柵欄技術對無糖戚風蛋糕防腐及其品質的影響

呂銀德，趙俊芳, 邱 潑

(1.漯河食品職業學院，河南 漯河462300 ；2.浙江友膳食品科技有限公司，浙江 紹興315100)

戚風蛋糕是一種非常松軟、口感滋潤嫩爽、柔韌性好的西式甜點[1-3]，傳統戚風蛋糕屬于高糖、高熱量食品，容易引起糖尿病、心血管疾病等慢性病，低熱量無糖戚風蛋糕越來越受到消費者歡迎[4-6]。 傳統戚風蛋糕含水量高， 營養豐富， 常溫貯存一般1~2 d，冷藏一般7 d，無糖戚風蛋糕不經過處理，保質期更短[7-8]。 因此研究一種食用方便和保質期較長的無糖戚風蛋糕非常必要。

柵欄技術 （hurdle technology） 最早是由德國Kulmbach 肉類研究中心Leistner 和Roble 教授提出來，運用多種柵欄因子的協同作用，建立一套完整的屏蔽體系，抑制腐敗菌的生長繁殖，延長食品的保質期[9-10]。 本實驗運用柵欄技術，通過對降低無糖戚風蛋糕的水分活度、添加復配防腐劑、冷卻殺菌、復合充氣包裝四個柵欄因子進行研究， 設置合理的柵欄因子，延長戚風蛋糕保質期，為中長保質期工業化生產該蛋糕提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

低筋面粉，南順面粉有限公司；大豆油，益海嘉里集團；木糖醇，保齡寶食品有限公司；山梨酸鉀，南通奧凱生物技術開發有限公司；脫氫乙酸鈉，廣東廣益科技實業有限公司；黃原膠，內蒙古阜豐生物科技有限公司；食用鹽，山東岱岳制鹽有限公司；塔塔粉，廣州焙樂道食品有限公司；雞蛋，市售。

1.2 儀器設備

SM-201 攪拌機、SM-522 電烘爐， 新麥機械有限公司； QBB 比重杯，祈鑫儀器儀表有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 戚風蛋糕樣品的制備

戚風蛋糕基礎配方見表1。

表1 戚風蛋糕基礎配方 g

制作方法：蛋清、塔塔粉、木糖醇加入攪拌機慢速攪拌1 min， 改高速攪拌至3 min， 攪拌至比重0.2~0.24 備用；蛋黃、低筋面粉、食鹽加入攪拌機中，慢速攪拌1 min，加入大豆油，慢速攪拌1 min，改高速攪拌至2 min，比重0.95 備用；上述蛋清混合液與蛋黃混合液混合慢速攪拌2 min，攪拌均勻，注入模具100g，面火180 ℃和底火160 ℃，烘烤35 min 取出，放入冷卻殺菌間冷卻，用包裝機包裝保存。

1.3.2 微生物的測定

菌落總數：按GB 4789.2—2016 方法測定；霉菌計數：按GB 4789.15—2016 方法計數。

1.3.3 貯存時間測定

樣品放入智能人工氣候箱內進行保藏， 設定溫度25℃、相對濕度50%、光照30%。 每隔1d 測定樣品菌落總數及霉菌數量， 當樣品中菌落總數＞10 000CFU/g 或霉菌＞30CFU/g 時停止貯存， 記錄該樣品在這樣的條件下菌落總數及霉菌數均不超標的貯存天數。

1.3.4 戚風蛋糕的感官評價及方法

感官評價參照LS/T 3207—1993 《蛋糕用小麥粉》 中海綿蛋糕感官評定的方法并結合本研究需要做出改進，具體分值見表2，評價組由10 名有經驗專業技術人員組成，每個實驗重復3 次，計算平均值。

表2 戚風蛋糕品質評價指標

1.3.5 單因素試驗

本試驗對降低蛋糕水分活度、冷卻殺菌時間、復合包裝充氣比例及防腐劑復配比例4 個因素進行單因素試驗,每個因素做3 次重復試驗,結果取平均值。

1.3.5.1 降低水分活度

在復配防腐劑脫氫乙酸鈉： 山梨酸鉀比例2:3、30 W 雙端紫外線燈冷卻殺菌時間25 min、KOPP 復合CPP 膜包裝充CO2和N2比例2:3 條件下，添加黃原膠降低蛋糕水分活度， 考察黃原膠添加量在占總面糊量0、0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%時對無糖戚風蛋糕防腐和品質的影響， 以貯存時間和感官評價為主要評價指標。

1.3.5.2 防腐劑復配比例

在黃原膠添加量0.06%降低蛋糕水分活度、30 W 雙端紫外線燈冷卻殺菌25 min、KOPP 復合CPP膜包裝充CO2和N2比例2:3 條件下，考察復配防腐劑脫氫乙酸鈉∶山梨酸鉀比例0、1:1、1:2、1:3、2:3、3:2、2:1 時對無糖戚風蛋糕防腐和品質的影響，以貯存時間和感官評價為主要評價指標。

1.3.5.3 冷卻殺菌時間

在黃原膠添加量0.06%降低蛋糕水分活度、復配防腐劑脫氫乙酸鈉∶山梨酸鉀比例2:3、KOPP 復合CPP 膜充CO2和N2比例2:3 條件下，考察冷卻殺菌技術：30 W 雙端紫外線燈下， 冷卻殺菌時間0、15 min、25 min、35 min、45 min、55 min 對無糖戚風蛋糕防腐和品質的影響， 以貯存時間和感官評價為主要評價指標。

1.3.5.4 復合充氣包裝

在黃原膠添加量0.06%降低蛋糕水分活度、復配防腐劑脫氫乙酸鈉∶山梨酸鉀比例2:3、30 W 雙端紫外線燈冷卻殺菌時間25 min 條件下， 考察采用KOPP 復合CPP 膜包裝， 充CO2和N2比例0、1：1、1：2、1：3、2:3、2:1 對無糖戚風蛋糕防腐和品質的影響，以貯存時間和感官評價為主要評價指標。

1.3.6 正交試驗

在單因素試驗基礎上， 選取對無糖戚風蛋糕防腐與品質影響較大的降低蛋糕水分活度、 防腐劑復配比例、 冷卻殺菌時間、 復合包裝充氣比例4 個因素，以貯存時間為主要評價指標，四因素三水平正交實驗設計水平見表3。

表3 四因素三水平正交實驗設計水平表

1.4 數據處理

采用正交設計助手ⅡV3.1 專業版進行正交試驗數據處理及分析，采用Office 作圖。

2 結果與分析

2.1 各柵欄因子對無糖戚風蛋糕品質的影響

2.1.1 降低蛋糕水分活度對無糖戚風蛋糕品質影響

黃原膠屬于親水膠體， 具有很強的吸水性和持水性，能夠降低食品中自由水分活度的作用，起到食品防腐和延長其保質期作用[11-13]。 從圖1 可以看出，隨著黃原膠添加量的增加， 無糖戚風蛋糕水分活度逐漸降低， 這是因為黃原膠吸收了戚風蛋糕中的部分自由水，使其轉化成結合水，降低了戚風蛋糕中的水分活度， 戚風蛋糕的水分活度由0.93 降為0.87。圖2 可以看出，隨著黃原膠添加量的增大，蛋糕貯存時間延長，當黃原膠添加量0.06%時，蛋糕貯存時間延長逐漸變慢，無糖戚風蛋糕口感粘口增加，口感變差，感官評分降低。

圖1 黃原膠添加量對蛋糕水分活度的影響

2.1.2 防腐劑復配比例對無糖戚風蛋糕品質的影響

蛋糕中最常用的防腐劑是脫氫乙酸鈉和山梨酸鉀，脫氫乙酸鈉對腐敗菌、霉菌和酵母均有一定的抑制作用，酸性強則抑菌效果好[14-15]。 山梨酸鉀的主要作用是可使微生物蛋白質變性， 屬于酸性防腐劑，pH 值為5.5，山梨酸最低抑菌濃度約為0.1%，若pH值為6.0~6.5， 山梨酸最低抑菌濃度約為0.2%[16-17]。從圖3 可以看出， 復配脫氫乙酸鈉和山梨酸鉀能有效地延緩無糖戚風蛋糕的霉變時間， 當脫氫乙酸鈉與山梨酸鉀為2:3 時，無糖戚風蛋糕貯存時間最長。隨著防腐劑用量的增加， 因其帶有的異味影響了戚風蛋糕的品質，感官評分下降。

圖2 黃原膠添加量對蛋糕感官評分和貯存時間的影響

圖3 防腐劑復配比例對蛋糕感官評分及貯存時間的影響

2.1.3 冷卻殺菌時間對無糖戚風蛋糕品質的影響

紫外線的殺菌機制是對RNA 和DNA 進行破壞，導致DNA 分子變形使細胞死亡[18-19]。 從圖4 可以看出，30 W 雙端紫外線燈的殺菌時間延長， 貯存時間增加，因為冷卻過程產品中心溫度降低，表面水分揮發，表面微生物被紫外線殺死。當冷卻殺菌時間超過25 min 時，貯存時間下降，可能隨著產品溫度的降低及產品在外部環境放置時間延長， 外部微生物增長數量大于紫外線表面殺菌的微生物數量，使無糖戚風蛋糕貯存時間減少和品質降低。

圖4 冷卻殺菌時間對蛋糕感官評分及貯存時間的影響

2.1.4 復合包裝充氣比例對無糖戚風蛋糕品質影響

蛋糕包裝時充入無味的氮氣或二氧化碳， 減少包裝袋內氧氣量，可以延長產品保質期[20]。由圖5 可以看出，包裝時充入二氧化碳和氮氣，能有效的延長無糖戚風蛋糕的貯存時間，并且感官評分降低較慢，這是因為減少了包裝內氧氣， 耗氧性微生物繁殖緩慢，僅是蛋糕老化影響品質。當二氧化碳和氮氣比例在2:3 時，戚風蛋糕的貯存時間最佳。

圖5 復合包裝充氣比例對蛋糕感官評分及貯存時間的影響

2.2 正交試驗

按照表3 四因素三水平進行正交試驗， 結果及其分析見表4。 由表4 極差分析可知，4 個因素對戚風蛋糕保存時間影響大小順序依次為防腐劑復配比例>黃原膠添加量>復合充氣包裝>冷卻殺菌時間，k值最佳工藝組合A3B2C3D2，即黃原膠添加量0.08%、脫氫乙酸鈉與山梨酸鉀復配比例2:3、冷卻殺菌時間35 min、二氧化碳與氮氣充氣包裝比例2:3。

2.3 驗證實驗

按照最佳柵欄因子組合A3B2C3D2進行貯存天數與感官評分驗證實驗，每組進行3 次平行實驗，取其平均值，實驗結果見表5。

由表5 可知，隨著貯存時間的延長，樣品的菌落總數逐漸增大，感官評分逐漸減小。當貯存29 d 時，菌落總數＞10 000 CFU/g，感官評分低，樣品腐敗變質， 蛋糕貯存天數28 d 時， 蛋糕質量符合要求，故28 d 為蛋糕最長貯存天數。 結合單因素試驗最佳結果，黃原膠添加量0.08%、脫氫乙酸鈉與山梨酸鉀復配比例2:3、冷卻殺菌時間35 min、二氧化碳與氮氣的充氣比例2:3 柵欄因子處理， 戚風蛋糕貯存時間最大28 d，由此說明在柵欄因子的組合下，有效的延長了無糖戚風蛋糕的保質期。

3 結論

應用柵欄技術， 對無糖戚風蛋糕添加黃原膠降低水分活度、 復配防腐劑脫氫乙酸鈉與山梨酸鉀復配比例、 冷卻殺菌時間和復合包裝充氣二氧化碳與氮氣復配比例4 個柵欄因子進行研究。 實驗證明四因素對戚風蛋糕貯存時間的影響從大到小的順序依次為：防腐劑復配比例＞黃原膠添加量＞復合包裝充氣比例＞冷卻殺菌時間。 戚風蛋糕最佳柵欄條件：黃原膠添加量0.08%、 脫氫乙酸鈉與山梨酸鉀復配比例2:3、冷卻殺菌時間35 min、二氧化碳與氮氣的充氣比例2:3，通過試驗驗證，在此條件下，戚風蛋糕貯存時間最大28 d， 有效延長無糖戚風蛋糕保質期，可滿足中長保質期工業化生產無糖戚風蛋糕要求。

表4 正交實驗結果及極差分析

表5 驗證實驗結果