牛奶咖啡飲料的研制

楊豪 徐秋玲 龔加順 李凌飛 宋爽

(1 云南農業大學食品科學技術學院 云南昆明 650201;2 國家辣木加工技術研發專業中心 云南昆明 650201)

咖啡為熱帶咖啡樹果實的果核，經烘焙、磨碎而成，主要成分為咖啡堿（caffeine），其含量約為1.5%［1］。咖啡堿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，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，該地區生產的咖啡質量好、產量高、成本低，具備很強的消費市場競爭力［3］。香濃的咖啡飲品已成為各類西餐廳、咖啡館的必備品，并已走進普通家庭，成為人們享受和招待客人的最佳產品。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向更先進和多樣化的飲料。

牛奶是人們重要的營養來源，其中含有活性成分，有益健康［4］；牛奶中含有豐富的營養物質，能夠為人體帶來健康福利，具有改善身體素質的功能［5］。牛奶中還含有游離氨基酸，對維持嬰兒的生長發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、乳酪破損等產品質量問題，尤其是脂肪濃度高的牛奶咖啡飲品，在搖晃后極易出現脂肪氧化開裂，嚴重影響產品的外觀質量。牛奶咖啡飲料中的蛋白質沉淀也會影響產品的外觀和口感，嚴重阻礙牛奶咖啡飲料的市場開發和銷售［8］。乳化劑可以降低兩相（油/水體系）的表面張力，以保持乳液的穩定狀態，防止乳液粒子的聚集［9］。對乳化劑的選擇和應用首先要根據其是水包油（O/W）型還是油包水（W/O）型，再根據各種乳化劑的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］。有研究發現，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、穩定，從而延長產品的保存期。咖啡產業在亞洲咖啡市場和南美咖啡市場發展迅速，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定性的影響極其必要，可為咖啡工業提供數據依據［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（云南農業大學食品科學技術學院提供）；全脂奶粉（云南新希望鄧川碟泉乳業有限公司）；稀奶油（內蒙古伊利實業集團股份有限公司）；白砂糖（云南滇鵬糖業有限公司）；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（永康市速峰工貿有限公司）；TGL20M 恒溫水浴攪拌箱（上海邁佳森儀器有限公司）；UV752 高壓均質機（上海佑科儀器儀表有限公司）；YLD-3000 膠體磨（上海躍進醫療器械有限公司）；Anke TDL-5-A 離心機（南京歐鎧環境科技有限公司）；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、乳化穩定劑、增稠劑）→過濾→提取→調配→均質→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變性，造成絮狀物產生，因此，需要采用碳酸氫鈉對咖啡濃縮液pH 值進行調酸處理，在保證風味的前提下，調pH至7.2。

1.2.2.2 輔料處理

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

1.2.2.3 調配

按照配方的比例進行調配。為了防止飲料中氧氣的存在而導致維生素C等營養物質的氧化及色澤的變化，須進行真空脫氣，以保證產品質量的穩定。脫氣的工藝條件為：真空度80～90 kPa，溫度25℃。均質是改善成品乳的口感和穩定性的關鍵工序，將調配好的乳漿加熱到60～70℃進行均質，第一次均質壓力為20 MPa，第二次均質壓力為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

經預試驗，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，確定適宜的咖啡提取液添加量范圍。并進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等進行單因素試驗。

1.2.4 正交試驗

根據單因素試驗所確定的各因素對牛奶咖啡飲料品質的影響，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個水平進行正交試驗，以感官評價為考察指標，對正交結果進行合理分析并認證，以確定牛奶咖啡飲料的最佳配方。選擇L9（34）正交表進行試驗，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《咖啡類飲料》（GB/T 30767—2014）中的相關方法進行。由10 名感官評定員（男5 名，女5 名）組成評定小組，分別根據色澤、組織狀態、口感、風味4項指標對牛奶咖啡飲料進行打分，采用百分制。根據每位評定員的評分結果計算平均值，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準

1.2.6 乳化穩定劑應用試驗設計［19］

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

表3 單體乳化劑復配的因素水平表

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 不同咖啡提取液添加量對牛奶咖啡飲料品質的影響

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的影響

牛奶咖啡飲料調入全脂奶粉并進行有效殺菌后，其獨特的風味很受大眾喜愛，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，口感細膩絲滑，其感官評價得分也升高，最高為85 分；當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的影響

植物蛋白乳飲料中的配料成分對其體系穩定性的影響較大，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，口感細膩絲滑，其感官評價得分也升高，最高為83 分；當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，當稀奶油添加量的增加至2 g 時，牛奶咖啡飲料口感細膩絲滑，其感官評價得分也升高，最高為89 分；當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 正交試驗設計結果

由表4～5 可知，影響牛奶咖啡飲料感官指標的各因素主次關系為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 方差分析結果

2.3 乳化穩定劑試驗設計

2.3.1 穩定系數測定

植物蛋白的穩定性主要取決于體系的親水親油平衡狀態及各種添加劑與蛋白質及脂肪的相互作用［24］。將2 種乳化劑復合使用后，界面上吸附形成“復合物”，定向排列緊密，從而能很好地防止聚集，增強乳化效果［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，即為穩定系數R，即R=At/A0（R≤1），R值越高，乳化劑的乳化性能越好，若R≥95%，表明產品的穩定效果良好。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定性系數（R）大于不添加乳化劑的樣品。結果表明，乳化劑的加入可以提高牛奶咖啡飲料的穩定性。

表6 單體乳化劑對牛奶咖啡飲料穩定性影響

2.3.2 乳化劑復配對牛奶咖啡飲料穩定性影響

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象，對產品貨架期的穩定性影響較大，其他因素影響略小。得到的牛奶咖啡飲料穩定劑優化組合為A2B1C2，即乳化劑的最佳復配組合為蔗糖酯0.15%、單甘酯0.10%、硬脂酰乳酸鈉0.15%，此時產品的感官評價最佳。

表7 單體乳化劑復配的正交實驗結果及級差分析表

3 結論

本研究通過單因素試驗和正交實驗，優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。通過單體乳化劑復配的正交實驗，優化得到的牛奶咖啡飲料單體乳化劑復配最佳組合為蔗糖酯0.15%、單甘酯0.10%、硬脂酰乳酸鈉0.15%，此時產品的感官評價最佳。由上述工藝條件生產制作的牛奶咖啡飲料風味誘人，口感獨特，穩定性較好。