牛奶咖啡飲料的研制

楊豪 徐秋玲 龔加順 李凌飛 宋爽

(1 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院 云南昆明 650201;2 國家辣木加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心 云南昆明 650201)

咖啡為熱帶咖啡樹果實的果核，經(jīng)烘焙、磨碎而成，主要成分為咖啡堿（caffeine），其含量約為1.5%［1］?？Х葔A具有舒張血管和利尿等功效，但過量飲用可引起失眠不安、心跳過速等不良反應(yīng)，且咖啡有成癮性不宜過多飲用［2］。西雙版納熱帶雨林是中國最適宜種植小粒種咖啡的地區(qū)，該地區(qū)生產(chǎn)的咖啡質(zhì)量好、產(chǎn)量高、成本低，具備很強(qiáng)的消費市場競爭力［3］。香濃的咖啡飲品已成為各類西餐廳、咖啡館的必備品，并已走進(jìn)普通家庭，成為人們享受和招待客人的最佳產(chǎn)品。隨著人民生活水平的不斷提高，對飲料的需求已從單一的蘇打飲料轉(zhuǎn)向更先進(jìn)和多樣化的飲料。

牛奶是人們重要的營養(yǎng)來源，其中含有活性成分，有益健康［4］；牛奶中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，能夠為人體帶來健康福利，具有改善身體素質(zhì)的功能［5］。牛奶中還含有游離氨基酸，對維持嬰兒的生長發(fā)育和健康具有重要的作用［6］；牛奶中的脂肪是天然脂肪，是黃油的重要組成部分，同種牛產(chǎn)的牛奶乳脂含量各不相同［7］。牛奶咖啡飲料在保存和銷售過程中，極易引起脂肪分離、乳酪破損等產(chǎn)品質(zhì)量問題，尤其是脂肪濃度高的牛奶咖啡飲品，在搖晃后極易出現(xiàn)脂肪氧化開裂，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。牛奶咖啡飲料中的蛋白質(zhì)沉淀也會影響產(chǎn)品的外觀和口感，嚴(yán)重阻礙牛奶咖啡飲料的市場開發(fā)和銷售［8］。乳化劑可以降低兩相（油/水體系）的表面張力，以保持乳液的穩(wěn)定狀態(tài)，防止乳液粒子的聚集［9］。對乳化劑的選擇和應(yīng)用首先要根據(jù)其是水包油（O/W）型還是油包水（W/O）型，再根據(jù)各種乳化劑的HLB 值來選擇即可［10］；同時也要考慮牛奶咖啡飲料中的牛奶含量、pH 值、熱處理等［11］。有研究發(fā)現(xiàn)，硬脂酰乳酸鈉［12］、單硬脂酸甘油脂 （簡稱單甘脂）［13］、蔗糖脂肪酸酯（簡稱蔗糖酯）［14］、卡拉膠［15］等單體乳化劑，能使乳液分散均勻、穩(wěn)定，從而延長產(chǎn)品的保存期?？Х犬a(chǎn)業(yè)在亞洲咖啡市場和南美咖啡市場發(fā)展迅速，世界各國對咖啡的需求也在逐年增加。因此，探討牛奶咖啡飲料的工藝及單體乳化劑對其穩(wěn)定性的影響極其必要，可為咖啡工業(yè)提供數(shù)據(jù)依據(jù)［16］。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗材料

咖啡豆、桑葉、菊花、夏枯草（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院提供）；全脂奶粉（云南新希望鄧川碟泉乳業(yè)有限公司）；稀奶油（內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團(tuán)股份有限公司）；白砂糖（云南滇鵬糖業(yè)有限公司）；酪蛋白酸鈉（上海泛亞食品配料有限公司）；單甘脂、蔗糖酯、硬脂酰乳酸鈉（昆山丹尼斯克食品添加劑有限公司）；其他試劑均為分析純。

1.1.2 儀器

YB-400A 小型粉碎機(jī)（永康市速峰工貿(mào)有限公司）；TGL20M 恒溫水浴攪拌箱（上海邁佳森儀器有限公司）；UV752 高壓均質(zhì)機(jī)（上海佑科儀器儀表有限公司）；YLD-3000 膠體磨（上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司）；Anke TDL-5-A 離心機(jī)（南京歐鎧環(huán)境科技有限公司）；6405UV|VIS 分光光度計（英國JENWAY）。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程［17］

咖啡豆→磨碎→煮制→過濾→混勻（桑葉、菊花、夏枯草）→煮制（全脂奶粉、稀奶油、白砂糖、乳化穩(wěn)定劑、增稠劑）→過濾→提取→調(diào)配→均質(zhì)→灌裝→殺菌→冷卻→成品

1.2.2 操作要點［18］

1.2.2.1 咖啡濃縮液預(yù)處理

因咖啡濃縮液屬于酸性，加入全脂奶粉后易引起蛋白質(zhì)變性，造成絮狀物產(chǎn)生，因此，需要采用碳酸氫鈉對咖啡濃縮液pH 值進(jìn)行調(diào)酸處理，在保證風(fēng)味的前提下，調(diào)pH至7.2。

1.2.2.2 輔料處理

將全脂奶粉、稀奶油、白砂糖、乳化穩(wěn)定劑等輔料一次倒入，進(jìn)行攪拌溶解，保溫至85℃左右，過濾備用。

1.2.2.3 調(diào)配

按照配方的比例進(jìn)行調(diào)配。為了防止飲料中氧氣的存在而導(dǎo)致維生素C等營養(yǎng)物質(zhì)的氧化及色澤的變化，須進(jìn)行真空脫氣，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。脫氣的工藝條件為：真空度80～90 kPa，溫度25℃。均質(zhì)是改善成品乳的口感和穩(wěn)定性的關(guān)鍵工序，將調(diào)配好的乳漿加熱到60～70℃進(jìn)行均質(zhì)，第一次均質(zhì)壓力為20 MPa，第二次均質(zhì)壓力為30～32 MPa。

1.2.2.4 殺菌灌裝

殺菌采用121℃25 min殺菌方式，反壓冷卻。

1.2.3 牛奶咖啡飲料單因素試驗

經(jīng)預(yù)試驗，保持基本配方不變，考察咖啡提取液的添加量。在全脂奶粉15 g，白砂糖4.5 g，稀奶油2.0 g 的條件下，改變咖啡提取液的添加量，分別為15、20、25、30、35、40 mL，以感官評價作為考察指標(biāo)，確定適宜的咖啡提取液添加量范圍。并進(jìn)一步對全脂奶粉添加量5、10、15、20、25、30 g，白砂糖3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0 g，稀奶油添加量1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 g等進(jìn)行單因素試驗。

1.2.4 正交試驗

根據(jù)單因素試驗所確定的各因素對牛奶咖啡飲料品質(zhì)的影響，選擇咖啡提取液添加量、全脂奶粉添加量、白砂糖添加量、稀奶油添加量4個因素，各取3個水平進(jìn)行正交試驗，以感官評價為考察指標(biāo)，對正交結(jié)果進(jìn)行合理分析并認(rèn)證，以確定牛奶咖啡飲料的最佳配方。選擇L9（34）正交表進(jìn)行試驗，正交試驗因素水平見表1。

表1 試驗因素及水平表

1.2.5 感官評定

牛奶咖啡飲料感官性狀評定根據(jù)《咖啡類飲料》（GB/T 30767—2014）中的相關(guān)方法進(jìn)行。由10 名感官評定員（男5 名，女5 名）組成評定小組，分別根據(jù)色澤、組織狀態(tài)、口感、風(fēng)味4項指標(biāo)對牛奶咖啡飲料進(jìn)行打分，采用百分制。根據(jù)每位評定員的評分結(jié)果計算平均值，個別品評誤差大的可舍棄，舍棄后重新計算平均值，最后評分的平均值作為牛奶咖啡飲料感官評價的結(jié)果。牛奶咖啡飲料評分見表2。

表2 牛奶咖啡飲料感官評分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.6 乳化穩(wěn)定劑應(yīng)用試驗設(shè)計［19］

根據(jù)各因素對牛奶咖啡飲料穩(wěn)定性的影響，選擇蔗糖酯、單甘酯、硬脂酰乳酸鈉3 因素，通過L9（34）正交試驗設(shè)計（表3），確定最佳配方。

表3 單體乳化劑復(fù)配的因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 不同咖啡提取液添加量對牛奶咖啡飲料品質(zhì)的影響

咖啡提取液添加量主要影響飲料的色澤和奶香味，添加量不足時，飲料的顏色較淺，且咖啡香味較弱，添加過量時，飲料的咖啡香味濃郁，奶香味不明顯。

咖啡提取液添加量對牛奶咖啡飲料口感的評價及得分的影響見圖1。當(dāng)咖啡提取液添加量增加至25 mL，飲料呈褐色并具有咖啡香味，其感官評價得分也升高，最高為83 分；當(dāng)咖啡提取液添加量過大時，飲料呈明顯的深褐色，咖啡香味較濃，質(zhì)地粘稠，口感下降，其感官評分也呈下降趨勢。綜上所述，選擇25 mL咖啡提取液最為適宜。

圖1 咖啡提取液添加量對牛奶咖啡飲料的口感影響

2.1.2 不同全脂奶粉添加量對牛奶咖啡飲料品質(zhì)的影響

牛奶咖啡飲料調(diào)入全脂奶粉并進(jìn)行有效殺菌后，其獨特的風(fēng)味很受大眾喜愛，而全脂奶粉比低脂奶粉能使飲料口感更好［20］。奶粉的添加量不足時，咖啡的香味過濃，奶香味不足；奶粉添加過量，飲料的奶香過于醇厚，咖啡香味不明顯［21］。適宜的比例能使飲料的奶香和咖啡香融合，香味醇厚。

全脂奶粉添加量對牛奶咖啡飲料口感的評價及得分的影響見圖2。當(dāng)全脂奶粉添加量增加至15 g時，飲料兼具咖啡香味和奶香味，口感細(xì)膩絲滑，其感官評價得分也升高，最高為85 分；當(dāng)全脂奶粉添加量過大時，牛奶咖啡飲料口感粘滯，口感下降，其感官評分也隨之呈下降趨勢。綜上所述，選擇15 g全脂奶粉最為適宜。

圖2 全脂奶粉添加量對牛奶咖啡飲料的口感影響

2.1.3 不同白砂糖添加量對牛奶咖啡飲料品質(zhì)的影響

植物蛋白乳飲料中的配料成分對其體系穩(wěn)定性的影響較大，最主要的是糖類、乳化劑和增稠劑［22］。白砂糖的添加量在一定程度上決定了牛奶咖啡飲料的香甜程度。白砂糖添加量較低時會導(dǎo)致飲料的甜味不足，香味無法充分釋放，飽滿度欠缺。

白砂糖添加量對牛奶咖啡飲料口感評價及得分的影響見圖3。從圖3 可看出，當(dāng)白砂糖添加量增加至4.5 g 時，牛奶咖啡飲料甜度適中，口感細(xì)膩絲滑，其感官評價得分也升高，最高為83 分；當(dāng)白砂糖的添加量過大，牛奶咖啡飲料甜味過甜，口感甜膩［23］，其感官評分也隨之呈下降趨勢。綜上所述，選擇4.5 g白砂糖添加量最為適宜。

圖3 白砂糖添加量對牛奶咖啡飲料的口感影響

2.1.4 不同稀奶油添加量對牛奶咖啡飲料品質(zhì)的影響

稀奶油添加量對牛奶咖啡飲料口感評價及得分的影響見圖4。由圖4 可知，當(dāng)稀奶油添加量的增加至2 g 時，牛奶咖啡飲料口感細(xì)膩絲滑，其感官評價得分也升高，最高為89 分；當(dāng)稀奶油的添加量過大，牛奶咖啡飲料口感過于油膩，其感官評分也隨之呈下降趨勢。綜上所述，選擇2 g 稀奶油添加量最為適宜。

2.2 正交試驗設(shè)計結(jié)果

由表4～5 可知，影響牛奶咖啡飲料感官指標(biāo)的各因素主次關(guān)系為C＞A＞B＞D，即白砂糖＞咖啡提取液＞全脂奶粉＞稀奶油。最佳工藝組合為：A2B3C3D3，即本實驗最佳工藝條件為咖啡提取液為25 mL、全脂奶粉為15 g、白砂糖為4.5 g、稀奶油為2 g，此時產(chǎn)品的感官評價最佳。

圖4 稀奶油添加量對牛奶咖啡飲料的口感影響

表4 牛奶咖啡飲料正交試驗直觀分析

表5 方差分析結(jié)果

2.3 乳化穩(wěn)定劑試驗設(shè)計

2.3.1 穩(wěn)定系數(shù)測定

植物蛋白的穩(wěn)定性主要取決于體系的親水親油平衡狀態(tài)及各種添加劑與蛋白質(zhì)及脂肪的相互作用［24］。將2 種乳化劑復(fù)合使用后，界面上吸附形成“復(fù)合物”，定向排列緊密，從而能很好地防止聚集，增強(qiáng)乳化效果［25］。

將試樣在3 500 r/min 條件下離心15 min，去上清液并稀釋100倍后，用分光光度計在720 nm下測定其吸光度At，At與離心前的吸光度A0的比值，即為穩(wěn)定系數(shù)R，即R=At/A0（R≤1），R值越高，乳化劑的乳化性能越好，若R≥95%，表明產(chǎn)品的穩(wěn)定效果良好。增稠劑對牛奶咖啡飲料口感有不同的作用［26］。由表6 可以看出，添加乳化劑的樣品穩(wěn)定性系數(shù)（R）大于不添加乳化劑的樣品。結(jié)果表明，乳化劑的加入可以提高牛奶咖啡飲料的穩(wěn)定性。

表6 單體乳化劑對牛奶咖啡飲料穩(wěn)定性影響

2.3.2 乳化劑復(fù)配對牛奶咖啡飲料穩(wěn)定性影響

表6～7 可以看出，各因素對牛奶咖啡飲料感官品質(zhì)影響的主次順序為：A＞B＞C，即蔗糖酯＞單甘酯＞硬脂酰乳酸鈉，其中蔗糖酯對牛奶咖啡飲料脂肪上浮控制影響顯著；單甘酯在適宜的添加量下能夠控制牛奶咖啡飲料貨架期分層現(xiàn)象，對產(chǎn)品貨架期的穩(wěn)定性影響較大，其他因素影響略小。得到的牛奶咖啡飲料穩(wěn)定劑優(yōu)化組合為A2B1C2，即乳化劑的最佳復(fù)配組合為蔗糖酯0.15%、單甘酯0.10%、硬脂酰乳酸鈉0.15%，此時產(chǎn)品的感官評價最佳。

表7 單體乳化劑復(fù)配的正交實驗結(jié)果及級差分析表

3 結(jié)論

本研究通過單因素試驗和正交實驗，優(yōu)化得到的最佳牛奶咖啡飲料工藝配方為：咖啡提取液為25 mL、全脂奶粉為15 g、白砂糖為4.5 g、稀奶油為2 g。通過單體乳化劑復(fù)配的正交實驗，優(yōu)化得到的牛奶咖啡飲料單體乳化劑復(fù)配最佳組合為蔗糖酯0.15%、單甘酯0.10%、硬脂酰乳酸鈉0.15%，此時產(chǎn)品的感官評價最佳。由上述工藝條件生產(chǎn)制作的牛奶咖啡飲料風(fēng)味誘人，口感獨特，穩(wěn)定性較好。