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）