脂肪含量与精炼时间对Melanger加工手工巧克力酱的物理功能与流变特性优化研究

为解决手工巧克力酱生产缺乏科学指导的问题，研究人员系统探究了脂肪含量（30%、35%、40%）和精炼时间（4、6、8小时）对Melanger加工产品理化特性（质地、色泽、水分）的影响。结果表明：脂肪含量显著降低产品硬度，而精炼时间对牛奶巧克力与黑巧克力产生相反交互作用；色泽与水分行为存在显著配方差异。研究为小规模生产提供了基于响应面法（RSM）的工艺优化方案，填补了工业技术与手工实践间的知识空白。

　　

在全球巧克力酱市场快速增长的趋势下，消费者对优质手工产品的需求日益旺盛。然而，传统工业生产线依赖大型球磨精炼设备和规模化精炼工艺，投资成本高、设备专业化强，使大多数手工生产者面临显著技术瓶颈。近年来，桌面式Melanger（石磨式湿磨机）的出现为手工生产提供了新可能，但关于如何科学优化该技术参数的系统研究仍十分缺乏。巧克力酱的品质主要受配方组分与加工条件的共同调控，其中脂肪含量与精炼时间（Conching time）是关键因素。脂肪作为塑性剂，可降低颗粒间摩擦、促进流动；而精炼过程则通过促进颗粒细化、水分脱除和固体颗粒脂肪包覆，影响质地、口感和风味形成。值得注意的是，Melanger加工系统与工业设备在剪切力、热力学特性和颗粒细化效率方面存在本质差异，这可能进一步影响脂肪结晶行为、水分蒸发和风味发育，为手工巧克力酱的质构调控和延展性优化带来独特挑战。

此外，牛奶巧克力与黑巧克力在组成上的差异——前者含有乳蛋白和乳糖，引入了额外的水结合位点，可能导致乳化行为和微观结构响应与后者显著不同——使得二者对加工变量的响应机制更为复杂。尽管市场需求持续扩大，目前仍缺乏针对Melanger系统中脂肪含量与精炼时间交互作用的深入研究。为此，本研究旨在通过响应面方法论（Response Surface Methodology, RSM），系统分析这两个变量对Melanger加工手工巧克力酱的理化特性与质地性能的影响，并比较牛奶巧克力与黑巧克力配方的差异，以填补这一研究空白，为手工生产者提供工艺优化与品质控制的科学依据。

为开展本研究，团队采用中央复合可旋转设计（CCRD），分别针对牛奶和黑巧克力配方设计了13组实验，包括5个中心点以评估实验误差。使用Premier Wonder型台式Melanger进行加工，严格控制环境温度（22±1°C）和加工温度（48±2°C）。质地参数通过质构分析仪（TA.HD Plus）测定，包括硬度（Firmness）、稠度（Consistency）、内聚性（Cohesiveness）和粘性指数（Index of viscosity）；色泽使用HunterLab ColourFlex EZ光谱仪测量L、a、b*值；水分含量依据AOAC 931.04重量法测定。数据通过二阶多项式模型和方差分析（ANOVA）进行拟合与验证。

研究结果显示，脂肪含量与精炼时间对巧克力酱的质地特性具有显著影响。在牛奶巧克力中，脂肪含量对所有流变参数均呈负向线性效应（p<0.05），即脂肪增加导致硬度、稠度、内聚性和粘性指数下降；而精炼时间则表现出正向影响，可能与水分脱除和颗粒包覆改善有关。两者间存在显著负交互作用（β=-13.01, p<0.05），表明在高脂条件下延长精炼对质构的改善效果减弱。黑巧克力同样受脂肪含量主导，但其与精炼时间之间存在正交互作用（β=45.00, p<0.05），说明在高脂配方中延长精炼可更有效提升质地性能。

在色泽方面，牛奶巧克力的L值（亮度）随脂肪含量（β=2.461）和精炼时间（β=1.285）增加而显著提高（p<0.05），a（红度）和b（黄度）也受脂肪显著影响；黑巧克力的色泽响应较弱，尤其L值对精炼时间不敏感，可能与可可颗粒的主导作用有关。水分行为呈现配方间差异：牛奶巧克力中脂肪含量与水分呈正相关（β=0.2366, p<0.05），而黑巧克力中两者为负相关（β=-0.1832, p<0.05），乳蛋白和乳糖的水结合能力可能是造成这一差异的主要原因。

本研究通过响应面优化提出：牛奶巧克力酱的最佳工艺条件为35%脂肪含量与8小时精炼，而黑巧克力酱则为38–40%脂肪含量与6小时精炼。这些结论不仅揭示了脂肪-颗粒相互作用与水分动力学机制在手工巧克力酱中的关键作用，还为小规模生产者提供了基于实证的工艺调控策略，有助于提升产品一致性与市场竞争力。研究的局限性在于未进行感官验证，未来需结合感官评价、粒度分布与结晶动力学进一步深化优化框架。论文发表于《Translational Food Sciences》，为手工巧克力制造领域提供了理论与实践紧密结合的重要参考。