曾少雯，李汴生*，阮征，李丹丹，洪泳鴻，吳潔

（1.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州 510640）（2.廣東汕泰食品有限公司，廣東潮州 521000）

充氣硬糖又稱為“跳跳糖”和“爆炸糖（Popping Candies）”，當(dāng)充氣硬糖在口腔內(nèi)溶解時，糖粒中的氣泡釋放出高于大氣壓的CO2氣體，對舌頭產(chǎn)生一定的沖擊力，產(chǎn)生令人愉悅的刺激感，本文稱之為“跳感”。充氣硬糖獨特的跳感與其制作工藝密切相關(guān)，傳統(tǒng)的充氣硬糖主要由蔗糖、乳糖和淀粉糖漿等復(fù)配制成，經(jīng)過高溫熬煮后形成具有一定粘稠度的糖膏，然后通入CO2氣體使反應(yīng)器到達一定的高壓（30～50 個大氣壓），同時不斷攪拌使氣體均勻分散在糖膏中。充氣完成后迅速將糖漿冷卻，使高壓氣泡封裝在凝固的糖膏中。糖坯成型后質(zhì)地堅硬且脆，打開反應(yīng)器的閥門后，由于瞬時減壓糖坯自動碎裂成大小不一的顆粒[1]，得到含有高壓CO2氣體的充氣硬糖。充氣硬糖的生產(chǎn)對設(shè)備的承壓及耐熱性能要求比較高，因此設(shè)備條件的限制導(dǎo)致充氣硬糖的相關(guān)研究報道比較少。目前只有一些書籍介紹充氣硬糖的加工方法和原理，以及相關(guān)的產(chǎn)品和生產(chǎn)設(shè)備的專利，尚未見有關(guān)充氣硬糖品質(zhì)特性分析的研究報道。

基于充氣硬糖的原料組成與水分含量的特點（1%～3%）一般將其歸類為硬糖[2]，但單純參考硬糖的評價標(biāo)準(zhǔn)并不能全面地反映充氣硬糖的品質(zhì)特性。充氣硬糖作為一種典型的趣味性糖果，跳感是其區(qū)別于其他硬糖的重要品質(zhì)特性，但目前還沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來評價充氣硬糖的跳感品質(zhì)。在實際生產(chǎn)中，跳感品質(zhì)的評價主要依賴品控人員的經(jīng)驗進行感官評定，主觀性較強，并且難以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此需要找到客觀的方法來評價跳感的優(yōu)劣。充氣硬糖的跳感主要與其內(nèi)部的氣壓相關(guān)，但目前針對這種顆粒型的物料，尚未找到適宜的方法測定氣壓，這是跳感評價中最主要的難題。同時，由于充氣硬糖的顆粒大小不一，在評價跳感品質(zhì)時需要考慮粒度帶來的差異，這給跳感品質(zhì)的評價增加了一定的復(fù)雜性。因此探究不同粒度充氣硬糖的品質(zhì)特性的差異，對充氣硬糖跳感品質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)的建立具有重要意義。

本文研究了不同粒度充氣硬糖的品質(zhì)特性，主要包括其跳感特性、熱性質(zhì)和吸濕性。實驗采用光學(xué)顯微鏡分析充氣硬糖氣泡的直徑分布，同時測定了充氣硬糖的氣體狀態(tài)參數(shù)，分析氣泡特性與跳感品質(zhì)的關(guān)系，為充氣硬糖跳感品質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)的建立提供理論基礎(chǔ)。除跳感品質(zhì)之外，熱性質(zhì)和吸濕性是糖果品質(zhì)研究中比較關(guān)注性質(zhì)，因此本文測定了不同粒度充氣硬糖的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和吸濕性，分析溫度和濕度對充氣硬糖品質(zhì)穩(wěn)定性的影響，為充氣硬糖保藏條件的設(shè)定提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實驗材料：充氣硬糖，水分含量2.5%±0.1%，主要成分為蔗糖、乳糖和麥芽糖漿，由廣東汕泰食品有限公司提供；標(biāo)準(zhǔn)篩（4、10、20 和30 目），芊薈化玻儀器有限公司。

主要儀器：CX31 型光學(xué)顯微鏡，日本Olympus公司；PYRIS Diamond 差示掃描量熱儀，美國珀金埃爾默公司；X,pert Powder 多位自動進樣X 射線衍射儀，PANalytical 公司；HSX-50 恒溫恒濕箱，上海申賢恒溫設(shè)備廠；AKF-1 水分測定儀，上海禾工科學(xué)儀器有限公司；Aqua Lab 水分活度儀，美國Decagon 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 充氣硬糖的分級及粒度分布

采用篩分法對大小不均的充氣硬糖進行粒度分析。將剛生產(chǎn)的充氣硬糖過4 目篩，把不能通過4目篩的糖塊進行碾碎，得到小于4 目的充氣硬糖半成品顆粒。然后再將半成品顆粒進行分級，依次過10 目、20 目和30 目篩，收集各個篩子上的顆粒及30 目篩下的粉末，得到4 個粒度等級的充氣硬糖，分別記為“10 目＜粒徑≤4 目”、“20 目＜粒徑≤10目”、“30目＜粒徑≤20目”和“粒徑≤30目”。其中“10 目＜粒徑≤4 目”表示能通過4 目篩且不能通過10 目篩的顆粒，如此類推。最后分別稱量各粒度等級充氣硬糖粒的質(zhì)量，計算其在半成品中的質(zhì)量占比，得到充氣硬糖的粒度分布。

1.2.2 氣泡結(jié)構(gòu)觀察及直徑分布計算

挑選表面平整的充氣硬糖，在光學(xué)顯微鏡下放大40 倍（目鏡10×，物鏡4×）觀察氣泡的結(jié)構(gòu)，取3 個不同視野拍照，用Image J 軟件測量所有氣泡的直徑，圖片邊界上的氣泡計上不計下，計左不計右，然后用Origin 分析氣泡直徑的頻數(shù)分布。將0～300 μm 的直徑范圍劃分成6 個等距區(qū)間，以區(qū)間的中心為橫坐標(biāo)，各個直徑區(qū)間的相對頻率作為縱坐標(biāo)，即計算每個直徑區(qū)間的氣泡個數(shù)占氣泡總數(shù)的比例，計算結(jié)果取平均值。

1.2.3 充氣硬糖中高壓氣泡體積（Vb）的測定

充氣硬糖中高壓氣泡的體積采用兩種測定方法。

方法一：圖像法[3]。用Image J 軟件測量出顯微照片中充氣硬糖內(nèi)部氣泡的直徑，根據(jù)球體體積公式計算出高壓氣泡的體積，并稱量充氣硬糖的質(zhì)量，得到單位質(zhì)量充氣硬糖中高壓氣泡的體積（Vb，cm3/g）。

方法二：體積差法。將一定質(zhì)量的充氣硬糖浸沒到植物油中，由于充氣硬糖不溶于植物油，因此通過測定植物油加入充氣硬糖前后的體積變化（排液法）可以得到充氣硬糖的體積（V1）。將上述加入充氣硬糖的植物油加熱至90 ℃保溫15 min，使充氣硬糖充分熔化，排出糖粒中的CO2氣體，冷卻到20 ℃測定不含CO2氣體的充氣硬糖體積（V2）。充氣硬糖中高壓CO2氣泡的體積（Vb）即為體積差（ΔV）：

式中：

Vb——充氣硬糖中高壓CO2氣泡的體積，cm3/g；

V1——含有高壓CO2氣泡的充氣硬糖體積，cm3/g；

V2——去除高壓CO2氣泡后的充氣硬糖體積，cm3/g。

1.2.4 充氣硬糖中氣體在常壓下體積（V0）的測定

利用充氣硬糖遇水溶解釋放氣體的特性，參考啟普發(fā)生器[4]制取氣體的原理，設(shè)計圖1 裝置測定單位質(zhì)量充氣硬糖在常壓下溶解產(chǎn)生CO2氣體的體積，即充氣硬糖中氣體在常壓下的體積（V0）。稱取5 g 充氣硬糖于氣體發(fā)生器中，加入1 mol/L 鹽酸溶液后以磁力攪拌充分溶解。鹽酸溶液具有較高的H+濃度，可以降低CO2氣體在溶液中的溶解度，以提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。充氣硬糖溶解產(chǎn)生的CO2氣體采用排液法測定體積，將釋放的氣體接入U 型連通器的一側(cè)，反應(yīng)結(jié)束后調(diào)節(jié)連通器兩側(cè)液面相等，使連通器內(nèi)氣壓與大氣壓（P0）相等，液面下降的高度等于充氣硬糖中氣體在常壓下的體積，每組樣品測定三次。

圖1 充氣硬糖中氣體在常壓下體積的測定裝置Fig.1 Device for volume determination of CO2 gas of popping candy at normal pressure

圖2 充氣硬糖產(chǎn)生跳感的原理Fig.2 Principle of sense of leaping of popping candy

1.2.5 充氣硬糖中高壓氣泡平均氣壓（Pb）的計算

充氣硬糖內(nèi)部的高壓氣泡非常小，直接測定氣泡的壓強大小比較困難。根據(jù)理想氣體方程可知，當(dāng)溫度不變時，一定量氣體的壓強和它的體積的乘積為恒量，因此充氣硬糖中高壓氣泡的平均氣壓（Pb）和體積（Vb）的乘積，等于糖粒中氣體在常壓下的體積（V0）與大氣壓強（P0）的乘積，即PbVb=P0V0，由此可計算得到充氣硬糖中高壓氣泡的平均氣壓（Pb）。

式中：

Pb——充氣硬糖中高壓氣泡的平均氣壓，MPa；

P0——大氣壓強，0.10 MPa；

V0——充氣硬糖中氣體在常壓下的體積，cm3/g；

Vb——充氣硬糖中高壓氣泡的體積，cm3/g。

1.2.6 充氣硬糖跳感的感官評定

邀請5 名專業(yè)人員組成感官評定小組，對充氣硬糖的跳感進行評價。各評價員獨立打分，每品嘗一個樣品用清水漱口，間隔5 min 后再品嘗下一個樣品。目前關(guān)于充氣硬糖跳感的感官評價還沒有形成系統(tǒng)的方法，參考碳酸飲料對氣泡的評價方法[5]，本文把充氣硬糖的跳感具象化為口腔對氣泡破裂的感受，將跳感細分為跳感強度和跳感密度兩個維度進行評價。跳感評價采用10 分制，跳感強度與跳感密度各占5 分，評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 充氣硬糖跳感的評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation standard of the sense of leaping of popping candy

1.2.7 充氣硬糖玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測定

用差示掃描量熱儀（Differential Scanning Calorimetry，DSC）測定充氣硬糖樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）。稱取5～10 mg 的充氣硬糖樣品于鋁坩堝中密封，測試氣體為干燥的氮氣，在坩堝蓋上扎孔，防止坩堝內(nèi)氣壓過大。每個樣品通過第一個加熱循環(huán)進行加熱，快速冷卻回到起始溫度，以消除樣品的熱歷史。從第二次加熱掃描獲得樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，具體測定程序為：第一次加熱，從20 ℃加熱至100 ℃，升溫速率20 ℃/min，接著從100 ℃降溫至0 ℃，降溫速率20 ℃/min；第二次加熱，從0 ℃加熱至90 ℃，升溫速率4 ℃/min，每個溫度拐點維持1 min[6]。

1.2.8 充氣硬糖結(jié)晶性的測定

將充氣硬糖粉碎成粉末，采用X-射線衍射儀對其進行掃描。測試條件：Cu 靶，管電壓40 kV，管電流40 mA，2θ掃描范圍5～80°，步長為0.02°，掃描速率15 s/步，測試溫度為室溫[7]。

1.2.9 充氣硬糖水分含量和水分活度的測定

水分含量的測定參照GB 5009.3-2016《食品中水分的測定》中的卡爾費休法；水分活度的測定參考GB 5009.238-2016《食品水分活度的測定》中的水分活度儀擴散法。

1.2.10 充氣硬糖吸濕率的測定

稱取4 g 充氣硬糖于稱量杯中，于恒溫恒濕箱敞口放置24 h 后稱重，充氣硬糖質(zhì)量增加的百分比為吸濕率[8]。恒溫恒濕箱的溫度為常溫，相對濕度分別設(shè)為30%、40%、50%、60%、70%和80%。

1.2.11 數(shù)據(jù)處理與分析

實驗數(shù)據(jù)采用Origin 2022 軟件進行處理和繪圖，顯著性采用SPSS 軟件分析，取95%的置信區(qū)間（P＜0.05）。

2 結(jié)果與討論

2.1 充氣硬糖跳感的產(chǎn)生機理

充氣硬糖的跳感來源于其內(nèi)部的高壓氣泡，將充氣硬糖放入口腔內(nèi)，口腔分泌的唾液會使表層的氣泡壁溶解，釋放出高于大氣壓的CO2氣體，對舌頭和上顎產(chǎn)生一定的沖擊力。相應(yīng)地，舌頭和上顎會對充氣硬糖產(chǎn)生反作用力，使得充氣硬糖在口腔中“跳動”，產(chǎn)生令人愉悅的刺激感[2]。由此可見，跳感實質(zhì)上是口腔對氣泡破裂的感受，因此充氣硬糖的跳感品質(zhì)與其內(nèi)部氣泡的特性密切相關(guān)。

充氣硬糖的制造原理是將高壓二氧化碳充入高溫熔融的糖漿中形成氣泡，待糖漿冷卻后高壓氣泡被固化到糖塊中，在內(nèi)外壓差與敲擊的作用下糖塊發(fā)生碎裂，得到形狀不規(guī)則的顆粒?？紤]到充氣硬糖本身具有顆粒大小不均的特點，不同粒度充氣硬糖在口感等品質(zhì)特性方面有一定的差異，因此本文先對充氣硬糖進行粒度分級，再分別探討不同粒度充氣硬糖的品質(zhì)特性。

2.2 充氣硬糖的粒度分級

充氣硬糖在高壓下冷卻成型，卸壓后充氣的糖坯會自動碎裂成細小的顆粒，其中還混有少量直徑大于4 目的糖塊。考慮到充氣硬糖的食用口感和物料均勻性，通常會選擇4～30 目的顆粒作為常用顆粒。在生產(chǎn)中一般先將大于4 目的顆粒碾碎，得到小于4 目的半成品顆粒，然后按照實際用途的需要把這些大小不均的半成品顆粒再作分級。實驗以篩網(wǎng)目數(shù)為計量單位，把小于4 目的充氣硬糖半成品篩分成4 個粒度等級，分別為10 目＜粒徑≤4 目、20 目＜粒徑≤10 目、30 目＜粒徑≤20 目和粒徑≤30 目（如圖3 所示），目數(shù)與顆粒直徑的對應(yīng)關(guān)系及4 個等級的顆粒在半成品中的質(zhì)量百分比，見表2。

表2 充氣硬糖的粒度分級及質(zhì)量分布Table 2 Granularity grading and mass distribution of popping candy

圖3 不同粒度充氣硬糖的外觀Fig.3 Appearance of popping candy with different particle sizes

從圖3 可以看到，充氣硬糖的形狀不規(guī)則，邊緣尖銳，表面具有一定的光澤，由于內(nèi)部有許多氣泡，充氣硬糖的透明度比一般硬糖低。隨著顆粒的減小，充氣硬糖透明度逐漸降低，粒徑≤30 目的充氣硬糖肉眼觀察呈不透明的粉末狀態(tài)，這是因為小顆粒的破碎程度高，形成很多個折射面，漫反射效應(yīng)增強，導(dǎo)致透光性降低。

表2 的結(jié)果顯示，在實驗設(shè)置的4 組樣品中，充氣硬糖的顆粒越大，其質(zhì)量占比越大（P＜0.05），各粒度等級的顆粒質(zhì)量占比為：10 目＜粒徑≤4 目占比50.92%，20 目＜粒徑≤10 目占比34.21%，30 目＜粒徑≤20 目占比10.44%和粒徑≤30 目占比4.62%，10 目＜ 粒徑≤4 目和20 目＜ 粒徑≤10 目兩個粒度等級的質(zhì)量占比合計達到85.13%，說明4 目～20 目的顆粒是充氣硬糖半成品中的主體部分。

2.3 充氣硬糖中氣泡尺寸分布

氣泡的尺寸分布決定著充氣硬糖的性狀，是充氣硬糖跳感品質(zhì)特性的微觀反映。不同粒度充氣硬糖在顯微鏡下的形貌如圖4。

圖4 不同粒度充氣硬糖在光學(xué)顯微鏡下的形貌Fig.4 Morphology of popping candy with different sizes under optical microscope

從圖4 可以看到，充氣硬糖顆粒有許多黑色圓點，這是充氣硬糖內(nèi)部的完整氣泡，因為氣泡的存在影響了糖的折光性，形成不透光的暗區(qū)；而邊緣黑色中間透明圓圈，是顆粒表面的氣泡受到破壞形成的凹坑。充氣硬糖中的氣泡大小不一，分布非常不均勻，而且不同大小的充氣硬糖，氣泡的尺寸分布有一定的差異。顆粒越小的充氣硬糖，其內(nèi)部氣泡的最大直徑越小，如粒徑≤30 目的充氣硬糖，幾乎看不到完整的氣泡。為了更具體地反映充氣硬糖氣泡尺寸分布的規(guī)律，本文用Image J 軟件測出充氣硬糖中所有完整氣泡的直徑，得到不同粒度充氣硬糖的氣泡尺寸分布，如圖5。

圖5 充氣硬糖氣泡的直徑分布Fig.5 Distribution of diameter of popping candy

從圖5 可以看到，充氣硬糖氣泡的直徑范圍主要在10～300 μm 之間，整體呈正態(tài)分布，隨著顆粒的減小，正態(tài)分布的中線左移，這說明顆粒越小的充氣硬糖，其含有的大氣泡比例更少，因此氣泡的平均直徑比較小。氣泡直徑越大，破裂時對口腔的刺激越強，當(dāng)氣泡密集地破裂時可以使這種刺激感疊加，從而產(chǎn)生愉悅的感覺。有研究報道指出[2]，直徑小于10 μm 的氣泡跳感強度非常小，溶解時基本不發(fā)出“氣爆聲”，當(dāng)氣泡直徑大于150 μm 時的跳感比較明顯。根據(jù)圖5 可知，除10 目＜粒徑≤4 目的顆粒之外，20 目＜粒徑≤10 目、30 目＜粒徑≤20 目和粒徑≤30 目的充氣硬糖幾乎不含有150 μm 以上的大氣泡。在食用充氣硬糖時發(fā)現(xiàn)，10 目＜粒徑≤4 目的充氣硬糖的跳感強度波動較大，偶爾發(fā)出非常強烈的“氣爆聲”，而20 目＜粒徑≤10 目、30 目＜粒徑≤20 目和粒徑≤30 目顆粒的跳感強度比較均勻，由此推斷這種強烈的跳感是直徑大于150 μm的氣泡產(chǎn)生的，這一結(jié)果與文獻[2]的報道一致。

2.4 充氣硬糖中氣泡的氣體狀態(tài)參數(shù)

從跳感產(chǎn)生的原理可知，氣壓大小是反映跳感最直觀、最直接的物理指標(biāo)。為了求出等式PbVb=P0V0中充氣硬糖的平均氣壓（Pb），本研究測定了充氣硬糖中氣體在常壓下（P0）的體積（V0），并采用圖像法和體積差法測定高壓的氣泡體積（Vb），代入等式中計算充氣硬糖的平均氣壓（Pb）。等式PbVb=P0V0中各物理量的測定結(jié)果如表3 所示。

表3 充氣硬糖中氣泡的氣體狀態(tài)參數(shù)Table 3 Gas state parameters of bubbles in popping candy

從表3 可以看出，充氣硬糖中氣體在常壓下的體積（V0）隨著顆粒減小而減?。≒＜0.05），說明在相同質(zhì)量的充氣硬糖中，顆粒越小，其含有的氣體總量越少。這是因為小顆粒的比表面積較大，氣泡被破壞的程度較大，因此顆粒中剩余的氣體量越少。氣泡的破壞主要是來源于成型過程中糖坯的碎裂，還有一部分是運輸過程中顆粒間的相互碰撞引起的。糖坯的碎裂更容易發(fā)生在氣泡處，其原理可以用材料的應(yīng)力集中理論[9]來解釋：糖坯內(nèi)部的高壓氣泡改變了應(yīng)力的分布，形成應(yīng)力集中源，在應(yīng)力的作用下發(fā)生應(yīng)力集中，而材料的破壞往往從應(yīng)力集中的地方開始[10]。

充氣硬糖中高壓氣泡的體積（Vb）隨著顆粒減小而減?。≒＜0.05），這也是由于氣泡破壞程度不同引起的。在相同粒度等級中，體積差法測得Vb的結(jié)果整體小于圖像法，這可能是由于二氧化碳具有一定的溶解性，同時糖粒熔化后粘度很大，因此很難將糖粒內(nèi)部的二氧化碳氣體完全排盡，導(dǎo)致體積差法測得排氣后的糖粒體積（V2）偏大。而圖像法的誤差主要來自于氣泡的重疊，測量氣泡直徑時采用手動測定，以減小重疊氣泡體積的計算誤差。綜合兩種測定方法的誤差來源可以判斷圖像法測得的結(jié)果相較于體積差法更接近真實值，下文主要基于圖像法的結(jié)果分析充氣硬糖的平均氣壓（Pb）。

充氣硬糖中氣體在常壓下的體積（V0）是高壓氣泡的體積（Vb）的7～9 倍，說明高壓氣泡的壓強非常高。從表3 中圖像法對Pb的測定結(jié)果可以看到，10 目＜粒徑≤4 目、20 目＜粒徑≤10 目、30 目＜粒徑≤20 目和粒徑≤30 目的平均氣壓（Pb）分別為0.91、0.85、0.82 和0.73 MPa。一般碳酸飲料和啤酒的氣壓大約在0.1～0.6 MPa 之間[11,12]，充氣硬糖的平均氣壓高于碳酸飲料，這是因為兩者物態(tài)不同，對氣體的承壓能力有一定的差異，在食用充氣硬糖時可以感覺到其氣泡破裂時帶來的刺激感明顯高于碳酸飲料和啤酒。但無論碳酸飲料、啤酒還是充氣硬糖，食品本身的壓強與食品實際上在口腔中產(chǎn)生壓強都會有一定程度的不同[13]。

2.5 充氣硬糖跳感品質(zhì)的感官評定

對于充氣硬糖來說，所謂好的跳感品質(zhì)，就是糖粒一入口就能迅速產(chǎn)生強度適中且持續(xù)的刺激感。跳感實質(zhì)上是口腔對氣泡破裂的感受，而氣泡的破裂涉及到?jīng)_擊力的大小與力的頻次，因此本文將跳感細分為跳感強度和跳感密度兩個維度進行評價。

從圖6 可以看到，跳感強度隨著充氣硬糖顆粒的減小而降低，與充氣硬糖氣壓大小的規(guī)律相一致。在實際生產(chǎn)中將大于4 目的充氣硬糖碾碎，一方面是因為其跳感太強烈，容易產(chǎn)生刺痛感，另一方面是由于太大的顆粒比較不穩(wěn)定，在運輸或放置過程中容易自動裂開。在跳感密度的感官評定中發(fā)現(xiàn)20 目＜粒徑≤10 目的分值高于10 目＜粒徑≤4目，這是因為顆粒的溶解速率不同。20 目＜粒徑≤10 目的充氣硬糖比表面積大于10 目＜粒徑≤4目，在口腔中溶解時能同時爆開更多的氣泡，因而產(chǎn)生更高的跳感密度。但當(dāng)充氣硬糖顆粒太小時容易發(fā)生結(jié)團，導(dǎo)致顆粒的有效表面積變小，因此30 目＜粒徑≤20 目和粒徑≤30 目組的跳感密度不高。綜合來看，10 目＜粒徑≤4 目和20 目＜粒徑≤10 目的充氣硬糖跳感強度適中，跳感密度高，因此這兩種粒度范圍的顆粒適合作為普通袋裝充氣硬糖食用。

2.6 充氣硬糖的品質(zhì)穩(wěn)定性

由于充氣硬糖內(nèi)部含有高于常壓的氣體，是一個熱力學(xué)不穩(wěn)定的體系。在放置過程中，充氣硬糖內(nèi)部的氣體會透過糖壁緩慢擴散到環(huán)境中，甚至氣泡壁發(fā)生破裂，導(dǎo)致氣體直接逃逸。氣泡壁的破裂一方面是來源于碰撞或擠壓，另一方面是受環(huán)境溫度和水汽的影響，氣泡壁的強度降低導(dǎo)致內(nèi)部氣體泄露。本文通過測定充氣硬糖的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、結(jié)晶性和吸濕增重率分析充氣硬糖的熱性質(zhì)和吸濕性，探討溫度和濕度對充氣硬糖品質(zhì)穩(wěn)定性的影響。

2.6.1 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度描述的是食品從玻璃態(tài)向橡膠態(tài)的轉(zhuǎn)變，當(dāng)溫度高于Tg時，食品從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)，分子出現(xiàn)粘性流動，宏觀上引發(fā)食品結(jié)構(gòu)劣變和受擴散限制反應(yīng)的發(fā)生[14]。充氣硬糖氣泡結(jié)構(gòu)的保持依賴于泡壁的堅固性，泡壁的變形或塌陷會加速內(nèi)部氣體的釋放。由于10 目＜粒徑≤4 目的顆粒超出DSC 取樣質(zhì)量的限制（5～10 mg），故只取20 目＜粒徑≤10 目、30 目＜粒徑≤20 目和粒徑≤30 目的充氣硬糖進行測試，結(jié)果如圖7 所示。

圖7 不同粒度充氣硬糖的DSC 曲線Fig.7 DSC curve of popping candy with different particle sizes

從圖7 可以看到，充氣硬糖的DSC 曲線在30～70 ℃之間出現(xiàn)階梯式突變，說明樣品在這一溫度區(qū)間發(fā)生了玻璃化轉(zhuǎn)變，并且在轉(zhuǎn)變后期出現(xiàn)了一個較小的吸熱峰，這是滯后焓恢復(fù)引起的[15]。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)該對應(yīng)DSC 曲線上的起始點、中點或是終點目前尚無定論，一般應(yīng)至少使用兩個溫度參數(shù)表示[16]。從圖7 可知，不同粒度樣品的Tg存在一定的差異：20 目＜粒徑≤10 目的起點溫度、中點溫度和終點溫度分別為56.1、61.1 和64.9 ℃，30 目＜粒徑≤20 目的起點溫度、中點溫度和終點溫度分別為44.6、50.3 和59.8 ℃，粒徑≤30 目的起點溫度、中點溫度和終點溫度分別為37.2、45.7和54.5 ℃。由此可知，顆粒小的充氣硬糖Tg比較低，其玻璃化轉(zhuǎn)變的起點溫度明顯發(fā)生前移，使玻璃化轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)間變寬。不同顆粒大小充氣硬糖Tg的差異一方面可能是氣壓不同引起的，孫明星等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，充氣硬糖的Tg比一般糖果高，這可能是因為高壓氣泡使分子間距離減小，分子間作用力增強[18]，因此氣壓越大的顆粒Tg越高；另一方面可能是樣品吸濕性不同引起的，對于硬糖這類含水量極低的食品，水分含量的微小變化會引起Tg極大的變化[19]。顆粒小的充氣硬糖吸濕性比較強，容易結(jié)合空氣中水分子，使樣品表面的水分含量增大。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是決定充氣硬糖質(zhì)構(gòu)穩(wěn)定性的內(nèi)因，在貯藏或再加工過程中需要避免環(huán)境溫度長時間處于Tg以上，否則充氣硬糖會出現(xiàn)不可逆的變形。

2.6.2 XRD分析

糖漿經(jīng)過加水熬煮后，糖類原本的晶格結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全崩潰，此時將糖漿快速冷卻可以維持其無定形狀態(tài)。一般來說，高速攪拌會誘導(dǎo)晶核的形成，使過飽和的糖溶液迅速發(fā)生結(jié)晶，因此一般非砂質(zhì)型硬糖的熬煮過程不宜長時間高速攪拌。充氣硬糖在充氣的過程中需要配合高速攪拌使通入的氣體均勻分散到糖漿中，這一操作單元可能會對糖漿的結(jié)晶狀態(tài)產(chǎn)生一定的影響，本文通過充氣硬糖的XRD圖譜分析其結(jié)晶性，見圖8。

圖8 充氣硬糖的XRD 圖譜Fig.8 XRD spectrum of popping candy

從充氣硬糖的XRD 圖譜發(fā)現(xiàn)樣品在18.8°附近出現(xiàn)一個較寬彌散峰，說明充氣硬糖屬于非晶態(tài)物質(zhì)。由此推斷，通氣及攪拌工藝對高溫糖漿的無定形狀態(tài)沒有產(chǎn)生影響，這可能是由于糖漿充氣的時間比較短[20]，沒有誘發(fā)晶體的形成。同時，實驗所用的配方中添加了一定量的麥芽糖漿，降低了蔗糖和乳糖的結(jié)晶性，因此充氣和攪拌不容易使糖漿發(fā)生結(jié)晶。研究表明，物質(zhì)處于非晶態(tài)時的分子排列隨機性強，其表面自由能較晶態(tài)形式更高，當(dāng)表面自由能越高時，物質(zhì)對水分子的吸附力越大。因此非晶態(tài)的充氣硬糖吸濕性比較高[21,22]，需要在較低濕度的環(huán)境下保存，避免發(fā)烊和返砂。當(dāng)充氣硬糖出現(xiàn)返砂時，結(jié)晶會改變氣泡周圍的表面張力，使氣泡結(jié)構(gòu)崩潰。

2.6.3 吸濕性

吸濕是指物質(zhì)在濕度較高的環(huán)境中，空氣中的水汽結(jié)合到其表面，并克服傳質(zhì)阻力進入物質(zhì)內(nèi)部，發(fā)生物理鍵合直至平衡的過程[23]。糖類是多羥基醛類（Aldehyde）或酮類（Ketone）化合物，與水分子之間存在較強的氫鍵作用，容易結(jié)合空氣中的水汽。硬糖在吸濕后會發(fā)烊，再回到干燥狀態(tài)時出現(xiàn)返砂的情況。對充氣硬糖來說，吸濕不僅會使氣泡壁軟化，導(dǎo)致內(nèi)部氣體泄漏，同時還會影響顆粒的分散性。充氣硬糖在不同相對濕度環(huán)境下的吸濕增重率如圖9。

圖9 充氣硬糖在不同相對濕度環(huán)境下的增重率Fig.9 Rate weight increasement of popping candy at different relative humidity

實驗測得充氣硬糖樣品的原始水分活度為0.31，由于平衡相對濕度（ERH）與水分活度（Aw）的關(guān)系為Aw=ERH/100，從圖9 可以看到，樣品在相對濕度高于30%的環(huán)境中明顯發(fā)生吸濕，并且吸濕率隨著環(huán)境的相對濕度升高而升高。當(dāng)相對濕度高于60%時，充氣硬糖顆粒的吸濕曲線斜率減小，這是因為顆粒出現(xiàn)嚴(yán)重板結(jié)，使接觸水汽的有效表面積減小。比表面積是表征顆粒大小的一種量度，也是表示顆粒吸附能力的重要指標(biāo)。充氣硬糖的吸濕速率隨著顆粒減小而增大，這是由于顆粒越小比表面積越大，越容易結(jié)合環(huán)境中的水汽。同時，當(dāng)充氣硬糖顆粒越小時，顆粒之間的接觸面越大，更容易形成液橋[24]，因此較小的顆粒在較低的相對濕度下就開始出現(xiàn)板結(jié)。在廣東地區(qū)的夏季相對濕度常常高至60%～80%，充氣硬糖在空氣中暴露會發(fā)生嚴(yán)重的劣變，因此充氣硬糖在成型后需要及時密封包裝，并且包裝環(huán)境需要保持低于30%的相對濕度，從而防止或延緩糖粒的吸濕。

3 結(jié)論

本文將充氣硬糖分為10 目＜粒徑≤4 目、20目＜粒徑≤10 目、30 目＜粒徑≤20 目和粒徑≤30目四個粒度等級，研究了不同粒度充氣硬糖的品質(zhì)特性，包括跳感品質(zhì)、熱性質(zhì)、結(jié)晶性和吸濕性。實驗通過充氣硬糖的氣泡尺寸分布與氣體狀態(tài)參數(shù)分析了跳感品質(zhì)與氣泡特性的關(guān)系，利用理想氣體方程計算得到充氣硬糖的平均氣壓在0.73～0.91 MPa之間，其平均氣壓大小隨著顆粒減小而降低。充氣硬糖屬于非晶態(tài)物質(zhì)，樣品的XRD 圖譜在18.8°附近出現(xiàn)一個較寬彌散峰。DSC 的結(jié)果顯示其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著顆粒的減小而降低，可能是氣壓與吸濕性的不同導(dǎo)致顆粒小的充氣硬糖Tg比較低。充氣硬糖的水分活度為0.31，在高于30% RH 的環(huán)境中會發(fā)生吸濕。充氣硬糖既要貯藏在低于其Tg的溫度環(huán)境防止其氣泡結(jié)構(gòu)變形，同時也要保持干燥，防止吸潮引起Tg下降。充氣硬糖不僅是直接食用的糖果，還可以作為食品配料添加到其他食品中，本文通過測定不同粒度充氣硬糖的品質(zhì)特性，為充氣硬糖在各種食品中的應(yīng)用提供理論參考。