Research advances in the mechanisms of blooming and the methods of anti-blooming for chocolate Gao Yinyu Xiong Chunhong Wang Yung LiuRong Chen Caishui (Food Science and Engineering Department of Nanchang University,330047) Abstract Research advances in the mechanisms of blooming and the methods of ani-blooming for chocolate during the latest forty years and more at home and abroad were reviewed.The mechanisms of anti-blooming methods were discussed according to the mechanisms of blooming and the methods of anti-blooming for chocolate which were classified and stated, respectively. This article's authors firstly studied the mechanisms of anti-blooming by natural foods which have both high nutritional value and anti-blooming function. Key words Chocolate blooming anti-blooming Review 摘要 本文综述了近四十多年国内外关于巧克力起霜花原因及抗霜花方法的研究进展，将巧克力起霜花原因及抗霜花方法进行分类、逐一阐述，并对其抗霜花方法的机理进行了探讨。本文作者近年首先研究了集营养与抗霜功能为一体的天然物抗霜机理。 关键词 巧克力 起霜花 抗霜花 综述 巧克力起霜花原因及抗霜花方法研究进展 高荫榆 熊春红 王云 刘蓉 陈才水 (南昌大学食品科学工程系 330047) 1 引言 巧克力起霜花是巧克力产业的世界性难题。霜花是指加工、贮存、销售过程中，巧克力表面均一发白(酷似秋霜)或起凹凸不平的花、斑点，甚至全部变成灰白色、失去光泽。外观使顾客误以为发霉而令人难以接受。严重时，内部组织呈干砂粒状，失去坚脆、断而有声、入口即化、凉爽润滑、细腻而不糊口等特征，食似嚼蜡，失去商品价值。 巧克力可发生多种质量问题，但“起霜花”现象最多[1]，要占比例 65～80%。 80 年代，日本消费者关于质量问题提出索赔的各种原因比例中，“起霜花”索赔就占 80%左右[2]。 中国巧克力市场的潜力和发展容量是很大的，据专家预测，本世纪末与下世纪初，中国人均年消费巧克力制品为 48 万吨[3]。如果起霜花以 65%(取下限)计，为 31.2 万吨。售价以 1～10 元/100g 计，造成近百十亿元的巨大损失。所以解决巧克力起霜花这一难题显得更为紧迫。 关于起霜原因，认识不完全一致。研究的抗霜方法也不同，大致可分成三类：恰当调温过程及条件；使用特殊类型的甘油三脂肪酸酯(下述简称甘三酯)；对整个巧克力体系作用的其它添加剂。它们各有研究重点及理论。研究对整个巧克力体系作用的添加剂，这一领域近十几年来重新活跃。其中使用天然物抗霜近年来更成为一种趋势，但这一领域的应用基础理论研究尚属空白，有许多值得探讨、研究的地方及分支。本文作者对食用菌(香菇、金针菇等)和茶(绿茶、红茶、乌龙茶等)具有抗霜作用的机理研究，为巧克力抗霜花开辟营养功能性与抗霜花性为一体的天然物研究领域作了初探和进一步研究工作。 2 巧克力起霜花原因 巧克力起霜花分为糖霜花和脂霜花[1]。糖霜花是由于巧克力的原料或加工过程中带入的水份超标，或贮存环境湿度过大，以及巧克力保存期间密封不严，使巧克力表面结露形成雾珠，巧克力糖份被溶出。当水份蒸发，糖再晶析于表面呈霜花。对于脂霜花的产生原因比较复杂，说法不一。 2.1 可可脂从液态变为固态过程中的同质多晶型自发衍变引起 可可脂是甘三酯混合物，固化过程可以不同晶体形式存在，即同质多晶型。通过控制结晶条件和养晶可得到不同熔点的多晶体。晶型命名和划分有多种不同报道[4-6]。如以Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ[4]或 g→α→b'→b[5]表示。但基本理论和认识是一致的，均是自由能递减、热力学稳定性递增过程，只是划分范围宽窄的问题。 每种晶型其甘三酯分子都有定向排列，不同晶型有不同的熔点和潜能(自由能)。自由能愈高的晶型，稳定性愈差，而且晶型衍变的规律是不稳定晶型向稳定晶型转变，即向低能量晶型转变。晶型的稳定性在于甘三酯分子规律的排列和分子间相互作用形成的坚硬的晶格网络结构。当不稳定晶型向稳定晶型转变时，能量以热的形式释放出来，增加了巧克力连续相可可脂系统中的液态馏分，液态油迁移至表层，再次结晶呈固态脂，随着晶体增大，当其直径大于 5 m m 时，则可以看到霜斑[4]。而可可脂以 V 型[4]或 b'[5]型存在，巧克力品质最佳。 2.2 巧克力起霜花与调温有关，与同质多晶现象无关。但不否认：Ⅵ型出现即引起霜花 Schlichter 等[7]综合了众人的研究报告后指出： (1)可可脂Ⅴ型晶体向Ⅵ型转化的速度，在采用了冷却加热循环(20°C、30°C 下各 12h)的条件下而加快。若只单一采用升温加热到 30°C 以上的方式时，V型向Ⅵ型转化的速度并不增快，所以霜花出现相对少。 (2)可可脂在冷却调温过程中添加Ⅵ型晶种后，只有在 23°C 低温足够长的时间，可可脂才能以Ⅵ型作为晶种形成Ⅵ型结晶。 以上种种现象说明：可可脂Ⅴ型晶体向Ⅵ型转化将与同质多晶现象无关。Schlichter 等人运用 DSC 技术对可可脂在五种不同的冷却速度下进行结晶所获得的晶体进行测定，发现当可可脂在冷却速度十分缓慢的条件下结晶，将明显地产生不同熔点的甘三酯分级结晶现象，从而获得较高熔点的可可脂。这些研究成果指出：较高熔点的可可脂结晶体的形成，事实上是一种分级结晶过程的产物。也就是说，用迅速固化的方法获得一种均匀的固态可可脂，然后将其在一定的时间及温度范围内反复进行冷却加热的调温处理后，较高熔点的与较低熔点的可可脂甘三酯的组分将明显地成为二种不同的固液状态。在室温下这种熟成过程较为缓慢，但会由于上述的调温处理而加快，当可可脂可塑到足以使固脂从液油中离析出来时，事实上发生一种失去液油的V型向Ⅵ型的转化(Ⅴ型向Ⅵ型转化以固态为媒介，见图 1[4])，而这种转化与可可脂的同质多晶型无关，只被认为是拥有相同的化学组成的可可脂具有不同的晶体组成而已。
| 图1 可可脂的转化规律
2.3 甘三酯的相容性问题引起 甘三酯因脂肪酸基碳链长度、双键位置、双键数量、立体顺反异构，及其在甘油基1，2，3位置上分布情况的差异，不同的甘三酯之间相容性程度有很大的差异。可可脂中添加代用脂量超过相容范围，就可能产生霜斑。关于甘三酯相容性，国外已有不少研究成果及报导。根据Paulicka观点[8]，甘三酯要完全相容必须满足以下条件：(a)具有相同的热力学性质，即具有相同的熔点，熔融和凝固范围；(b)具有相似的分子大小，形态及群集方式，在二元混合物中，晶体以单一晶格结构存在；(c)具有类似的同质多晶特性，多晶体转化的规律相同。两种甘三酯相容程度，取决于这些条件的满足程度。 Paulicka 讨论了三种硬脂与可可脂混和物系的相图，指出与起霜有关的是：它们的相容性质造成了固相转化现象的特殊性[8]。当混合脂均一的固相被破坏，进而发展为新相时，将看到巧克力表面黯淡，丧失光泽，出现霜斑。 因此，当采用某种硬脂来取代部分可可脂或者把硬脂与未完全脱脂的可可粉混用时，必须考虑其与可可脂的甘三酯组成、结晶热力学特性和同质多晶特性方面的差异[8,9]。 2.4 脂迁移引起 主要研究的是花式巧克力。 但关于脂迁移的原因尚不清楚，仍在继续研究中[10-12]。 2.5 巧克力复杂的多相分散体系及晶格网络关系引起可可脂晶体迁移、聚集、成长粗大而起霜花 巧克力体系是一种复杂多相体系，含有连续相：油脂；分散相：液体、晶体、胶体等微粒子以及气体等，即由可可脂、糖粉、可可豆酱(或可可粉)、奶粉、食盐、香兰素、乳化剂及空气、微量水份等组成。本文作者在功能性巧克力研究中发现许多固体粒子在连续相油脂的晶格网络中影响可可脂晶体迁移、聚集、成长、粗大的速率，并初步探讨和分析了这一原因[13]，现再进一步深入研究其机理。 2.6 其它 主要为晶格网络理论[14]及微孔[15]研究。“晶格网络”、“微孔”在五六十年代提出后，没有进一步在机理研究上发展，六七十年代甚至有所停滞。近年来，学者们又重新重视，并发展了一些新思路，如汞微孔测量等[15]。 从中可以看出：学者们已经意识到巧克力是一个复杂多相体系，单从油脂及其晶型方面研究抗霜花不够全面，必须加强关于整个体系的基础理论研究。 3 抗巧克力霜花方法 3.1 恰当调温过程及条件 通过恰当调温，增加稳定晶型存在的比例，更多晶粒以规则的排列形成晶格结构，种晶格由相邻晶粒以相反的位置堆积形成晶格，这种晶格分布于整个脂肪系统，被假设形成了一个网络结构，作为一个阻碍去抑制晶粒的迁移和再结晶，对延缓起霜花有一定作用[16]。但只能减少生产过程中的起霜花因素，却对贮存、销售过程中引起霜花的因素控制乏力。 3.2 使用特殊类型的甘三酯 3.2.1 完全氢化的植物酯 例如充分氢化的棕榈油、棉籽油，添加量0.4-1.25%[17]。这一类甘三酯具有相对较高的熔点，不易变成液态脂，将其分散在连续相可可脂系统中，可以起到稳定作用而抑制液态脂的迁移，从而抑制巧克力中霜花的产生。但影响巧克力口溶性，有蜡感。 3.2.2 长碳链(C14-24)脂肪酸基甘三酯 例如报道有≥C20脂肪酸的脂和油的混合物[18]或C20-24饱和甘三酯(如扁油酸甘三酯)和C16-22不饱和甘三酯(如橄榄油甘三酯)1∶1酯交换制得的混合物，利用脂肪酸基长碳链产生网络效应，牵制液体可可脂迁移，对高温起脂霜也有抑制作用[19,20]。 3.2.3 中碳链(C6-12)脂肪酸甘三酯[21-23] 此种甘三酯加入到巧克力中使其连续相可可脂脂肪系统形成 b-型稳定晶体后，晶型衍变受抑制而抗霜。 3.2.4 1,3-二硬脂酸-2-油酸甘油酯(SOS) Uragami 等[24]在可可脂中加入20%左右的SOS后，可可脂中SOS含量从原有的29.2%提高到47.5%，巧克力霜斑产生时间延缓4.4倍。 3.2.5 1,3-二油酸-2-硬脂酸甘油酯(OSO) 古谷野哲夫等[25]通过研究可可脂中加OSO或巧克力中加OSO以及SOS/OSO中加入液体油(橄榄油)体系的DSC图、SFC曲线、X-衍射、流变性质，得出：通过加OSO，可提高巧克力体系的双链稳定结晶，并束缚液体油迁移，而且不影响流散性，对巧克力有抗霜作用。但获得OSO还比较困难，价格高，有待继续研究。 3.2.6 1,3-二山嵛酸-2-油酸甘油酯(BOB) BOB 晶种为粉末油脂，其b型和b'型晶体与可可脂晶体极为相似，而且高温37°C也不融熔。一般加5%混合分散于巧克力(冷至30°C左右)中，冷却凝固，可可脂即使37°C熔化后又冷却，巧克力也不起霜[26]。 3.2.7 分提的牛乳脂[27-29] Lohman等人[27]用丙酮(1∶4 wt/vol)溶解无水牛乳脂，从25°C至0°C，每隔5°C降温，逐步结晶分提，得六种固体馏分和0°C液体馏分。15℃、20°C、25°C高熔点馏分可抑制起霜，而5°C、0°C固体馏分及0°C液体馏分会诱导起霜。该作者推测是高熔点脂肪的高固体脂肪指数(SFC)延缓了多晶衍变速率，但也不排除甘三酯的饱和度、链长结构和相容性也起了作用。机理的进一步研究尚待深入。 3.2.8 荷兰尤尼利弗公司研究的抗霜甘三酯混合物[30,31] 该混合物包括A和B和(或)C型甘三酯。A为(H2M+M2H)型甘三酯混合物；B为软甘三酯混合物，特别是(U3+U2S)含量为至少45%(wt.)优选60%的液体油，如分馏棕榈油的精馏分；C为SUS含量至少45%(wt.)优选60%的甘三酯，如选自可可脂、牛油硬脂精、棕榈油中间馏分、illipe和可可脂馏分，或混合物。其中，H代表≥C16优选C16-18的饱和脂肪酸，如硬化棕榈油和富含月桂酸或肉豆寇酸残余物的甘三酯(如硬化棕榈仁油)经丹麦NOVO公司的SP392(1，3定向脂肪酶)酶促制备，并分子蒸馏取其中间馏分；U代表不饱和脂肪酸(≥C18)；S代表饱和脂肪酸(C16-18)；M代表C8～C14的饱和脂肪酸。 该抗霜混合物对高温下(＞35°C)起霜防止最有效；可阻止有涂层的烘烤食品的巧克力涂层起霜[30]。 3.3 对整个巧克力体系作用的添加剂 3.3.1 各种乳化剂 Nissim Garti 等[32]通过实验发现，添加乳化剂可降低巧克力料的熔点，使DSC曲线变宽，增加了脂肪系统的液体馏分，促进Ⅳ→Ⅴ型的转变，因为其转化以液态为媒介；但抑制Ⅴ→Ⅵ的转变，因其转变以固态为媒介(见图1)。高熔点乳化剂碳链紧密排列，产生刚硬结构，阻止了Ⅴ型体通过微小振动向热稳定性更高的Ⅵ型体的转变而抗霜。 3.3.1.1 常用乳化剂 有卵磷脂、大豆磷脂、蔗糖脂肪酸酯[33-25]等。 3.3.1.2 发展中的乳化剂 有失水山梨醇酸酯(商品名Span)与聚氧乙烯(20)失水山梨醇酸酯(商品名Tween)[36]、聚甘油脂肪酸酯[37]、聚甘油多聚蓖麻醇酸酯[33,37]、酯化的甾类化合物[38]等等，对巧克力都有一定抗霜作用。 3.3.1.3 新近研究的乳化剂 最近李建成等[39]报道上海、杭州有巧克力厂家考虑以辛癸酸甘油酯作为巧克力添加剂的应用试验。辛癸酯甘油酯是以椰子油、棕榈油等为原料，经水解、分馏切割得到辛酸和癸酸，然后根据要求，调整两者比例，与甘油酯化再精制得到的产品，属人工合成的半天然产品。有可能起到降粘、增溶、抗霜、增光、乳化稳定及晶体促进作用，但其机理研究及应用还有待继续探讨和实验。乳化剂抗巧克力霜花的文献报道比例过半，以致难一一例举。但并未完全解决抗霜花问题，而且大多数均为化学合成物。 3.3.2 其它天然物质 3.3.2.1 水合牛乳脂肪、水合卵磷脂 主要利用乳化剂，用“反胶束”技术(指表面活性剂存在下，于脂类、非水相中自发形成水囊)形成稳定油包水乳液，然后直接加入到调和的巧克力中，提高巧克力耐热性(高于35°C不软化)，减少高温下的起霜[40]。 3.3.2.2 二元羧酸及衍生物 专利[14]报导芳香族、脂肪族(烷、烯)二羧酸，例如癸二酸、已二酸，二羧酸可以有羧基、氨基，或是酯、醚、胺。碳链可以是直链，也可以有分支。二羧酸及衍生物对巧克力均有抗霜效果，且长链(C16-18)抗霜能力优于短链；粒径愈细愈好，愈细用量越少。分析抗霜机理为：(1)二羧酸的强极性羧基可与甘三酯的极性区域形成极性键，将分子彼此连在一起，因而加强了网络结构和层状结构。从而促进不稳定结晶向稳定结晶转化，控制低熔点晶型组分的液化、流动。若二羧酸碳链太短，则可能无法跨越甘三酯的极性区，因而抗霜能力小于长碳链二羧酸。(2)由于羧基与混合物中的蛋白质和蔗糖的极性区形成氢键，蛋白质和糖之间的氢键又形成另一个网络结构，进一步稳定脂肪体系，阻止产品表面脂的重结晶(脂霜)[14]。 3.3.2.3 多元醇及多糖、糖醇 多元醇具有多个极性羟基，它可与液态甘三酯的极性区域相互作用，形成网络效应，抑制液态酯的迁移而抗霜。如：能抗脂霜的巧克力，用了山梨糖醇、果糖、葡萄糖、淀粉凝胶粉末[41]。精菊淀粉(菊糖)，从菊芋中提取的一种b-多聚果糖，加水由果胶凝胶化后添加于巧克力中进行抗热及高温抗霜研究[42]。多元醇(添加量占巧克力1～2%)，以及用多糖如葡甘露聚糖、卡拉胶、藻酸钠等作为多元醇的胶凝剂(添加量占巧克力0.03-0.1%)，一起加入巧克力中进行抗热及高温抗霜研究[43]。 3.3.2.4 固体疏粉物颗粒及粉末 JP63，251，046报道用(1)α-变性谷物泡夫(疏松饼)(20目)，如板栗、燕麦、玉米、大米制；(2)磨碎的多孔食品，如日式梳打饼、饼干、馅饼等加入到巧克力中，在30°C贮存20天也很稳定。 3.3.2.5 食用菌及茶的粉末 本文研究者在功能性巧克力研究中将食用菌(香菇、金针菇等)和茶(绿茶、红茶、乌龙茶等)的粉末添加到类可可脂巧克力中，可比添加Span65与Tween60、聚甘油酯的巧克力起霜时间延缓2～3倍，比普通添加磷脂的传统巧克力延缓5～7倍以上[13]。这两类原料中有阻止类可可脂分子微小运动、牵制阻碍脂迁移、聚集、成长的物质成份及结构。现进一步深入对抗霜机理进行研究，并获国家自然科学基金资助项目(批准号：29772013)。首先，对香菇多糖、香菇纤维素、绿茶蛋白质、绿茶多糖进行抗霜花机理研究。根据[45～47]报道及本研究有关的结果，初步分析：香菇多糖、绿茶多糖及绿茶蛋白质能形成亲水(多羟基基团及肽键等)和疏水(碳氢链)区域层，并能积聚在油-水相界面上，起生物乳化剂作用及乳状液稳定剂作用，并可能与巧克力中磷脂起乳化协同作用。根据［32，36，48，49］报道及本研究部分的结果初步分析：香菇纤维素微粉化后，能提高巧克力多相体系的乳化稳定性及悬浊稳定性，并具有刚性多孔结构，可如固体乳化剂的长碳链，阻碍脂分子、糖粒子运动、迁移而有抗霜花效果。有关其机理研究的进一步结果及论证正在进行中。 4 结语 直至今日，巧克力起霜及抗霜问题仍是世界难题。已有许多研究者着手从调温、多晶衍变、甘三酯结构、成分、相容性等方面进行研究。近年来，从整个巧克力的体系入手的研究十分活跃，寻找了多种抗霜添加剂，以天然物抗霜的研究引人注目。但应用基础理论研究不足。现已逐步意识到要加强巧克力整个体系的基础理论研究，除了过去常用的差示扫描量热法(DSC)、X-衍射法、固体脂肪指数(SFC)曲线、循环(20°C、30°C下各12h)抗霜实验。近几年来，更多投入于巧克力体系的(电)动力学研究[11,50]、流变学、摩擦变学[51,52]研究，并发展了一些新方法、新思路，间接研究巧克力体系的微孔结构与起霜的关系[15]。乌桕为中国特有丰富资源。从乌桕脂中提取类可可脂，其巧克力口感好，但易起霜花。研究食用菌(香菇、金针菇等)和茶叶(绿茶、红茶等)对其巧克力抗霜花的作用及机理，这不仅顺应了当前营养功能食品发展趋势，并对抗巧克力霜花研究提供理论依据，且对开发中国特有资源也具有深远意义。 5 参考文献 [1] 古秦.食品工业，1991，(3)：6-7. 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