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在焙烤食品行業中素有“三分做，七分火”之說。
所謂“火”即火候，指烘烤設備的性能、操作時的烘烤溫度、時間和烤室中濕度等因素。只有這些條件都配合得當，才能烤出品質優良的蛋糕制品。所以，了解蛋糕的烘烤原理及烘烤過程對掌握好“火候”是十分重要的。
將蛋糕面糊澆注進烤模送入烤爐后，烤室中熱的作用改變了蛋糕面糊的理化性質，使原來可流動的黏稠狀乳化液轉變成具有固定組織結構的固相凝膠體，蛋糕內部組織形成多孔洞的瓤狀結構，使蛋糕松軟而有一定彈性；而面糊外表皮層在烘烤高溫下，糖類發生棕黃色和焦糖化反應，顏色逐漸加深，形成悅目的黃褐色澤，散發出蛋糕特有的香味。
由于蛋糕面糊體積較大、較厚，且呈可流動黏稠的糊狀，在烘烤過程中，僅可以看到體積脹發定型、脫水和上色這3個階段，這3個階段幾乎在同一時間內完成，并且很難區分開。所以，蛋糕的烘烤過程可按蛋糕面糊溫度上升情況，分成初期、中期和后期3個階段。
1．烘烤的初期階段。在烘烤過程中，當奶油蛋糕面糊的溫度上升至37—40℃時，其乳狀液有較大變化（在這一溫度范圍內，海綿蛋糕面糊沒有發生什么變化），其中的天然奶油、人造奶油和起酥油等脂肪在溫度發生變化時，固體脂肪指數百分比也發生變化。如溫度逐漸升高，它們的固體脂肪指數百分比會隨之減少。當奶油蛋糕面糊的溫度上升到37—40℃時，其乳狀液會發生以下3種變化：
（1）不規則形狀的脂肪晶粒熔化，卷縮聚集形成許多細小的球形油滴。
（2）從原來以脂肪為連續相、水為分散相和油包水（W／O）型的乳狀液轉變成以水為連續相、脂肪為分散相、水包油（O／W）型的乳狀液。
（3）細小的空氣泡從油相轉移到水相。調制奶油蛋糕面糊的標準溫度一般在20—22℃，這時空氣泡被包圍在脂肪相中。當溫度上升至35—37℃時，脂肪熔化聚集成細小的油滴，空氣泡離開油相而進入水相。在此過程中，空氣泡發生破裂的情況不多。這是因為雞蛋蛋黃中的脂蛋白，如同乳化劑一樣能在空氣界面間起保護作用，使泡沫趨于穩定之故。
2．烘烤的中期階段。烘烤的中期階段，是指蛋糕面糊的溫度從初期階段一直到面糊發生凝固之前這一溫度段，大體上是在40—70℃之間，或者更高一些（視面糊中砂糖用量而異）。在烘烤的中期階段，蛋糕面糊仍舊是乳狀液體狀態，脂肪被熔化成細小的油滴，空氣泡和其他的固物料，都被分散包圍留在連續的水相中，變化不大。但空氣泡的直徑增大，引起整個蛋糕面糊體積膨脹，面糊發生對流，出現自身流動現象。
在烘烤過程中，由于熱的作用使蛋糕面糊的溫度逐漸升高，其中所包含空氣泡的直徑也隨溫度的升高而增大。使空氣泡直徑增大的主要原因是部分水分受熱之后所形成的蒸氣進入蛋糕面糊中原有的空氣泡中，以原有的空氣泡為基礎，增加了空氣泡中的壓力，使空氣泡的直徑進一步增大。另外，還有化學疏松劑的受熱分解所產生的二氧化碳等氣體也可能形成新的空氣泡。
據資料介紹，不添加化學疏松劑的奶油蛋糕面糊中原有的空氣泡自身的熱膨脹，在經過烘烤后的奶油蛋糕的總膨脹率中蛋糕面糊僅占7％—8％，而另外的92％—93％的熱膨脹率則是水蒸氣進入到原有的空氣泡中增大了壓力而形成的。將奶油蛋糕面糊中的空氣全部排除，再進行烘烤，則水蒸氣失去作為基礎的空氣泡，蛋糕根本不會膨脹。
即使在這個沒有空氣泡的蛋糕面糊中添加化學疏松劑，烘烤之后雖然蛋糕體積也會膨脹增大，但內部孔洞大且粗，制品品質低劣。由此可見，蛋糕面糊中原有的空氣泡對蛋糕的體積膨脹增大和品質的優良與否起著關鍵的作用。在烘烤時，蛋糕面糊中直徑大的空氣泡容易發生合并上浮破裂而消失，空氣泡直徑越大越易上浮破裂。因此，蛋糕面糊中空氣泡直徑越小，數量越多越好，而化學疏松劑只是起輔助蛋糕體積增大的作用。
蛋糕面糊是一種黏稠的乳狀液，在澆注入模成型時體積一般都較大而且厚。烘烤時由于上表層直接受到輻射熱，溫度上升較快，使上表層面糊首先凝結成一層固態皮膜。因皮膜的溫度高于其下方蛋糕面糊的溫度，在皮膜與面糊之間蒸發層的熱量被不斷地逼向內層面糊，使面糊內的水分逐層吸熱變成水蒸氣。而皮膜層阻止了水蒸氣的揮發，致使水蒸氣留在蛋糕體內，將蛋糕體積撐大。
蛋糕底面與周邊由于有烤模存在，受熱開始時，這些部位的面糊與上表層面糊的受熱情況略有不同。面糊剛入模時，爐內輻射熱被烤模阻擋而使其溫度要比上表層低些，這時此處的面糊還未凝結且能流動。但是，其相對密度因受熱膨脹而降低，其黏度也隨之減少，這時的面糊就會與內層面糊產生對流，熱面糊上升，冷面糊（內層面糊）下降。當烤模溫度上升至能使面糊凝結時，熱傳遞就與上表層加熱的情形相似了。
3．烘烤的后期階段。烘烤的后期階段是指蛋糕面糊的溫度已達到面糊凝固、體積膨脹停止，制品內部形成膨松固定的糕瓤結構，外表層在高溫烘烤下產生棕黃色，直至變熟。
蛋糕面糊在烤爐中烘烤時，可以從烤爐視孔觀察到面糊體積膨脹。當膨脹停止時即可發現有較多水蒸氣從爐門縫隙處泄出，此時中心部位的面糊已凝固生成蛋糕結構，但硬度尚不足。若此時取出蛋糕，或蛋糕發生碰撞，會因其抵擋不住蛋糕上層的重量而引起坍塌，嚴重影響制品品質。
蛋糕表層色澤由淺黃逐漸加熱變成棕黃色，這種變化一般稱之為“上色”。在上色的同時也產生了一種特殊的香味。“上色”是糖的羥基化合物與蛋白質中的氨基化合物在較高的溫度下產生的反應所形成的。蛋糕表層上色以棕黃色反應為主，但在更高的溫度下烘烤，配方中的糖本身也會產生焦糖化反應，在形成黑褐色的同時，也伴有一定的焦糖香味產生，且略帶有苦味。這時若再繼續烘烤，面粉等原料將炭化形成黑色，即為烘烤過度，應盡量避免這種情況的發生。
糖類中砂糖不易上色，葡萄糖、蜂蜜和飴糖等則較容易上色。雞蛋中含有少量葡萄糖，面粉中含有少量阿拉伯糖、木糖等戊糖也很容易上色。面粉和雞蛋的蛋白質也能與糖類起棕黃色反應。棕黃色反應在常溫下也能緩慢進行，但反應程度有限。溫度每上升10℃，其反應速率便可增加3—5倍。當表層溫度在150℃以上，棕黃色反應進行得最激烈，在200℃以下焦糖化反應加快。
在烘烤的后期階段，由于蛋糕面糊自身流動停止，蛋糕表面直接處于烘烤高溫下，表層水分很快蒸發，其失水速度大于內層水分向表面移動補充的速度。隨著烘烤時間的延長，干燥的表層逐漸加厚，因而阻礙了內層的水分通過表層向外蒸發，使蛋糕外表層的溫度接近烘烤溫度，蛋糕上色速度快。所以，在烘烤的后期階段，應密切注意上色適度與否，以求制品色澤基本一致。
