卡布奇諾咖啡牛奶的起泡性能及起泡穩定性影響因素的研究

劉小軍，盧儉，秦翠霞，張玉蘭，阮成發

（南京衛崗乳業有限公司，南京211100）

0 引言

卡布奇諾咖啡是一種在褐色的咖啡液上淋上以蒸汽起泡的牛奶，奶白色的牛奶泡沫漂浮在褐色的咖啡上形成不同的圖案的泡沫咖啡。該咖啡產品要求所用的牛奶具有良好的起泡效果，奶泡細膩、穩定性好，奶香濃郁，口感柔和。牛奶的質量越好，蛋白質含量越高，奶源越新鮮，產品的起泡性和泡沫的穩定性越好[1-2]。但受奶牛集中飼養程度不高等因素限制，我國奶業現階段奶源品質整體不高，大多數生奶并不具備良好的起泡性能；因此，為適應不斷發展的起泡牛奶的市場需求，本文重點研究牛奶的起泡性與泡沫穩定性的影響因素，從而為牧場進行科學調整配方，產生和篩選優質的符合要求的奶源生產提供理論依據。

1 實驗

1.1 材料與試劑

取自不同牧場的生奶，不同的卡布奇諾咖啡專用牛奶產品，10% 醋酸，NaHCO3，NaOH，檸檬酸，1 000 mL燒杯。

1.2 儀器與設備

NL18-32蒸汽奶泡機，起泡機起泡奶缸，MikoScan FT-120a FOSS乳成分分析儀，安捷倫氣相色譜儀，丹麥FOSS定氮儀，溫度計，TGL-16M高速冷凍離心機。

1.3 牛奶起泡起泡性和泡沫穩定性的檢測方法

用NL18-32蒸汽奶泡機向冷藏溫度控制在2～8℃充滿約300mL的牛奶中通入水蒸汽至牛奶溫度至60℃時結束通蒸汽。測定總的泡沫分析體系體積，按照下面的公式測定泡沫的起泡性。

起泡性=100%×（總的分散性體系體積-原來液體體積）/原來液體體積。

對以上通水蒸汽形成泡沫放置15 min，再測定15 min后的泡沫的分散體系體積，按照下式測定泡沫的穩定性：

泡沫穩定性=100%×15 min后的分散體系體積/總的分散體系體積。

判定標準：牛奶的起泡性大于90%為合格；泡沫的穩定性大于60%為合格。

1.4 起泡牛奶感官評定

由企業專業感官評定人員組成，對起泡牛奶進行泡沫細膩度、口感爽滑度、奶香味、有無異味等指標進行感官測評，感官評定指標及等級如表1所示，四項總分作為判定產品是否合格的依據。

表1 起泡牛奶感官測定標準

通過牛奶起泡起泡性與泡沫穩定性檢測以及起泡牛奶感官合格后判定牛奶起泡合格。

1.5 游離脂肪酸的檢測方法

乳脂肪的脂肪酸組成受飼料、營養、環境等因素的影響而變動，尤其是飼料會影響乳中脂肪酸的含量。牛乳脂肪的脂肪酸組成與一般脂肪有明顯的差別，乳脂肪的脂肪酸種類遠比一般脂肪多。研究發現，乳脂肪中的脂肪酸多達100余種，從理論上講可能構成21.5萬種甘油酯，但實際上很多脂肪酸的質量分數均低于0.1%。

乳脂肪的脂肪酸組成受飼料、營養、環境等因素的影響而變動，尤其是飼料會影響乳中脂肪酸的含量。牛乳脂肪的脂肪酸組成與一般脂肪有明顯的差別，乳脂肪的脂肪酸種類遠比一般脂肪要多。研究發現，乳脂肪中的脂肪酸多達100余種，從理論上講可能構成221.5萬種甘油酯，但實際上很多脂肪酸的含量均低于0.1%，其中含量較高的脂肪酸可見表2[4]。

表2 牛乳脂肪中脂肪酸組成和質量分數

迄今為止，國際上食品的游離脂肪酸的常用檢測方法有氣相色譜法、高效液相色譜法、滴定法。

考慮到檢測的快速與準確性，本文采用丹麥FOSS公司生產的MilkoScan FT 120進行快速檢測。MilkoScan FT 120可用于原料奶及多種乳制品的檢測，并且樣品基本無需預處理。

MilkoScan FT 120應用傅立葉變換紅外掃描技術（FTIR），進行全波段掃描，由于含有豐富的光譜信息，使定標曲線中新指標的開發成為可能。

脂肪至少有三個紅外吸收波段，即FatA，FatB和FatC。FatA和FatB，處于脂肪分子的不同部位吸收能量。

FatB在3.5 um（波數739）處有吸收是由于脂肪酸鏈C－H鍵的伸縮振動。因此脂肪分子的數量和大小的改變都不會影響測定準確度。

C－H鍵的數量與分子大小成正比。－CH3和－CH2都在3.5 um處有吸收，但是C－H鍵的伸縮振動由于臨近雙鍵的存在而顯著減少，因為不飽和性（－C＝C的數量）使吸收減少。然而，FatB測定對牛奶折射率的變化沒有FatA測定敏感，因為前者反應的只是鏈長的變化。

FatB測定的另一個優點是測定結果包括游離脂肪酸，因此如果樣品由于儲存和處理產生的游離脂肪酸，FatA測定是不能做到的。操作者可以調節由福斯公司在出廠時提供的基本定標曲線中的斜率和截距值以使MilkoScan FT 120的結果與標準分析結果更吻合。

MilkoScan FT 120檢測項目開發過程中包括游離脂肪酸（FFA），可以通過儀器檢測進行游離脂肪酸（FFA）的檢測，目前，由于從事游離脂肪酸（FFA）研究的單位較少，儀器廠家與國內使用單位缺少對游離脂肪酸（FFA）的標準樣品的制備與校準，因此，MilkoScan FT 120雖然具有檢測游離脂肪酸（FFA）的檢測功能，但曲線使用氣相色譜儀定期進行校準。

1.5 牛奶起泡前后脂肪、蛋白質變化

主要是研究牛奶中脂肪、蛋白質對起泡的影響，通過對生奶與產品起泡前進行檢測，起泡結束后去除泡沫對下層的液體進行檢測，對比兩者的脂肪、蛋白質差異分析起泡的影響因素。

（1）取大缸生奶溫度在2～8℃，進行起泡，合格后備用。

（2）對起泡前生奶進行檢測，記錄生奶的脂肪、蛋白質指標。

（3）對打過泡合格的牛奶，先取出上層的泡沫，去下層的牛奶進行乳成分檢測，記錄牛奶的理化指標。

（4）取巴氏殺菌牛奶進行理化分析，記錄理化指標。

（5）對巴氏殺菌牛奶進行起泡，起泡合格后，先取出上層的泡沫，去下層的牛奶進行乳成分檢測，記錄牛奶的理化指標。

1.6 牛奶去除酪蛋白后起泡情況

根據資料顯示，牛奶中酪蛋白占蛋白質總量的70%～80%，酪蛋白的等電點為4.7，利用等電點溶解度最低的原理，加入醋酸進行將牛乳調pH值于4.7時，是酪蛋白沉淀出來。

（1）取大缸生奶溫度在2～8℃，進行起泡，合格后備用。

（2）對起泡前生奶進行檢測，記錄生奶的蛋白質指標。

（3）對大缸生奶1 000 mL向里面不斷添加10%醋酸，用PH計調至pH值為4.7，觀察牛乳出現絮狀沉淀后，保溫一段時間使沉淀完全。

（4）將上述懸浮液用裝有定性濾紙的漏斗進行過濾。

（5）取經過過濾的澄清液冷去至2～8℃，然后用起泡機進行起泡，同時取過濾的澄清液進行乳成分檢測，記錄牛奶的理化指標。

1.7 牛奶脂肪分離后起泡情況

根據資料顯示，牛奶中脂肪與起泡質量的好壞有很大的影響。本實驗通過脂肪離心前后的牛奶進行起泡，對比起泡起泡性與泡沫穩定性的質量。

操作步驟：取大缸生奶和卡布奇諾專用牛奶分別在溫度2～8℃，進行起泡，合格后備用。對起泡前生奶和卡布奇諾專用牛奶進行檢測，記錄生奶和卡布奇諾專用牛奶的蛋白質指標。取起泡前生奶和卡布奇諾專用牛奶用TGL-16M高速冷凍離心機進行離心，轉速為8 000 r/min，離心時間為5 min。分別取離心的生奶與卡布奇諾專用牛奶，然后用起泡機進行起泡，同時取離心的生奶與卡布奇諾專用牛奶進行乳成分檢測，記錄牛奶的理化指標。

1.8 不同比例的水進行起泡質量的對比

主要是研究在牛奶中添加不同比例的水進行起泡質量的對比，對比不同的添加水量對起泡最終質量的影響。

（1）取大缸生奶在溫度2～8℃時進行起泡，合格后備用。

（2）取大缸生奶500 mL于三個1 000 mL的燒杯中，在燒杯中分別添加質量分數為10%，20%，30%的水，充分混勻后，使用起泡機進行起泡，觀察起泡質量情況，結果如表6所示。

1.9 不同比例堿性物質進行起泡質量的對比

由于牧場普遍使用堿性物質進行清洗管道，在牛奶中添加不同比例堿性物質進行起泡質量的對比，對比兩者的堿性物質對起泡最終質量的影響。

（1）取大缸生奶與卡布奇諾專用牛奶在溫度2～8℃時進行起泡，合格后備用。同時取大缸生奶與卡布奇諾專用牛奶測定PH值。

（2）取大缸生奶與卡布奇諾專用牛奶各500 mL于1 000 mL的燒杯中，在兩個燒杯中分別添加質量分數為5%的NaHCO3，充分溶解后，測定PH值并使用起泡機進行起泡，觀察起泡質量情況。

（3）取大缸生奶與卡布奇諾專用牛奶各500 mL于1 000 mL的燒杯中，在兩個燒杯中分別添加5%的NaHCO3，充分溶解后，添加檸檬酸調PH值于原生奶與產品的PH值，使用起泡機進行起泡，觀察起泡質量情況。

（4）取大缸生奶與卡布奇諾專用牛奶各500 mL于1 000 mL的燒杯中，在兩個燒杯中分別添加0.1%的NaOH，充分溶解后，測定PH值并使用起泡機進行起泡，觀察起泡質量情況。

（5）取大缸生奶與卡布奇諾專用牛奶各500 mL于1 000 mL的燒杯中，在兩個燒杯中分別添加0.1%的NaOH，充分溶解后，添加檸檬酸調PH值于原生奶與產品的PH值，使用起泡機進行起泡，觀察起泡質量情況進行對比。

1.10 冷鏈系統對牛奶起泡的情況

為了驗證冷鏈系統對牛奶起泡質量的影響，牛奶中脂肪與起泡質量的好壞有很大的影響。本實驗通過不同溫度貯存條件下的牛奶進行起泡，對比起泡質量。

（1）取大缸生奶和卡布奇諾專用牛奶分別在溫度2～8℃，進行起泡，合格后備用。

（2）起泡前生奶和卡布奇諾專用牛奶放置在室溫條件下，放置24小時，在冰箱中冷卻至2～8℃，用起泡機進行起泡，觀察起泡情況。

（3）起泡前生奶和卡布奇諾專用牛奶放置在37℃培養箱條件下，放置12小時，在冰箱中冷卻至2～8℃，用起泡機進行起泡，觀察起泡情況。

（4）起泡前生奶和卡布奇諾專用牛奶放置在42℃培養箱條件下，放置12小時，在冰箱中冷卻至2～8℃，用起泡機進行起泡，觀察起泡情況。

1.11 牛奶熱處理對起泡的影響

取起泡不同來源的生牛乳，經過85℃水浴15 min和微波煮沸后進行牛奶起泡性與泡沫穩定性的實驗。

1.12 游離脂肪酸對起泡的影響

取不同批次不同牧場的生奶，采用MilkoScan FT 120儀器檢測方法，測定不同批次生奶中游離脂肪酸的含量，同時進行牛奶起泡性與泡沫穩定性的測定。

通過營養專家的飼料配方的調整，游離脂肪酸含量的變化與起泡質量的影響。

2 結果與分析

2.1 牛奶起泡前后脂肪、蛋白質變化

牛奶起泡前后脂肪、蛋白質變化如表3所示。

表3 起泡前后牛奶理化指標 %

由表3可以看出，生牛乳與產品起泡前后蛋白質與脂肪均下降，綜合起泡的機理，理化指標下降原因是起泡過程中不斷加入水蒸氣，稀釋了牛奶理化指標。

2.2 牛乳去除酪蛋白后起泡情況

牛乳去除酪蛋白對牛乳起泡性和泡沫穩定性的影響結果如表4所示。

表4 牛乳去酪蛋白前后起泡情況 %

由表4可以看出，牛奶中起泡的主要影響的蛋白質是乳清蛋白質，雖然乳清蛋白質濃度較低，但去除酪蛋白以后起泡牛奶的起泡性與泡沫的穩定性仍然較好。

乳清蛋白分子中同時具有親水基團和疏水基團，親水基團朝外向著水相，疏水基團埋藏在疏水內核中。在加熱或者增加加熱時間情況下，乳清蛋白作為對熱不穩定的蛋白，會發生一定程度的變性，蛋白質分子舒展導致更多的疏水基團暴露出來，形成親水基團結合水相，疏水基團可以結合油相形成乳化液，也可以結合氣相形成泡沫體系[5]，正是由于具有這些性質。決定了乳清蛋白是一種良好的起泡劑。因此，牛奶中起泡的主要影響的蛋白質是乳清蛋白質。

2.3 牛奶脂肪分離后牛奶起泡性和泡沫穩定性的影響

牛奶脂肪分離前后對牛奶起泡性和泡沫穩定性的影響實驗，結果如表5所示。

表5 牛奶脂肪分離前后的起泡性和泡沫穩定性的影響 %

由表5可以看出，乳脂肪在一定范圍內，乳脂肪高與低對牛奶起泡性與泡沫穩定性影響很小。實驗結果與一些文獻報道，提高乳脂肪會提高牛乳起泡性能不一致。

2.4 不同比例的水進行起泡質量的對比

在牛奶中添加不同比例的水對牛奶起泡性與泡沫穩定性實驗，結果如表6所示。

表6 牛奶添加不同比例的水起泡情況

由表6可以看出，在牛奶中添加不同比例的水，對牛奶起泡性與泡沫穩定性的影響較小。

2.5 添加不同比例堿性物質進行起泡質量的對比

在牛奶中添加不同比例的堿性物質并同時調pH值后進行起泡，觀察起泡質量情況對牛奶起泡性與泡沫穩定性進行對比，結果見表7。

表7 牛奶添加不同比例堿性物質起泡情況

通過表7實驗方案，可以得出結論，牛奶起泡質量的影響因素中摻入堿性物質對起泡質量的影響也甚小。

2.6 冷鏈系統對牛奶起泡的情況

在不同溫度貯存條件下，冷鏈系統對牛奶起泡性與穩定性實驗，結果如表8所示。

由表8可以看出，冷鏈條件對牛奶起泡有一定的影響，正常冷鏈條件下可以存放7 d以上，脫離冷鏈條件會造成牛奶不新鮮，導致起泡結果不理想，牛奶起泡性與穩定性下降。

2.7 牛奶熱處理對起泡的影響

取不同來源的生牛乳經過不同的熱處理方式進行牛乳起泡性與穩定性的實驗對比，結果如表9及表10所示。

表8 冷鏈系統對牛奶起泡的影響

表9 85℃水浴前后生奶起泡變化情況

表10 微波處理前后生奶起泡變化情況

由表9與表10可以看出，不同的熱處理方式對牛奶起泡性與泡沫穩定性有一定的影響，部分生奶經過熱處理后，牛奶的起泡性與泡沫的穩定性有所提高。生奶起泡的起泡性與泡沫的穩定性不及經過熱處理后的牛奶。

2.8 游離脂肪酸對起泡的影響

游離脂肪酸的濃度對牛奶起泡性與穩定性影響實驗，結果如表11和表12所示。

表11 2010年各牧場游離脂肪酸的檢測情況

由表11可以看出，牛奶游離脂肪酸含量高的牛奶起泡合格的風險較大，游離脂肪酸濃度在0.3～4.0范圍之間，隨著游離脂肪酸濃度的增加，牛奶的起泡性與泡沫的穩定性顯著下降，當游離脂肪酸濃度達到一定的值時，牛奶已不能滿足生產起泡奶的需求，當游離脂肪酸的值較高時，此時牛奶泡沫形成后迅速破裂，牛奶中游離脂肪酸濃度越高，說明牛乳中乳脂肪在酶或微生物等作用下脂肪水解率越高，是影響牛奶起泡性的主要原因。這一結果與文獻[3，6]結果一致因此，為了提高牛奶的起泡性能，必須降低生乳的游離脂肪酸的濃度。

奶源專業組安排營養專家對游離脂肪酸高的牧場進行了連續跟蹤，經過不斷的調整飼料結構與配方，游離脂肪酸的值有所下降，表12為2014年牧場跟蹤的平均值。

表12 2014年各牧場游離脂肪酸的檢測情況

由表12可以看出，經過近4年奶源專業組的努力，各牧場游離脂肪酸的含量有所下降，起泡奶合格率大幅上升，一定程度上解決了起泡奶短缺的情況。

3 結論

本文通過以上不同實驗方案牛奶的起泡性和泡沫穩定性試驗以及各種條件下對牛奶生產卡布奇諾專用起泡牛奶的影響因素研究，可以得出結論：

（1）牛奶起泡質量的影響因素中主要是牛奶中的乳清蛋白，牛奶起泡性與穩定性隨著乳清蛋白含量升高而升高。如果在允許的情況下，可以在牛奶中添加少量乳清蛋白質來提高牛奶的起泡性與泡沫穩定性。

（2）脂肪、酪蛋白、水分對起泡質量的影響甚小，摻入堿性物質對起泡質量的影響也是甚小。

（3）冷鏈條件對牛奶起泡質量的影響較大，特別是變質的牛奶起泡質量較差，為保證如果牛奶起泡的質量，應對牛奶的冷鏈進行控制，保證牛奶的新鮮度。

（4）游離脂肪酸是影響牛奶起泡的重要因素，游離脂肪酸的含量增加會降低牛奶的起泡性與泡沫的穩定性，通過營養專家的配方調整，可以降低牧場游離脂肪酸的含量，保證了起泡奶的質量，為企業克服了起泡奶短缺的困難，滿足了卡布奇諾日益增長的市場需求。

[1]Martain A H,Grolle K,Bos M A.Network Forming Properties of Various Proteins Adsorbed at the Air/Water Interface in Relation to Foam Stability[J].Journal of Colloid and interface Science,2002,254：175-183.

[2]Fennema O R,王璋.食品化學（第二版）[M].中國輕工業出版社,1991：2308-233.

[3]徐圓.澳大利亞乳品原料參考手冊（第二版）[M].澳大利亞乳業局,2008：58-59.

[4]孔保華.乳品科學與技術.北京,科學出版社,2004：53-55.

[5]Sliwinski E L,Roubos P J et al.Effects of heat on physicochemical properties of whey proteinstbilised emulsions[J].Colloids and surfaces B：Biointerfaces,2003,31（1-4）：231-242.

[6]任璐，張峰華，龔廣予等.乳成分對牛乳起泡性和泡沫穩定性的影響[J].食品研究與開發,2012,33（10）：6-9.