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        低脂巧克力配方優(yōu)化

        2023-11-20 07:34:12宋雯雯馬其浩孟祥娟馮思思梁彬孫嬋嬋姬長建
        食品研究與開發(fā) 2023年22期
        關(guān)鍵詞:低脂糖粉純牛奶

        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(tái) 264025;2.煙臺(tái)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,山東 煙臺(tái) 264005;3.齊魯師范學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院,山東 濟(jì)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(jìn)行能量補(bǔ)充的運(yùn)動(dòng)員、勞動(dòng)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(qiáng)[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(fèi)者追求的低脂巧克力產(chǎn)品成為一種創(chuàng)新的趨勢(shì)。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(duì)巧克力脂肪含量的貢獻(xiàn)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(jià)值相對(duì)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(duì)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(xì)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(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn),以感官評(píng)價(jià)、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(dá)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(jī)(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(jī)(JRJ300-SH):上海標(biāo)本模型廠;色差計(jì)(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(jì)(CAL-1):日本ATAGO 公司;pH 計(jì)(testo 205):德國Testo AG 公司;旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)(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(jī)(LSBL0.75):常州勵(lì)岸寶機(jī)械設(shè)備科技有限公司。

        1.3 試驗(yàn)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(jī)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(jī)均質(zhì),6 000 r/min均質(zhì)6 min,使溶液分布均勻,同時(shí)使蛋白質(zhì)微?;杉?xì)小顆粒,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?!駝?dòng)→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(jī)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(dá)到35 ℃時(shí),從冰水中取出,繼續(xù)攪拌,使溫度達(dá)到29 ℃。繼續(xù)冷卻至27 ℃左右,再加熱升高溫度至32 ℃。多次進(jìn)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(dòng)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(yàn)

        按照方法1.3.2 的工藝流程制備低脂巧克力,以感官評(píng)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(yàn),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(duì)低脂巧克力感官評(píng)分的影響。

        1.3.5 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

        根據(jù)單因素的試驗(yàn)結(jié)果,利用Design-Expert 10.0軟件的Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn),以感官評(píng)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(yàn)因素與水平見表1。

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

        1.3.6 指標(biāo)的測(cè)定

        1.3.6.1 感官評(píng)價(jià)

        邀請(qǐng)10 名不同年齡段的老師和學(xué)生組成評(píng)價(jià)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(jìn)行評(píng)分,具體標(biāo)準(zhǔn)見表2。

        表2 巧克力感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria of chocolate

        1.3.6.2 質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定

        使用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)分析(texture profile analysis,TPA),檢測(cè)指標(biāo)有硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性。采用TA3/100 探頭進(jìn)行TPA 質(zhì)構(gòu)分析,測(cè)試速率為0.5 mm/s,測(cè)前、測(cè)后速率均為0.5 mm/s;停留時(shí)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(diǎn)負(fù)載5 g,每組重復(fù)測(cè)量3 次,取平均值[24-25]。

        1.3.6.3 色澤的測(cè)定

        使用色差計(jì)測(cè)定巧克力的L*、a*、b*、ΔE*,要求被測(cè)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(cè)定

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

        1.3.6.5 水分含量測(cè)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(jì)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(cè)定

        使用pH 計(jì),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(shí)進(jìn)行測(cè)量,重復(fù)3 次;用40 ℃水浴鍋將巧克力樣品融化,使用3 號(hào)轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速為12 r/min,測(cè)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(jìn)行響應(yīng)面結(jié)果分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1.1 脂肪取代比對(duì)低脂巧克力品質(zhì)的影響

        脂肪取代比對(duì)低脂巧克力品質(zhì)的影響見圖1。

        圖1 脂肪取代比對(duì)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(shí),產(chǎn)品的色澤、氣味、形態(tài)評(píng)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(píng)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(jìn)一步質(zhì)構(gòu)分析,由圖1C 可知,當(dāng)脂肪取代比為30%時(shí),其硬度較高,彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性達(dá)到峰值。色差計(jì)測(cè)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(shí),亮度值接近。因此,選擇脂肪取代比20%、30%、40%進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

        2.1.2 糖粉添加量對(duì)低脂巧克力品質(zhì)的影響

        糖粉添加量對(duì)低脂巧克力品質(zhì)的影響見圖2。

        圖2 糖粉添加量對(duì)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(shí),巧克力甜度適中、口感絲滑,有獨(dú)特的可可香氣,感官評(píng)分最高。當(dāng)糖粉添加量小于22.5%時(shí),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(shí),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(duì)巧克力彈性和內(nèi)聚性變化不明顯。由圖2D 可知,糖粉對(duì)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(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

        2.1.3 純牛奶添加量對(duì)低脂巧克力品質(zhì)的影響

        純牛奶添加量對(duì)低脂巧克力品質(zhì)的影響見圖3。

        圖3 純牛奶添加量對(duì)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(shí),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(píng)分最高;當(dāng)純牛奶添加量為1.25%時(shí),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(shí),由于純牛奶中有水分,巧克力會(huì)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(duì)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(duì)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(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

        2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.2.1 模型的建立及顯著性檢驗(yàn)

        在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,以感官評(píng)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(yàn)結(jié)果見表3。

        表3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 3 Response surface optimization test design and results

        利用Design Expert 10.0 軟件對(duì)表3 的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(gè)因素與Y(感官評(píng)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(duì)上述回歸方程進(jìn)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(xiàng)P=0.282 4>0.05,不顯著,說明回歸方程與實(shí)際情況擬合程度較好,模型具有較高可靠性;一次項(xiàng)A 對(duì)感官評(píng)分的影響極顯著(P<0.01);二次項(xiàng)中,A2、B2、C2對(duì)感官評(píng)分的影響均為極顯著(P<0.01)。由F 值可知,3 個(gè)因素對(duì)低脂巧克力感官影響的主次順序?yàn)锳>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(duì)低脂巧克力感官評(píng)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(duì)低脂巧克力感官評(píng)分的影響,曲面弧度變化越陡峭,說明該因素對(duì)感官評(píng)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(shí),感官評(píng)分隨著脂肪取代比的增大而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),當(dāng)脂肪取代比不變時(shí),感官評(píng)分隨著糖粉添加量的增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。

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

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

        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(yàn)證試驗(yàn)

        通過Design Expert 10.0 軟件進(jìn)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(shí)感官評(píng)分為86.439 5。

        根據(jù)得到的優(yōu)化后的最佳配方,進(jìn)行3 次驗(yàn)證性試驗(yàn),得到低脂巧克力的感官評(píng)分平均值為86.6,與軟件預(yù)測(cè)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(jìn)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(cè)定結(jié)果Table 5 Test results of product quality and structure characteristics

        表6 產(chǎn)品的色差測(cè)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(cè)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(yàn),以巧克力的感官評(píng)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(duì)最佳工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),得到的巧克力感官評(píng)分與軟件預(yù)測(cè)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(jìn)一步研究提供參考依據(jù)。

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