栅栏技术对无糖戚风蛋糕防腐及其品质的影响
时间：2023-02-16 11:05:06 来源：千叶帆 本文已影响人
吕银德，赵俊芳, 邱 泼
(1.漯河食品职业学院，河南 漯河462300 ；
2.浙江友膳食品科技有限公司，浙江 绍兴315100)
戚风蛋糕是一种非常松软、口感滋润嫩爽、柔韧性好的西式甜点[1-3]，传统戚风蛋糕属于高糖、高热量食品，容易引起糖尿病、心血管疾病等慢性病，低热量无糖戚风蛋糕越来越受到消费者欢迎[4-6]。
传统戚风蛋糕含水量高， 营养丰富， 常温贮存一般1~2 d，冷藏一般7 d，无糖戚风蛋糕不经过处理，保质期更短[7-8]。
因此研究一种食用方便和保质期较长的无糖戚风蛋糕非常必要。
栅栏技术 （hurdle technology） 最早是由德国Kulmbach 肉类研究中心Leistner 和Roble 教授提出来，运用多种栅栏因子的协同作用，建立一套完整的屏蔽体系，抑制腐败菌的生长繁殖，延长食品的保质期[9-10]。
本实验运用栅栏技术，通过对降低无糖戚风蛋糕的水分活度、添加复配防腐剂、冷却杀菌、复合充气包装四个栅栏因子进行研究， 设置合理的栅栏因子，延长戚风蛋糕保质期，为中长保质期工业化生产该蛋糕提供参考。
1.1 材料与试剂
低筋面粉，南顺面粉有限公司；
大豆油，益海嘉里集团；
木糖醇，保龄宝食品有限公司；
山梨酸钾，南通奥凯生物技术开发有限公司；
脱氢乙酸钠，广东广益科技实业有限公司；
黄原胶，内蒙古阜丰生物科技有限公司；
食用盐，山东岱岳制盐有限公司；
塔塔粉，广州焙乐道食品有限公司；
鸡蛋，市售。
1.2 仪器设备
SM-201 搅拌机、SM-522 电烘炉， 新麦机械有限公司；
QBB 比重杯，祈鑫仪器仪表有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 戚风蛋糕样品的制备
戚风蛋糕基础配方见表1。
表1 戚风蛋糕基础配方 g
制作方法：蛋清、塔塔粉、木糖醇加入搅拌机慢速搅拌1 min， 改高速搅拌至3 min， 搅拌至比重0.2~0.24 备用；
蛋黄、低筋面粉、食盐加入搅拌机中，慢速搅拌1 min，加入大豆油，慢速搅拌1 min，改高速搅拌至2 min，比重0.95 备用；
上述蛋清混合液与蛋黄混合液混合慢速搅拌2 min，搅拌均匀，注入模具100g，面火180 ℃和底火160 ℃，烘烤35 min 取出，放入冷却杀菌间冷却，用包装机包装保存。
1.3.2 微生物的测定
菌落总数：按GB 4789.2—2016 方法测定；
霉菌计数：按GB 4789.15—2016 方法计数。
1.3.3 贮存时间测定
样品放入智能人工气候箱内进行保藏， 设定温度25℃、相对湿度50%、光照30%。
每隔1d 测定样品菌落总数及霉菌数量， 当样品中菌落总数＞10 000CFU/g 或霉菌＞30CFU/g 时停止贮存， 记录该样品在这样的条件下菌落总数及霉菌数均不超标的贮存天数。
1.3.4 戚风蛋糕的感官评价及方法
感官评价参照LS/T 3207—1993 《蛋糕用小麦粉》 中海绵蛋糕感官评定的方法并结合本研究需要做出改进，具体分值见表2，评价组由10 名有经验专业技术人员组成，每个实验重复3 次，计算平均值。
表2 戚风蛋糕品质评价指标
1.3.5 单因素试验
本试验对降低蛋糕水分活度、冷却杀菌时间、复合包装充气比例及防腐剂复配比例4 个因素进行单因素试验,每个因素做3 次重复试验,结果取平均值。
1.3.5.1 降低水分活度
在复配防腐剂脱氢乙酸钠：
山梨酸钾比例2:3、30 W 双端紫外线灯冷却杀菌时间25 min、KOPP 复合CPP 膜包装充CO2和N2比例2:3 条件下，添加黄原胶降低蛋糕水分活度， 考察黄原胶添加量在占总面糊量0、0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%时对无糖戚风蛋糕防腐和品质的影响， 以贮存时间和感官评价为主要评价指标。
1.3.5.2 防腐剂复配比例
在黄原胶添加量0.06%降低蛋糕水分活度、30 W 双端紫外线灯冷却杀菌25 min、KOPP 复合CPP膜包装充CO2和N2比例2:3 条件下，考察复配防腐剂脱氢乙酸钠∶山梨酸钾比例0、1:1、1:2、1:3、2:3、3:2、2:1 时对无糖戚风蛋糕防腐和品质的影响，以贮存时间和感官评价为主要评价指标。
1.3.5.3 冷却杀菌时间
在黄原胶添加量0.06%降低蛋糕水分活度、复配防腐剂脱氢乙酸钠∶山梨酸钾比例2:3、KOPP 复合CPP 膜充CO2和N2比例2:3 条件下，考察冷却杀菌技术：30 W 双端紫外线灯下， 冷却杀菌时间0、15 min、25 min、35 min、45 min、55 min 对无糖戚风蛋糕防腐和品质的影响， 以贮存时间和感官评价为主要评价指标。
1.3.5.4 复合充气包装
在黄原胶添加量0.06%降低蛋糕水分活度、复配防腐剂脱氢乙酸钠∶山梨酸钾比例2:3、30 W 双端紫外线灯冷却杀菌时间25 min 条件下， 考察采用KOPP 复合CPP 膜包装， 充CO2和N2比例0、1：1、1：2、1：3、2:3、2:1 对无糖戚风蛋糕防腐和品质的影响，以贮存时间和感官评价为主要评价指标。
1.3.6 正交试验
在单因素试验基础上， 选取对无糖戚风蛋糕防腐与品质影响较大的降低蛋糕水分活度、 防腐剂复配比例、 冷却杀菌时间、 复合包装充气比例4 个因素，以贮存时间为主要评价指标，四因素三水平正交实验设计水平见表3。
表3 四因素三水平正交实验设计水平表
1.4 数据处理
采用正交设计助手ⅡV3.1 专业版进行正交试验数据处理及分析，采用Office 作图。
2.1 各栅栏因子对无糖戚风蛋糕品质的影响
2.1.1 降低蛋糕水分活度对无糖戚风蛋糕品质影响
黄原胶属于亲水胶体， 具有很强的吸水性和持水性，能够降低食品中自由水分活度的作用，起到食品防腐和延长其保质期作用[11-13]。
从图1 可以看出，随着黄原胶添加量的增加， 无糖戚风蛋糕水分活度逐渐降低， 这是因为黄原胶吸收了戚风蛋糕中的部分自由水，使其转化成结合水，降低了戚风蛋糕中的水分活度， 戚风蛋糕的水分活度由0.93 降为0.87。图2 可以看出，随着黄原胶添加量的增大，蛋糕贮存时间延长，当黄原胶添加量0.06%时，蛋糕贮存时间延长逐渐变慢，无糖戚风蛋糕口感粘口增加，口感变差，感官评分降低。
图1 黄原胶添加量对蛋糕水分活度的影响
2.1.2 防腐剂复配比例对无糖戚风蛋糕品质的影响
蛋糕中最常用的防腐剂是脱氢乙酸钠和山梨酸钾，脱氢乙酸钠对腐败菌、霉菌和酵母均有一定的抑制作用，酸性强则抑菌效果好[14-15]。
山梨酸钾的主要作用是可使微生物蛋白质变性， 属于酸性防腐剂，pH 值为5.5，山梨酸最低抑菌浓度约为0.1%，若pH值为6.0~6.5， 山梨酸最低抑菌浓度约为0.2%[16-17]。从图3 可以看出， 复配脱氢乙酸钠和山梨酸钾能有效地延缓无糖戚风蛋糕的霉变时间， 当脱氢乙酸钠与山梨酸钾为2:3 时，无糖戚风蛋糕贮存时间最长。随着防腐剂用量的增加， 因其带有的异味影响了戚风蛋糕的品质，感官评分下降。
图2 黄原胶添加量对蛋糕感官评分和贮存时间的影响
图3 防腐剂复配比例对蛋糕感官评分及贮存时间的影响
2.1.3 冷却杀菌时间对无糖戚风蛋糕品质的影响
紫外线的杀菌机制是对RNA 和DNA 进行破坏，导致DNA 分子变形使细胞死亡[18-19]。
从图4 可以看出，30 W 双端紫外线灯的杀菌时间延长， 贮存时间增加，因为冷却过程产品中心温度降低，表面水分挥发，表面微生物被紫外线杀死。当冷却杀菌时间超过25 min 时，贮存时间下降，可能随着产品温度的降低及产品在外部环境放置时间延长， 外部微生物增长数量大于紫外线表面杀菌的微生物数量，使无糖戚风蛋糕贮存时间减少和品质降低。
图4 冷却杀菌时间对蛋糕感官评分及贮存时间的影响
2.1.4 复合包装充气比例对无糖戚风蛋糕品质影响
蛋糕包装时充入无味的氮气或二氧化碳， 减少包装袋内氧气量，可以延长产品保质期[20]。由图5 可以看出，包装时充入二氧化碳和氮气，能有效的延长无糖戚风蛋糕的贮存时间，并且感官评分降低较慢，这是因为减少了包装内氧气， 耗氧性微生物繁殖缓慢，仅是蛋糕老化影响品质。当二氧化碳和氮气比例在2:3 时，戚风蛋糕的贮存时间最佳。
图5 复合包装充气比例对蛋糕感官评分及贮存时间的影响
2.2 正交试验
按照表3 四因素三水平进行正交试验， 结果及其分析见表4。
由表4 极差分析可知，4 个因素对戚风蛋糕保存时间影响大小顺序依次为防腐剂复配比例>黄原胶添加量>复合充气包装>冷却杀菌时间，k值最佳工艺组合A3B2C3D2，即黄原胶添加量0.08%、脱氢乙酸钠与山梨酸钾复配比例2:3、冷却杀菌时间35 min、二氧化碳与氮气充气包装比例2:3。
2.3 验证实验
按照最佳栅栏因子组合A3B2C3D2进行贮存天数与感官评分验证实验，每组进行3 次平行实验，取其平均值，实验结果见表5。
由表5 可知，随着贮存时间的延长，样品的菌落总数逐渐增大，感官评分逐渐减小。当贮存29 d 时，菌落总数＞10 000 CFU/g，感官评分低，样品腐败变质， 蛋糕贮存天数28 d 时， 蛋糕质量符合要求，故28 d 为蛋糕最长贮存天数。
结合单因素试验最佳结果，黄原胶添加量0.08%、脱氢乙酸钠与山梨酸钾复配比例2:3、冷却杀菌时间35 min、二氧化碳与氮气的充气比例2:3 栅栏因子处理， 戚风蛋糕贮存时间最大28 d，由此说明在栅栏因子的组合下，有效的延长了无糖戚风蛋糕的保质期。
应用栅栏技术， 对无糖戚风蛋糕添加黄原胶降低水分活度、 复配防腐剂脱氢乙酸钠与山梨酸钾复配比例、 冷却杀菌时间和复合包装充气二氧化碳与氮气复配比例4 个栅栏因子进行研究。
实验证明四因素对戚风蛋糕贮存时间的影响从大到小的顺序依次为：防腐剂复配比例＞黄原胶添加量＞复合包装充气比例＞冷却杀菌时间。
戚风蛋糕最佳栅栏条件：黄原胶添加量0.08%、 脱氢乙酸钠与山梨酸钾复配比例2:3、冷却杀菌时间35 min、二氧化碳与氮气的充气比例2:3，通过试验验证，在此条件下，戚风蛋糕贮存时间最大28 d， 有效延长无糖戚风蛋糕保质期，可满足中长保质期工业化生产无糖戚风蛋糕要求。
表4 正交实验结果及极差分析
表5 验证实验结果
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