牛奶起泡性的影響因素

徐杭蓉，于鵬，劉振民

乳業(yè)生物技術國家重點實驗室，上海乳業(yè)生物工程技術研究中心，光明乳業(yè)股份有限公司乳業(yè)研究院（上海 200436）

調制拉花咖啡中所添加的打泡牛奶對于咖啡的風味、外觀都起到一定影響作用，奶泡穩(wěn)定且潔白細膩的打泡牛奶為調制拉花咖啡增色許多。牛奶的起泡性受到諸多因素影響，包括奶牛的品種、奶牛飼料的選擇、乳成分中蛋白及脂肪的含量、牛奶的加工工藝等因素。因此，闡述打泡牛奶的起泡機理及簡述牛奶起泡性的影響因素，為調制拉花咖啡中的牛奶打泡環(huán)節(jié)工藝提供一定的理論依據(jù)。

1 牛奶起泡原理

1.1 泡沫起泡性質

圖1 泡沫示意圖

泡沫是一種氣液混合的兩相體系，由一個分散的氣相和一個連續(xù)的水相所組成。有學者提出：泡沫是大量氣體在少量液體中的分散體[1]。由于液體是分散介質，氣體是分散相，兩者的密度相差較大，因此液體中所存在的氣泡會上升至液面，形成氣泡聚合物體。純液體是無法形成泡沫的，形成穩(wěn)定泡沫的液體，其至少需有兩種以上的組分。牛奶中含有乳清蛋白、酪蛋白、脂類等成分，符合形成泡沫的體系[2]。牛奶中的泡沫一般是其經(jīng)吹氣泡，攪打或振搖而形成。

1.2 泡沫穩(wěn)定性

泡沫的穩(wěn)定性主要取決的因素有：液膜的強度大小，對抗外界影響強弱；氣體透過液膜的擴散速度[3]。泡沫生成的時候，泡沫的液體的表面積增加，其體系的能量增強；當其遭到破壞時，體系能量減弱。根據(jù)做功的角度來分析，泡沫低表面張力有助于降低生成固定的總表面積所做的功[4]。但液體表面形成表面模式具有一定強度時，較低的表面張力才可以對泡沫的穩(wěn)定起到一定的增強作用。與此同時，泡沫的穩(wěn)定性和泡沫的表面黏度存在一定關聯(lián)，表面黏度增大時，泡沫表面的排水速率降低，穩(wěn)定性增強，從而其壽命延長；當表面黏度減小時，泡沫表面的排水速率增大，穩(wěn)定性減弱，從而其壽命減小。泡沫穩(wěn)定性還與其表面電荷、表面膨脹彈性膜數(shù)、表面張力修復作用（Martangoni效應）、表面活性劑等因素有關。

2 牛奶起泡影響因素

牛奶為一復雜體系，其起泡性受多種因素的影響。研究表明牛奶的起泡性受多種因素影響，如乳成分含量、奶牛的品種、奶牛的泌乳時期、奶牛的飼料質量等。

2.1 乳成分含量的影響

乳成分主要包括乳中的脂肪、蛋白質、乳糖、非脂乳固體、無機物和微量維生素。其中的蛋白質主要有酪蛋白與乳清蛋白。乳清蛋白的起泡性質是指乳清蛋白可以在牛奶的氣-液界面形成穩(wěn)定的薄膜，使氣泡進入和維持的一種能力。乳清蛋白作為牛奶中一個有效的起泡劑，它可以快速地吸附在氣-液界面，而且可以迅速在這個氣-液界面上展開和重新排布，而且可以形成黏合性膜。而影響乳清蛋白起泡性質的分子性質主要有分子柔性、溶解度、疏水性、其中的極性基團和帶電基團的配置。而影響蛋白質起泡的環(huán)境因素主要有牛奶的pH、蛋白質濃度、溫度、糖類含量、脂肪種類和含量。酪蛋白占其蛋白質總量的80%，具有人體所需的必需氨基酸。酪蛋白是一種具有良好起泡能力但其泡沫穩(wěn)定性差強人意的蛋白[5]。經(jīng)過PEF處理，酪蛋白的溶解性增加，但可能由于其膠束暴露基團的水合作用，酪蛋白分子本身并無發(fā)生較大變化[6]。

2.2 泌乳奶牛的影響

奶牛的品種、所處哺乳期時間段、喂養(yǎng)飼料品種等差異，可造成泌乳奶牛的牛乳起泡性具有一定差異。奶牛品種多樣，其中荷斯坦牛因其產(chǎn)量較大的特點占據(jù)我國奶牛的半壁江山。近年來，隨著人們消費水平的提高，所產(chǎn)牛奶口感更香醇的娟姍牛逐漸進入大眾視野，其中光明的致優(yōu)娟姍牛奶便是娟姍牛來源，娟姍牛的乳蛋白率明顯高于其他奶牛品種[7]。國內(nèi)常見的牛種除了荷斯坦牛及娟姍牛外，西門塔爾也是國內(nèi)牛奶的常見泌乳牛種。此外，西門塔爾與荷斯坦牛因其各自的優(yōu)點，部分牧場將兩者進行雜交。乳蛋白含量作為一個有效起泡劑，與牛奶起泡性息息相關。泌乳奶牛一般初產(chǎn)年齡為2歲，此時產(chǎn)量低，而奶牛超過8歲時奶牛機能減退，奶牛產(chǎn)犢后20～60 d為泌乳高峰，持續(xù)至第10個月停止泌乳[8]。而奶牛胎次也會對泌乳產(chǎn)生一定影響，研究表明奶牛的不同泌乳階段、泌乳全期、不同泌乳月的日均泌乳量在試驗中第4胎最高[9]。奶牛喂養(yǎng)的飼料一般有精料與粗料相結合，一般我國典型日糧采用粗料為青貯玉米和進口苜蓿草，而精料則為玉米豆粕型[10-11]。飼料影響牛奶中乳蛋白率、奶脂率、體細胞數(shù)、共軛亞油酸等，研究表明當奶牛的日糧中添加脂肪時奶牛的產(chǎn)奶量上升，但會導致乳蛋白率下降[12]。

2.3 貯藏時間的影響

牛奶的品質受到貯藏時間和貯藏條件的影響，牛奶新鮮程度隨著貯藏時間的增加而降低，相應地也受到不良的貯藏條件的影響。在極端情況下，甚至牛乳的成分也會發(fā)生改變。貯藏時間過長時，牛奶中的蛋白質將會被微生物降解，從而失去原有的表面活性劑性能，這將影響牛奶的牛乳起泡性，而牛奶中的脂肪也會隨過長的貯藏時間而被牛奶中的微生物脂解，從而牛奶中的游離脂肪酸含量增加，這將會導致泡沫的穩(wěn)定性降低[13]。谷雪蓮等[14]探究貯藏時間對于牛乳品質的影響，結果表明牛奶中的菌落總數(shù)隨貯藏時間延長而增多，其中第3天增長最快，蛋白質也隨著貯藏時間延長呈下降趨勢，即使處于低溫貯藏環(huán)境，牛奶中的蛋白質也總體呈下降趨勢。

2.4 起泡條件的影響

牛奶起泡性能也會受到牛奶溫度的影響，在0～50℃范圍內(nèi)，牛奶的起泡性能隨著溫度升高而增強[6]。這主要是因為溫度會影響牛奶中蛋白質分子的空間結構，當溫度升高時蛋白質輕微變性，從而暴露出更多的疏水基團，在疏水基團作用下，蛋白質分子的水化作用下降，溶液中分子與分子間作用力加強，形成新的二硫鍵，從而使牛奶的起泡性能增強。研究表明，65 ℃下的牛奶起泡性能較22 ℃下的牛奶起泡性能顯著性提高[13]。同時牛奶起泡時的工藝流程也起到一定條件，牛奶形成奶泡通常通過濃縮咖啡機的蒸汽噴嘴將蒸汽注射至牛奶中，在這個過程中蒸汽將氣泡帶進牛奶，牛奶中乳清蛋白質展開，凝聚為穩(wěn)定的網(wǎng)狀結構，呈現(xiàn)出肉眼可見的奶泡[15]。

3 結語

隨著我國消費者消費水平提高，調制拉花咖啡中的牛奶奶泡的美觀進入人們視野。奶泡穩(wěn)定且潔白細膩的打泡牛奶受到許多因素的影響，從源頭奶牛飼養(yǎng)到終端發(fā)泡工藝的每一步都息息相關。更好地認識牛奶起泡性的影響因素，不僅有助于獲得一杯美觀的調制咖啡，更可為調制咖啡的多樣性提供一定的理論基礎。