劉小軍，盧儉，秦翠霞，張玉蘭，阮成發(fā)

（南京衛(wèi)崗乳業(yè)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(chǎn)品要求所用的牛奶具有良好的起泡效果，奶泡細膩、穩(wěn)定性好，奶香濃郁，口感柔和。牛奶的質(zhì)量越好，蛋白質(zhì)含量越高，奶源越新鮮，產(chǎn)品的起泡性和泡沫的穩(wěn)定性越好[1-2]。但受奶牛集中飼養(yǎng)程度不高等因素限制，我國奶業(yè)現(xiàn)階段奶源品質(zhì)整體不高，大多數(shù)生奶并不具備良好的起泡性能；因此，為適應(yīng)不斷發(fā)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(wěn)定性的影響因素，從而為牧場進行科學(xué)調(diào)整配方，產(chǎn)生和篩選優(yōu)質(zhì)的符合要求的奶源生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

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(chǎn)品，10% 醋酸，NaHCO3，NaOH，檸檬酸，1 000 mL燒杯。

1.2 儀器與設(shè)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(wěn)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(jié)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(wěn)定性：

泡沫穩(wěn)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(wěn)定性大于60%為合格。

1.4 起泡牛奶感官評定

由企業(yè)專業(yè)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(chǎn)品是否合格的依據(jù)。

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(wěn)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(yǎng)、環(huán)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(fā)現(xiàn)，乳脂肪中的脂肪酸多達100余種，從理論上講可能構(gòu)成21.5萬種甘油酯，但實際上很多脂肪酸的質(zhì)量分數(shù)均低于0.1%。

乳脂肪的脂肪酸組成受飼料、營養(yǎng)、環(huán)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(fā)現(xiàn)，乳脂肪中的脂肪酸多達100余種，從理論上講可能構(gòu)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(zhì)量分數(shù)

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(chǎn)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(yù)處理。

MilkoScan FT 120應(yīng)用傅立葉變換紅外掃描技術(shù)（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(fā)成為可能。

脂肪至少有三個紅外吸收波段，即FatA，F(xiàn)atB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(shù)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(shù)量和大小的改變都不會影響測定準確度。

C－H鍵的數(shù)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(shù)量）使吸收減少。然而，F(xiàn)atB測定對牛奶折射率的變化沒有FatA測定敏感，因為前者反應(yīng)的只是鏈長的變化。

FatB測定的另一個優(yōu)點是測定結(jié)果包括游離脂肪酸，因此如果樣品由于儲存和處理產(chǎn)生的游離脂肪酸，F(xiàn)atA測定是不能做到的。操作者可以調(diào)節(jié)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(jié)果與標準分析結(jié)果更吻合。

MilkoScan FT 120檢測項目開發(fā)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(nèi)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(zhì)變化

主要是研究牛奶中脂肪、蛋白質(zhì)對起泡的影響，通過對生奶與產(chǎn)品起泡前進行檢測，起泡結(jié)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(zhì)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(zhì)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(jù)資料顯示，牛奶中酪蛋白占蛋白質(zhì)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(diào)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(zhì)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(diào)至pH值為4.7，觀察牛乳出現(xiàn)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(jīng)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(jù)資料顯示，牛奶中脂肪與起泡質(zhì)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(wěn)定性的質(zhì)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(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)量的對比，對比不同的添加水量對起泡最終質(zhì)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量情況，結(jié)果如表6所示。

1.9 不同比例堿性物質(zhì)進行起泡質(zhì)量的對比

由于牧場普遍使用堿性物質(zhì)進行清洗管道，在牛奶中添加不同比例堿性物質(zhì)進行起泡質(zhì)量的對比，對比兩者的堿性物質(zhì)對起泡最終質(zhì)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)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(diào)PH值于原生奶與產(chǎn)品的PH值，使用起泡機進行起泡，觀察起泡質(zhì)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(zhì)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(diào)PH值于原生奶與產(chǎn)品的PH值，使用起泡機進行起泡，觀察起泡質(zhì)量情況進行對比。

1.10 冷鏈系統(tǒng)對牛奶起泡的情況

為了驗證冷鏈系統(tǒng)對牛奶起泡質(zhì)量的影響，牛奶中脂肪與起泡質(zhì)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(zhì)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(yǎng)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(yǎng)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(jīng)過85℃水浴15 min和微波煮沸后進行牛奶起泡性與泡沫穩(wěn)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(wěn)定性的測定。

通過營養(yǎng)專家的飼料配方的調(diào)整，游離脂肪酸含量的變化與起泡質(zhì)量的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 牛奶起泡前后脂肪、蛋白質(zhì)變化

牛奶起泡前后脂肪、蛋白質(zhì)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(chǎn)品起泡前后蛋白質(zhì)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(wěn)定性的影響結(jié)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(zhì)是乳清蛋白質(zhì)，雖然乳清蛋白質(zhì)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(wěn)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(nèi)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(wěn)定的蛋白，會發(fā)生一定程度的變性，蛋白質(zhì)分子舒展導(dǎo)致更多的疏水基團暴露出來，形成親水基團結(jié)合水相，疏水基團可以結(jié)合油相形成乳化液，也可以結(jié)合氣相形成泡沫體系[5]，正是由于具有這些性質(zhì)。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(zhì)是乳清蛋白質(zhì)。

2.3 牛奶脂肪分離后牛奶起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響

牛奶脂肪分離前后對牛奶起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響實驗，結(jié)果如表5所示。

表5 牛奶脂肪分離前后的起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響 %

由表5可以看出，乳脂肪在一定范圍內(nèi)，乳脂肪高與低對牛奶起泡性與泡沫穩(wěn)定性影響很小。實驗結(jié)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(zhì)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(wěn)定性實驗，結(jié)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(wěn)定性的影響較小。

2.5 添加不同比例堿性物質(zhì)進行起泡質(zhì)量的對比

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

表7 牛奶添加不同比例堿性物質(zhì)起泡情況

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

2.6 冷鏈系統(tǒng)對牛奶起泡的情況

在不同溫度貯存條件下，冷鏈系統(tǒng)對牛奶起泡性與穩(wěn)定性實驗，結(jié)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(dǎo)致起泡結(jié)果不理想，牛奶起泡性與穩(wěn)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(jīng)過不同的熱處理方式進行牛乳起泡性與穩(wěn)定性的實驗對比，結(jié)果如表9及表10所示。

表8 冷鏈系統(tǒng)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(wěn)定性有一定的影響，部分生奶經(jīng)過熱處理后，牛奶的起泡性與泡沫的穩(wěn)定性有所提高。生奶起泡的起泡性與泡沫的穩(wěn)定性不及經(jīng)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(wěn)定性影響實驗，結(jié)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(wěn)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(chǎn)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(jié)果與文獻[3，6]結(jié)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(yè)組安排營養(yǎng)專家對游離脂肪酸高的牧場進行了連續(xù)跟蹤，經(jīng)過不斷的調(diào)整飼料結(jié)構(gòu)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(jīng)過近4年奶源專業(yè)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(jié)論

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

（1）牛奶起泡質(zhì)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(wěn)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(zhì)來提高牛奶的起泡性與泡沫穩(wěn)定性。

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

（3）冷鏈條件對牛奶起泡質(zhì)量的影響較大，特別是變質(zhì)的牛奶起泡質(zhì)量較差，為保證如果牛奶起泡的質(zhì)量，應(yīng)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(wěn)定性，通過營養(yǎng)專家的配方調(diào)整，可以降低牧場游離脂肪酸的含量，保證了起泡奶的質(zhì)量，為企業(yè)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(xué)（第二版）[M].中國輕工業(yè)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(yè)局,2008：58-59.

[4]孔保華.乳品科學(xué)與技術(shù).北京,科學(xué)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(wěn)定性的影響[J].食品研究與開發(fā),2012,33（10）：6-9.