巧克力中红外光谱研究

王晓萱，孟 露，韩明达，孔 昊，吴梦谣，于宏伟

(石家庄学院 化工学院，河北 石家庄 050035)

巧克力以可可浆和可可脂为主要原料。不同种类巧克力的化学结构存在着一定的差异性，但相关研究少见报道。中红外(MIR)光谱技术具有方便、快捷、灵敏度高的优点，广泛应用于食品工业领域。本文以巧克力为研究对象，分别采用一维MIR光谱和二阶导数MIR光谱对巧克力的结构进行研究，并采用一维MIR光谱对不同种类巧克力的营养成分进行了半定量研究。

1 实验

1.1 材料

德芙奶香白巧克力、德芙醇黑巧克力、德芙丝滑牛奶巧克力：玛氏食品(中国)有限公司，采购于石家庄市桥西区北国超市尚峰店。

1.2 仪器

Spectrum 100型傅里叶红外光谱仪：美国PE公司；Golden Gate型单次内反射ATR-FTIR变温附件：英国Specac公司。

1.3 方法

巧克力红外光谱实验以空气为背景，每次对样品进行8次扫描累加。巧克力MIR光谱数据的获得采用PE公司Spectrum v 6.3.5操作软件。

2 结果与讨论

2.1 巧克力MIR光谱研究

2.1.1 巧克力一维MIR光谱研究

采用一维MIR光谱进行巧克力的结构研究(见图1)。

图1 巧克力一维MIR光谱(303 K)

实验发现：三种巧克力的一维MIR光谱非常接近。以奶香白巧克力一维MIR光谱为例，对其结构进行表征(见图1-A)。其中，2922.79 cm-1处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团CH2不对称伸缩振动模式(νasCH2-奶香白巧克力-一维)；2853.27 cm-1处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团CH2对称伸缩振动模式(νsCH2-奶香白巧克力-一维)；1745.41 cm-1频率处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团C=O伸缩振动模式(νC=O-奶香白巧克力-一维)；1653.20 cm-1频率处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团蛋白质酰胺Ⅰ带模式(νamide-Ⅰ-奶香白巧克力-一维)；1535.84 cm-1频率处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团蛋白质酰胺 Ⅱ 带模式(νamide-Ⅱ-奶香白巧克力-一维)；1459.40 cm-1频率处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团CH3不对称变角振动模式(δasCH3-奶香白巧克力-一维)；1066.19 cm-1(νC-O-1-

奶香白巧克力-一维)、1049.63 cm-1(νC-O-2-奶香白巧克力-一维)、1012.82 cm-1(νC-O-3-奶香白巧克力-一维)和1004.22 cm-1(νC-O-4-奶香白巧克力-一维)频率处对应的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团C-O伸缩振动模式(νC-O-奶香白巧克力-一维)；721.48 cm-1处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团CH2面内摇摆振动模式(ρCH2-奶香白巧克力-一维)。三种巧克力的主要官能团对应的一维MIR光谱数据见表1。

表1 巧克力一维MIR光谱数据(303 K)

2.1.2 巧克力二阶导数MIR光谱研究

采用二阶导数MIR光谱进行巧克力的结构研究(见图2)。

图2 巧克力二阶导数MIR光谱(303 K)

实验发现：三种巧克力的二阶导数MIR光谱非常接近。以奶香白巧克力二阶导数MIR光谱为例，对其结构进行表征(见图2-A)。其中，2957.87 cm-1处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团νasCH3-奶香白巧克力-二阶导数；2922.78 cm-1处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团νasCH2-奶香白巧克力-二阶导数；2873.22 cm-1处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团νsCH3-奶香白巧克力-二阶导数；2853.00 cm-1处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团νsCH2-奶香白巧克力-二阶导数；1745.52 cm-1处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团νC=O-奶香白巧克力-二阶导数；1659.00 cm-1处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团νamide-Ⅰ-奶香白巧克力-二阶导数；1514.63 cm-1处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团νamide-Ⅱ-奶香白巧克力-二阶导数；1460.30 cm-1处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团δasCH3-奶香白巧克力-二阶导数；1375.29 cm-1处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团δsCH3-奶香白巧克力-二阶导数；1085.62 cm-1(νC-O-1-奶香白巧克力-二阶导数)、1066.68 cm-1(νC-O-2-奶香白巧克力-二阶导数)、1050.60 cm-1(νC-O-3-奶香白巧克力-二阶导数)、1036.32 cm-1(νC-O-4-奶香白巧克力-二阶导数)、1014.00 cm-1(νC-O-5-奶香白巧克力-二阶导数)和1003.72 cm-1(νC-O-6-奶香白巧克力-二阶导数)频率处对应的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团νC-O-奶香白巧克力-二阶导数；721.60 cm-1处的吸收峰归属于奶香白巧克力官能团ρCH2-奶香白巧克力-二阶导数。三种巧克力的主要官能团对应的二阶导数MIR光谱数据见表2。

表2 巧克力二阶导数MIR光谱数据(303 K)

研究发现，三种巧克力的MIR光谱非常接近，其主要化学结构并没有太大的差异性。巧克力的主要营养成分包括脂肪、糖及少量蛋白质，特征官能团对应的吸收频率及强度见表3。

表3 巧克力官能团一维MIR光谱数据(303 K)

2.2 不同种类巧克力的差异性研究

不同种类巧克力的营养成分数据见表4。

表4 巧克力的营养成分数据

不同种类巧克力的营养成分有一定的差异性，其中脂肪含量差异最大。根据表4数据，对不同种类巧克力的脂肪(A脂肪= (AνasCH2+AνsCH2)/2)、蛋白质(A蛋白质= (Aνmide-Ⅰ+Aνamide-Ⅱ)/2)和糖类(A糖类= (AνCO-1+AνCO-2+ AνCO-3+ AνCO-4)/4)进行一维MIR光谱半定量研究(见表5)。

表5 不同种类巧克力营养成分一维MIR光谱半定量研究

研究发现，通过建立简单的数学模型及一维MIR光谱半定量研究，可以较好地预测不同种类巧克力中脂肪和糖类的含量，而对于蛋白质含量的预测则存在一定的误差，这可能是由于巧克力中蛋白质含量不高，相关数学模型并不适合。

3 结论

采用MIR光谱对巧克力的结构进行研究。巧克力的主要营养成分包括脂肪、糖类及蛋白质。采用一维MIR光谱对不同种类巧克力的营养成分进行了半定量研究，具有重要的应用价值。