低脂巧克力配方優(yōu)化

宋雯雯，馬其浩，孟祥娟，馮思思，梁彬*，孫嬋嬋，姬長建

（1.魯東大學(xué) 食品工程學(xué)院，山東 煙臺 264025；2.煙臺大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，山東 煙臺 264005；3.齊魯師范學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，山東 濟南 250200）

巧克力富含類黃酮和抗氧化化合物，以可可脂、可可液塊和糖為主要原料制成[1]，能為人體提供碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和礦物質(zhì)元素，既適合處于生長發(fā)育階段的青少年，也適合需要進行能量補充的運動員、勞動者或身體虛弱的病人[2]。研究表明，巧克力中的抗氧化成分的含量與可可含量呈正比，可可含量越高，抗氧化能力越強[3-5]。因此，巧克力具有降低心血管疾病發(fā)生率、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、預(yù)防癌癥和心臟病的功效[6-9]。

然而，傳統(tǒng)巧克力以可可脂為主要原料，具有更高熱量（約500 kcal/100 g）[10]。食用高熱量食物容易引發(fā)糖尿病、心血管疾病、肥胖等問題[1]，因此研發(fā)符合消費者追求的低脂巧克力產(chǎn)品成為一種創(chuàng)新的趨勢。目前，生產(chǎn)低脂產(chǎn)品的方法主要是利用可可脂乳劑[11]、油凝膠[12-13]、水凝膠[14]、多糖和蛋白質(zhì)為基質(zhì)[15-17]，制備脂肪模擬物來部分或完全取代脂肪。由于巧克力中的主要脂肪來源于可可脂，其它成分（乳脂和乳化劑）對巧克力脂肪含量的貢獻很小[12]，所以可以從降低可可脂含量入手，生產(chǎn)低脂巧克力。本文用脂肪取代比（即脂肪模擬物的含量占可可脂的比例）來表示不同低脂巧克力的脂肪含量。

豌豆蛋白是膳食中優(yōu)質(zhì)植物蛋白的重要來源，營養(yǎng)價值相對較高，且具有低致敏原性[18]。有研究表明豌豆蛋白及其水解物對人體健康有益處，具有抗氧化[19]、降血壓[20]、降低膽固醇[21]和調(diào)節(jié)腸道細菌活性的作用[22]。

基于此，本文以豌豆蛋白和黃原膠復(fù)配的方法制備脂肪模擬物，部分取代巧克力中的可可脂，生產(chǎn)低脂巧克力。通過單因素試驗和響應(yīng)面試驗，以感官評價、質(zhì)構(gòu)特性、理化指標(biāo)為依據(jù)，優(yōu)化低脂巧克力的最優(yōu)配方，以期為低脂巧克力的研發(fā)與生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

可可液塊：浙江啟利興光可可制品有限公司；可可脂：華東可可食品（興化）有限公司；糖粉：東莞市寶象食品有限公司；純牛奶：蘭州伊利乳業(yè)有限責(zé)任公司；豌豆蛋白粉：江蘇鑫瑞生物科技有限公司；黃原膠：健隆生物科技股份有限公司；大豆卵磷脂：河南新百維食品科技有限公司；單、雙甘油脂肪酸酯：鄭州大河食品科技有限公司；聚甘油蓖麻醇酯：盛達生物科技有限公司；阿斯巴甜：河南萬邦化工科技有限公司；巧克力：市售。

1.2 儀器與設(shè)備

恒溫水浴磁力攪拌機（JC-78-1）、電熱恒溫干燥箱（DHL-1004）：龍口市先科儀器公司；乳化均質(zhì)機（JRJ300-SH）：上海標(biāo)本模型廠；色差計（CR-400）：柯盛行（杭州）儀器有限公司；質(zhì)構(gòu)儀（CT3 10K）：美國Brookfield 公司；糖度計（CAL-1）：日本ATAGO 公司；pH 計（testo 205）：德國Testo AG 公司；旋轉(zhuǎn)式粘度計（NDJ-5S）：上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司；電子天平（ATY224）：日本SHIMADZU 公司；精磨機（LSBL0.75）：常州勵岸寶機械設(shè)備科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 脂肪模擬物的制備

稱取9 g 豌豆蛋白粉，配制300 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的豌豆蛋白溶液于500 mL 燒杯中，置于50 ℃水浴磁力攪拌機中加熱攪拌，使豌豆蛋白粉溶解均勻。稱量1.2 g 黃原膠，多次緩慢加入豌豆蛋白溶液中，邊加邊攪拌，待溶解完全后，經(jīng)高速乳化剪切機均質(zhì)，6 000 r/min均質(zhì)6 min，使溶液分布均勻，同時使蛋白質(zhì)微?；杉毿☆w粒，最后得到乳狀的脂肪模擬物。

1.3.2 低脂巧克力工藝流程

可可脂、脂肪模擬物和食品添加劑在55 ℃水浴加熱→加入可可液塊融化→依次加入糖粉、純牛奶混合均勻→快速攪拌→精磨→調(diào)溫→注模→振動→冷卻→脫?！善贰?/p>

1.3.3 低脂巧克力的制備

制備40 g 低脂巧克力的基礎(chǔ)配方為可可液塊20 g、可可脂8 g、脂肪模擬物2 g、糖粉9 g、純牛奶1 g、大豆卵磷脂0.15 g、聚甘油蓖麻醇酯0.1 g、聚甘油脂肪酸酯0.1 g、阿斯巴甜0.2 g。

原料預(yù)處理：在55 ℃條件下水浴加熱可可脂和脂肪模擬物，溶化后加入可可液塊繼續(xù)攪拌，得到可可原漿，少量多次加入糖粉混合均勻后加入純牛奶，期間不斷攪拌保證各組分均勻分布。

精磨：將料液溫度降至45 ℃左右，用精磨機精磨8 h，得到絲滑的巧克力漿料。

調(diào)溫：將漿料加熱升溫至55 ℃，放入冰水浴中冷卻，并不斷攪拌。待溫度達到35 ℃時，從冰水中取出，繼續(xù)攪拌，使溫度達到29 ℃。繼續(xù)冷卻至27 ℃左右，再加熱升高溫度至32 ℃。多次進行27 ℃冷卻和32 ℃加熱的操作，得到絲滑的巧克力漿料即可。

注模：將29 ℃的巧克力漿料倒入恒溫潔凈的模具中，振動排出漿料中的空氣。

冷卻：靜置30 min 左右，使巧克力溫度降至室溫后，置于冷藏室約5 min，待其凝固成型后，即可脫模。

1.3.4 單因素試驗

按照方法1.3.2 的工藝流程制備低脂巧克力，以感官評分為依據(jù)，確定低脂巧克力的最優(yōu)配方，其他指標(biāo)用來分析感官結(jié)果。根據(jù)預(yù)試驗，考察脂肪取代比（10%、20%、30%、40%、50%）、糖粉添加量（17.5%、22.5%、27.5%、32.5%、37.5%）、純牛奶添加量（1.25%、2.50%、3.75%、5.00%、6.25%） 對低脂巧克力感官評分的影響。

1.3.5 響應(yīng)面優(yōu)化試驗

根據(jù)單因素的試驗結(jié)果，利用Design-Expert 10.0軟件的Box-Behnken 試驗設(shè)計與分析進行三因素三水平響應(yīng)面試驗，以感官評分為響應(yīng)值，優(yōu)化低脂巧克力的最優(yōu)配方。響應(yīng)面試驗因素與水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface test

1.3.6 指標(biāo)的測定

1.3.6.1 感官評價

邀請10 名不同年齡段的老師和學(xué)生組成評價小組，以色澤、組織、形態(tài)、氣味及口感五方面為主要指標(biāo)[23]，進行評分，具體標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 巧克力感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria of chocolate

1.3.6.2 質(zhì)構(gòu)特性測定

使用質(zhì)構(gòu)儀進行全質(zhì)構(gòu)分析（texture profile analysis，TPA），檢測指標(biāo)有硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性。采用TA3/100 探頭進行TPA 質(zhì)構(gòu)分析，測試速率為0.5 mm/s，測前、測后速率均為0.5 mm/s；停留時間：5 s，試樣制成長15 mm、寬15 mm、厚5 mm 的長方體。數(shù)據(jù)頻率10 Hz，觸發(fā)點負(fù)載5 g，每組重復(fù)測量3 次，取平均值[24-25]。

1.3.6.3 色澤的測定

使用色差計測定巧克力的L*、a*、b*、ΔE*，要求被測部分的巧克力表面光滑、平坦，重復(fù)3 次[24，26]。

1.3.6.4 可溶性固形物含量的測定

取等量樣品加入適量蒸餾水后隔水溶化，滴在糖度計上進行測試，讀數(shù)過程保持每組測試溫度一致，重復(fù)3 次。

1.3.6.5 水分含量測定

稱取巧克力樣品3 g（精確至0.000 1 g），置于稱量瓶中，稱量后放入101～105 ℃烘箱內(nèi)，干燥8～10 h 后，取出放入干燥器內(nèi)冷卻0.5 h，稱量。然后再放入101～105 ℃干燥箱中干燥1 h，取出，放入干燥器內(nèi)冷卻0.5 h后再稱量。并重復(fù)以上操作至前后兩次質(zhì)量差不超過2 mg，即為恒重[27-28]，水分含量計算公式如下。

式中：X 為試樣中水分含量，%；m1為稱量瓶和試樣的質(zhì)量，g；m2為稱量瓶和試樣干燥后的質(zhì)量，g；m3為稱量瓶的質(zhì)量，g；100 為單位換算系數(shù)。

1.3.6.6 pH 值和黏度的測定

使用pH 計，取一定量巧克力樣品加入燒杯中，用水浴鍋將巧克力樣品融化，在36 ℃時進行測量，重復(fù)3 次；用40 ℃水浴鍋將巧克力樣品融化，使用3 號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為12 r/min，測量同一溫度下的黏度值[27，29]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用OriginPro 2021 軟件作圖；采用Design-Expert 10.0 進行響應(yīng)面結(jié)果分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 脂肪取代比對低脂巧克力品質(zhì)的影響

脂肪取代比對低脂巧克力品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 脂肪取代比對低脂巧克力品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of fat replacement ratio on the quality of low-fat chocolate

由圖1A、圖1B 可知，當(dāng)脂肪取代比在10%～30%時，產(chǎn)品的色澤、氣味、形態(tài)評分相近，有純正的可可香氣，表面光滑，色澤均勻一致，所以感官評分較高；當(dāng)脂肪取代比超過30%，產(chǎn)品出現(xiàn)明顯的氣孔，且有油脂分離的情況，色澤呈褐色，口感粗糙，香氣不純，伴有豆腥味，總體感官較差。進一步質(zhì)構(gòu)分析，由圖1C 可知，當(dāng)脂肪取代比為30%時，其硬度較高，彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性達到峰值。色差計測得的L* 主要反映出巧克力的亮度，由圖1D 可知，隨著脂肪取代比增大，亮度數(shù)值逐漸增大，數(shù)值越小越偏向于黑色，而黑巧克力顏色越深說明質(zhì)量越好，脂肪取代比較小時，亮度值接近。因此，選擇脂肪取代比20%、30%、40%進行響應(yīng)面試驗。

2.1.2 糖粉添加量對低脂巧克力品質(zhì)的影響

糖粉添加量對低脂巧克力品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 糖粉添加量對低脂巧克力品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of sugar powder addition on the quality of low-fat chocolate

由圖2A、圖2B 可知，當(dāng)糖粉添加量為27.5%時，巧克力甜度適中、口感絲滑，有獨特的可可香氣，感官評分最高。當(dāng)糖粉添加量小于22.5%時，巧克力軟硬適中，無氣孔，無異味，但是味道較苦，且回味發(fā)酸；當(dāng)糖粉添加量大于32.5%時，產(chǎn)品出現(xiàn)氣孔和油脂分離的情況，且出現(xiàn)砂粒感，雖然口感較甜，但是總體感官較差。由圖2C 可知，糖粉添加量對巧克力彈性和內(nèi)聚性變化不明顯。由圖2D 可知，糖粉對巧克力亮度無明顯影響。綜合考慮，選擇糖粉添加量為22.5%、27.5%、32.5%進行響應(yīng)面試驗。

2.1.3 純牛奶添加量對低脂巧克力品質(zhì)的影響

純牛奶添加量對低脂巧克力品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 純牛奶添加量對低脂巧克力品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of pure milk addition on the quality of low-fat chocolate

由圖3A、圖3B 可知，當(dāng)純牛奶添加量為2.50%時，巧克力軟硬適中、口感絲滑、入口即化，且無起霜、氣孔等現(xiàn)象，感官評分最高；當(dāng)純牛奶添加量為1.25%時，巧克力質(zhì)地硬脆，入口有輕微砂粒感；當(dāng)加入純牛奶超過3.75%時，由于純牛奶中有水分，巧克力會出現(xiàn)油脂分離的情況，質(zhì)地變黏稠，口感較差。由圖3C 可知，純牛奶添加量對巧克力的彈性和內(nèi)聚性無明顯影響。由圖3D 可知，純牛奶添加量對巧克力亮度無明顯差異。綜合考慮，選擇純牛奶添加量為1.25%、2.50%、3.75%進行響應(yīng)面試驗。

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

2.2.1 模型的建立及顯著性檢驗

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，以感官評分（Y）為響應(yīng)值，將脂肪取代比（A）、糖粉添加量（B）、純牛奶添加量（C）作為考察因素，試驗結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計與結(jié)果Table 3 Response surface optimization test design and results

利用Design Expert 10.0 軟件對表3 的試驗結(jié)果進行回歸方程擬合，得到A（脂肪取代比）、B（糖粉添加量）、C（純牛奶添加量）3 個因素與Y（感官評分）之間的回歸方程為Y=83.48-3.07A-0.14B+0.24C-0.2AC-0.13BC-2.38A2+1.8B2-2C2。

對上述回歸方程進行方差分析，結(jié)果見表4。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model

由表4 可知，所建立的模型P=0.000 3＜0.01，說明模型極顯著；失擬項P=0.282 4＞0.05，不顯著，說明回歸方程與實際情況擬合程度較好，模型具有較高可靠性；一次項A 對感官評分的影響極顯著（P＜0.01）；二次項中，A2、B2、C2對感官評分的影響均為極顯著（P＜0.01）。由F 值可知，3 個因素對低脂巧克力感官影響的主次順序為A＞C＞B，即脂肪取代比＞純牛奶添加量＞糖粉添加量。

2.2.2 各因素交互作用分析

利用Design-Expect 10.0 軟件，得出各因素交互作用對低脂巧克力感官評分影響的響應(yīng)面和等高線見圖4～圖6。

圖4 脂肪取代比與糖粉添加量的交互作用Fig.4 Interaction between fat replacement ratio and sugar powder addition

響應(yīng)面曲線的陡峭程度能夠反映出各因素對低脂巧克力感官評分的影響，曲面弧度變化越陡峭，說明該因素對感官評分的影響越大，反之影響不敏感[30]。由圖4 可知，在糖粉添加量不變時，感官評分隨著脂肪取代比的增大而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)脂肪取代比不變時，感官評分隨著糖粉添加量的增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。

由圖5 可知，當(dāng)脂肪取代比不變時，隨著純牛奶添加量的增大，感官評分呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)純牛奶添加量不變時，感官評分隨著脂肪取代比的增大，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

圖5 脂肪取代比與純牛奶添加量的交互作用Fig.5 Interaction between fat replacement ratio and pure milk addition

由圖6 可知，當(dāng)純牛奶添加量不變時，感官評分隨著糖粉添加量的增加而呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，當(dāng)糖粉添加量不變時，感官評分隨著牛奶添加量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

圖6 糖粉添加量與純牛奶添加量的交互作用Fig.6 Interaction between sugar powder addition and pure milk addition

2.2.3 最佳條件的確定及驗證試驗

通過Design Expert 10.0 軟件進行配方的優(yōu)化，得到低脂巧克力的最佳工藝條件為脂肪取代比23.471%、糖粉添加量22.5%、純牛奶添加量2.65%，此時感官評分為86.439 5。

根據(jù)得到的優(yōu)化后的最佳配方，進行3 次驗證性試驗，得到低脂巧克力的感官評分平均值為86.6，與軟件預(yù)測值非常相近，證明采用響應(yīng)面優(yōu)化低脂巧克力的回歸方程擬合良好，獲得的優(yōu)化工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠。

2.3 與市售產(chǎn)品品質(zhì)比較

優(yōu)化后的低脂巧克力與市售的巧克力進行質(zhì)構(gòu)特性和色澤結(jié)果的分析比較，結(jié)果見表5 和表6。

表5 產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性測定結(jié)果Table 5 Test results of product quality and structure characteristics

表6 產(chǎn)品的色差測定結(jié)果Table 6 Test results of product color difference measurement

由表6 可知，按照上述工藝條件生產(chǎn)的低脂巧克力的彈性、內(nèi)聚性和色差與市售巧克力無明顯差異，但是硬度和咀嚼性不足。

2.4 指標(biāo)測定結(jié)果

低脂巧克力水分含量為8.57%、可溶性固形物含量為6.1%、pH 值為4.57、黏度值6 291.11 mPa·s。

3 結(jié)論

通過單因素和響應(yīng)面試驗，以巧克力的感官評分為指標(biāo)，得到低脂巧克力的最佳配方為可可液塊添加量50%、可可脂添加量25%（脂肪取代比23.471%）、糖粉添加量22.5%、純牛奶添加量2.65%。對最佳工藝參數(shù)進行驗證試驗，得到的巧克力感官評分與軟件預(yù)測值接近，且有純正的可可香氣、表面光滑、色澤均勻一致、軟硬適中、口感絲滑，符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為低脂巧克力的進一步研究提供參考依據(jù)。