柵欄技術(shù)對(duì)無糖戚風(fēng)蛋糕防腐及其品質(zhì)的影響

呂銀德，趙俊芳, 邱 潑

(1.漯河食品職業(yè)學(xué)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(fēng)蛋糕是一種非常松軟、口感滋潤(rùn)嫩爽、柔韌性好的西式甜點(diǎn)[1-3]，傳統(tǒng)戚風(fēng)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(fēng)蛋糕越來越受到消費(fèi)者歡迎[4-6]。 傳統(tǒng)戚風(fēng)蛋糕含水量高， 營(yíng)養(yǎng)豐富， 常溫貯存一般1~2 d，冷藏一般7 d，無糖戚風(fēng)蛋糕不經(jīng)過處理，保質(zhì)期更短[7-8]。 因此研究一種食用方便和保質(zhì)期較長(zhǎng)的無糖戚風(fēng)蛋糕非常必要。

柵欄技術(shù) （hurdle technology） 最早是由德國(guó)Kulmbach 肉類研究中心Leistner 和Roble 教授提出來，運(yùn)用多種柵欄因子的協(xié)同作用，建立一套完整的屏蔽體系，抑制腐敗菌的生長(zhǎng)繁殖，延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期[9-10]。 本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用柵欄技術(shù)，通過對(duì)降低無糖戚風(fēng)蛋糕的水分活度、添加復(fù)配防腐劑、冷卻殺菌、復(fù)合充氣包裝四個(gè)柵欄因子進(jìn)行研究， 設(shè)置合理的柵欄因子，延長(zhǎng)戚風(fēng)蛋糕保質(zhì)期，為中長(zhǎng)保質(zhì)期工業(yè)化生產(chǎn)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(tuán)；木糖醇，保齡寶食品有限公司；山梨酸鉀，南通奧凱生物技術(shù)開發(fā)有限公司；脫氫乙酸鈉，廣東廣益科技實(shí)業(yè)有限公司；黃原膠，內(nèi)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(shè)備

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

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 戚風(fēng)蛋糕樣品的制備

戚風(fēng)蛋糕基礎(chǔ)配方見表1。

表1 戚風(fēng)蛋糕基礎(chǔ)配方 g

制作方法：蛋清、塔塔粉、木糖醇加入攪拌機(jī)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(jī)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(jī)包裝保存。

1.3.2 微生物的測(cè)定

菌落總數(shù)：按GB 4789.2—2016 方法測(cè)定；霉菌計(jì)數(shù)：按GB 4789.15—2016 方法計(jì)數(shù)。

1.3.3 貯存時(shí)間測(cè)定

樣品放入智能人工氣候箱內(nèi)進(jìn)行保藏， 設(shè)定溫度25℃、相對(duì)濕度50%、光照30%。 每隔1d 測(cè)定樣品菌落總數(shù)及霉菌數(shù)量， 當(dāng)樣品中菌落總數(shù)＞10 000CFU/g 或霉菌＞30CFU/g 時(shí)停止貯存， 記錄該樣品在這樣的條件下菌落總數(shù)及霉菌數(shù)均不超標(biāo)的貯存天數(shù)。

1.3.4 戚風(fēng)蛋糕的感官評(píng)價(jià)及方法

感官評(píng)價(jià)參照LS/T 3207—1993 《蛋糕用小麥粉》 中海綿蛋糕感官評(píng)定的方法并結(jié)合本研究需要做出改進(jìn)，具體分值見表2，評(píng)價(jià)組由10 名有經(jīng)驗(yàn)專業(yè)技術(shù)人員組成，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，計(jì)算平均值。

表2 戚風(fēng)蛋糕品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.3.5 單因素試驗(yàn)

本試驗(yàn)對(duì)降低蛋糕水分活度、冷卻殺菌時(shí)間、復(fù)合包裝充氣比例及防腐劑復(fù)配比例4 個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn),每個(gè)因素做3 次重復(fù)試驗(yàn),結(jié)果取平均值。

1.3.5.1 降低水分活度

在復(fù)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(shí)間25 min、KOPP 復(fù)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(shí)對(duì)無糖戚風(fēng)蛋糕防腐和品質(zhì)的影響， 以貯存時(shí)間和感官評(píng)價(jià)為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.3.5.2 防腐劑復(fù)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(fù)合CPP膜包裝充CO2和N2比例2:3 條件下，考察復(fù)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(shí)對(duì)無糖戚風(fēng)蛋糕防腐和品質(zhì)的影響，以貯存時(shí)間和感官評(píng)價(jià)為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.3.5.3 冷卻殺菌時(shí)間

在黃原膠添加量0.06%降低蛋糕水分活度、復(fù)配防腐劑脫氫乙酸鈉∶山梨酸鉀比例2:3、KOPP 復(fù)合CPP 膜充CO2和N2比例2:3 條件下，考察冷卻殺菌技術(shù)：30 W 雙端紫外線燈下， 冷卻殺菌時(shí)間0、15 min、25 min、35 min、45 min、55 min 對(duì)無糖戚風(fēng)蛋糕防腐和品質(zhì)的影響， 以貯存時(shí)間和感官評(píng)價(jià)為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.3.5.4 復(fù)合充氣包裝

在黃原膠添加量0.06%降低蛋糕水分活度、復(fù)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(shí)間25 min 條件下， 考察采用KOPP 復(fù)合CPP 膜包裝， 充CO2和N2比例0、1：1、1：2、1：3、2:3、2:1 對(duì)無糖戚風(fēng)蛋糕防腐和品質(zhì)的影響，以貯存時(shí)間和感官評(píng)價(jià)為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.3.6 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上， 選取對(duì)無糖戚風(fēng)蛋糕防腐與品質(zhì)影響較大的降低蛋糕水分活度、 防腐劑復(fù)配比例、 冷卻殺菌時(shí)間、 復(fù)合包裝充氣比例4 個(gè)因素，以貯存時(shí)間為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水平見表3。

表3 四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水平表

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用正交設(shè)計(jì)助手ⅡV3.1 專業(yè)版進(jìn)行正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析，采用Office 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 各柵欄因子對(duì)無糖戚風(fēng)蛋糕品質(zhì)的影響

2.1.1 降低蛋糕水分活度對(duì)無糖戚風(fēng)蛋糕品質(zhì)影響

黃原膠屬于親水膠體， 具有很強(qiáng)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(zhǎng)其保質(zhì)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(fēng)蛋糕水分活度逐漸降低， 這是因?yàn)辄S原膠吸收了戚風(fēng)蛋糕中的部分自由水，使其轉(zhuǎn)化成結(jié)合水，降低了戚風(fēng)蛋糕中的水分活度， 戚風(fēng)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(shí)間延長(zhǎng)，當(dāng)黃原膠添加量0.06%時(shí)，蛋糕貯存時(shí)間延長(zhǎng)逐漸變慢，無糖戚風(fēng)蛋糕口感粘口增加，口感變差，感官評(píng)分降低。

圖1 黃原膠添加量對(duì)蛋糕水分活度的影響

2.1.2 防腐劑復(fù)配比例對(duì)無糖戚風(fēng)蛋糕品質(zhì)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(duì)腐敗菌、霉菌和酵母均有一定的抑制作用，酸性強(qiáng)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(zhì)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(fù)配脫氫乙酸鈉和山梨酸鉀能有效地延緩無糖戚風(fēng)蛋糕的霉變時(shí)間， 當(dāng)脫氫乙酸鈉與山梨酸鉀為2:3 時(shí)，無糖戚風(fēng)蛋糕貯存時(shí)間最長(zhǎng)。隨著防腐劑用量的增加， 因其帶有的異味影響了戚風(fēng)蛋糕的品質(zhì)，感官評(píng)分下降。

圖2 黃原膠添加量對(duì)蛋糕感官評(píng)分和貯存時(shí)間的影響

圖3 防腐劑復(fù)配比例對(duì)蛋糕感官評(píng)分及貯存時(shí)間的影響

2.1.3 冷卻殺菌時(shí)間對(duì)無糖戚風(fēng)蛋糕品質(zhì)的影響

紫外線的殺菌機(jī)制是對(duì)RNA 和DNA 進(jìn)行破壞，導(dǎo)致DNA 分子變形使細(xì)胞死亡[18-19]。 從圖4 可以看出，30 W 雙端紫外線燈的殺菌時(shí)間延長(zhǎng)， 貯存時(shí)間增加，因?yàn)槔鋮s過程產(chǎn)品中心溫度降低，表面水分揮發(fā)，表面微生物被紫外線殺死。當(dāng)冷卻殺菌時(shí)間超過25 min 時(shí)，貯存時(shí)間下降，可能隨著產(chǎn)品溫度的降低及產(chǎn)品在外部環(huán)境放置時(shí)間延長(zhǎng)， 外部微生物增長(zhǎng)數(shù)量大于紫外線表面殺菌的微生物數(shù)量，使無糖戚風(fēng)蛋糕貯存時(shí)間減少和品質(zhì)降低。

圖4 冷卻殺菌時(shí)間對(duì)蛋糕感官評(píng)分及貯存時(shí)間的影響

2.1.4 復(fù)合包裝充氣比例對(duì)無糖戚風(fēng)蛋糕品質(zhì)影響

蛋糕包裝時(shí)充入無味的氮?dú)饣蚨趸迹?減少包裝袋內(nèi)氧氣量，可以延長(zhǎng)產(chǎn)品保質(zhì)期[20]。由圖5 可以看出，包裝時(shí)充入二氧化碳和氮?dú)?，能有效的延長(zhǎng)無糖戚風(fēng)蛋糕的貯存時(shí)間，并且感官評(píng)分降低較慢，這是因?yàn)闇p少了包裝內(nèi)氧氣， 耗氧性微生物繁殖緩慢，僅是蛋糕老化影響品質(zhì)。當(dāng)二氧化碳和氮?dú)獗壤?:3 時(shí)，戚風(fēng)蛋糕的貯存時(shí)間最佳。

圖5 復(fù)合包裝充氣比例對(duì)蛋糕感官評(píng)分及貯存時(shí)間的影響

2.2 正交試驗(yàn)

按照表3 四因素三水平進(jìn)行正交試驗(yàn)， 結(jié)果及其分析見表4。 由表4 極差分析可知，4 個(gè)因素對(duì)戚風(fēng)蛋糕保存時(shí)間影響大小順序依次為防腐劑復(fù)配比例>黃原膠添加量>復(fù)合充氣包裝>冷卻殺菌時(shí)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(fù)配比例2:3、冷卻殺菌時(shí)間35 min、二氧化碳與氮?dú)獬錃獍b比例2:3。

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

按照最佳柵欄因子組合A3B2C3D2進(jìn)行貯存天數(shù)與感官評(píng)分驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，每組進(jìn)行3 次平行實(shí)驗(yàn)，取其平均值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5 可知，隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品的菌落總數(shù)逐漸增大，感官評(píng)分逐漸減小。當(dāng)貯存29 d 時(shí)，菌落總數(shù)＞10 000 CFU/g，感官評(píng)分低，樣品腐敗變質(zhì)， 蛋糕貯存天數(shù)28 d 時(shí)， 蛋糕質(zhì)量符合要求，故28 d 為蛋糕最長(zhǎng)貯存天數(shù)。 結(jié)合單因素試驗(yàn)最佳結(jié)果，黃原膠添加量0.08%、脫氫乙酸鈉與山梨酸鉀復(fù)配比例2:3、冷卻殺菌時(shí)間35 min、二氧化碳與氮?dú)獾某錃獗壤?:3 柵欄因子處理， 戚風(fēng)蛋糕貯存時(shí)間最大28 d，由此說明在柵欄因子的組合下，有效的延長(zhǎng)了無糖戚風(fēng)蛋糕的保質(zhì)期。

3 結(jié)論

應(yīng)用柵欄技術(shù)， 對(duì)無糖戚風(fēng)蛋糕添加黃原膠降低水分活度、 復(fù)配防腐劑脫氫乙酸鈉與山梨酸鉀復(fù)配比例、 冷卻殺菌時(shí)間和復(fù)合包裝充氣二氧化碳與氮?dú)鈴?fù)配比例4 個(gè)柵欄因子進(jìn)行研究。 實(shí)驗(yàn)證明四因素對(duì)戚風(fēng)蛋糕貯存時(shí)間的影響從大到小的順序依次為：防腐劑復(fù)配比例＞黃原膠添加量＞復(fù)合包裝充氣比例＞冷卻殺菌時(shí)間。 戚風(fēng)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(fù)配比例2:3、冷卻殺菌時(shí)間35 min、二氧化碳與氮?dú)獾某錃獗壤?:3，通過試驗(yàn)驗(yàn)證，在此條件下，戚風(fēng)蛋糕貯存時(shí)間最大28 d， 有效延長(zhǎng)無糖戚風(fēng)蛋糕保質(zhì)期，可滿足中長(zhǎng)保質(zhì)期工業(yè)化生產(chǎn)無糖戚風(fēng)蛋糕要求。

表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析

表5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果