咖啡代用品研究及其應(yīng)用

邵涌

（天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)技術(shù)研究院，天津300384）

作為日常飲品，咖啡的消費(fèi)量很大，目前世界年咖啡銷量約千萬(wàn)噸以上，我國(guó)人民對(duì)咖啡及其制品也越來(lái)越感興趣。1993年～2009年，我國(guó)成年居民咖啡飲用率逐年上升。參加的調(diào)查的9省區(qū)成年居民咖啡飲用率呈上升趨勢(shì)，從1993年的1.26%升至2009年的4.45%[1]。但近年來(lái)關(guān)于咖啡與健康時(shí)有報(bào)道，人們食用咖啡變得慎重起來(lái)。中國(guó)食品報(bào)曾發(fā)表文章告誡人們過(guò)量飲用咖啡有害人體健康。國(guó)外醫(yī)學(xué)科技人員研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)量飲用咖啡或引用未過(guò)濾的咖啡能導(dǎo)致與心臟病有關(guān)的氨基酸水平升高[2]，其原因主要是由于咖啡中含有大量的咖啡堿，其中可致遺傳病的機(jī)理是咖啡堿的化學(xué)結(jié)構(gòu)與人體的遺傳基因脫氧核糖核酸大分子中的一個(gè)酸原子核非常相近，以致咖啡堿極有可能與脫氧核糖核酸結(jié)合使細(xì)胞發(fā)生變異。德國(guó)科學(xué)家已證明，咖啡堿可能破壞人類細(xì)胞的染色體。美國(guó)研究人員的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也表明，給懷孕的老鼠注射多于12～14杯咖啡所含的咖啡堿量，其生下的小鼠腳趾是殘缺不全的。美國(guó)FDA早已提出要限制懷孕及哺乳期婦女對(duì)咖啡的攝入量。

出于健康及價(jià)格等多方面考慮，近來(lái)國(guó)外的咖啡人均銷量有逐步減少的趨向，各國(guó)相繼開發(fā)了不含咖啡堿的各種各樣的咖啡和其制品的代用品。如美國(guó)用韋豆為原料制取咖啡代用品，日本用番石榴為原料制造咖啡型飲料的粉末原料，英國(guó)以大麥、黑麥、菊苣等為原料制取咖啡調(diào)味牛奶飲料等。

國(guó)外一些國(guó)家對(duì)咖啡代用品的研究工作起步較早，而在我國(guó)幾乎為空白。隨著人們生活水平的提高，對(duì)食品要求的進(jìn)步，一些含有不適于人體健康因素的食品將受冷落，而一些營(yíng)養(yǎng)豐富具保鍵作用，同時(shí)又滿足人的感官享受的食品將倍受消費(fèi)者青睞。

基于上述情況，我們進(jìn)行了無(wú)咖啡因的咖啡代用品研究，本研究產(chǎn)品的特點(diǎn)是：具有天然咖啡的感官特性，營(yíng)養(yǎng)成分高于天然咖啡，而無(wú)其副作用。本品中的主要成分——經(jīng)烘烤的豆類，英國(guó)農(nóng)業(yè)和糧食研究委員會(huì)的科學(xué)家經(jīng)動(dòng)物和人體試驗(yàn)證明，具有降低膽固醇的作用[3]。我國(guó)咖啡產(chǎn)量很有限，每年需花大量外匯進(jìn)口，無(wú)論是從健康還是從經(jīng)濟(jì)等方面考慮，作為咖啡代用品研究落后的我國(guó)，市場(chǎng)具有廣闊潛力。

1 材料與設(shè)備

1.1 原料

大豆、青豆、決明子：市售；大麥：天津啤酒廠提供。

山東英達(dá)糖業(yè)有限公司生產(chǎn)的糖蜜。

1.2 輔料

碳酸氫鈉和葡萄糖酸δ—內(nèi)酯：葡萄糖酸δ—內(nèi)酯與碳酸氫鈉均具有發(fā)酵作用，兩者混合制成發(fā)酵粉。加熱時(shí)葡萄糖酸與碳酸氫鈉反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳，膨松效果好，無(wú)異味。

1.3 設(shè)備

高速萬(wàn)能粉碎機(jī)：黃驊市科學(xué)儀器廠；超微細(xì)粉碎機(jī)：溫州長(zhǎng)江電器設(shè)備廠；破碎機(jī)：山東即墨農(nóng)機(jī)廠；烤箱：蘇州儀器設(shè)備有限公司。

2 工藝與討論

2.1 工藝流程

原料→預(yù)處理→烘烤→配料→粉碎→微細(xì)化→成品

2.2 工藝討論

2.2.1 原料選擇

國(guó)外資料介紹生產(chǎn)咖啡代用品的原料種類較多，綜合考慮我國(guó)原料資源、制取工藝、產(chǎn)品性質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值等多方面因素和指標(biāo)，經(jīng)優(yōu)選試驗(yàn)，最終選擇了大豆、青豆、大麥、決明子和糖蜜作為咖啡代用品的生產(chǎn)主要原料。這幾種原料具有較佳的成分配比和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，特別是豆類含有較高的蛋白質(zhì)，這為本工藝的美拉德反應(yīng)提供了氨基酸來(lái)源。糖蜜為焦糖化反應(yīng)提供了充裕的糖源。決明子具有很好的保健作用，經(jīng)烘烤后有逼真的咖啡香氣。操作中嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，調(diào)整各種原料的配比關(guān)系，可得到較佳效果，制出的產(chǎn)品色香味上都與天然咖啡相近。產(chǎn)品不需添加賦香劑及苦味劑，即有良好的咖啡香味和苦味。操作中應(yīng)特別注意的是投料比例關(guān)系。例如較高比例的大麥會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的黏度過(guò)高和谷香味的出現(xiàn)。表1列出了幾種原料和天然咖啡的主要成分對(duì)照[3]。

表1 幾種原料和天然咖啡主要成分含量Table 1 The contented of main components in several kinds of raw materials and natural coffee g/100 g

2.2.2 預(yù)處理

原料的預(yù)處理包括：揀選、脫皮、浸泡工序。揀選后的大豆、青豆、大麥用破碎機(jī)進(jìn)行去皮，去皮后半豆粒用加入一定量的NaHCO3水溶液浸泡約4 h至飽和，瀝水晾干后備烘烤。糖蜜中加入適量發(fā)酵粉攪勻備烘烤。

原料經(jīng)去皮和浸泡處理比不經(jīng)此工序處理制出的產(chǎn)品口感更加細(xì)膩，并消除了豆腥味。

2.2.3 烘烤

本工序達(dá)到的主要目的有兩方面：適宜的色澤和風(fēng)味。不同反應(yīng)條件的控制會(huì)使產(chǎn)品的色澤和風(fēng)味差異較大，經(jīng)過(guò)對(duì)15個(gè)溫度點(diǎn)的恒溫與時(shí)控試驗(yàn)和效果比較，確定了適宜的烘烤參數(shù)。一組不同條件下實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 烘烤溫度和時(shí)間對(duì)產(chǎn)品色香味的影響Table 2 Effect of curing temperature and time on the color and flavor of the product

從表2可以得知；烘烤溫度控制在130℃附近，時(shí)間約45 min條件下產(chǎn)品效果最佳。烘烤溫度較低時(shí)，雖延長(zhǎng)烘烤時(shí)間，但類咖啡的色香味有效成分并不能顯現(xiàn)出來(lái)，達(dá)不到效果。而溫度過(guò)高，達(dá)到適宜點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生焦糊味，也不理想。所以烘烤溫度與時(shí)間兩參數(shù)在本工藝中非常關(guān)鍵，它們并非簡(jiǎn)單的反比關(guān)系，操作中需嚴(yán)格控制。

本工序的實(shí)質(zhì)為非酶褐變，它包含了羰氨反應(yīng)和焦糖化作用，前者可產(chǎn)生“類黑色素”（Melanoidirs），亦稱美拉德反應(yīng)，后者可生成兩類物質(zhì)：糖的脫水產(chǎn)物和裂解產(chǎn)物[4]。

不同種類的原料與配比，控制不同的反應(yīng)條件，可產(chǎn)生不同的色澤、香氣和口味。

2.2.4 配料

各物料參考配比為：大豆26%～30%，青豆23%～28%，大麥40%～45%，決明子2%～5%，糖蜜1%～3%，其它適量。

2.2.5 粉碎

配料后將物料混勻，在高速萬(wàn)能粉碎進(jìn)行粗粉碎，使之達(dá)一定細(xì)度，以利微細(xì)化操作。

2.2.6 微細(xì)化

用超微細(xì)粉碎機(jī)對(duì)上述物料進(jìn)行進(jìn)一步微細(xì)化處理，然后篩分，粗粉返回再循環(huán)，使產(chǎn)品細(xì)度達(dá)200目。

如采用球磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨，由于物料性質(zhì)不夠堅(jiān)硬，產(chǎn)品雖能達(dá)到細(xì)度，但效率較低。

3 應(yīng)用試驗(yàn)

由于本品加工成達(dá)200目細(xì)粉狀，故應(yīng)用起來(lái)很方便，可廣泛應(yīng)用于各類食品的添加，如糖果、面包、餅干及冷食等的直接加入。以下為本品在幾種不同產(chǎn)品中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)情況。

3.1 在麥乳精生產(chǎn)中的應(yīng)用

以本品100%代替天然可可粉生產(chǎn)咖啡型麥乳精，在天津市長(zhǎng)城食品廠進(jìn)行了生產(chǎn)應(yīng)用性試驗(yàn)，結(jié)果生產(chǎn)出的產(chǎn)品無(wú)論從色澤、香氣還是口味上效果都非常理想，沖后具有濃郁的咖啡香味，溶解度很好，口感細(xì)膩，與通常麥乳精產(chǎn)品相比，杯底無(wú)明顯沉淀物，各項(xiàng)指標(biāo)符合麥乳精產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，且可使產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量有所增加。

3.2 咖啡奶飲料的制造

3.2.1 工藝流程

原料→稱量→配料→調(diào)和→過(guò)濾→均質(zhì)→殺菌→冷卻→產(chǎn)品

3.2.2 產(chǎn)品配方

白砂糖11%～13%；淡乳粉2%～5%；本品1%～3%；穩(wěn)定劑0.05%～0.1%；蔗糖酯適量。

按此工藝和配方制成的咖啡奶飲料，裝瓶封口，高溫滅菌并經(jīng)冷卻后，產(chǎn)品內(nèi)容物均勻一致，呈咖啡奶色、口感細(xì)滑，為咖啡奶香。

如以本品放入杯內(nèi)，加糖和煉乳直接沖入熱水，則為一杯速溶咖啡奶飲品。

3.3 在冷食中的應(yīng)用

應(yīng)用結(jié)果表明：按一般冷食加工工藝，把本產(chǎn)品添加到冰淇淋、雪糕生產(chǎn)中，所得產(chǎn)品品質(zhì)較好，但香氣不夠，需進(jìn)行調(diào)香。

4 結(jié)果與討論

1）本代用品是以大豆、青豆、大麥、決明子和糖蜜為原料制成的與天然咖啡性質(zhì)相似但不含咖啡堿的粉狀產(chǎn)品，可廣泛的應(yīng)用于食品加工中，不會(huì)影響產(chǎn)品的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，且可使產(chǎn)品的蛋白含量有所提高。

2）本品的主要組成成分—經(jīng)烘烤的豆類，具有降低人體膽固醇的獨(dú)特功效[5]。特別是對(duì)咖啡堿不適應(yīng)人來(lái)講，代用品的出現(xiàn)無(wú)疑是一福音。

3）大幅度成本的降低也使本品在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用具有廣泛前景，并可節(jié)省我國(guó)用于進(jìn)口咖啡的外匯支出，這對(duì)我國(guó)資源的開發(fā)利用與升值無(wú)疑是一條有益途徑。

4）本產(chǎn)品生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單可行，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)中的工藝改進(jìn)及設(shè)備應(yīng)用，目前對(duì)批量規(guī)模生產(chǎn)路線和設(shè)備選型有了初步的規(guī)劃設(shè)想，為今后工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

[1] 張兵,杜文雯,王惠君,等.中國(guó)9省區(qū)18-49歲成年居民茶和咖啡飲用狀況及變化趨勢(shì)[J].中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng),2011(4)：56-59

[2] 靜雨.咖啡可能與心臟病有關(guān)[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)情報(bào),2000(11)：37

[3] 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生研究所.食物成分表[M].北京：人民衛(wèi)生出版社,1983：13-166

[4] 無(wú)錫輕工業(yè)學(xué)院.食品生物化學(xué)[M].天津：輕工業(yè)出版社,1981：368-388

[5]FAO FOOD,NOTRITION PAPER.Manuals of food quality control 3 commodities[M].Roma：FAO Food and Agriculture Organization of theUnitedNations,1979：353