乳化剂对夹层蛋糕坯质地的影响

王耀鑫，赵仁勇，崔言开，侯 赛，岳清华

（河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

0 前言

焙烤产品是世界上消耗量较大的食品之一，其中蛋糕以其松软的海绵组织和良好的感官品质受到广大消费者的青睐[1].蛋糕是以蛋、糖、面粉和（或）油脂为主要原料，经过高速搅打、充气膨胀、调和成面糊，浇入模盘，烘烤后制成的一种组织松软的糕状制品[2].蛋糕的松软感是由于糕点膨胀而产生的.膨胀使糕点内部组织细腻松软，使其体积达到适度的大小，此细腻松软的组织结构赋予糕点良好的口感，咀嚼后，经唾液中淀粉酶的分解，产生完美的风味[3].

随着食品添加剂尤其是乳化剂的发展，蛋糕的品质有了很大的改善[4].乳化剂能改善混合料液中各种构成相之间的表面张力，形成均匀的乳化体系，从而稳定食品的物理状态，改善食品组织结构，简化和控制食品加工过程，改善风味、口感，提高食品质量，延长货架期等[5].蛋糕中常用乳化剂有单甘酯、山梨醇酐脂肪酸酯、硬脂酰乳酸钠、丙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、聚甘油酯、磷脂等.Jyotsna 等[6]用硬脂酰乳酸钠、分子蒸馏单硬脂酸甘油酯、单硬脂酸丙二醇酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯和山梨醇酐单硬脂酸酯5 种乳化剂为原料，研究其对蛋糕面糊物理特性和蛋糕品质的影响，结果表明乳化剂能降低面糊的密度，增加面糊中气泡的数量、使气泡分布更均匀；添加聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯的蛋糕比容增加最大.陈洁等[7]以分子蒸馏单甘酯、聚甘油酯、蔗糖酯、山梨糖醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、硬脂酸钠等和甘油、丙二醇、山梨糖醇、水制成蛋糕油，评价蛋糕油对面糊搅打效果、面糊稳定性、蛋糕品质及体积的影响，指出蔗糖酯是最好的起α 稳定作用的乳化剂，设计合理的蛋糕油配方能保证产品1 a 以上的货架期.

探讨乳化剂的性质时通常使用亲水亲油平衡值（Hydrophile-lipophile balance values，HLB），乳化剂的HLB 值的大致范围与应用性质的关系：HLB值为3～6 的，适合作为油包水（W/O）型乳化剂，HLB 值在8～18 的，适合作为水包油（O/W）型乳化剂[8].作者采用一步搅打法制作夹层蛋糕（Layer cake），对比分析水包油（O/W）型乳化剂如双乙酰酒石酸单双甘油酯（Diacetyl tartaric acid esters of mono and diglycerides，DATEM，HLB 值：8.0）、硬脂酰乳酸钠（Sodium stearyl lactate，SSL，HLB 值：8.3）和柠檬酸单甘酯（Citric and fatty acid esters of glycerol，CITREM，HLB 值：5～7），以及油包水（W/O）型乳化剂如山梨醇酐单硬脂酸酯（Sorbitan monostearate，Span60，HLB 值：4.7）、磷脂（HLB 值：3.0）、聚甘油脂肪酸酯（Polyglycerol esters of fatty acids，PGE）和分子蒸馏单甘酯（Distilled monoglycerides，DMG，HLB 值：3.8）等对夹层蛋糕坯质地的影响，为进一步复配夹层蛋糕专用乳化剂提供依据，进而改善夹层蛋糕坯的质量.

1 材料和方法

1.1 材料

香雪糕点粉2350：中粮面业（漯河）有限公司；细砂糖：大韩制糖株式会社；花旗起酥油：嘉里粮油（天津）有限公司；鸡蛋、盐：市售；脱脂奶粉：新西兰恒天然有限公司；泡打粉：颖乐福（太仓）食品添加剂制造有限公司；GRINDSTED PGE 20 VEG聚甘油脂肪酸酯（简称为PGE-3）、PANODAN AB100 VEG-FS 双乙酰酒石酸单双甘油酯（简称为DATEM）、CITREM N 12 VEG-K 柠檬酸单甘酯（简称为CITREM）、GRINDSTED SMS-M 山梨醇酐单硬脂酸酯（简称为Span60）、DIMODAN U/J 蒸馏单甘酯（简称为DMG-4）：丹尼斯克有限公司；分子蒸馏单甘酯（简称为DMG-1）：广州焙乐道食品有限公司；磷脂Lecithin（NL-1）：河南新百维食品科技有限公司；硬脂酰乳酸钠（SSL）：河南奥尼斯特食品有限公司.

1.2 仪器与设备

ARM-02 型打蛋机：加拿大THUNDERBIRD 公司；GC-1100 型烤箱：瑞士Kolb 公司；BVM-L 450 LC 型激光体积测定仪：瑞典Perten 公司；TA.XT plus 型质构仪：英国Stable Micro System 公司；电子天平：瑞士METTLER TOLEDO 公司；HH-2 型恒温水浴锅：北京科伟永兴仪器有限公司.

1.3 方法

1.3.1 乳化剂的水合

将粉状乳化剂与水以一定的比例放入烧杯中（SSL 与水的质量比为1∶4，CITREM 与水的质量比为1∶2，Span60 和水的质量比为1∶4，DMG 和水的质量比为1∶1），在65 ℃恒温水浴锅中加热，其中SSL 在45 ℃水浴锅中加热，并不断用玻璃棒搅拌，直至乳化剂变成乳白色膏状，冷却即得到凝胶状乳化剂.

1.3.2 烘焙试验

1.3.2.1 蛋糕坯的配方

以面粉的质量为基准，面粉100%、细砂糖120%、起酥油40%、鸡蛋60%、脱脂奶粉7%、盐3%、无铝泡打粉5.5%、水75%、乳化剂按需添加.

1.3.2.2 夹层蛋糕坯的制作

夹层蛋糕坯的制作参考AACCI 10—90.01[9]标准方法.

所有原辅料、第一部分水→慢速搅拌1 min→刮底→搅拌一定时间→加入第二部分水→慢速搅拌1 min→刮底→搅拌一定时间→测定面糊相对密度→加入第三部分水→慢速搅拌1 min →刮底→搅拌一定时间→第二次测定面糊相对密度→面糊入模→烘烤→冷却→脱模→成品.

蛋糕坯制作过程中，采用分步加水的方法，第1 次加水量为5%，第2 次加水量为30%，第3 次加水量为40%（均以面粉的质量为基准）.3 个阶段的搅拌时间均为4 min.

操作要点：（1）通过调节水的温度来控制面糊的温度（22 ℃左右）；（2）面糊的最终相对密度应控制在0.875～0.9 之间；（3）将搅拌好的面糊（400 g）注入铺有焙烤用纸的8 寸模具中（模具的直径为20.3 cm，高度为3.8 cm），焙烤一定时间（25 min 左右）至蛋糕完全熟化（烤箱的温度为182 ℃），冷却15～20 min 后脱模，冷却1 h 后测定蛋糕坯的体积和质构特性.

1.3.3 面糊相对密度的测定

面糊相对密度定义为一定体积的面糊质量与相同体积的水的质量的比值.

1.3.4 蛋糕坯体积的测定

蛋糕坯体积的测定参照AACCI 10—14.01[10]标准方法：将冷却至室温的蛋糕其底部的焙烤用纸去掉后直接放置在体积仪的支架上（直径为120 mm），测定体积并记录数据.

1.3.5 蛋糕瓤质构特性的测定

将按1.3.2 方法制成的蛋糕样品切成40 mm×40 mm×20 mm 的方块，采用质构仪分析蛋糕瓤的硬度、弹性、黏聚性、咀嚼性和回复性等质构特性.

硬度（Hardness，H）：样品达到一定变形时所需的力，指第1 次挤压样品时的压力峰值.

弹性（Springiness，SP）：变形样品在去除压力后恢复到变形前的高度比率，由第2 次挤压时的测量高度与第1 次挤压时的测量高度的比值表示.

黏聚性（Cohesiveness，CO）：模拟表示样品内部的黏合力，用第2 次压缩的做功面积与第1 次压缩做功的面积比值表示.

咀嚼性（Chewiness，CH）：表示将固体样品咀嚼成吞咽时的稳定状态所需的能量.

回复性(Resilience，RE)：度量变形样品与导致同样变形的速度、压力条件下恢复的程度.

其中，弹性和回复性都表示样品受压后恢复的能力，但弹性表示两次压缩后恢复的能力，回复性表示第一次压缩后，探头上升后的恢复能力.

质构仪的参数为：TPA 模式；P25 铝探头；测试前、后以及测试时探头的移动速度均为60 mm/min；挤压形变量为50%；两次挤压之间的间隔时间为30 s；触发应力为5 g；数据采集速率为200 pps.

1.3.6 数据处理与分析

方差分析采用SAS 9.1 统计软件进行处理，通过Origin 8.5 和Microsoft Excel 进行图表绘制.

2 结果与分析

2.1 O/W 型乳化剂对蛋糕坯质地的影响

2.1.1 O/W 型乳化剂对蛋糕面糊相对密度的影响

蛋糕面糊可以看做是一种复杂的O/W 型乳状液[11-12]，主要由气泡组成的不连续相，鸡蛋-糖-水-脂肪混合物组成的连续相及分散的面粉颗粒组成[13-14].搅拌过程中，面糊体系中不断地充入气泡.如果面糊在焙烤过程中能保留住这些气泡，那么这些大量的细小气泡可增大蛋糕的体积[15].O/W 型乳化剂对蛋糕面糊相对密度的影响见表1.

表1 O/W 型乳化剂对面糊相对密度的影响Table 1 Effect of O/W emulsifiers on specific gravity of cake batter

由表1 可知，对同一种乳化剂而言，随着使用量的增大，蛋糕面糊的相对密度逐渐减小，即乳化剂用量增大，面糊中充入的气体越多，使相同体积下的面糊质量减小.Sowmyad 等[16]和Rodríguez-García 等[17]报道加入乳化剂，可以显著降低蛋糕面糊的相对密度.相同添加量时，3 种乳化剂对面糊相对密度的影响有区别，添加DATEM 和SSL 时面糊的相对密度比使用CITREM 时的小.蛋糕面糊在搅拌过程中充入的气体越多，面糊的密度就越小，等质量面糊烤出的蛋糕体积就越大，组织也较松软[18].充气作用主要与搅拌过程（搅拌速度和时间）以及蛋糕面糊的理化特性（黏度和表面张力）有关[12]，而这些都与蛋糕的配方有关[19].但是，空气的保留率与气泡大小和面糊的黏度是成反比的.

2.1.2 O/W 型乳化剂对蛋糕体积的影响（图1）

蛋糕体积对最终产品影响较大，体积越大蛋糕质地越松软.由图1 可知，对DATEM、SSL 以及CITREM 3 种乳化剂而言，蛋糕的体积均呈现出先增大后减小的趋势；添加量1.0%时体积最大.其中，SSL 的添加量为1.0%～1.5%时，蛋糕体积最大.显然，蛋糕的体积并不随焙烤前面糊相对密度的降低而增 加.Rodríguez-García 等[17]的研究也 发现随着乳化剂添加量的增大，蛋糕体积反而减小.这表明蛋糕的最终体积不仅与面糊搅拌过程中充入的空气量有关，还与焙烤过程中面糊的持气量有关[14，20].而持气作用主要取决于界面膜形成能力和气体从蛋糕糊中逸出的速度.相同添加量时，使用DATEM 与CITREM 的蛋糕体积差别不大.DATEM 的功能特性与酒石酸的含量有关，酒石酸含量越高，体积越大[21].3 种乳化剂中添加SSL 的蛋糕体积最大.SSL 的添加量为2.0%时，蛋糕冷却过程中收缩较严重，蛋糕体积下降较大，可能与焙烤过程中蛋糕膨胀太大有关，导致冷却时蛋糕结构无法支撑而塌陷.

图1 O/W 型乳化剂对蛋糕体积的影响Fig.1 Effect of O/W emulsifiers on cake volume

2.1.3 O/W 型乳化剂对蛋糕坯质构特性的影响（表2）

TPA 模式（两次咀嚼模式）是常见的评价蛋糕瓤质构特性的方法.一般来说，蛋糕的硬度和咀嚼性越小、弹性和回复性越大，蛋糕的质量越好.

由表2 可知，随着DATEM 添加量的增加，蛋糕的硬度和咀嚼性都呈极显著性降低（P＜0.01），即添加DATEM 可以显著降低蛋糕瓤的硬度和咀嚼性，改善蛋糕的质构特性；DATEM 添加量对蛋糕瓤的弹性无显著影响（P＞0.05）；DATEM 对蛋糕瓤黏聚性和回复性的影响趋势是先增大后减小，添加量为1.5%时达到最大.弹性是衡量蛋糕受压缩后回复的能力，有学者指出添加乳化剂会使弹性降低[6，19].本实验发现，DATEM 的用量过高（如超过2.0%），蛋糕瓤容易散、碎.

SSL 添加量为1.0%时，蛋糕瓤的硬度和咀嚼性显著低于添加量为0.5%时的；但是SSL 的添加量为1.5%时，硬度和咀嚼性却增大.SSL 的添加量增大，弹性、回复性和黏聚性也显著降低.据Sowmya 等[16]的报道，单硬脂酸甘油酯或者SSL 的添加量为0.5%时，蛋糕瓤的硬度、咀嚼性显著降低.

2.2 W/O 型乳化剂对蛋糕坯质地的影响

2.2.1 W/O 型乳化剂对蛋糕面糊相对密度的影响（表3）

如表3 所示，对乳化剂Span60、PGE-3、DMG-1 和DMG-4 而言，随着添加量的增大，蛋糕面糊的相对密度逐渐减小.但是，面糊的相对密度并未因磷脂NL-1 用量的增大而减小，反而增大了，说明此添加水平范围内，并未因添加磷脂而改善面糊的充气性.乳化剂的种类和用量影响气泡的结构和分布，进而影响蛋糕的最终品质.Lauridsen[22]解释了分子蒸馏饱和单甘酯在海绵蛋糕中的作用，蛋糕面糊及蛋糕成品的比容主要由单甘酯的晶型决定，只有层状的α-晶型才能得到满意的蛋糕和较大的体积.

表2 O/W 型乳化剂对蛋糕质构特性的影响Table 2 Effect of O/W emulsifiers on cake texture

表3 W/O 型乳化剂对蛋糕面糊相对密度的影响Table 3 Effects of W/O emulsifiers on specific gravity of cake batter

2.2.2 W/O 型乳化剂对蛋糕体积的影响（图2）

图2 W/O 型乳化剂对蛋糕体积的影响Fig.2 Effect of W/O emulsifiers on cake volume

从图2 可以看出，随着Span60、磷脂NL-1 和DMG-4 添加量不断增大，蛋糕的体积都是先增大再减小，Span60 的添加量为1.5%时蛋糕的体积最大，但磷脂NL-1 和DMG-4 的添加量为1.0%时蛋糕的体积最大.对PGE-3 和DMG-1 而言，随着添加量的增大，蛋糕的体积并未增加，而添加PGE-3和DMG-1 后面糊的相对密度都是逐渐减小的（见表4），因此推断添加PGE-3 和DMG-1 后的面糊在焙烤过程中的持气性较差.DMG-4 的添加量为1.0%时，蛋糕体积最大，达到1 020 mL，远远高于添加DMG-1 的蛋糕体积.因此，不同的单甘酯对蛋糕体积的影响差距也较大.单/双甘油酯可以改善蛋糕体积，随着单/双甘油酯比例的增大，蛋糕体积增大，但用量有一定的限制，如果用量太大会削弱蛋糕的结构，蛋糕容易塌陷[4].添加Span60 和DMG-4 可得到较大体积的蛋糕.

2.2.3 W/O 型乳化剂对蛋糕质构特性的影响（表4）

由表4 可知，随着Span60 添加量的增大，蛋糕瓤的硬度先增大后减小（P＜0.05），Span60 添加量为0.5%时，蛋糕瓤的硬度最小；Span60 添加量为1.5%时，蛋糕瓤的弹性、黏聚性和回复性都显著性减小（P＜0.05）.因此Span60 添加量为0.5%时，蛋糕的质构特性最好.PGE-3 对蛋糕瓤的硬度影响不显著，但添加量为2.0%时却又增大；弹性无显著性差异；回复性变化不显著，在2.0%时却又减小.因此，PGE-3添加量增大并没有使蛋糕瓤的质构特性得到显著改善，因此，可选择低水平的添加量.

随着DMG-1 和DMG-4 添加量的不断增加，蛋糕瓤的硬度都是先增大后减小，DMG-4 对蛋糕瓤咀嚼性的影响也是先增大后减小.但是，除了DMG-4 的添加量对蛋糕瓤的弹性无显著性影响外，这两种乳化剂对蛋糕瓤的弹性、黏聚性和回复性的影响都是随着添加量的增大显著减小，因此，添加这两种单甘酯没有改善蛋糕瓤的弹性、黏聚性和回复性.

3 结论

无论是O/W 型还是W/O 型乳化剂均可增大面糊的充气性，减小面糊的相对密度.O/W 型乳化剂SSL 随着添加量的增大，蛋糕的体积先增大后减小，3 种O/W 型乳化剂中，SSL 添加量为1.0%时蛋糕体积是最大的；且可改善蛋糕质构特性.W/O型乳化剂中，Span60 的蛋糕体积最大（添加量为1.5%），其次是DMG-4（添加量为1.0%）.

表4 W/O 型乳化剂对蛋糕质构的影响Table 4 Effect of W/O emulsifiers on cake texture

乳化剂在食品加工中应用广泛，且效果显著，乳化剂与食品中的主要成分蛋白质和淀粉都有相互作用，并且是一个非常复杂的过程，研究其作用机理将有助于乳化剂在食品中更好的应用.

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