《Food Chemistry: X》：Ultrasound-assisted modification of physicochemical, functional, and sensory properties in camel milk chocolate
编辑推荐：
本研究探讨了骆驼乳巧克力因驼乳脂肪-蛋白质结构独特而依赖高强度精炼和回火工艺的技术难题。为解决此问题，研究人员系统开展了超声波辅助加工对以冻干骆驼乳粉（FDCMP）制备的巧克力在理化、功能、结构和感官特性方面影响的研究。结果表明，适度超声处理（750 W/20 kHz，7.5 min）能在保持基本成分的同时，显著降低水活度、提升抗氧化活性、改善微观结构均匀性与形状保持性，并优化流变学行为，最终提升感官接受度。该研究为开发非热加工策略以增强骆驼乳巧克力品质、减少对热处理的依赖提供了有效方案。
巧克力，这种深受喜爱的甜食，正在经历一场“健康升级”。消费者不仅追求美味，也期望获得额外的营养价值。骆驼乳，以其独特的成分（如不含β-乳球蛋白、含有更高的生物活性物质）脱颖而出，成为开发营养强化型乳制品的理想原料。将骆驼乳融入巧克力，有望结合巧克力的感官愉悦与驼乳的健康益处，创造出新颖的乳基糖果产品。然而，理想很丰满，现实却充满挑战。骆驼乳的理化行为（如脂肪球尺寸、酪蛋白胶束结构）与常见的牛乳截然不同，这给巧克力制造带来了特殊的工艺难题。传统的巧克力生产严重依赖高强度的精炼和精确的回火步骤，以控制脂肪结晶、获得理想的质地和稳定性。而骆驼乳非典型的脂肪-蛋白质组织，常常导致颗粒分散不均、流变不稳定和产品形状保持性差。因此，亟需寻找替代性的加工创新技术，在利用骆驼乳功能潜力的同时，确保最终产品的稳定性、理想质地、风味和消费者接受度。
非热加工技术为解决传统热处理可能破坏热敏性营养素或风味物质的局限带来了希望。其中，超声波处理展现出独特的优势。与主要诱导表面反应的冷等离子体或基于电场的技术不同，超声波通过空化、微流和机械剪切效应，实现直接体积能量传递。这些效应能增强传质传能，改善乳化与均质化，并调控整个产品基质的微观结构和结晶行为。在乳品加工中，超声波已被证明可有效改变理化性质，同时增强功能特性（如释放生物活性肽、提升抗氧化潜力）并改善质构和结构稳定性。超声波在适中温度下工作、不产生活性物质、且无需复杂电极系统的能力，使其特别适用于乳基巧克力体系，因为该体系对均匀的微观结构控制和成分保存要求苛刻。尽管骆驼乳巧克力的营养潜力得到认可，但其制造在技术上仍然充满挑战，这主要归因于为补偿骆驼乳非典型脂肪-蛋白质组织而对其的密集型精炼和精确回火步骤的依赖。超声波处理在乳品体系中改善乳化、微观结构和功能属性方面已被广泛探索，但其在巧克力制造中的应用，尤其是在骆驼乳巧克力体系中，尚未得到系统研究。鉴于巧克力基质的结构复杂性以及骆驼乳成分对热和机械应力的敏感性，存在一个明显的知识空白，即超声波辅助处理是否能调节骆驼乳巧克力中的脂肪-蛋白质相互作用、微观结构组织和流动行为，从而减少对繁琐的热精炼和回火操作的依赖。填补这一空白对于开发高效的非热加工策略至关重要，该策略能在提升产品质量的同时，保留骆驼乳独特的功能属性。
为此，来自ICAR-国家骆驼研究中心（印度比卡内尔）的Yogesh Kumar及其团队在《Food Chemistry: X》上发表研究，系统考察了在含有冻干骆驼乳粉（FDCMP）的骆驼乳巧克力制造过程中应用超声波辅助处理的效果，并评估了其对理化、功能、结构、流变和感官特性的影响。他们发现，适度的超声波处理是一种增强骆驼乳巧克力结构、功能和感官质量的有效策略。
为开展此项研究，研究人员运用了几个关键技术方法。首先，制备了冻干骆驼乳粉（FDCMP）作为核心原料。其次，按照标准配方和流程（混合、精炼）制备骆驼乳巧克力。关键的干预手段是超声波处理：使用探头式超声波处理器（20 kHz, 750 W），在50±2°C下，以20%的振幅对巧克力混合物分别处理5分钟（T1）、7.5分钟（T2）和10分钟（T3），未处理组作为对照（C）。然后，他们对产品和原料进行了一系列系统表征：使用标准方法分析近似成分、水活度（aw）和采用DPPH法的抗氧化活性；通过色度计评估颜色属性和白度指数（WI）；通过特定实验计算形状保持指数（SRI）并使用质构分析仪测量硬度；利用光学显微镜观察微观结构；采用流变仪分析流变特性（剪切应力-剪切速率关系、温度-粘度关系）；通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析分子结构变化；并组织感官小组进行感官评价，从外观、硬度、光滑度、风味和整体接受度等方面进行评分。
3.1. 冻干骆驼乳粉的近似成分、颜色、水活度和粒径
FDCMP显示出高蛋白（26.21%）和高脂肪（24.11%）含量，确认了其营养丰富的组成。低水分（2.67%）和水活度（0.517）表明其具有良好的储存稳定性。颜色值显示高L*（89.01，高亮度）和正b*（13.31，偏黄），呈现浅黄白色外观。粒径分布表明其结构广泛但均匀。
3.2.1. 近似成分、水活度和抗氧化活性
超声波处理未显著（p> 0.05）影响主要成分（碳水化合物、蛋白质、脂肪、水分、灰分），表明在所用强度下（750 W/20 kHz，5–10分钟）保留了产品的营养完整性。然而，随着超声时间增加，水活度（aw）显著（p< 0.05）降低，从对照组的0.279降至T3组（10分钟）的0.263，这归因于超声增强了固体和脂肪的分散与结构重排，减少了表面水分。抗氧化活性显著提升，从对照组的14.34 μmol Trolox/g增至T3组的20.76 μmol Trolox/g，这可能是超声空化破坏细胞壁、释放结合酚类化合物并促进自由基形成的结果。
3.2.2. 颜色属性和白度指数
随着超声时间延长，L*（亮度）和a*（红度）值略有但持续增加，b*（黄度）和C*（彩度）值在T3组也显著增加，表明白色处理增强了产品的视觉亮度、红色色调和颜色饱和度。hab（色调角）和WI（白度指数）的增加表明颜色均匀性和整体视觉吸引力得到改善。这些变化归因于超声空化促进了可可固体和乳成分的更精细分散。
3.2.3. 形状保持指数、质构和微观结构特性
形状保持指数（SRI）随着超声处理时间增加而显著提高，从T1组的22.6%增至T3组的47.5%，反映了产品处理后结构完整性和尺寸稳定性的增强。硬度在T2组（7.5分钟）达到峰值，但在T3组（10分钟）显著下降，表明适度的超声处理可通过改善脂肪-固体相互作用来增强巧克力基质的刚性，但过度处理可能因过度空化或局部加热破坏网络导致软化。
微观结构观察显示，超声处理引起了明显的结构重排。对照组（C）基质不均匀，颗粒离散，脂肪与固相之间连续性不完全。处理5分钟（T1）后，颗粒团簇变小且分布更均匀。处理7.5分钟（T2）时，结构明显更均质：脂肪网络呈现连续性，固体精细分散，空隙减少。然而，处理10分钟（T3）时，出现了一些凝聚和局部异质性，表明过度的超声处理可能开始破坏结构。
3.2.4. 流变学特性
所有样品均表现出非牛顿假塑性流动，即剪切应力随剪切速率非线性增加，粘度相应降低。超声处理样品（T1-T3）在可比剪切速率下显示出略低的粘度和较高的剪切应力，表明流动性和结构均匀性得到改善。这些变化归因于声空化破坏了固体团簇，减少了粒径，增强了可可固体和乳脂肪的分散，从而降低了内摩擦。温度依赖性粘度显示，所有样品的粘度随温度升高而逐渐下降，但超声处理巧克力（尤其是T2组）在所有温度下都表现出更低的粘度，表明润滑性和颗粒迁移率增强。
3.2.5. 傅里叶变换红外光谱分析
FTIR光谱显示，所有样品均具有乳基巧克力体系的特征峰。超声处理并未改变巧克力基质的主要化学结构。然而，在超声处理样品中，特别是T2组（7.5分钟），酰胺I带和II带（约1650 cm-1和约1540 cm-1）出现明显的锐化和轻微位移，这表明乳蛋白发生了细微的构象重排，并且蛋白质、脂肪和可可多酚之间的相互作用增强。在指纹区（1200–900 cm-1），与碳水化合物和可可脂酯类的C-O伸缩振动相关的谱带在T2光谱中强度略高，暗示乳糖、蔗糖和脂质成分之间的分散和相互作用得到改善。
3.2.6. 感官属性
感官评价结果表明，超声波处理对骆驼乳巧克力的感官属性有显著影响。在所有处理中，T2组（7.5分钟，750 W/20 kHz）在所有属性上得分最高，特别是在质地、口感和整体接受度方面。这种改善归因于超声波空化效应，它增强了颗粒分散，促进了更光滑的微观结构，从而形成了更细腻、更均匀的巧克力基质。相反，对照组和T1样品感官得分略低，反映了均质度较低和质地较粗糙，而过度处理10分钟的T3组在香气和味道上得分 marginally 较低。
本研究得出结论，在受控温度下进行的超声波辅助处理通过空化驱动的物理机制，显著影响了由冻干骆驼乳粉配制的骆驼乳巧克力。在750 W/20 kHz条件下，适度超声处理（7.5分钟）在保持基本成分的同时，在关键质量属性上产生了可测量的改善。水活度从0.279（对照）降至约0.265，表明在重组的脂肪-固体基质内水分的固定性增强；抗氧化活性提升了约45%，反映了空化辅助释放和可可多酚的可及性改善。微观结构的精细化表现为颗粒聚集减少和连续脂肪-蛋白质网络的形成，这转化为形状保持指数成倍的增加。FTIR光谱显示酰胺I和II带锐化并轻微位移，证实了超声波诱导的构象重排和增强的蛋白质-脂质-多酚相互作用。这些分子水平的变化降低了内摩擦，导致表观粘度降低，并在测试的剪切速率范围内改善了假塑性流动行为。7.5分钟处理组的感官评分最高，特别是在光滑度、口感和整体接受度方面，这与改善的润滑性和结构均匀性一致。相比之下，过长的超声处理（10分钟）部分破坏了优化后的网络，突显了明确的处理阈值。
总的来说，这项研究的意义在于，它确立了受控超声波处理作为一种有效的、结构导向的工具，能够显著增强骆驼乳巧克力的功能、流变和感官性能，同时减少对密集型精炼和回火工艺的依赖。这不仅为开发高品质、营养强化型的骆驼乳巧克力产品提供了可行的非热加工方案，也为其他复杂乳基食品体系的加工创新提供了新思路。未来的研究可以进一步优化超声波处理参数，探索其与其他非热技术的联用，并评估其对产品风味稳定性和货架期的影响，以推动该技术在乳品工业中的更广泛应用。
