堿化條件對可可粉顏色的影響

胥 多，劉元法，白 雪，孟 宗

(江南大學 食品學院，食品科學與技術國家重點實驗室,江蘇 無錫214122)

可可粉是可可豆經過發酵、干燥、焙烤、殺菌、壓榨去脂、粉碎得到的，是生產巧克力的主要原料和可可飲料及烘焙制品的主要配料。可可粉具有抗氧化、調節血糖與免疫力、降低血膽固醇、防治心血管疾病等多種生理活性[1-2]。

堿化是控制可可粉顏色和風味的必要手段，指在天然可可(pH 5～5.6)中加入堿液調整酸性環境，中和酸度，去除可可澀味，促進可可粉顏色從淺棕色到紅色或者更深顏色的改變，從而使得可可粉品質得到改善，該過程相當于美拉德反應的深入[3]。堿化方式有可可液塊堿化、可可粉堿化、可可仁堿化。

目前我國關于可可堿化相關的研究較少，而國外對可可堿化研究較多。Van Houten首次發現在可可中加入K2CO3可中和可可酸味[4]，Bonvehí等[5]對可可堿化粉焙烤后的風味物質進行了分析。對可可粉的研究主要集中在風味與營養成分方面，對顏色方面的研究較為匱乏。Rodríyuez等[6]對可可液塊進行堿化，研究該過程堿類型與濃度對堿化粉顏色品質的影響，但可可液塊堿化[7]在堿化過程中溫度不宜超過115℃，且易致液塊黏稠，目前國內企業采用較少。

影響可可堿化粉品質的參數主要有原料性質、堿化溫度、堿化時間、堿化壓力、堿液類型與濃度等，但工業上單純依靠經驗來控制堿化參數，并且在顏色的控制上主要采用肉眼觀察，其結果因實驗員、環境差異而不同，缺乏一定的理論數據基礎，難以保持堿化粉的一致性與穩定性。成品可可堿化粉的pH是評判堿化程度以及其是否適合在某一制品中應用的重要指標[8]。因此，研究堿化因素與可可粉顏色、pH的關系具有一定的工業指導意義。

本文分別從堿化溫度、堿化壓力、堿化時間、堿液種類與質量濃度出發，以天然可可粉與一次焙烤后的可可仁為原料，分別考察各因素對可可堿化粉顏色(ΔE*、L*、a*、b*值)及pH的影響規律，為堿化工藝的優化提供理論基礎與數據支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

天然可可粉(pH 5.8)、可可仁(一次焙烤后，焙烤條件：110～120℃，30 min)，無錫太湖可可有限公司提供；碳酸鉀、碳酸氫鈉、氫氧化鈉均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設備

YXQ-LS-50G立式壓力蒸汽滅菌器，上海博訊實業有限公司醫療設備廠；九陽 JYL-C002E 料理機；烘箱，德國 BINDER 公司； UltraScan 1166 高精度分光測色儀，美國 Hunter Lab 公司；分析天平、pH計，美國 Mettler Toledo公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 可可粉/仁的堿化

參考文獻[9]方法制備可可粉/仁堿化粉，工藝流程如下：

天然可可粉/仁→加入堿液攪拌均勻→在一定溫度、壓力下反應一段時間→烘箱中干燥(130℃，30 min)→研磨→過200目網篩→堿化粉。

1.2.2 不同堿化條件對可可粉/仁堿化粉顏色的影響

1.2.2.1 堿化溫度的影響

稱取50 g可可粉/仁與40 mL 質量濃度為1 g/mL K2CO3溶液充分混勻，分別在100、110、120、130、140℃條件下反應30 min，130℃烘30 min后研磨，過200目網篩得堿化粉。測量顏色參數L*、a*和b*，計算總色差值(ΔE)。

1.2.2.2 堿化壓力的影響

稱取50 g可可粉/仁與40 mL質量濃度為1 g/mL K2CO3溶液充分混勻，將其置于立式壓力蒸汽滅菌器中，分別在0.04 MPa(109℃)、0.06 MPa(113℃)、0.08 MPa(116.5℃)、0.10 MPa(120℃)下反應30 min， 130℃烘30 min后研磨，過200目網篩得堿化粉。測量顏色參數L*、a*和b*，計算總色差值(ΔE)。

1.2.2.3 堿化時間的影響

稱取50 g可可粉/仁與40 mL質量濃度為1 g/mL K2CO3溶液充分混勻，分別在常壓120℃與0.10 MPa(120℃)下反應10、20、30、40、50 min，130℃烘30 min后研磨，過200目網篩得堿化粉。測量顏色參數L*、a*和b*，計算總色差值(ΔE)。

1.2.2.4 堿液類型與質量濃度的影響

稱取50 g可可粉/仁分別與40 mL質量濃度分別為0.01、0.02、0.03、0.04 g/mL K2CO3、NaHCO3與NaOH溶液充分混勻，于120℃、0.10 MPa下反應30 min，130℃烘30 min后研磨，過200目網篩得堿化粉。測量顏色參數L*、a*和b*，計算總色差值(ΔE)。

1.2.3 顏色的測定及ΔE的計算

采用CIELAB顏色參數系統比較堿化粉的顏色值，采用高精度分光測色儀測量顏色參數L*、a*和b*。在測量之前，儀器用兩個參考(標準的黑色和白色瓷磚)校準。L*值代表亮度(0～100，黑-白)，+a*代表紅色，-a*代表綠色，+b*代表黃色，-b*代表藍色。以天然可可粉作為對照。按下式計算ΔE。

(1)

使用EasyMatch QC軟件讀取顏色指標。測定可可粉顏色時，每個可可樣品重復測定多個位置的顏色值取平均值。對于人眼來說，ΔE<1,色差并不明顯；1<ΔE<3，可以觀察到細微的色差；ΔE>3,可以觀察到明顯色差[10]。

1.2.4 pH的測定

根據GB/T 20706—2006，取1 g可可粉/仁堿化粉于9 mL煮沸蒸餾水中攪拌均勻至無積塊懸浮液，快速過濾，待冷卻至室溫，用校正的pH計測定樣品pH。

1.2.5 數據分析

使用SPSS 23軟件進行ANOVA差異顯著性分析，P<0.05代表結果具有顯著性差異，結果表示為“平均值±標準偏差”。用Origin 2014 軟件進行數據處理與繪圖。

2 結果與討論

2.1 堿化溫度對堿化粉顏色值的影響(見圖1)

圖1 堿化溫度對堿化粉ΔE的影響

由圖1可以看出，當堿化溫度從100℃上升至140℃，仁堿化粉ΔE從1.14提高至2.30，粉堿化粉ΔE從6.03提升至7.80。仁堿化粉的ΔE明顯小于粉堿化粉的ΔE，這可能是由于可可仁為較大固體顆粒，堿液難以滲透進入可可仁中，減少可可色素與堿液的接觸，造成顏色變化小。當堿化溫度為100、110、120℃，粉堿化粉ΔE差別不大，但是當堿化溫度為130℃時，粉堿化粉ΔE提高了18.21%，說明適當升高堿化溫度至130℃有利于可可粉顏色的改變。

2.2 堿化壓力對堿化粉顏色值的影響(見圖2)

圖2 堿化壓力對堿化粉ΔE的影響

由圖2可以看出，在施加壓力時，發現粉堿化粉ΔE變化很小，而仁堿化粉的ΔE變化較大。說明壓力的提高有助于堿液滲透入可可仁，而粉堿化粉顆粒較為細膩，不需過高的壓力便可與堿液充分接觸，因而ΔE變化不大。

當常壓堿化溫度為120℃時，仁堿化粉與粉堿化粉的ΔE分別為1.61、6.27(見圖1)， 施加0.1 MPa壓力時，仁堿化粉與粉堿化粉ΔE分別為5.68、10.85，ΔE分別提高了253%與73%，表明相同溫度下，對可可仁堿化施加壓力(0.1 MPa)可以顯著提高堿化粉的ΔE。

2.3 堿化時間對堿化粉顏色值與pH的影響(見圖3、圖4)

由圖3可以看出，隨著堿化時間的延長，堿化粉的ΔE總體呈現上升的趨勢，說明堿化時間越長，對于可可粉/仁堿化粉而言，堿液滲透越充分。常壓條件下，仁堿化10、20 min 時，ΔE<1，人眼感受色差并不明顯。將常壓堿化粉與加壓堿化粉ΔE進行比較發現，以可可粉為原料時，加壓堿化粉的ΔE(9.46±0.33～12.35±0.20)大于常壓堿化粉(3.18±0.21～7.59±0.14)；以可可仁為原料時，加壓堿化粉的ΔE(1.50±0.16～6.53±0.21)大于常壓堿化粉(0.52±0.05～2.91±0.15)，說明在一定壓力(0.1 MPa)下有助于堿液滲透，可以有效縮短堿化時間，提高生產效率，使堿化粉顏色變化更加明顯，從而改善堿化粉的色澤。

隨著堿化時間的延長，不論是否加壓，L*、a*、b*值均呈現降低趨勢(除加壓粉堿化粉a*值)，表明堿化粉顏色變深且顏色變化越來越明顯。加壓條件下可以顯著影響粉堿化粉與仁堿化粉的顏色值，仁堿化粉的L*、b*值明顯小于粉堿化粉，但是其a*值大于粉堿化粉，這是由于可可仁中含有48%～58%的可可脂，而脂肪有助于形成可可紅色色調。

可可產品的pH是評判可可堿化程度的重要指標。如圖4所示，常壓條件下，隨堿化時間的延長，堿化粉的pH升高，這是由于堿化過程中和了天然可可粉中存在的游離酸。加壓條件下，在50 min時，堿化粉的pH略有降低，這可能是由于加壓條件下，堿液部分揮發未能及時中和可可粉中游離酸所致。

圖4 堿化時間對堿化粉pH的影響

綜上，在堿化過程中施加壓力可促進堿化粉顏色改變。但是，Moser[11]指出，過度的壓力或攪動可能導致可可脂擴散到碎粒的表面，導致流動性發生變化等問題。因此，應結合生產尋求合適的壓力條件進行加壓堿化。

2.4 堿液類型與質量濃度對堿化粉顏色值與pH的影響

堿液類型及質量濃度對可可粉/仁堿化粉ΔE的影響見圖5。

圖5 堿液類型與質量濃度對堿化粉ΔE的影響

由于NaOH與可可仁中可可脂會發生皂化反應，因此僅對可可粉進行NaOH堿化。由圖5可以看出，隨著堿液質量濃度的提高，堿化粉的ΔE呈現增加的趨勢。由此可知，高濃度的堿液可以較大程度改變可可粉的顏色。用 NaOH、NaHCO3對可可粉進行堿化時，其ΔE大于K2CO3粉堿化粉，而當用K2CO3進行仁堿化時，其ΔE均大于NaHCO3仁堿化，說明K2CO3有利于增加仁堿化粉的ΔE，NaOH、NaHCO3對粉堿化粉的ΔE改變有利。

a*/b*值越高，可可粉越紅，大多數商業化可可堿化粉的a*/b*值為1.25左右。堿液類型與質量濃度對堿化粉a*/b*值的影響見圖6。

圖6 堿液類型與質量濃度對堿化粉a*/b*值的影響

由圖6可以看出：K3CO3仁堿化粉與NaHCO3仁堿化粉的a*/b*值均大于1.25，較普通商業粉更紅；隨著不同類型堿液質量濃度的增加，a*/b*值升高，表明隨著堿液質量濃度的提高，堿化粉顏色紅色色調增強，同時黃色色調減弱；仁堿化粉的a*/b*大于粉堿化粉，因此仁堿化后的可可粉顏色紅色調更多。此現象與Pablo等[12]研究的結果相符。

圖7為堿液類型及質量濃度對堿化粉pH的影響。

圖7 堿液類型與質量濃度對堿化粉pH的影響

由圖7可以看出，隨著堿液質量濃度的增加，堿化粉pH均呈現上升趨勢。高濃度堿液條件更加有利于花青素聚合參與美拉德反應從而形成更深的顏色。

3 結 論

本文初步探討堿化溫度、堿化壓力、堿化時間、堿液類型與質量濃度對可可粉/仁堿化粉顏色與pH的影響。結果表明：堿化程度越深，堿化粉的pH越高，色差值越大；溫度的升高(100～140℃)有利于仁堿化粉與粉堿化粉色差值的提高；堿化時間越長，L*、a*、b*值均降低，仁堿化粉a*值大于粉堿化粉；加壓堿化可以大大提高堿化效率，在120℃下，施加0.1 MPa壓力時，仁堿化粉與粉堿化粉的ΔE分別比未施加壓力時提高了253%與73%；堿液質量濃度越高，堿化粉的a*/b*值越高，紅色色調增加，高濃度的堿液有助于堿化粉增強紅色色調。