面包蛋糕、糕点焙烤食品防腐技术系统工程三
面包蛋糕、糕点焙烤食品防腐技术系统工程三
文|糕餅焙烤 面包蛋糕資深防腐专家杜德春
关键词：四两拨千斤、盲人摸象、水活度与菌群
焙烤食品防腐技术的八大核心点：
①抑制初始菌量（hurdle factor)、
②低温抑菌(t)、
③高温灭菌(F)、
④降低水分活度(Aw)、
⑤调节酸值(pH)、
⑥降低氧化-
⑦还原电势(Eh)、
⑧添加防腐剂(Pres)
关于面包蛋糕糕点保质期措施问题：
很多标榜“食品防腐专家或者赝品大师”，大家并不能短期内识别，在金钱驱动利益下，一切都存在“好演员与好导演的可能”。单纯靠防腐剂的时代已经结束了，所以糕点防腐技术变得具有意义。在中国：很多大学教授只停留在“教条主义与空洞理论”基础上；还有的打着如达利园或盼盼工程师的“挂着羊头卖狗肉的煽情”；有的挂着“某某食品大学学院”名号纵横江湖...本山大叔说：卖拐卖拐、拐卖拐卖；这本把人家范围腿都忽悠拐了！你请那个专家去，霉变也不是一天两天能看得出来的！面包蛋糕糕饼防腐技术，从来也不是片面、赝品专家可以所为的；以下六点方是“华山论坛之魂”
①上医治未病、中医治欲病、下医治已病
②对症下药、有的放矢、因势而为
③宏观与微观细节调理、俯瞰系统工程
④食材匹配、配方合理、工艺流程匹配、烘烤油炸匹配、冷却保证匹配
⑤切记过度迷信：片面主义、教条主义、理论主义-害人害己
⑥食品防腐工程涵盖：细菌学、焙烤学、环境学、卫生学、营养学、食品学等系统知识
长保糕点的"长保"之门① ：为何同一批面包有的发霉，有的不发霉？为何有的长绿毛 有的长白毛…为何做了无菌化设计，却还发霉？为何五到九月梅雨季节做了10万级别净化蛋糕面包却还发霉？各种声音会表现如下：面粉有问题；防腐剂；酵母有问题；糖醇甘油问题；水质问题；乳化剂问题；改良剂问题…工艺问题；流程问题；控制水活度问题；烘烤问题；机械问题；发酵条件问题；冷却条件环境问题；包装材质问题；包装条件问题；臭氧问题；除湿机问题…有个成语叫“盲人摸象"结果是片面主义与主观主义的代名词.真正的长保与保质期是“栅栏技术"与"一把钥匙开一把锁”.如果达利园与盼盼食品工程师用他们集团投资几千万的车间环境来引导那些中小心企业来治病，岂不是南辕北辙的开始！真正的那扇长保期之门~是对症下药，而不是千篇一律或一概理论形而上学；君不见计划经济**老国营糕点厂面包在没有任何所谓的七七八八防腐剂等原料佐料的情况下_半年未见面包发霉、防腐剂在食品工程里面根本起不到根本防腐作用；本来一个大道至简的门 ，却被现代经济市场绑架成利益繁荣的神秘之锁。无论如何 解决问题才是王道！教条主义 经验主义 不切实际的空洞理论并不能根治疾病；栅栏技术 系统工程 有的放矢 对症下药 具体情况具体实施因地制宜方案才是在相对的条件下行之有效。下期②③④分解。
长保糕点的"长保"之门 ② ：糕点产品实现保质期长的因素是~栅栏技术 系统工程 对症下药。癌症患者最好的方案是与癌共存方可生命延长，而现代医学却本末倒置地用杀癌八百 自损一千的化疗来错误地治疗。这就犹如很多师傅妄图通过添加脱氢 山梨酸钾 丙酸钙 超霸 双乙酸钠 柠檬酸…想要实现长保，其结果是不但面包延长发酵时间、酵母量加大、组织体积反而更糟糕。
如加大山里糖醇 甘油 糖醇 糖 油 盐柠檬酸等、会严重抑制酵母发挥其作用，更会破坏其组织结构体积。如巨资设计的10万级别无菌环境车间并不能保证你的产品不发霉；简易设计的环境车间不一定就会产品发霉。原料性质：面粉 酵母 油脂 蛋品 乳品 改良剂 乳化剂 糖醇 水 盐 防腐剂 其他(中粮面包粉与新粮面包粉其吸水率等组织结构存在巨大不同)； 配方平衡 (625#水泥用在325#位置并不能起到坚固墙体)；工艺流程(卧式和面机与立式和面机作用面团的机理存在巨大不同，如果二者同时在工艺流程中应用要预算出其兼容的参数) ；焙烤程序(源于烤箱的方式：隧道炉 、平炉 、转炉三种烤炉的传递热方式比重不同 传导 对流 辐射~其烘烤挥发水分与美拉德结构迥异) ；冷却环境 (其控制点在于平方²与冷却产品的立方³与量兼顾冷却时间而非臭氧或除湿机，即便你设计动态杀菌系统也是枉然)；包装条件(包装因素主要是材质类~ppn ppc ppm与产品包装之前有效控制菌群量)是决定保质期的核心因素。
俗话说“十里不同风 百里不同俗”，同样是胃病、有浅表性胃炎 胃痉挛 胃炎；患者年龄不同 发病时间不同 程度不同必须是对症下药方可医治；如果全部设计喝吗丁啉或胃必治不见得根本有效。孙子兵法早就在春秋战国能因地制宜，现代人为了利益可以衍生出更多可以创造利润的工具~如酶制剂 内脂 磷脂 乳化膏 水饴 塔塔粉 吉士粉 海藻…加之对保质期无效，却增加了产品的附加成本。有病乱求医是中国特色的一个重要标志，这也就给这个浮躁的社会制造了更多通过洗脑与盲人摸象的二把刀人创造了赚钱的巨大漏洞。2016年梅雨季节时候有几个跨省的无菌化车间环境客户、产品持续发霉遭受了严重退货损失；有几个省客户却简易设计车间产品安然无恙~最后大家打来电话咨询内幕、答案是：方向错了在快的速度也徒劳
长保糕点的"长保"之门 ③
栅栏技术界定食品范畴防腐技术的路标，栅栏因子理论是德国食品专家Leistner博士在第二届亚太地区食品科技大会诠释“屏障效应理论和HACCP系统进行食品设计”的论文，提出一套系统科学控制食品保质期的理论。食品要达到可贮性与卫生安全性，其内部必须存在能够阻止食品所含腐败菌和病原菌生长繁殖的因子，这些因子通过临时和永久性打破微生物的内平衡，从而抑制微生物的致腐与产毒，保持食品品质。他把食品防腐的方法归结为以下八大因素：
①抑制初始菌量（hurdle factor)、
②低温抑菌(t)、
③高温灭菌(F)、
④降低水分活度(Aw)、
⑤调节酸值(pH)、
⑥降低氧化-
⑦还原电势(Eh)、
⑧添加防腐剂(Pres)
竞争性菌群及辐照等因子的作用称为栅栏因子。这些因子及其协同作用决定了食品微生物的稳定性，这就是栅栏效应。在实际生产中，运用不同的栅栏因子，科学合理的组合起来发挥其协同作用，从不同的侧面抑制引起食品腐败的微生物，形成对微生物的多靶攻击，从而改善食品品质，保证食品的卫生安全性。通过调节这些栅栏就可以对症下药、因地制宜的来控制有害微生物的存活状态。栅栏技术可以与HACCP质量管理规程联系起来使用 以便探究每个产品的最适合关键控制点。栅栏理论与技术将成为食品加工与保藏的重要指导依据。
面包蛋糕防腐体系中的消毒与灭菌
烘焙类食品在生产过程中，其原料在加工成型后经烤箱高温烘焙，基本达到商业无菌要求，但在冷却包装时，若车间内空气中含有诸多微生物，则这些微生物会附着在食品表面、再次污染烘焙食品。
这是影响食品安全性的一个重要因素。如何在加工过程中全面地控制微生物的生长繁殖也就成了食品生产管理工作中的一项长期的、重中之重的核心内容；而灭菌技术、杀菌技术及消毒技术是最大限度地减少微生物含量和降低食品腐败的必选手段。
令人遗憾的是：大部分的品控人员搞不清“消毒”、“灭菌”两个名词之间的差别。严格地讲，食品安全是一个系统工程，需要以上技术的组合使用、缺一不可，如果食品从业人员搞不清这两个名词的意义，可能也无法具体、有效的开展工作。了解食品生产过程中消毒、灭菌的区别有助于我们着实提高食品安全生产技术，有着极其重要的现实意义。
由于食品行业对此没有准确的解释，只有引用实验室所发布的定义，对易腐败变质的食品而言，我们认为：将食品中的细菌全部杀死的操作过程，包括病原和非病原微生物及细菌芽孢，使之完全无菌称之为“灭菌”；这里的“无菌”一般是指商业无菌，即食品经过适度灭菌后，不含有致病性微生物，也不含有在通常温度下能在其中繁殖的非致病性微生物，物料中的微生物状况符合标准的规定，且在保质期内保证不会超标，不是真正意义上的无菌。
“杀菌”基本概念为杀灭一定量的细菌，而不是杀灭全部细菌，这个过程通常被称为杀菌。就杀菌而言，杀菌率可以是50％，也可以是80％或者95％。杀菌的作用为，1、杀灭环境中的微生物，防止环境中的细菌二次污染食品而导致菌落超标；2、杀灭易保存食品中的细菌，使剩余的细菌在保质期内不会大量繁殖而引发食品变质。
从上述可知，消毒和灭菌都要求杀灭或去除食品生产过程中的微生物，只是杀灭或去除的目标微生物和程度不同，即消毒处理不一定都能达到灭菌要求，而灭菌一定可达到消毒的目的。两种工艺的选择主要根据：1、待处理物品的用途和危险程度区别对待，采用相配套的消毒或灭菌工艺；
2、由于灭菌与消毒处理的直接对象是待处理物品上被污染的微生物，随微生物种类、性状和抵抗力的不同，可供选择的消毒与灭菌方法也可有所不同；
3、在用灭菌与消毒方法杀灭或去除各种微生物的同时，也使被微生物污染的成品或半成品处于相同的消毒灭菌过程中，考虑同步配套使用灭菌与消毒方法，举个简单例子说明：
烘焙类食品在生产过程中，其原料在加工成型后经烤箱高温烘焙，基本达到商业无菌要求，下道工序为冷却后包装；如果车间内的空气卫生质量不佳、空气中含有诸多微生物，则这些微生物会附着在食品表面、再次污染烘焙食品，导致半成品的卫生质量不合格，从而导致食品的微生物含量超标。为防止烘焙食品在冷却和内包装环节遭受微生物的二次污染，可采用“动态空气消毒机”对车间内的空气进行消毒，保证食品安全。该消毒技术对车间消毒时，人可同时在车间内工作，对人体没有任何危害，同时使受控环境保持在“无菌无尘”标准。
目前，灭菌及消毒方法可分为物理法、化学法和生物法三大类。在消毒或灭菌的实施过程中，其效果会受到众多因素的影响，即消毒或灭菌方法本身需要加以控制自身内在因素及微生物、待处理物体和环境的外在因素。总而言之，只有理解“消毒”及“灭菌”之间既相似又有的二类概念，才能夯实食品安全生产的理论体系。
从AW（水活度）看糕饼食品防腐系统
活度定义为物质中水分含量的活性部分或者说自由水。它影响物质物理、机械、化学、微生物特性,这些包括流淌性、凝聚、内聚力和静态现象。
食品中的水可分为结合水和自由水两类，自由水能被微生物所利用, 结合水则不能。食品中水分含量，不能说提出了水分活性( 亦称水分活度,Water activity) 的概念。水活度是吸湿物质在很小的密闭容器内与周围空间达到平衡时的相对湿度，用0...1.0aw表示。水活性测量主要用在食品行业，常用来检测产品的保质期和质量。
G.N. Lewis 从平衡热力学定律严密地推导出物质活度的概念, 而Scott 首先将它应用于食品。水分活度的严格定义是: Aw=f/f0
式中: f 为溶剂的逸度( 逸度是溶剂从溶液逃脱的趋势) ; f0 为纯溶剂的逸度。
研究发现, 在低压( 例如室温) 下, Aw =P/P0 。此等式只有在溶液是理想溶液和存在热力学平衡的前提下才能成立。然而, 在食品体系一般不符合上述两个条件, 故在食品中用一个近似式表示, 即Aw≈P/P0 。另外, 还有Aw =ERH/100 的表示法。
式中: Aw 为水分活度, P 为食品中的水蒸气分压力; P0 为在相同情况下的纯水的蒸汽压; ERH 为平衡相对湿度(Equilibrium Relative Humidity), 即食品既不散湿也不吸湿时的大气相对湿度。Aw 与ERH 并不是一回事, 水分活性是样品固有的一种特性, 而平衡相对湿度是空气与样品中的水蒸气达到平衡时大气所具有的一种特性。
Aw 值对食品的营养、色泽、风味、质构以及食品的保藏性都有重要的影响。一般来说, 食品的水分活性越低, 其保藏期就越长, 但也有例外, 例如,如果脂肪中的水活性过低, 则会加快脂肪的酸败。因此, 食品中水分活性的测定具有重大意义。
水活性是药品和食品行业重要的参数。它指产品中自由水的量，是酶和微生物生长的基础数据。 水在产品中，比如食物，被限制在不同的成分中，如蛋白质、盐、糖。这些化学绑定的水是不影响微生物的。绑定的水分越多，能够蒸发的水汽就越少，所以产品里含水量多，并不等于它表面的水汽分压就一定高，平衡相对湿度就一定大，微生物就一定更活跃。水活性对产品稳定性影响很大（抵抗微生物，香味保持），对粉末结块、化学品稳定，物理特性如纸张尺寸等都有重要影响。
从水分活性定义很容易看出, 在预测食品的安全性和预测有关微生物生长、生化反应率及物理性质稳定性两方面, 水分活性是极其重要的。通过测定和控制食品的水分活性, 可以做到以下几点:
①预测哪种微生物是潜在的腐败和污染源;
②确保食品的化学稳定性;
③使非酶氧化反应和脂肪非酶氧化降到最小;
④ 延长酶的活性和食品中维生素;
⑤ 优化食品的物理性质, 如质构和货架期
①虽然在食物冻结后不能用水分活度来预测食物的安全性，但在未冻结时，食物的安全性确实与食物的水分活度有着密切的关系。水分活度是确定贮藏期限的一个重要因素。当温度、酸碱度和其他几个因素影响产品中的微生物快速生长的时候，水分活度可以说是控制腐败最重要的因素。总的趋势是，水分活度越小的食物越稳定，较少出现腐败变质现象。具体来说水分活度与食物的安全性的关系可从以下各个方面进行阐述：
②从微生物活动与食物水分活度的关系来看：各类微生物生长都需要一定的水分活度，换句话说，只有食物的水分活度大于某一临界值时，特定的微生物才能生长。一般说来，大多数细菌为0.94~0.99，大多数霉菌为0.80~0.94，大多数耐盐菌为0.75，耐干燥霉菌和耐高渗透压酵母为0.60~0.65。当水分活度低于0.60时，绝大多数微生物无法生长。
③从酶促反应与食物水分活度的关系来看：水分活度对酶促反应的影响是两个方面的综合，一方面影响酶促反应的底物的可移动性，另一方面影响酶的构象。食品体系中大多数的酶类物质在水分活度小于0.85 时，活性大幅度降低，如淀粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶等。
但也有一些酶例外，如酯酶在水分活度为0.3 甚至0.1 时也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解。
④从水分活度与非酶反应的关系来看：脂质氧化作用：在水分活度较低时食品中的水与氢过氧化物结合而使其不容易产生氧自由基而导致链氧化的结束，当水分活度大于0.4 水分活度的增加增大了食物中氧气的溶解。加速了氧化，而当水分活度大于0.8 反应物被稀释， 氧化作用降低。Maillard 反应：水分活度大于0.7 时底物被稀释。水解反应：水分是水解反应的反应物，所以随着水分活度的增大，水解反应的速度不断增大。
测定方法：至今仍没有通过放入食品内部而直接测定水分活性的装置, 水活度采用间接的方法来测定, 其步骤是将试样置于一个密闭的容器内, 待达到表观平衡( 试样恒重) 后测定容器内的压力或相对湿度。主要应用的检测方法和仪器有: 水分活度测定仪( 或被改进的新型水分活度自动检测仪) 、扩散法、溶剂萃取法、公式模拟法及冰点法。
传统的扩散法，是中国的国标方法。特点是精确度较高，但方法陈旧，耗时长，且操作复杂。国际上应用最广的是镜面冷凝露点仪器法，我国也在向国际标准看齐，近两年，也即将要出台的粮食水活度和药品水活度的仪器测定方法。新的水活度标准，采用现在应用最广的Aqualab镜面冷凝露点仪器法，在测量精确度和测量时间上将有很大的提高。精确度达到0.003，测定时间5min。这种仪器方法不但准确度和重复性更高，且操作简便且耗时短。将更适合于生产线上的过程控制，达到快速精确检测的目的。
水分活性(Aw) ：
水分活性是肉制品中的水的蒸汽压与相同温度下纯水的蒸汽压之比。当环境中的水分活性值较低时，微生物需要消耗更多的能量才能从基质中吸取水分。基质中的水分活性值降低至一定程度，微生物就不能生长。一般地，除嗜盐性细菌(其生长最低aw值为0.75)、某些球菌(如金黄色葡萄球菌，aw值为0.86)以外，大部分细菌生长的最低aw均大于0.94且最适aw均在0.995以上;酵母菌为中性菌，最低生长aw在0.88-0.94;霉菌生长的最低aw为0.74-0.94,aw在0.64以下任何霉菌都不能生长。
当人类以高糖、浓盐、重油浸透食品而延长食品时候，也许是最惬意自己的创造；但随之而来的是三高与糖、浓盐、重油的威胁与抵御。我们知道面包的含盐量超过1%、糖量超过20%、油脂超过20%，其发酵力非常缓慢、酵母菌延伸、繁殖变得非常困难，以下六个表显示了食物与微生物与水分活性存在的关系：食品中主要微生物类群生长的最低Aw值范围、食品的水分活度、水分较高的食品（水分活度高于0.85）、中等水分食品（水分活度在0.60~0.85之间）、微生物生长必需的最低水分活度、食品中水分活度与微生物生长。
看到这些以后，大家或者非常兴奋，如果把糕点、面包蛋糕、绿豆饼、焙烤烘焙食品的Aw控制在0.7以下、产品不就不发霉了吗？！想法非常好！问题是：当你一周内检验Aw、也许可以，但是你能保证两周后、或者一个月后蛋糕面包会保湿湿润、柔软富有弹性吗？产品发干掉渣、氧化、褪色、风味变异、水分逃逸...
糕点烘焙产品说它是系统工程，这里除了防腐长保质期是食品防腐系统工程，更主要的是蛋糕、面包、绿豆饼等糕点产品：不发霉、难道不发干吗？这就需要乳化技术；不发霉、难道不氧化吗？这就需要协同抗氧化技术？若桃酥、饼干产品，是不发霉，但是他会发干、变硬、掉渣、哈喇味、褪色...所以、我们的防腐技术更多延伸包涵：乳化技术、抗氧化技术、保湿保险技术等的协作系统食品工程。
我们要做的就是知道：
①原料水分：
湿性原料-水100%，蛋75%，奶85%，山梨糖醇25%，35%甘油，其它液体糖醇10-30%（果葡糖浆、麦芽糖浆、饴糖、转化糖浆等），55%酒（啤酒、红酒、白酒），10-15%馅料，12%面粉，含水黄油5-10%等。
②配方含水：
蛋糕、面包、馍片、麻花、月饼-配方含水量百分比%。
③冷却水分：
烘烤、油炸、蒸制后冷却挥发逃逸水分（逃逸水分8-13%）
④乳化技术：
下面文章部分。使用何种乳化剂协作，最终可以既让产品一个季度柔软（保湿、锁住成品后水分、使其长期达到0.75Aw阈值范围）：HIB＋糖醇＋保湿甘油。糖醇与甘油必须控制在合理投料标准，否则会抑制酵母菌、乳酸菌等发酵；更主要的是糖醇超量会导致配方不平衡，人体会食之腹泻、甘油纯度不够会发苦发涩等诸多因素。
在baking糕点中、往往会导入要么防腐技术，要么抗氧化技术；实际上防腐与抗氧化要结合协作食品系统工程，才可有效；单独防腐或者氧化都是孤立片面的手段。
食品防腐：通过食品防霉手段；来抑制、杀死食品中微生物的繁殖；防止食品霉变。
食品抗氧化：阻止或延缓食品氧化变质、提高食品稳定性和延长贮存期的食品添加剂或者氧化手段。
baking糕点、糕饼食品防腐与抗氧化体系：
①食材原料
②配方设计
③工艺流程
④焙烤方式
⑤冷却包装
⑥5＋系统防腐工程细节控制点
关于baking防腐技术:它的轮廓构架
①抑制初始菌量（hurdle factor)、
②低温抑菌(t)、
③高温灭菌(F)、
④降低水分活度(Aw)、
⑤调节酸值(pH)、
⑥降低氧化-
⑦还原电势(Eh)、
⑧添加防腐剂(Pres)
抗氧化工程：
一：合成抗氧化
最常用的食品抗氧化剂是酚类物质。抗氧化剂中的BHA（丁基羟基茴香醚）、BHT（二丁基羟基甲苯）、PG（没食子酸丙酯）、TBHQ（特丁基对苯二酚）和生育酚五种是国际上广泛使用的抗氧化剂，它们可以单独使用或与柠檬酸，抗坏血酸等酸性增效剂复合使用，可满足大部分食品制品的需要。抗氧化剂一般都是直接添加到脂肪和油中，也可以使用喷雾的方法来添加抗氧化剂，比如把抗氧化剂溶解后喷在食品上。TBHQ（特丁基对苯二酚）和BHT（二丁基羟基甲苯）属于人工合成抗氧化剂，在国家规定的使用范围和剂量内使用时安全可靠的。
二：天然抗氧化
茶多酚、vc、ve、甲壳素和壳聚糖衍生物、海藻多糖、辅酶Q10、苹果多酚、柠檬酸、抗坏血酸棕榈酸酯、抗坏血酸钙、硫代二丙酸月桂酯、乙氧喹、卵磷脂、偏亚硫酸酯、抗坏血酸硬脂酸酯、氯化亚锡、没食子酸戊酯等作为抗氧化剂。
防腐剂只是防腐系统中的一个超控点：
天然防腐剂：
乳酸链球菌素、纳他霉素、山梨酸酯、聚赖氨酸、壳聚糖、鱼精蛋白、溶菌酶、发酵法丙酸、曲酸、单辛酸甘油酯、大蒜素、柠檬酸、丙三醇＋山梨糖醇、油脂＋糖、维生素c＋维生素e＋果酸＋柠檬酸、食品级酒精＋纳他霉素、昆虫抗菌肽、对羟基苯甲酸酯衍生物。
中国焙烤食品工匠杜德春-继日本德国后、真正崛起的中国本土实力派糕饼资深工匠。