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如何科学地烘焙蛋糕?

蛋糕,不仅是令人心满意足的美食,更是很多人温暖记忆的一部分。蛋糕的确切起源似乎已难以考证,但翻阅历史,会发现它常常出现贵族们的宴会上。甚至有一款蛋糕,名为维多利亚女王蛋糕(Victoria Sponge,也称维多利亚海绵蛋糕),因维多利亚女王而得名。相传维多利亚女王因丈夫过世而沉浸在痛苦之中,进而心灰意懒,过着隐居生活,一年多后为了迎接女王恢复办公,其丈夫的随从特别在举办的茶会上精心准备了这个蛋糕,因此而得名 [1]


随着烤箱的逐渐普及和烘焙的莫名流行,估计很多小伙伴都吃到过或美味或不那么美味的自制蛋糕。如果这一段回忆对你来说不是那么的美好……那么,下面的内容就比较重要了。

维多利亚海绵蛋糕及原料。图片来源:ChemistryWorld [1]


如何科学地烘焙一款美味的蛋糕?


无论是历史悠久的海绵蛋糕,还是目前更加流行的松软绵密的戚风蛋糕、浓郁爽嫩的芝士蛋糕,其烘焙过程大多离不开鸡蛋、面粉、糖、油脂(比如黄油)、盐和水,以及酵母、泡打粉等添加剂。


首先,将糖和油脂混合在一起。戚风蛋糕常用植物油,而黄油多见于海绵蛋糕的配方中。手动搅拌至乳化,并分步混入过筛后的低筋面粉。所谓低筋面粉,指的是蛋白质含量在8.5%以下的面粉。当蛋白质在油脂或者水中机械搅拌时,它们之间会形成氢键,更容易连成膜。因此面包烘焙中常采用高筋面粉,揉搓过程中成膜且富有韧性,可以包裹酵母菌产生的气体,从而让面包在烘焙过程中变得蓬松。而低筋面粉蛋白质含量低,发酵及烘焙时产生的气体更容易跑出去,使得蛋糕口感更加绵密松软。当然,也有一些蛋糕会选用高筋面粉,比如著名的长崎蛋糕。

分步加入过筛后的面粉。图片来源于网络


其次,就是鸡蛋的打发过程,这个一般需要借助电动打蛋器来完成。戚风蛋糕需要蛋白和蛋黄分开打发,然后再将蛋白霜和面糊混合,蛋糕体水分含量更大,组织蓬松。而海绵蛋糕则一般采取全蛋打发,蛋糕水分含量小,口感扎实。卵黄中的两亲性磷脂卵磷脂赋予鸡蛋乳化的特性,可以将油脂和水“拉”在一起。


将蛋白霜和蛋黄混合,经典的戚风蛋糕就可以准备进入烤箱了(据说混合的手法,至关重要)。而在重油脂的配方中,常常还要加入发酵粉。伯明翰的药剂师阿尔弗雷德•伯德(Alfred Bird)发明了很多食品,比如不含鸡蛋和苹果的香草奶油,因为他的妻子对鸡蛋过敏。1843年,他用酿酒的副产品酒石酸氢钾代替了之前用来发酵的酸奶 [2]另一位化学家,美国哈佛大学的埃本•霍斯福德(Eben Horsford),利用含有碳酸氢钠、酸性磷酸二氢钙和玉米淀粉作为发酵粉 [1]这些年来,发酵粉的配方一直在调整,但这三种成分的设计——碱、酸和吸湿剂——一直保持不变。

发酵粉&苏打粉。图片来源于网络


随后,一系列的化学反应将在烤箱中发生。蛋白质中的球状蛋白,在受热后伸展开来,和周围的分子一起相互缠绕,逐渐凝固。另一个支撑起蛋糕的成分——淀粉,受热后会吸收水分而膨胀,失去紧密的结构,这个过程叫做淀粉凝胶化(又名,淀粉糊化)。蛋糕骨架形成过程中,蛋清、蛋白、面粉不断受到糖和油脂的影响,这就是所谓的嫩化。如果没有这些相互作用,蛋糕会变得坚硬而有嚼劲——就像面包一样。

DSC测量淀粉的糊化温度。图片来源:Food Funct.[3]


蛋糕内部的孔洞,来自烘焙过程中产生的气体。这些气体的主要来源有三个:打发过程中机械混入的空气,化学发酵时酸碱反应产生的二氧化碳,以及面糊中水分在烘烤过程中蒸发而形成的水蒸气。面粉中面筋的弹性,也使其在烘焙过程中,随气泡的产生而逐渐膨胀。


在烘烤过程的最后阶段,两种化学物质——蛋白质和糖——在蛋糕的外壳上会发生著名的美拉德反应。美拉德反应,又称非酶棕色化反应,是法国化学家L. C. Maillard在1912年提出的,表现为很多食品烹饪时产生的“非酶褐变”现象 [4]其本质是还原糖类和氨基酸或蛋白质之间发生的反应,生成的产物大多为芳香类杂环化合物,既可以为食物“上色”,又可以挥发产生诱人的气味。

美拉德反应过程及常见产物。图片来源:Compoundchem [5]


在更高的温度下,比如175 °C,糖与糖之间也会发生化学变化,称之为焦糖化反应,让食物变为焦糖般的棕色,并散发出浓郁的焦糖味道。这就是为什么烘焙饼干的食谱中,一般选用175 °C或180 °C,而蛋糕多选用相对较低的150~160 °C。别小瞧这20 °C的差别,其中还蕴含着不一样的化学原理呢。

焦糖化反应使甜度降低。图片来源于网络


“叮~”的一声,烤箱倒计时结束,我们的蛋糕大功告成啦。不过别着急,还有最后一个工序——脱模。在此之前,先让蛋糕冷却下来,使其变得更加结实,然后才能翻转模具,将蛋糕取下来。夹上罐头或果酱,涂抹上预先打发好的奶油,再摆上准备的鲜果,一款属于自己的独一无二的蛋糕就出炉了。

一款“科学”蛋糕。图片来源于网络


写到这里,我都馋了,出门买蛋糕去也~


参考文献

[1] The science of the Victoria sponge cake

https://www.chemistryworld.com/features/the-science-of-the-perfect-cake/4012698.article

[2]维基百科:https://no.wikipedia.org/wiki/Alfred_Bird

[3] S. Wang, L. Copeland, Molecular disassembly of starch granules during gelatinization and its effect on starch digestibility: a review. Food Funct., 2013, 4, 1564-1580. DOI: 10.1039/C3FO60258C

[4] M. Hellwig, T. Henle, Baking, Ageing, Diabetes: A Short History of the Maillard Reaction. Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 10316-10329. DOI: 10.1002/anie.201308808

[5] Food Chemistry – The Maillard Reaction

https://www.compoundchem.com/2015/01/27/maillardreaction/


(本文由小希供稿)


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