羧甲基纖維素改善冷凍蛋糕體系熱力學(xué)與烘焙特性探討

當(dāng)前，冷凍蛋糕越來越受到歡迎，它既能延長蛋糕的保鮮時(shí)間，又能滿足消費(fèi)者便捷攜帶、即食等需求。然而在冷凍、冷藏的過程中，蛋糕熱力學(xué)、流變性等特征會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響烘焙效果，導(dǎo)致烘焙后的蛋糕不夠松軟，且比容不達(dá)標(biāo)?；诖?，相關(guān)企業(yè)要探索改善冷凍蛋糕品質(zhì)的方法。

研究得出，適量添加羧甲基纖維素能明顯降低面包硬度。本文以實(shí)驗(yàn)分析的方式，闡述了羧甲基纖維素對(duì)冷凍蛋糕體系熱力學(xué)與烘焙特性的影響，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)親水膠體的改善方法。

一、羧甲基纖維素概述

羧甲基纖維素簡稱CMC，由纖維素經(jīng)羧甲基化得來，其外觀呈白色、微黃色，形狀為固體或粉末。CMC是纖維素醚類的一部分，屬于親水膠體，具有無污染、膠體保護(hù)、增稠、可降解等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前在醫(yī)藥行業(yè)、食品行業(yè)、建筑行業(yè)有廣泛應(yīng)用。由于CMC的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)較特殊，所以操作人員要掌握溶解技巧，并在儲(chǔ)存運(yùn)輸中注意相關(guān)事項(xiàng)，如防火、防潮，避免溫度過高、壓力過大，否則會(huì)影響CMC的質(zhì)量。

冷凍蛋糕的體系熱力學(xué)特征、流變學(xué)特征、烘焙特征包括冰晶熔化焓、面糊黏度、面糊比重、面糊氣泡尺寸及位置、蛋糕比容、蛋糕硬度。要想優(yōu)化冷凍蛋糕質(zhì)量，達(dá)到味美、形佳、口感良好等效果，要科學(xué)設(shè)置冷凍、冷藏條件，使上述特征的表現(xiàn)與預(yù)期要求相符。其中，劉彥等學(xué)者（2013年）研究阿拉伯膠和羧甲基纖維素影響蕎麥面團(tuán)發(fā)酵流變學(xué)特性、烘焙特性的具體表現(xiàn)，研究得出阿拉伯膠和羧甲基纖維素能夠明顯降低面包硬度，顯著優(yōu)化蕎麥面包氣孔數(shù)量、尺寸，以及稠密度。

二、羧甲基纖維素改善冷凍蛋糕

體系熱力學(xué)與烘焙特性的實(shí)驗(yàn)分析

1.實(shí)驗(yàn)材料及儀器設(shè)備。（1）材料。高筋粉、干酵母、羧甲基纖維素（耐酸型），分別來自中糧面業(yè)鵬泰有限公司、廣東梅山馬利酵母企業(yè)、北京礦冶研究院。食品級(jí)白砂糖、起酥油、精鹽等。

（2）儀器設(shè)備。攪拌機(jī)、顯微鏡、黏度儀、質(zhì)構(gòu)儀、差示掃描量熱儀，除顯微鏡外，其余儀器設(shè)備型號(hào)分別為SM-25、DV-II+、TA-XTai、Pyris 1。上述機(jī)械設(shè)備主要產(chǎn)自美國、英國、德國等發(fā)達(dá)國家，儀器設(shè)備品質(zhì)上乘。

2.實(shí)驗(yàn)方法。利用實(shí)驗(yàn)材料和儀器設(shè)備制作蛋糕，在此期間要明確配方信息，并按照步驟進(jìn)行制作，為冷凍、解凍以及相關(guān)特性研究做準(zhǔn)備。正常來說，先單獨(dú)準(zhǔn)備空白樣品，即不添加羧甲基纖維素的樣品。實(shí)驗(yàn)樣品配方信息為：以高筋粉總質(zhì)量80g為基準(zhǔn)，高筋粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%、酵母添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.4%、糖和起酥油添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為5%。制作步驟如下：攪拌機(jī)內(nèi)分批次加入原料，攪拌成面糊;接下來在模具中多次少量放入面糊，適宜量為25g;將烤箱設(shè)置成上下火155℃，加熱時(shí)間為25min。待基礎(chǔ)工藝操作結(jié)束后，將其從烤箱中拿出、靜置。在這一過程中，使用差示掃描量熱儀（Pyris 1）動(dòng)態(tài)監(jiān)測溫度變化，直到實(shí)際溫度回落到常溫。之后用保鮮膜覆蓋模具中的面糊，在零下35℃的環(huán)境中速凍，一般速凍時(shí)間120min后，溫度能夠降低到零下20℃。達(dá)到冷凍標(biāo)準(zhǔn)后，將面糊等分成三份，對(duì)其進(jìn)行凍融循環(huán)，為羧甲基纖維素在不同冷凍、冷藏條件下的蛋糕特性分析做準(zhǔn)備。考慮到面糊均勻度，需要在解凍環(huán)節(jié)嚴(yán)控溫度與時(shí)間，一般而言，11℃、5h為最佳解凍條件。最后包裝、成品。

3.相關(guān)特征研究要求。為探究冷凍蛋糕體系熱力學(xué)特征——冰晶熔化焓的變化，將單份面糊冷藏，每分鐘零下5℃的標(biāo)準(zhǔn)降溫，溫度降到零下30℃后，靜置約3min，之后以零上5℃的標(biāo)準(zhǔn)升溫，溫度升高到10℃。此外，羧甲基纖維素添加量逐漸增多，也會(huì)影響冰晶熔化焓的大小。研究冷凍蛋糕流變學(xué)特征——面糊黏度、面糊比重、面糊氣泡尺寸及位置時(shí)，在溫濕條件中利用相關(guān)儀器測定面糊黏度、面糊比重兩項(xiàng)指標(biāo)，之后用顯微鏡觀察面糊氣泡情況。研究冷凍蛋糕烘焙特征——蛋糕比容、蛋糕硬度時(shí)，將模具中面糊常溫冷卻60min，測定面糊體積與重量比值，借助TA-XTai型質(zhì)構(gòu)儀測定硬度，其中，根據(jù)GB500913-1985來測定面包水分。

4.數(shù)據(jù)處理。取數(shù)據(jù)測量的平均值，并使用EXCEL軟件統(tǒng)計(jì)分析。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析。（1）熱力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析。冷藏條件改變，即冷藏時(shí)間增多、凍融循環(huán)次數(shù)增加，則冰晶熔化焓明顯增大。微觀記錄冰晶增量、分布，發(fā)現(xiàn)很多冰晶停留在氣孔內(nèi)，進(jìn)而影響氣泡結(jié)構(gòu)。在解凍環(huán)節(jié)，一些氣體消散?？瞻讟悠分袕臒o到有添加羧甲基纖維素，冷藏三次后，冰晶熔化焓由一次冷藏（空白樣）的14.23J/g，增加到二次冷藏（羧甲基纖維素用量1.5%）的16.32J/g，再次增加到三次冷藏（羧甲基纖維素用量2.8%）的16.35J/g。對(duì)比可知，一次冷藏到二次冷藏的冰晶熔化焓增加量最多，為2.09J/g，說明冷藏條件不變，羧甲基纖維素用量1.5%較適宜，使冰晶熔化焓 ? ? 最大。

（2）流變學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析。①面糊黏度。黏度對(duì)面糊氣體量、氣體擴(kuò)充速度有關(guān)鍵性影響，最終直接作用于蛋糕質(zhì)量。冷藏條件下，空白樣品的面糊黏度相應(yīng)下降，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，黏度下降速度加快。冷藏時(shí)間同為3d，當(dāng)加入1.5%羧甲基纖維素后，面糊黏度逐漸增強(qiáng)，黏度值約12000cP;加入2.8%羧甲基纖維素后，面糊黏度再次增強(qiáng)，黏度值約16500cP。凍融循環(huán)一次后，空白樣品面糊黏度值約8000cP，加入1.5%羧甲基纖維素的面糊黏度約12500cP;加入2.8%羧甲基纖維素后，面糊黏度再次增強(qiáng)，黏度值約17500cP。凍融循環(huán)2-3次后，2.8%羧甲基纖維素明顯減緩面糊黏度減小幅度。從數(shù)據(jù)顯示中可以看出，羧甲基纖維素增量，能夠提高面糊黏度。②面糊比重。凍藏時(shí)間、凍融循環(huán)次數(shù)同步增加，則面糊比重快速提升，意味著羧甲基纖維素加量，面糊比重增速較快。凍藏時(shí)間1-3周，凍融循環(huán)次數(shù)1-3次，含有羧甲基纖維素的面糊比重小于空白樣品的面糊比重。凍藏時(shí)間由一周增加到三周，空白面糊比重在0.28-0.46g/mL之間，含有1.5%的羧甲基纖維素的面糊比重在0.28-0.37g/mL之間，含有2.8%的羧甲基纖維素的面糊比重在0.33-0.44g/mL之間。之所以添加羧甲基纖維素后面糊比重增幅緩慢，且小于空白面糊比重，主要是空氣量較少、氣體擴(kuò)散空間局限、氣體過多釋放。③面糊氣泡尺寸及位置。面糊氣泡數(shù)量、尺寸對(duì)蛋糕質(zhì)構(gòu)影響較大，凍藏時(shí)間延長，氣泡體積變大，且分布均勻性變差。當(dāng)羧甲基纖維素由1.5%加量到2.8%，則面糊氣泡尺寸、位置變化相對(duì)較小，且優(yōu)于空白面糊的氣泡尺寸與分布。當(dāng)增量不變，凍藏時(shí)間增多，羧甲基纖維素的作用效果不夠明顯，因?yàn)轱@微鏡下的氣泡體積變大、氣泡位置不夠均勻，最終結(jié)果明顯遜色于白色面糊的氣泡表現(xiàn)。經(jīng)細(xì)致觀察可知，羧甲基纖維素凍藏十天、凍融循環(huán)兩次，則面糊氣泡尺寸與位置均符合標(biāo)準(zhǔn)蛋糕的制作要求，羧甲基纖維素適宜用量為1.5%。

綜上所述，羧甲基纖維素用于食品領(lǐng)域，能夠憑借親水膠體的優(yōu)勢(shì)提升食品質(zhì)量、延長存儲(chǔ)時(shí)間。在冷凍蛋糕制作中適量添加羧甲基纖維素，能夠顯著改善其體系熱力學(xué)、流變學(xué)特性、烘焙特性，保證蛋糕形狀，并且蛋糕質(zhì)構(gòu)良好。

作者簡介：董麗輝（1984-），女，漢族，黑龍江人，工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)槔鋬鲲嬈泛秃姹寒a(chǎn)品技術(shù)開發(fā)。