巧克力富含类黄酮和抗氧化化合物，以可可脂、可可液块和糖为主要原料制成[1]，能为人体提供碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素和矿物质元素，既适合处于生长发育阶段的青少年，也适合需要进行能量补充的运动员、劳动者或身体虚弱的病人[2]。研究表明，巧克力中的抗氧化成分的含量与可可含量呈正比，可可含量越高，抗氧化能力越强[3-5]。因此，巧克力具有降低心血管疾病发生率、调节免疫系统、预防癌症和心脏病的功效[6-9]。
然而，传统巧克力以可可脂为主要原料，具有更高热量（约500 kcal/100 g）[10]。食用高热量食物容易引发糖尿病、心血管疾病、肥胖等问题[1]，因此研发符合消费者追求的低脂巧克力产品成为一种创新的趋势。目前，生产低脂产品的方法主要是利用可可脂乳剂[11]、油凝胶[12-13]、水凝胶[14]、多糖和蛋白质为基质[15-17]，制备脂肪模拟物来部分或完全取代脂肪。由于巧克力中的主要脂肪来源于可可脂，其它成分（乳脂和乳化剂）对巧克力脂肪含量的贡献很小[12]，所以可以从降低可可脂含量入手，生产低脂巧克力。本文用脂肪取代比（即脂肪模拟物的含量占可可脂的比例）来表示不同低脂巧克力的脂肪含量。
豌豆蛋白是膳食中优质植物蛋白的重要来源，营养价值相对较高，且具有低致敏原性[18]。有研究表明豌豆蛋白及其水解物对人体健康有益处，具有抗氧化[19]、降血压[20]、降低胆固醇[21]和调节肠道细菌活性的作用[22]。
基于此，本文以豌豆蛋白和黄原胶复配的方法制备脂肪模拟物，部分取代巧克力中的可可脂，生产低脂巧克力。通过单因素试验和响应面试验，以感官评价、质构特性、理化指标为依据，优化低脂巧克力的最优配方，以期为低脂巧克力的研发与生产提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
可可液块：浙江启利兴光可可制品有限公司；可可脂：华东可可食品（兴化）有限公司；糖粉：东莞市宝象食品有限公司；纯牛奶：兰州伊利乳业有限责任公司；豌豆蛋白粉：江苏鑫瑞生物科技有限公司；黄原胶：健隆生物科技股份有限公司；大豆卵磷脂：河南新百维食品科技有限公司；单、双甘油脂肪酸酯：郑州大河食品科技有限公司；聚甘油蓖麻醇酯：盛达生物科技有限公司；阿斯巴甜：河南万邦化工科技有限公司；巧克力：市售。
1.2 仪器与设备
恒温水浴磁力搅拌机（JC-78-1）、电热恒温干燥箱（DHL-1004）：龙口市先科仪器公司；乳化均质机（JRJ300-SH）：上海标本模型厂；色差计（CR-400）：柯盛行（杭州）仪器有限公司；质构仪（CT3 10K）：美国Brookfield 公司；糖度计（CAL-1）：日本ATAGO 公司；pH 计（testo 205）：德国Testo AG 公司；旋转式粘度计（NDJ-5S）：上海昌吉地质仪器有限公司；电子天平（ATY224）：日本SHIMADZU 公司；精磨机（LSBL0.75）：常州励岸宝机械设备科技有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 脂肪模拟物的制备
称取9 g 豌豆蛋白粉，配制300 mL 质量分数为3%的豌豆蛋白溶液于500 mL 烧杯中，置于50 ℃水浴磁力搅拌机中加热搅拌，使豌豆蛋白粉溶解均匀。称量1.2 g 黄原胶，多次缓慢加入豌豆蛋白溶液中，边加边搅拌，待溶解完全后，经高速乳化剪切机均质，6 000 r/min均质6 min，使溶液分布均匀，同时使蛋白质微粒化成细小颗粒，最后得到乳状的脂肪模拟物。
1.3.2 低脂巧克力工艺流程
可可脂、脂肪模拟物和食品添加剂在55 ℃水浴加热→加入可可液块融化→依次加入糖粉、纯牛奶混合均匀→快速搅拌→精磨→调温→注模→振动→冷却→脱模→成品。
1.3.3 低脂巧克力的制备
制备40 g 低脂巧克力的基础配方为可可液块20 g、可可脂8 g、脂肪模拟物2 g、糖粉9 g、纯牛奶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。
原料预处理：在55 ℃条件下水浴加热可可脂和脂肪模拟物，溶化后加入可可液块继续搅拌，得到可可原浆，少量多次加入糖粉混合均匀后加入纯牛奶，期间不断搅拌保证各组分均匀分布。
精磨：将料液温度降至45 ℃左右，用精磨机精磨8 h，得到丝滑的巧克力浆料。
调温：将浆料加热升温至55 ℃，放入冰水浴中冷却，并不断搅拌。待温度达到35 ℃时，从冰水中取出，继续搅拌，使温度达到29 ℃。继续冷却至27 ℃左右，再加热升高温度至32 ℃。多次进行27 ℃冷却和32 ℃加热的操作，得到丝滑的巧克力浆料即可。
注模：将29 ℃的巧克力浆料倒入恒温洁净的模具中，振动排出浆料中的空气。
冷却：静置30 min 左右，使巧克力温度降至室温后，置于冷藏室约5 min，待其凝固成型后，即可脱模。
1.3.4 单因素试验
按照方法1.3.2 的工艺流程制备低脂巧克力，以感官评分为依据，确定低脂巧克力的最优配方，其他指标用来分析感官结果。根据预试验，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%）、纯牛奶添加量（1.25%、2.50%、3.75%、5.00%、6.25%） 对低脂巧克力感官评分的影响。
1.3.5 响应面优化试验
根据单因素的试验结果，利用Design-Expert 10.0软件的Box-Behnken 试验设计与分析进行三因素三水平响应面试验，以感官评分为响应值，优化低脂巧克力的最优配方。响应面试验因素与水平见表1。
表1 响应面试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of response surface test
水平 因素A 脂肪取代比/% B 糖粉添加量/% C 纯牛奶添加量/%-1 20 22.5 1.25 0 30 27.5 2.50 1 40 32.5 3.75
1.3.6 指标的测定
1.3.6.1 感官评价
邀请10 名不同年龄段的老师和学生组成评价小组，以色泽、组织、形态、气味及口感五方面为主要指标[23]，进行评分，具体标准见表2。
表2 巧克力感官评价标准
Table 2 Sensory evaluation criteria of chocolate
项目 评分标准 分数色泽 颜色饱满，光亮鲜明，均匀一致，褐色或深咖色 ＞13（20 分） 颜色比较饱满，浅咖色 7～13颜色异常，发暗或不均匀 ＜7气味 香气浓郁，具有巧克力独特的气味 ＞13（20 分） 香气较淡 7～13香气不纯，有豆腥味等异味 ＜7形态 表面光滑，无油脂分离情况 ＞13（20 分） 表面较光滑，有轻微的油脂分离情况 7～13表面粗糙，油脂分离严重 ＜7组织 无起霜、气孔，软硬适中 ＞13（20 分） 软硬较适中，有少量气孔 7～13起霜严重，太软或太硬，气孔较多 ＜7口感 口感丝滑，甜度适中，入口即化，回味无穷 ＞13（20 分） 口感较丝滑，甜度一般，回味较淡 7～13有颗粒感，微干涩，微苦，微酸 ＜7
1.3.6.2 质构特性测定
使用质构仪进行全质构分析（texture profile analysis，TPA），检测指标有硬度、弹性、内聚性、咀嚼性。采用TA3/100 探头进行TPA 质构分析，测试速率为0.5 mm/s，测前、测后速率均为0.5 mm/s；停留时间：5 s，试样制成长15 mm、宽15 mm、厚5 mm 的长方体。数据频率10 Hz，触发点负载5 g，每组重复测量3 次，取平均值[24-25]。
1.3.6.3 色泽的测定
使用色差计测定巧克力的L*、a*、b*、ΔE*，要求被测部分的巧克力表面光滑、平坦，重复3 次[24，26]。
1.3.6.4 可溶性固形物含量的测定
取等量样品加入适量蒸馏水后隔水溶化，滴在糖度计上进行测试，读数过程保持每组测试温度一致，重复3 次。
1.3.6.5 水分含量测定
称取巧克力样品3 g（精确至0.000 1 g），置于称量瓶中，称量后放入101～105 ℃烘箱内，干燥8～10 h 后，取出放入干燥器内冷却0.5 h，称量。然后再放入101～105 ℃干燥箱中干燥1 h，取出，放入干燥器内冷却0.5 h后再称量。并重复以上操作至前后两次质量差不超过2 mg，即为恒重[27-28]，水分含量计算公式如下。
式中：X 为试样中水分含量，%；m1 为称量瓶和试样的质量，g；m2 为称量瓶和试样干燥后的质量，g；m3为称量瓶的质量，g；100 为单位换算系数。
1.3.6.6 pH 值和黏度的测定
使用pH 计，取一定量巧克力样品加入烧杯中，用水浴锅将巧克力样品融化，在36 ℃时进行测量，重复3 次；用40 ℃水浴锅将巧克力样品融化，使用3 号转子，转速为12 r/min，测量同一温度下的黏度值[27，29]。
1.4 数据处理
采用OriginPro 2021 软件作图；采用Design-Expert 10.0 进行响应面结果分析。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果与分析
2.1.1 脂肪取代比对低脂巧克力品质的影响
脂肪取代比对低脂巧克力品质的影响见图1。
图1 脂肪取代比对低脂巧克力品质的影响
Fig.1 Effect of fat replacement ratio on the quality of low-fat chocolate
A.感官评分；B.感官雷达图；C.质构指标；D.色度。
由图1A、图1B 可知，当脂肪取代比在10%～30%时，产品的色泽、气味、形态评分相近，有纯正的可可香气，表面光滑，色泽均匀一致，所以感官评分较高；当脂肪取代比超过30%，产品出现明显的气孔，且有油脂分离的情况，色泽呈褐色，口感粗糙，香气不纯，伴有豆腥味，总体感官较差。进一步质构分析，由图1C 可知，当脂肪取代比为30%时，其硬度较高，弹性、内聚性和咀嚼性达到峰值。色差计测得的L* 主要反映出巧克力的亮度，由图1D 可知，随着脂肪取代比增大，亮度数值逐渐增大，数值越小越偏向于黑色，而黑巧克力颜色越深说明质量越好，脂肪取代比较小时，亮度值接近。因此，选择脂肪取代比20%、30%、40%进行响应面试验。
2.1.2 糖粉添加量对低脂巧克力品质的影响
糖粉添加量对低脂巧克力品质的影响见图2。
图2 糖粉添加量对低脂巧克力品质的影响
Fig.2 Effect of sugar powder addition on the quality of low-fat chocolate
A.感官评分；B.感官雷达图；C.质构指标；D.色度。
由图2A、图2B 可知，当糖粉添加量为27.5%时，巧克力甜度适中、口感丝滑，有独特的可可香气，感官评分最高。当糖粉添加量小于22.5%时，巧克力软硬适中，无气孔，无异味，但是味道较苦，且回味发酸；当糖粉添加量大于32.5%时，产品出现气孔和油脂分离的情况，且出现砂粒感，虽然口感较甜，但是总体感官较差。由图2C 可知，糖粉添加量对巧克力弹性和内聚性变化不明显。由图2D 可知，糖粉对巧克力亮度无明显影响。综合考虑，选择糖粉添加量为22.5%、27.5%、32.5%进行响应面试验。
2.1.3 纯牛奶添加量对低脂巧克力品质的影响
纯牛奶添加量对低脂巧克力品质的影响见图3。
图3 纯牛奶添加量对低脂巧克力品质的影响
Fig.3 Effect of pure milk addition on the quality of low-fat chocolate
A.感官评分；B.感官雷达图；C.质构指标；D.色度。
由图3A、图3B 可知，当纯牛奶添加量为2.50%时，巧克力软硬适中、口感丝滑、入口即化，且无起霜、气孔等现象，感官评分最高；当纯牛奶添加量为1.25%时，巧克力质地硬脆，入口有轻微砂粒感；当加入纯牛奶超过3.75%时，由于纯牛奶中有水分，巧克力会出现油脂分离的情况，质地变黏稠，口感较差。由图3C 可知，纯牛奶添加量对巧克力的弹性和内聚性无明显影响。由图3D 可知，纯牛奶添加量对巧克力亮度无明显差异。综合考虑，选择纯牛奶添加量为1.25%、2.50%、3.75%进行响应面试验。
2.2 响应面试验结果与分析
2.2.1 模型的建立及显著性检验
在单因素试验结果的基础上，以感官评分（Y）为响应值，将脂肪取代比（A）、糖粉添加量（B）、纯牛奶添加量（C）作为考察因素，试验结果见表3。
表3 响应面优化试验设计与结果
Table 3 Response surface optimization test design and results
试验号 A B C 感官评分1 0-1-1 82.5 2 0-1 1 83.2 3 1 0 1 75.9 4-1 0-1 81.9 5 0 1 1 83.8 6 84.2 7 0 0 0 82.3 0 0 0-1 0 80.7 9 0 0 0 83.5 8 1 10 0 0 0 83.6 11-1 0 1 82.8 12 1 1 0 79.3 13 0 0 0 83.8 14 1 0-1 75.8 15 0 1-1 83.6 16-1 1 0 85.1 17-1-1 0 86.5
利用Design Expert 10.0 软件对表3 的试验结果进行回归方程拟合，得到A（脂肪取代比）、B（糖粉添加量）、C（纯牛奶添加量）3 个因素与Y（感官评分）之间的回归方程为Y=83.48-3.07A-0.14B+0.24C-0.2AC-0.13BC-2.38A2+1.8B2-2C2。
对上述回归方程进行方差分析，结果见表4。
表4 回归模型方差分析
Table 4 Analysis of variance of regression model
注：P＜0.01 表示影响极显著。
方差来源 平方和 自由度 均方 F 值 P 值 显著性模型 129.61 9 14.40 20.98 0.000 3 极显著A 75.64 1 75.64 110.19 ＜0.000 1 极显著B 0.15 1 0.15 0.22 0.653 1 C 0.45 1 0.45 0.66 0.444 2 AB 0.000 1 0.000 0.000 1.000 0 AC 0.16 1 0.16 0.23 0.644 0 BC 0.063 1 0.063 0.091 0.771 6 A2 23.80 1 23.80 34.67 0.000 6 极显著B2 13.60 1 13.60 19.82 0.003 0 极显著C2 16.88 1 16.88 24.59 0.001 6 极显著残差 4.81 1 0.69失拟项 2.78 3 0.93 1.83 0.282 4纯误差 2.03 4 0.51总和 134.42 16
由表4 可知，所建立的模型P=0.000 3＜0.01，说明模型极显著；失拟项P=0.282 4＞0.05，不显著，说明回归方程与实际情况拟合程度较好，模型具有较高可靠性；一次项A 对感官评分的影响极显著（P＜0.01）；二次项中，A2、B2、C2 对感官评分的影响均为极显著（P＜0.01）。由F 值可知，3 个因素对低脂巧克力感官影响的主次顺序为A＞C＞B，即脂肪取代比＞纯牛奶添加量＞糖粉添加量。
2.2.2 各因素交互作用分析
利用Design-Expect 10.0 软件，得出各因素交互作用对低脂巧克力感官评分影响的响应面和等高线见图4～图6。
图4 脂肪取代比与糖粉添加量的交互作用
Fig.4 Interaction between fat replacement ratio and sugar powder addition
响应面曲线的陡峭程度能够反映出各因素对低脂巧克力感官评分的影响，曲面弧度变化越陡峭，说明该因素对感官评分的影响越大，反之影响不敏感[30]。由图4 可知，在糖粉添加量不变时，感官评分随着脂肪取代比的增大而呈现先增大后减小的趋势，当脂肪取代比不变时，感官评分随着糖粉添加量的增大呈现先减小后增大的趋势。
由图5 可知，当脂肪取代比不变时，随着纯牛奶添加量的增大，感官评分呈现先增大后减小的趋势，当纯牛奶添加量不变时，感官评分随着脂肪取代比的增大，呈现先增大后减小的趋势。
图5 脂肪取代比与纯牛奶添加量的交互作用
Fig.5 Interaction between fat replacement ratio and pure milk addition
由图6 可知，当纯牛奶添加量不变时，感官评分随着糖粉添加量的增加而呈现先减小后增大的趋势，当糖粉添加量不变时，感官评分随着牛奶添加量的增加呈现先增大后减小的趋势。
图6 糖粉添加量与纯牛奶添加量的交互作用
Fig.6 Interaction between sugar powder addition and pure milk addition
2.2.3 最佳条件的确定及验证试验
通过Design Expert 10.0 软件进行配方的优化，得到低脂巧克力的最佳工艺条件为脂肪取代比23.471%、糖粉添加量22.5%、纯牛奶添加量2.65%，此时感官评分为86.439 5。
根据得到的优化后的最佳配方，进行3 次验证性试验，得到低脂巧克力的感官评分平均值为86.6，与软件预测值非常相近，证明采用响应面优化低脂巧克力的回归方程拟合良好，获得的优化工艺参数准确可靠。
2.3 与市售产品品质比较
优化后的低脂巧克力与市售的巧克力进行质构特性和色泽结果的分析比较，结果见表5 和表6。
表5 产品的质构特性测定结果
Table 5 Test results of product quality and structure characteristics
项目 硬度/g 弹性/mm 内聚性 咀嚼性/mJ低脂巧克力 865±51 1.93±0.50 1.01±0.27 11.99±3.60市售巧克力 1 338±13 1.88±0.21 1.02±0.38 25.07±5.23
表6 产品的色差测定结果
Table 6 Test results of product color difference measurement
项目 L* a* b* ΔE*低脂巧克力 24.66±0.42 6.71±0.83 3.96±0.27 69.17±0.32市售巧克力 24.47±0.21 5.18±0.44 4.03±0.25 67.43±0.12
由表6 可知，按照上述工艺条件生产的低脂巧克力的弹性、内聚性和色差与市售巧克力无明显差异，但是硬度和咀嚼性不足。
2.4 指标测定结果
低脂巧克力水分含量为8.57%、可溶性固形物含量为6.1%、pH 值为4.57、黏度值6 291.11 mPa·s。
3 结论
通过单因素和响应面试验，以巧克力的感官评分为指标，得到低脂巧克力的最佳配方为可可液块添加量50%、可可脂添加量25%（脂肪取代比23.471%）、糖粉添加量22.5%、纯牛奶添加量2.65%。对最佳工艺参数进行验证试验，得到的巧克力感官评分与软件预测值接近，且有纯正的可可香气、表面光滑、色泽均匀一致、软硬适中、口感丝滑，符合国家相关标准，为低脂巧克力的进一步研究提供参考依据。
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