可可替代新策略：角豆粉替代可可粉对巧克力酱理化、营养、质构、结构与感官品质的影响及35%–50%替代窗口

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Reformulation of a Chocolate Spread: Impact of Replacing Cocoa With Carob

　　

由于需求强劲和作物产量不稳定，可可价格预计将持续上涨，这增加了巧克力酱配方中对植物基替代物的需求。本研究旨在探究以角豆粉（carob powder）替代可可粉（cocoa powder）（0–100%）对巧克力酱理化（physicochemical）、营养（nutritional）、质构（textural）、结构（structural）和感官（sensory）特性的影响。首先对可可粉和角豆粉进行了比较表征，并在标准化条件下制备了角豆替代水平为0、20、35、50、75和100%的六种巧克力酱配方。评估了颜色、营养组成、质构、油析（oil syneresis）和感官特性，并采用偏最小二乘（Partial Least Squares, PLS）回归识别感官感知的主要预测因子。增加角豆替代水平提高了亮度（lightness）和可溶性糖（soluble sugars）含量，同时降低了蛋白质（protein）、脂质（lipid）和多酚（polyphenol）含量。硬度（hardness）逐渐增加，而涂布性（spreadability）显著下降，尤其在35%与50%替代之间。油析在中度替代配方中最高（5.8–7.5%），在极端配方中最低（3.0–3.8%）。感官剖析（sensory profiling）显示，可可香气特征在替代至50%时仍得以保持；尽管存在仪器测定的差异，质构描述符（texture descriptors）未能显著区分各配方。PLS回归识别出色调角（hue angle, h°）、可溶性糖和亮度是视觉巧克力特征（visual chocolate identity）的主要预测因子。总体而言，结果表明以角豆替代35–50%可可是一个有前景的配方重构（reformulation）范围，可在维持结构稳定性和感官质量的同时提供营养益处。

研究背景方面，可可价格受需求强劲与作物产量不稳定影响预计持续上涨，巧克力酱作为由分散固形颗粒与连续脂相构成的半固体体系，其黏度、涂布性、质构和油分离受配方与加工显著影响。既有研究提示角豆可作为可可替代物，但可可粉与角豆粉的直接比较仍有限，宽替代范围内渐进替代对技术稳定性和感官品质的影响尚未系统表征。因此，研究人员在固定乳清粉、植物油和蔗糖等配料条件下，制备可可粉被角豆粉替代0、20、35、50、75和100%的六种巧克力酱（E0–E5），比较原料粉末并评价成品理化、营养、质构、油析和感官特性，采用偏最小二乘回归（Partial Least Squares, PLS）识别感官预测因子。研究得出替代并非均一变化，35–50%替代兼具营养收益、结构稳定和感官保持，完全替代技术可行但产品特征不同；其意义在于将“替代程度”作为配方策略而非简单配料替换。

关键技术方法（不超过250字）：可可粉及次要配料由Confiserie Le Bustan（Sfax, Tunisia）提供；角豆粉为突尼斯本地分销商提供的Ceratonia siliqua L.豆荚 roasted产品，平均粒径<250 μm。六配方按1 kg批次标准化制备：干料预混，植物油与大豆卵磷脂于45 ± 1°C混合后加入，行星混合，45 ± 1°C精炼45 min，灌装冷却。测定pH、水分、水分活度（a_w）、CIE L*a*b*、可溶性糖、膳食纤维、粗蛋白、总脂质、总多酚和持油能力（OHC）；进行质构剖面分析（TPA）；80°C 30 min后4000 × g离心测油析；15名训练评价员（école Nationale d'Ingénieurs de Sfax，8女7男，23–39岁）对E0、E3、E5进行0–5强度描述性感官评价；采用方差分析（ANOVA）、主成分分析（PCA）、Pearson相关和PLS。

结果部分：
3.1 粉末理化性质（Physico-Chemical Properties of Powders）：通过比较表征发现，可可粉pH约6.12、角豆粉约4.56；角豆粉a_w更低、L*更高、色调更偏黄；角豆粉可溶性糖34.02%远高于可可粉3.46%，粗蛋白8.31%低于可可粉28.43%，总脂质近0而可可粉34.81%；两者总膳食纤维约40%、总多酚相近、OHC约1.28–1.35 g g^?1，但多酚类型不同。结论是二者性质互补，可可主要提供脂质、蛋白和结构，角豆提供天然糖、纤维和多酚且不贡献脂质。

3.2 巧克力酱理化性质（Physico-Chemical Properties of Spreads）：六配方测定显示pH窄幅波动且无单调趋势，a_w为0.34–0.39且低于0.60；L*随替代单调升高，h°由约50.12°升至65.30°，50%以上色变明显；可溶性糖由27.45%升至40.04%，粗蛋白下降，总多酚由15.03降至6.34 mg GAE/100 g，灰分下降，总脂质由41.68%降至31.57%。结论是替代带来营养权衡，并形成约50%的视觉转变阈值。

3.3 质构剖面分析（Texture Profile Analysis）：TPA显示硬度由0.57 N升至1.66 N，E2至E3出现阶跃；粘附性升高；内聚性和弹性总体恒定；涂布性指数在E2至E3下降约85%。结论是35–50%替代区间发生由脂质塑性向纤维刚性的结构转变。

3.4 油分离（Oil Separation）：加速离心试验显示非单调响应，E0和E5油析最低（3.00%和3.80%），中间配方较高（5.8–7.5%）。结论是中间配方中可可与角豆两类结构不相容颗粒群共存，竞争油相和界面活性成分；粉末OHC不能充分预测基质稳定性，需从界面化学、卵磷脂或聚甘油蓖麻醇酸酯（PGPR）、分级脂肪及精炼参数优化着手。

3.5 训练评价员描述性感官剖面（Trained-Panel Descriptive Sensory Profile）：对E0、E3、E5的14个描述符中，棕色调、光泽、可可香气和角豆香气显著区分；味道及质构描述符多不显著。可可香气在E0与E3间无显著差异、E5显著降低，角豆香气递增；PCA第一主成分解释96.1%变异，E3更接近E0。结论是可可感官身份至50%替代仍保持，仪器质构差异未转化为显著感官差异。

3.6 仪器数据多变量整合与桥接分析（Multivariate Integration of Instrumental Data and Bridging Analysis）：对6配方×19变量PCA显示PC1解释50.8%、PC2解释17.4%，PC1沿替代梯度，PC2主要由油分离主导；E0、E3、E5间Pearson相关显示L*与感官棕色调r=-0.98，可可香气与脂质、蛋白、多酚正相关，角豆香气呈镜像；TPA硬度与感官涂布性仅r=-0.54。PLSR模型R²Y=0.99、Q²Y=0.62，投影变量重要性（VIP）显示h°、可溶性糖、L*和b*为主要预测因子。结论是颜色、结构和香气阈值汇聚，界定35–50%工业重构窗口。

3.7 与既往角豆基酱研究比较（Comparison With Previous Carob-Based Spread Studies）：与Parlat?r et al. (2024)等相比，本研究覆盖完整0–100%六水平、采用训练描述性剖面并联结仪器数据；既往低可可基酱中locust bean flour替代至3.0 g/100 g时部分感官可接受性未受影响，与本研究可可身份在约50%内保持相一致；本研究的非单调油析在三点或四点设计中难以检出。

3.8 研究局限（Limitations of the Study）：单批次生产无法估计批间变异；感官评价仅覆盖3个配方且为内部训练评价员；油析为加速离心试验而非实时贮藏；TPA为两循环压缩，非该产品类别参考方法；植物油、乳清粉和蔗糖固定；单次感官评价使评价员×产品交互与残差混杂，重复性不可估计。未来需宏量营养素匹配设计和多温度实时贮藏研究。

讨论部分总结：研究将替代程度视为配方策略，指出可可-角豆替代存在颜色、质构和香气三个汇聚阈值，35–50%为兼顾结构、营养与感官的窗口；中间替代油析最高提示稳定性风险，仪器质构与感官质构解耦提示TPA变化不应直接视为感官缺陷。

研究结论翻译：本研究评估了部分及完全以角豆粉替代可可粉对涂抹酱产品理化、营养、质构和感官特性的影响。研究结果表明，可可-角豆替代并非伴随产品特性的均一变化；替代程度决定营养组成、结构特性和感官身份之间的平衡。因此，角豆粉因其独特组成，尤其是较高的可溶性糖含量、较低的脂质含量和较浅颜色，是巧克力酱配方中可可粉有前景的替代或互补配料。35–50%的部分替代似乎在这些属性间提供最有利平衡，允许在保持可可基巧克力酱关键特征的同时大量加入角豆。完全替代也代表技术上可行的替代方案，尽管其产生独特的产品特征，可能更适合有意定位为无可可或基于不同感官身份的产品配方。总体而言，这些发现为将可可替代程度用作配方策略而非简单配料替代提供了依据，有助于开发具有定制营养、技术和感官特性的多样化巧克力酱产品。仍需开展涉及延长贮藏和配方优化的进一步研究，以确认所提出替代水平的长期性能，并优化功能特性与感官特性之间的平衡。