配料對巧克力品質影響的研究進展

何瑞芳,張　虹,畢艷蘭,沈　琪

(1.河南工業大學 糧油食品學院,河南鄭州 450001;2.豐益(上海)生物技術研發中心有限公司,上海 200137)

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配料對巧克力品質影響的研究進展

何瑞芳1,2,張虹2,畢艷蘭1,沈琪2

(1.河南工業大學 糧油食品學院,河南鄭州 450001;2.豐益(上海)生物技術研發中心有限公司,上海 200137)

巧克力漿料是由非脂相,如糖、可可粉、乳粉等物質分散于以油脂為連續相而形成的懸浮液體系。可可脂、可可液塊和糖是巧克力的主要成分,這些組分會影響巧克力漿料的流變性、質構及其微觀結構等,從而影響巧克力及巧克力制品的品質。研究巧克力品質的影響因素對于調整產品配方,改善加工工藝,提高產品品質具有重要的指導意義。本文主要從產品配方如原料油、糖類及微量組分對巧克力品質的影響進行了綜述,期待能為巧克力生產提供一定的指導作用。

巧克力,結晶,糖類,加工工藝

巧克力又名朱古力,是一種以可可制品(可可脂、可可液塊或可可粉)、白砂糖和/或甜味劑為主要原料,添加或不添加乳制品、食品添加劑,經特定工藝制成的固體食品[1],以其細膩潤滑的口感和特有的芳香吸引了無數消費者。隨著我國經濟的發展和飲食結構的變化,巧克力正以10%～15%的年增長率迅猛發展,市場消費潛力高達200億元[2]。

巧克力配料如可可脂、糖類及微量組分等都與巧克力品質息息相關。油脂的結晶特性與油脂的結晶程度、晶型的轉化和形成的網狀結構有關,會直接影響到巧克力產品的品質,如口熔性(排塊巧克力)、涂抹性(巧克力醬)、貨架期等。巧克力中較常見的起霜現象也是由于巧克力在儲存過程中油脂發生晶型轉化或者油脂遷移至表面而重新結晶引起的[3-4]。因此,研究可可脂、糖類及微量組分對巧克力品質的影響對于調整巧克力及其制品的配方,改善產品品質都有重要的指導意義。目前國內外學者針對巧克力品質的影響因素的研究主要集中在產品配料(原料油、糖及微量成分)和加工工藝上。本文將從原料油、糖類、微量組分對國內外研究成果進行總結,以期為巧克力的科學加工、儲存及新產品的開發等提供一定的指導。

1　巧克力簡介

1.1巧克力的分類

巧克力的分類比較復雜,在國際上也不統一,中國、美國和英國對巧克力的分類[1,5]見表1。

1.2巧克力的加工工藝

巧克力的加工工藝[6]見圖1。

圖1　巧克力生產的工藝流程Fig.1　Technical process of chocolate production

巧克力加工工藝中的關鍵工序包括精磨、精煉和調溫。其中,精磨是將可可脂、可可液塊、糖粉、卵磷脂等初步混勻后,再放入三輥機或五輥機進行精磨,將其顆粒度降到15～35 μm,形成高度乳化的、均一的物理分散體系[7-8]。精煉是把上述混合物投入精煉機,在一定溫度下精煉一段時間,以去除部分水分和揮發性酸,改善巧克力風味[7-8]。調溫是將經過精煉的物料從40 ℃降溫到29 ℃,使巧克力漿料中的油脂形成穩定和不穩定的細小晶型;再繼續冷卻到27 ℃,使油脂進一步結晶;最后回升到29～30 ℃,把不穩定晶型轉化為穩定晶型[9]。需要指出的是,非月桂酸型代可可脂及月桂酸型代可可脂在加工過程中可形成較穩定的β′晶型,無需調溫。

表1　巧克力的分類[1,5]

1.3巧克力配方

不同種類巧克力的配方不同,見表2[6,10],但其主要原料均為可可固形物、糖類或乳粉類,為了提高體系的穩定性或賦予產品特殊風味,還會加入一些乳化劑等微量成分。

表2　巧克力配方

2　原料油

原料油的結晶習性、脂肪酸組成、甘油三酯的組成和結構,以及不同油脂間的相容性是影響巧克力品質的重要因素。巧克力通常使用的原料油主要包括可可脂及可可脂代用品。可可脂的加工性能獨特,是極佳的巧克力原料油脂,但由于地區和氣候的限制,可可脂逐漸不能滿足巧克力工業的發展,可可脂替代物應運而生。

2.1可可脂

可可脂(Cocoa Butter,簡稱CB)是巧克力中的主要原料之一,主要由98%甘三酯、1%游離脂肪酸、0.3%甘二酯和0.2%單甘酯等組成[11],有6種晶體形態,即Ⅰ～Ⅵ型,其穩定性和溫度機制[7-8,12-13]見圖2。在加工過程中,可可脂形成的最佳晶體形態是V型,制得的巧克力有光澤,不易起霜,質量較好。若可可脂形成Ⅰ～Ⅳ型(不穩定),在儲存過程中會逐漸轉化為較穩定晶型,這種晶型的轉化常常引起巧克力起霜,即巧克力表面呈現灰白色,使產品質量下降[14]。因此,添加可可脂的巧克力在加工過程中要進行適當的調溫處理,使不穩定晶型轉化為穩定晶型,改善巧克力質量。

圖2　可可脂6種晶型的穩定性和溫度機制[7,8,12,13]Fig.2　Characteristics for different polymorphisms of cocoa butter

此外,生產可可脂的原料-可可豆的質量與巧克力及其制品的風味和口感亦密切相關,因此,也應嚴格控制可可豆的質量,方法如下[7-8,15]:①可可豆的挑選:應該選擇發酵較好(pH5.20～5.49)、干燥(水分含量6%～8%,高于8%易滋生霉菌,低于6%,可可豆易碎,使后續加工變得困難)、無蟲害、無異味、無污染的可可豆;②清潔、破碎、風選:篩選豆子并去除石子、帶狀物、金屬、木屑、土壤粒子等,之后將可可豆破碎并送至風選機將殼去除;③滅菌:滅菌是將可可豆經過長時間高溫處理將菌落總數降到500 CFU/g以下,并殺死所有致病菌;④堿化:為了改善可可粉或可可液塊的色澤和風味,用堿液如碳酸鉀或碳酸鈉處理可可粒使之pH從5.2～5.6升到pH6.8～7.5,之后將其置于100 ℃干燥將堿液去除;⑤焙烤:可可豆經過焙烤可以使發酵和干燥時產生的風味前體物質如氨基酸、還原糖等釋放出可可風味;⑥研磨:可可粒中含有55%的固態可可脂,經過研磨,可使可可脂變為粒徑為30 μm的液塊。78%～90%的可可脂是經過壓榨制得的,殘余脂質可以通過超臨界流體萃取。

2.2可可脂代用品

可可脂代用品可以分為類可可脂(Cocoa Butter Equivalents,簡稱CBE)、非月桂酸型代可可脂(Cocoa Butter Replacers,簡稱CBR)及月桂酸型代可可脂(Cocoa Butter Substitutes,簡稱CBS),其組成[8,11,16]見表3。CBE的脂肪酸組成和甘三酯類型與CB極為相似,其主要特性如結晶、質構等也較為接近。而CBR和CBS與CB的脂肪酸組成和甘三酯類型則極為不同,但它們的物理特性和口感非常相似。CBR與CBS在結晶過程中可自發形成較為穩定的β′晶型,故在加工過程中無需調溫,使生產工藝簡化,成本降低。

表3　可可脂及可可脂代用品種類,性質和組成概況

注:P-棕櫚酸;O-油酸;S-硬脂酸;E-反式油酸;L-亞油酸;M-豆蔻酸。

2.3油脂相容性

在制作巧克力及其制品時常常會加入不同種類的油脂,兩種油脂的相容性可能會影響產品的物理特性。油脂的相容性是在結晶過程中,不同油脂的甘三酯分子之間相互兼容的程度。在巧克力加工過程中,若油脂間的相容性較差,會造成巧克力涂層軟化,夾心硬化,表面光澤消失等,使得制得的巧克力質量下降。可可脂與中熔點乳脂的相容性較好,高熔點乳脂添加量大于15%時會使巧克力硬化,低熔點乳脂添加量大于5%時會使巧克力軟化[17]。CBE的甘三酯組成與天然可可脂類似,相容性好,見圖3a[17-19](曲線上的質量分數代表固體脂肪含量),其等固相圖近似于一條直線;CBS與CB相容性較差,見圖3b[17,19-21],在等固相圖中體現為小于理想混合物的SFC,二者混合時常出現共晶現象。共晶現象的產生,通常會導致巧克力產品的軟化,如果是夾心產品,在儲存期間,則會使夾心變硬,表面光澤消失。因此,在制備巧克力的過程中,應根據不同的原料油組成,適當調整工藝參數,以得到較好的產品質量。

圖3　二元體系的等固相圖Fig. 3　Iso-solid phase diagram of binary system注:圖3a. CB與CBE等固相圖[17-19];b. CB與CBS等固相圖[17,19-21]。

3　糖類

糖在巧克力中的含量約為35%～55%[22],主要用作甜味劑、填充劑。糖對巧克力的口感、質構、風味等有重要影響。近年來,為了符合消費者對低糖、低能量的需求,聚葡萄糖、菊糖、麥芽糖醇、木糖醇等蔗糖替代品逐漸用于巧克力中。部分糖如麥芽糖、乳糖可以參與非酶褐變如美拉德反應[23],賦予巧克力特殊的香味和色澤。同時糖的添加也會帶來不良影響:由于蔗糖及蔗糖替代品如糖醇的分子中有多個羥基,容易吸收水分,當儲存環境中的相對濕度較高或將巧克力從低溫區域轉移至高溫區域時,巧克力中的糖吸收水分,部分溶解,當表面水分蒸發以后,糖晶體留在巧克力表面,導致巧克力糖霜的產生[7],致使巧克力產品質量下降。

有學者指出:糖顆粒可以為可可脂的結晶提供非均勻成核位點,有加快晶體生長速率的趨勢[12,24-25]。以下將從糖的體積分數和糖的粒子大小進行闡述。

3.1糖的體積分數

糖除了能夠賦予巧克力產品很好的風味外,其分散于巧克力漿料中的粒子顆粒的大小也會影響流體的流動性。流體粘度增加的程度取決于分散粒子的體積分數φ[26]:

φ=V粒子/(V粒子+V間隙)

(1)

式中,V粒子:分散粒子所占的體積;V間隙:間隙的體積。對于稀溶液,φ<0.1,粘度與粒子的體積分數成線性相關,這可以通過愛因斯坦(Einstein)方程[27]驗證。

ηs=ηm*(1+[η]φ)

(2)

式中,ηs:懸浮液粘度,ηm:分散相粘度,[η]:固有粘度(當粒子是球形時,[η]=2.5)。方程(2)只適用于粒子為球形或粒子間無相互作用的流體。當粒子在流體中的體積分數達到最大(φm)時,粘度增加最為明顯。在φm處,粒子在懸浮液中形成三維結構,此時懸浮液不易流動。

異麥芽酮糖醇的密度(1.50 g/cm3)比蔗糖(1.60 g/cm3)、麥芽糖醇(1.6 g/cm3)、木糖醇(1.52 g/cm3)低,在巧克力中占的體積分數較大(巧克力配方中各物料均是以質量比添加的),與可可脂接觸的表面積大,使得巧克力漿料的粘度較大[28]。因此,當蔗糖替代品添加量一定時,可以根據它們的體積分數大小初步篩選巧克力中的蔗糖替代品,如選擇體積分數大小與蔗糖相近的。

3.2糖的粒子大小

不同甜味劑對巧克力流變性的影響因顆粒大小的不同而異。假設一定濃度的懸浮液中所有粒子對流體的影響大小等于每個粒子對流體的影響的總和,Ball等[29]將Einstein方程整合為克里格和多爾蒂(Kriege and Dougherty)方程(3),得出相對粘度ηr:

ηr=ηs/ηm=(1-φ/φm)-[η]*φm

(3)

從方程(3)可以看出,粒子大小影響φm,從而影響粘度。φm受很多因素的影響,如粒子重排、粒子大小。當φ小于0.2時,粒子大小對對懸浮液粘度的影響很小,但是對于濃度較高的懸浮液,粒子間的相對運動受阻,即使粒子大小差異很小,對懸浮液的流動性影響也很大。巧克力配方中脂肪含量約為30%,降低脂肪含量會使巧克力漿料的粘度增加,口熔性變差。T-A.L. DO等選取了不同的脂肪含量(30%、25%、22%)與粒子大小(d90:27-107 μm),實驗結果表明當脂肪含量為22%時,粒子大小對漿料粘度的影響最大,且通過選取合適的糖的粒子大小,可將脂肪含量降到22%而不使巧克力漿料的粘度增加[26]。

在保持相同固體含量的情況下,固體顆粒越小,與可可脂的接觸面積越大,巧克力漿料的塑性粘度、屈服值越大,粘度越大[28,30-31]。但Emmanuel Ohene Afoakwa等[32]指出表觀粘度和屈服值與脂肪和卵磷脂的含量關系密切,而與粒子大小分布的關系較小。林雯雯等[22]發現添加卵磷脂后,蔗糖顆粒越細,熔化和結晶溫度越高,影響巧克力的熔化特性。因此,可以通過控制分散相的顆粒大小改善巧克力品質。在加工過程中,大顆粒制得的漿料的流變特性較好,但是大顆粒影響產品的口感。美國推薦的巧克力中糖顆粒平均粒徑為30～33 μm,最大不超過50 μm,歐洲推薦的平均粒徑為20～23 μm,最大不超過35～40 μm[28]。

4　微量組分

為了改善油脂的結晶行為,常常在體系中添加除糖類以外的物質,如乳化劑等。另外油脂本身會含有一些除甘三酯外的其它微量組分,包括脂類成分(如游離脂肪酸、甘一酯、甘二酯、卵磷脂、蠟等)和非脂類成分(如礦物質、金屬離子、蛋白質等),這些微量組分也會影響油脂的結晶。但目前非脂類微量組分對油脂結晶的影響的研究有限[33-35]。

4.1乳化劑

不同種類的乳化劑對油脂結晶的影響不同。由于部分乳化劑在油脂中的低溶解度,可以作為晶核,促進較高熔點的甘三酯的結晶,且產生的晶體較小[36]。卵磷脂(Lecithin)是一種天然乳化劑,廣泛用于巧克力生產,而卵磷脂的添加延長了CB、CBS的半結晶時間,但它在巧克力加工過程中可以顯著降低體系粘度[22,37-38]。山梨醇酐單硬脂酸酯(Span60)和聚乙氧基硬脂酸山梨糖醇(Tween60)可促進可可脂結晶,促進Ⅳ型向Ⅴ型的轉化,延緩Ⅴ型向Ⅵ的轉化,從而延緩巧克力產品的起霜,且Span系列和Tween系列之間有協同作用[37-38]。

乳化劑的HLB值也對油脂結晶有影響。Jun-Hyun Oh等[39]發現大部分蔗糖聚酯(SPE)如油酸型蔗糖酯O-1570、硬脂酸型蔗糖酯S-1670和S-570、棕櫚酸型蔗糖酯P-1670、肉豆蔻酸型蔗糖酯M-1695、月桂酸型蔗糖酯L-595(HLB5-16)可以促進可可脂Ⅴ型向Ⅵ型轉變,改變程度取決于SPE的HLB值。然而HLB為1的硬脂酸型蔗糖酯S-170 脂肪酸鏈長與可可脂相似,抑制了Ⅴ型向Ⅵ型轉變。因此,選擇性使用SPE可以延緩晶型轉變的速度。

4.2微量脂質

脂類微量組分對油脂的結晶的影響程度取決于微量組分與油脂結構的相似性,當二者相似度較大時,微量組分可以嵌入油脂的晶格或吸附于成核位點,從而促進結晶。微量脂質(甘一酯、甘二酯、膽固醇等)的含量和組成影響可可脂的固化特性。R.A. Tietz等[40]發現乳脂(約含2.5%微量脂質)和乳脂分提混合物的結晶誘導時間最短,含有兩倍微量脂質(約5%)的乳脂,開始成核的時間較晚,這是因為少量的微量脂質可以作為可可脂結晶的成核位點,促進可可脂的結晶,但是當其含量較高時,會阻礙可可脂結晶。10%的乳脂可降低可可脂的結晶速率,降低乳脂與可可脂混合物的熔點,使巧克力質地變松軟。這對混有堅果和葵花籽的巧克力尤為重要[41-42]。

5　總結和展望

油脂、糖、微量成分、加工及儲存條件是影響巧克力品質的主要因素,它們通過改變晶體成核自由能、結晶網絡之間的相互作用等幾方面影響油脂的結晶、質構以及流變性能,從而影響巧克力產品的加工和應用特性。目前,國內外針對油脂、巧克力加工工藝和儲存條件已開展了大量研究,而研究糖及代糖對巧克力用脂結晶的影響還不多見,目前的研究難點存在于以下幾方面:①蔗糖及各種蔗糖替代品的分子上都連有多個羥基,容易吸收水分,這就提高了對操作環境的要求;②蔗糖及其替代品的分子結構存在一定差異,這使得研究不同糖類與油脂相互作用的方式較為復雜;③對于巧克力產品,傳統的DSC檢測方法往往會導致吸熱峰和放熱峰的重疊,不利于晶型轉化等現象的觀測;④糖與油脂并不互溶,這一體系的穩定性和相變復雜性增加了研究難度。了解了蔗糖及蔗糖替代品對油脂結晶的影響機理,可以更好地指導低糖巧克力的開發與產品品質優化,為改善加工工藝和配方提供理論指導。

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Influence of ingredients on the quality of chocolate:a review

HE Rui-fang1,2,ZHANG Hong2,BI Yan-lan1,SHEN Qi2

(1.College of Food Science and Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China;2. Wilmar(Shanghai)Biotechnology R & D Center Co.,Ltd.,Shanghai 200137,China)

Chocolate can be described as a suspension consisting of nonfat particles(sugar,cocoa solids,and milk powder particles)dispersed in cocoa butter which act as a continuous phase. The main ingredients of chocolate such as cocoa butter,cocoa liquor or sugars impacted the rheology,texture and microstructure of molten chocolate so as to affect the quality of chocolate. Therefore,it is very important to study the impact factors on the quality of chocolate in order to optimize formula,adjust process,and improve product quality. The influences of fats,sugars,and minor components on the quality of chocolate products were summarized. It is expected to give a guidance for the industrial application.

chocolate;crystallization;sugars;process technology

2015-02-09

何瑞芳(1989-),女,碩士在讀,研究方向:油脂與食品質構,E-mail:heruifanghrf@163.com。

TS

A

1002-0306(2016)01-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.01.000