得氣泡直徑更加均勻。經過較長時間消泡之后，面糊氣泡平均直徑增加，均勻度增加。

圖7 面糊消泡時間和乳化劑對面糊氣泡總數(shù)目的影響

Figure 7 Effect of defoaming time and different emulsifiers on bubble amount of sponge cake batter

圖8 面糊起泡時間和乳化劑對面糊氣泡直徑分布的影響

Figure 8 Effect of foaming time and different emulsifiers on distribution of bubble size

面糊氣泡出現(xiàn)此現(xiàn)象可以解釋為：隨著消泡時間延長，整體氣泡不斷增大。小氣泡比較穩(wěn)定，因為其表面張力較低，而大型氣泡會隨著消泡時間延長而破裂，這被稱之為Ostwald氣泡歧化現(xiàn)象[19]。從熱力學角度分析其原因是低速攪拌導致氣泡尺寸與氣泡表面自由能增加，使得乳化體系系統(tǒng)熵增；熵增使得海綿蛋糕乳化體系變得不穩(wěn)定，導致沒有乳化完全的異常氣泡破裂從體系中逸出。在沒有乳化劑情況下，由于拉普拉斯壓降的存在，氣泡發(fā)生歧化[18]，但是在有乳化劑存在的情況下，氣泡歧化幾乎停滯[20]，因此需要外來能量的輸入才能發(fā)生氣泡歧化。

2.4 攪拌組合對海綿蛋糕面糊特性和蛋糕表面氣泡的影響

2.4.1 海綿蛋糕表面氣泡分析 圖9表明，在相同比重(0.536 g/mL)的情況下，M3與S4組表面效果較好。隨著攪拌時間組合的變化，長消泡時間可以明顯控制表面氣泡數(shù)量與大小，而短消泡時間導致蛋糕表面氣泡較多，同時氣泡較大。

2.4.2 面糊顯微分析 經過不同攪拌組合攪拌后，海綿蛋糕面糊比重相同，但是海綿蛋糕面糊的顯微結構有明顯區(qū)別。表3展示了不同攪拌時間組合對海綿蛋糕面糊氣泡數(shù)目與異常氣泡數(shù)目的影響。各試驗攪拌組合的面糊密度相同，而M3組氣泡數(shù)目比S3多94.2%，說明含有SP的海綿蛋糕面糊氣泡平均直徑較大。M3、S4攪拌時間組合中的異常氣泡數(shù)目較少，同時海綿蛋糕表皮氣泡現(xiàn)象得到改善。因為烘焙過程中，異常氣泡由于未乳化完全，氣泡體積較大導致面糊中氣泡浮力較大，異常氣泡從乳化體系中上升到海綿蛋糕表面，同時面糊黏度較大，在異常氣泡尚未完全溢出體系時，面糊溫度上升，淀粉糊化與蛋白質變性，蛋糕結構定型[21]，表面形成不規(guī)則氣泡。因此減少異常氣泡數(shù)量可以顯著改善海綿蛋糕表面氣泡眾多的現(xiàn)象。

圖9 部分攪拌組合海綿蛋糕表面情況

Table3 Effect of different whipping processing on amount of bubbles and abnormal bubbles mm-2

攪拌組合氣泡數(shù) 異常氣泡數(shù)M13 018±120b18.65±0.52eM23 155±181b13.65±0.42dM32 689±200a7.56±0.95aM42 593±164a8.64±0.72abM53 086±119b9.35±0.30bcM63 635±152c10.63±0.85cM73 772±120cd12.60±0.73dM83 923±143d18.59±1.25eS13 059±120c28.52±1.31eS22 620±110b15.62±0.93cdS31 385±108a13.21±0.95abcS41 262±130a12.36±0.84abS51 221±20a11.54±0.52aS61 166±120a13.59±0.75abcS71 235±65a14.21±0.96bcS81 303±70a17.60±0.83d

? 同列不同字母表示存在顯著性差異(P<0.05)。

2.5 攪拌組合對海綿蛋糕烘焙特性的影響

2.5.1 比容與質構分析 產品比容是烘焙產品重要的烘焙特性之一。表4中展示了不同攪拌時間組合對海綿蛋糕比容的影響。結果表明，含有MFC的海綿蛋糕比容整體要比含有SP的大，M3、M4的蛋糕比容較大(P<0.05)，分別為3.10，3.02 mL/g，其他組別比容沒有顯著性差異，說明在起發(fā)到面糊比重最小值后，再消泡至相同比重的組別氣泡比較穩(wěn)定，烘焙熱穩(wěn)定性較強。在SP組中，S3組海綿蛋糕比容最大，為2.87 mL/g，結果與含有MFC的海綿蛋糕類似，但是含有SP的海綿蛋糕比容較小，可能是面糊中的大型氣泡較多，而在烘焙過程中，隨著面糊溫度上升，面糊乳化體系中的部分大型氣泡相對不穩(wěn)定，發(fā)生破裂，從而降低了海綿蛋糕比容。

海綿蛋糕硬度和回復性同樣是重要的烘焙特性之一，合理的硬度與回復性是蛋糕綿軟口感的保證[22]。表4結果表明，在MFC組中，除了M1組硬度較大，其他組別硬度沒有顯著性差異，說明在含有MFC的海綿蛋糕中，不同攪拌時間組合對海綿蛋糕硬度沒有顯著性影響。相比2種乳化劑，MFC組蛋糕硬度較低，Rodríguez-García等[23]認為蛋糕面糊微觀氣泡均勻性與蛋糕硬度存在相關性，隨著起泡均勻性增加，蛋糕硬度降低。從海綿蛋糕回復性的角度來看，所有組別均無顯著性差異，說明不同攪拌時間組合對回復性沒有顯著性影響。

從烘焙特性的角度來看，攪拌時間組合M3(最長的消泡時間)得到的海綿蛋糕的烘焙特性較好，這也正是海綿蛋糕表皮氣泡較少的組別。說明長時間慢速消泡可以顯著改善海綿蛋糕品質，包括海綿蛋糕比容、表皮氣泡數(shù)量，同時保證蛋糕依然擁有良好的烘焙品質。烘焙特性的顯著性分析僅用于同種乳化劑不同攪拌時間之間的比較。

表4不同攪拌組合對蛋糕烘焙特性及質構的影響?

Table4 Effect of whipping processing on specific volume and texture of sponge cake

攪拌組合比容/(mL·g-1)硬度/g回復性M12.57±0.018a1 365±152b0.84±0.02aM22.87±0.191ab1 201±120ab0.82±0.04aM33.10±0.017c988±81a0.88±0.02aM43.02±0.161c1 003±90a0.88±0.02aM52.89±0.168ab953±95a0.90±0.04aM62.88±0.139ab953±68a0.90±0.04aM72.92±0.048ab1 015±126a0.88±0.02aM82.65±0.133a1 125±117ab0.86±0.02aS12.53±0.090a1 537±61d0.84±0.02aS22.62±0.050abc1 354±104cd0.84±0.04aS32.87±0.090c1 059±82a0.88±0.02aS42.84±0.170bc1 080±35a0.89±0.02aS52.72±0.100abc1 140±99ab0.90±0.04aS62.56±0.070a1 214±29abc0.90±0.04aS72.67±0.040abc1 284±47bc0.86±0.02aS82.58±0.100ab1 328±29bc0.86±0.02a

? 同列不同字母表示存在顯著性差異(P<0.05)。

2.5.2 感官評價與相關性分析 海綿蛋糕感官評價分析是選用合理的工藝研究分析的關鍵之一。表5表明，M3與S3的濕潤程度較高，均為4.00分。S1的濕潤程度最低，說明海綿蛋糕產品干燥，粉感強，不符合海綿蛋糕濕潤綿軟口感的要求。從海綿蛋糕表皮氣泡評價分析來看，結果與圖像分析的結果相仿，M3、M4、S3、S4均有顯著性的高分。從感官評價的分析結果來看，S3與M3在各自的組別中有最高的評分，說明控制異常氣泡數(shù)量可以較好地控制表面氣泡數(shù)量。

3 結論

從乳化劑方面來看，相比于單甘酯型乳化劑，使用蔗糖酯型乳化劑可以減少面糊中異常氣泡數(shù)量，增加整體氣泡數(shù)量，使得面糊氣泡尺寸更加均勻，從而減少蛋糕表面氣泡的產生，而且依然保持較好的蛋糕比容等烘焙特性。

從攪拌時間來看，合適的攪拌時間組合M3(起泡時間3.50 min，消泡時間6.33 min)可以控制面糊異常氣泡數(shù)及海綿蛋糕表面氣泡，使蛋糕保持較好的品質。合理利用消泡時間可以盡可能地降低異常氣泡數(shù)量，從而控制表面氣泡，保持蛋糕比容、質構等良好的烘焙特性，同時還可以減少機械能的消耗。這也為本領域提出了未來進一步深入研究的新課題。

表5 感官評定結果?

? 同列不同字母表示存在顯著性差異(P<0.05)。