卡布奇诺咖啡牛奶的起泡性能及起泡稳定性影响因素的研究

刘小军，卢俭，秦翠霞，张玉兰，阮成发

（南京卫岗乳业有限公司，南京211100）

0 引言

卡布奇诺咖啡是一种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图案的泡沫咖啡。该咖啡产品要求所用的牛奶具有良好的起泡效果，奶泡细腻、稳定性好，奶香浓郁，口感柔和。牛奶的质量越好，蛋白质含量越高，奶源越新鲜，产品的起泡性和泡沫的稳定性越好[1-2]。但受奶牛集中饲养程度不高等因素限制，我国奶业现阶段奶源品质整体不高，大多数生奶并不具备良好的起泡性能；因此，为适应不断发展的起泡牛奶的市场需求，本文重点研究牛奶的起泡性与泡沫稳定性的影响因素，从而为牧场进行科学调整配方，产生和筛选优质的符合要求的奶源生产提供理论依据。

1 实验

1.1 材料与试剂

取自不同牧场的生奶，不同的卡布奇诺咖啡专用牛奶产品，10% 醋酸，NaHCO3，NaOH，柠檬酸，1 000 mL烧杯。

1.2 仪器与设备

NL18-32蒸汽奶泡机，起泡机起泡奶缸，MikoScan FT-120a FOSS乳成分分析仪，安捷伦气相色谱仪，丹麦FOSS定氮仪，温度计，TGL-16M高速冷冻离心机。

1.3 牛奶起泡起泡性和泡沫稳定性的检测方法

用NL18-32蒸汽奶泡机向冷藏温度控制在2～8℃充满约300mL的牛奶中通入水蒸汽至牛奶温度至60℃时结束通蒸汽。测定总的泡沫分析体系体积，按照下面的公式测定泡沫的起泡性。

起泡性=100%×（总的分散性体系体积-原来液体体积）/原来液体体积。

对以上通水蒸汽形成泡沫放置15 min，再测定15 min后的泡沫的分散体系体积，按照下式测定泡沫的稳定性：

泡沫稳定性=100%×15 min后的分散体系体积/总的分散体系体积。

判定标准：牛奶的起泡性大于90%为合格；泡沫的稳定性大于60%为合格。

1.4 起泡牛奶感官评定

由企业专业感官评定人员组成，对起泡牛奶进行泡沫细腻度、口感爽滑度、奶香味、有无异味等指标进行感官测评，感官评定指标及等级如表1所示，四项总分作为判定产品是否合格的依据。

表1 起泡牛奶感官测定标准

通过牛奶起泡起泡性与泡沫稳定性检测以及起泡牛奶感官合格后判定牛奶起泡合格。

1.5 游离脂肪酸的检测方法

乳脂肪的脂肪酸组成受饲料、营养、环境等因素的影响而变动，尤其是饲料会影响乳中脂肪酸的含量。牛乳脂肪的脂肪酸组成与一般脂肪有明显的差别，乳脂肪的脂肪酸种类远比一般脂肪多。研究发现，乳脂肪中的脂肪酸多达100余种，从理论上讲可能构成21.5万种甘油酯，但实际上很多脂肪酸的质量分数均低于0.1%。

乳脂肪的脂肪酸组成受饲料、营养、环境等因素的影响而变动，尤其是饲料会影响乳中脂肪酸的含量。牛乳脂肪的脂肪酸组成与一般脂肪有明显的差别，乳脂肪的脂肪酸种类远比一般脂肪要多。研究发现，乳脂肪中的脂肪酸多达100余种，从理论上讲可能构成221.5万种甘油酯，但实际上很多脂肪酸的含量均低于0.1%，其中含量较高的脂肪酸可见表2[4]。

表2 牛乳脂肪中脂肪酸组成和质量分数

迄今为止，国际上食品的游离脂肪酸的常用检测方法有气相色谱法、高效液相色谱法、滴定法。

考虑到检测的快速与准确性，本文采用丹麦FOSS公司生产的MilkoScan FT 120进行快速检测。MilkoScan FT 120可用于原料奶及多种乳制品的检测，并且样品基本无需预处理。

MilkoScan FT 120应用傅立叶变换红外扫描技术（FTIR），进行全波段扫描，由于含有丰富的光谱信息，使定标曲线中新指标的开发成为可能。

脂肪至少有三个红外吸收波段，即FatA，FatB和FatC。FatA和FatB，处于脂肪分子的不同部位吸收能量。

FatB在3.5 um（波数739）处有吸收是由于脂肪酸链C－H键的伸缩振动。因此脂肪分子的数量和大小的改变都不会影响测定准确度。

C－H键的数量与分子大小成正比。－CH3和－CH2都在3.5 um处有吸收，但是C－H键的伸缩振动由于临近双键的存在而显著减少，因为不饱和性（－C＝C的数量）使吸收减少。然而，FatB测定对牛奶折射率的变化没有FatA测定敏感，因为前者反应的只是链长的变化。

FatB测定的另一个优点是测定结果包括游离脂肪酸，因此如果样品由于储存和处理产生的游离脂肪酸，FatA测定是不能做到的。操作者可以调节由福斯公司在出厂时提供的基本定标曲线中的斜率和截距值以使MilkoScan FT 120的结果与标准分析结果更吻合。

MilkoScan FT 120检测项目开发过程中包括游离脂肪酸（FFA），可以通过仪器检测进行游离脂肪酸（FFA）的检测，目前，由于从事游离脂肪酸（FFA）研究的单位较少，仪器厂家与国内使用单位缺少对游离脂肪酸（FFA）的标准样品的制备与校准，因此，MilkoScan FT 120虽然具有检测游离脂肪酸（FFA）的检测功能，但曲线使用气相色谱仪定期进行校准。

1.5 牛奶起泡前后脂肪、蛋白质变化

主要是研究牛奶中脂肪、蛋白质对起泡的影响，通过对生奶与产品起泡前进行检测，起泡结束后去除泡沫对下层的液体进行检测，对比两者的脂肪、蛋白质差异分析起泡的影响因素。

（1）取大缸生奶温度在2～8℃，进行起泡，合格后备用。

（2）对起泡前生奶进行检测，记录生奶的脂肪、蛋白质指标。

（3）对打过泡合格的牛奶，先取出上层的泡沫，去下层的牛奶进行乳成分检测，记录牛奶的理化指标。

（4）取巴氏杀菌牛奶进行理化分析，记录理化指标。

（5）对巴氏杀菌牛奶进行起泡，起泡合格后，先取出上层的泡沫，去下层的牛奶进行乳成分检测，记录牛奶的理化指标。

1.6 牛奶去除酪蛋白后起泡情况

根据资料显示，牛奶中酪蛋白占蛋白质总量的70%～80%，酪蛋白的等电点为4.7，利用等电点溶解度最低的原理，加入醋酸进行将牛乳调pH值于4.7时，是酪蛋白沉淀出来。

（1）取大缸生奶温度在2～8℃，进行起泡，合格后备用。

（2）对起泡前生奶进行检测，记录生奶的蛋白质指标。

（3）对大缸生奶1 000 mL向里面不断添加10%醋酸，用PH计调至pH值为4.7，观察牛乳出现絮状沉淀后，保温一段时间使沉淀完全。

（4）将上述悬浮液用装有定性滤纸的漏斗进行过滤。

（5）取经过过滤的澄清液冷去至2～8℃，然后用起泡机进行起泡，同时取过滤的澄清液进行乳成分检测，记录牛奶的理化指标。

1.7 牛奶脂肪分离后起泡情况

根据资料显示，牛奶中脂肪与起泡质量的好坏有很大的影响。本实验通过脂肪离心前后的牛奶进行起泡，对比起泡起泡性与泡沫稳定性的质量。

操作步骤：取大缸生奶和卡布奇诺专用牛奶分别在温度2～8℃，进行起泡，合格后备用。对起泡前生奶和卡布奇诺专用牛奶进行检测，记录生奶和卡布奇诺专用牛奶的蛋白质指标。取起泡前生奶和卡布奇诺专用牛奶用TGL-16M高速冷冻离心机进行离心，转速为8 000 r/min，离心时间为5 min。分别取离心的生奶与卡布奇诺专用牛奶，然后用起泡机进行起泡，同时取离心的生奶与卡布奇诺专用牛奶进行乳成分检测，记录牛奶的理化指标。

1.8 不同比例的水进行起泡质量的对比

主要是研究在牛奶中添加不同比例的水进行起泡质量的对比，对比不同的添加水量对起泡最终质量的影响。

（1）取大缸生奶在温度2～8℃时进行起泡，合格后备用。

（2）取大缸生奶500 mL于三个1 000 mL的烧杯中，在烧杯中分别添加质量分数为10%，20%，30%的水，充分混匀后，使用起泡机进行起泡，观察起泡质量情况，结果如表6所示。

1.9 不同比例碱性物质进行起泡质量的对比

由于牧场普遍使用碱性物质进行清洗管道，在牛奶中添加不同比例碱性物质进行起泡质量的对比，对比两者的碱性物质对起泡最终质量的影响。

（1）取大缸生奶与卡布奇诺专用牛奶在温度2～8℃时进行起泡，合格后备用。同时取大缸生奶与卡布奇诺专用牛奶测定PH值。

（2）取大缸生奶与卡布奇诺专用牛奶各500 mL于1 000 mL的烧杯中，在两个烧杯中分别添加质量分数为5%的NaHCO3，充分溶解后，测定PH值并使用起泡机进行起泡，观察起泡质量情况。

（3）取大缸生奶与卡布奇诺专用牛奶各500 mL于1 000 mL的烧杯中，在两个烧杯中分别添加5%的NaHCO3，充分溶解后，添加柠檬酸调PH值于原生奶与产品的PH值，使用起泡机进行起泡，观察起泡质量情况。

（4）取大缸生奶与卡布奇诺专用牛奶各500 mL于1 000 mL的烧杯中，在两个烧杯中分别添加0.1%的NaOH，充分溶解后，测定PH值并使用起泡机进行起泡，观察起泡质量情况。

（5）取大缸生奶与卡布奇诺专用牛奶各500 mL于1 000 mL的烧杯中，在两个烧杯中分别添加0.1%的NaOH，充分溶解后，添加柠檬酸调PH值于原生奶与产品的PH值，使用起泡机进行起泡，观察起泡质量情况进行对比。

1.10 冷链系统对牛奶起泡的情况

为了验证冷链系统对牛奶起泡质量的影响，牛奶中脂肪与起泡质量的好坏有很大的影响。本实验通过不同温度贮存条件下的牛奶进行起泡，对比起泡质量。

（1）取大缸生奶和卡布奇诺专用牛奶分别在温度2～8℃，进行起泡，合格后备用。

（2）起泡前生奶和卡布奇诺专用牛奶放置在室温条件下，放置24小时，在冰箱中冷却至2～8℃，用起泡机进行起泡，观察起泡情况。

（3）起泡前生奶和卡布奇诺专用牛奶放置在37℃培养箱条件下，放置12小时，在冰箱中冷却至2～8℃，用起泡机进行起泡，观察起泡情况。

（4）起泡前生奶和卡布奇诺专用牛奶放置在42℃培养箱条件下，放置12小时，在冰箱中冷却至2～8℃，用起泡机进行起泡，观察起泡情况。

1.11 牛奶热处理对起泡的影响

取起泡不同来源的生牛乳，经过85℃水浴15 min和微波煮沸后进行牛奶起泡性与泡沫稳定性的实验。

1.12 游离脂肪酸对起泡的影响

取不同批次不同牧场的生奶，采用MilkoScan FT 120仪器检测方法，测定不同批次生奶中游离脂肪酸的含量，同时进行牛奶起泡性与泡沫稳定性的测定。

通过营养专家的饲料配方的调整，游离脂肪酸含量的变化与起泡质量的影响。

2 结果与分析

2.1 牛奶起泡前后脂肪、蛋白质变化

牛奶起泡前后脂肪、蛋白质变化如表3所示。

表3 起泡前后牛奶理化指标 %

由表3可以看出，生牛乳与产品起泡前后蛋白质与脂肪均下降，综合起泡的机理，理化指标下降原因是起泡过程中不断加入水蒸气，稀释了牛奶理化指标。

2.2 牛乳去除酪蛋白后起泡情况

牛乳去除酪蛋白对牛乳起泡性和泡沫稳定性的影响结果如表4所示。

表4 牛乳去酪蛋白前后起泡情况 %

由表4可以看出，牛奶中起泡的主要影响的蛋白质是乳清蛋白质，虽然乳清蛋白质浓度较低，但去除酪蛋白以后起泡牛奶的起泡性与泡沫的稳定性仍然较好。

乳清蛋白分子中同时具有亲水基团和疏水基团，亲水基团朝外向着水相，疏水基团埋藏在疏水内核中。在加热或者增加加热时间情况下，乳清蛋白作为对热不稳定的蛋白，会发生一定程度的变性，蛋白质分子舒展导致更多的疏水基团暴露出来，形成亲水基团结合水相，疏水基团可以结合油相形成乳化液，也可以结合气相形成泡沫体系[5]，正是由于具有这些性质。决定了乳清蛋白是一种良好的起泡剂。因此，牛奶中起泡的主要影响的蛋白质是乳清蛋白质。

2.3 牛奶脂肪分离后牛奶起泡性和泡沫稳定性的影响

牛奶脂肪分离前后对牛奶起泡性和泡沫稳定性的影响实验，结果如表5所示。

表5 牛奶脂肪分离前后的起泡性和泡沫稳定性的影响 %

由表5可以看出，乳脂肪在一定范围内，乳脂肪高与低对牛奶起泡性与泡沫稳定性影响很小。实验结果与一些文献报道，提高乳脂肪会提高牛乳起泡性能不一致。

2.4 不同比例的水进行起泡质量的对比

在牛奶中添加不同比例的水对牛奶起泡性与泡沫稳定性实验，结果如表6所示。

表6 牛奶添加不同比例的水起泡情况

由表6可以看出，在牛奶中添加不同比例的水，对牛奶起泡性与泡沫稳定性的影响较小。

2.5 添加不同比例碱性物质进行起泡质量的对比

在牛奶中添加不同比例的碱性物质并同时调pH值后进行起泡，观察起泡质量情况对牛奶起泡性与泡沫稳定性进行对比，结果见表7。

表7 牛奶添加不同比例碱性物质起泡情况

通过表7实验方案，可以得出结论，牛奶起泡质量的影响因素中掺入碱性物质对起泡质量的影响也甚小。

2.6 冷链系统对牛奶起泡的情况

在不同温度贮存条件下，冷链系统对牛奶起泡性与稳定性实验，结果如表8所示。

由表8可以看出，冷链条件对牛奶起泡有一定的影响，正常冷链条件下可以存放7 d以上，脱离冷链条件会造成牛奶不新鲜，导致起泡结果不理想，牛奶起泡性与稳定性下降。

2.7 牛奶热处理对起泡的影响

取不同来源的生牛乳经过不同的热处理方式进行牛乳起泡性与稳定性的实验对比，结果如表9及表10所示。

表8 冷链系统对牛奶起泡的影响

表9 85℃水浴前后生奶起泡变化情况

表10 微波处理前后生奶起泡变化情况

由表9与表10可以看出，不同的热处理方式对牛奶起泡性与泡沫稳定性有一定的影响，部分生奶经过热处理后，牛奶的起泡性与泡沫的稳定性有所提高。生奶起泡的起泡性与泡沫的稳定性不及经过热处理后的牛奶。

2.8 游离脂肪酸对起泡的影响

游离脂肪酸的浓度对牛奶起泡性与稳定性影响实验，结果如表11和表12所示。

表11 2010年各牧场游离脂肪酸的检测情况

由表11可以看出，牛奶游离脂肪酸含量高的牛奶起泡合格的风险较大，游离脂肪酸浓度在0.3～4.0范围之间，随着游离脂肪酸浓度的增加，牛奶的起泡性与泡沫的稳定性显著下降，当游离脂肪酸浓度达到一定的值时，牛奶已不能满足生产起泡奶的需求，当游离脂肪酸的值较高时，此时牛奶泡沫形成后迅速破裂，牛奶中游离脂肪酸浓度越高，说明牛乳中乳脂肪在酶或微生物等作用下脂肪水解率越高，是影响牛奶起泡性的主要原因。这一结果与文献[3，6]结果一致因此，为了提高牛奶的起泡性能，必须降低生乳的游离脂肪酸的浓度。

奶源专业组安排营养专家对游离脂肪酸高的牧场进行了连续跟踪，经过不断的调整饲料结构与配方，游离脂肪酸的值有所下降，表12为2014年牧场跟踪的平均值。

表12 2014年各牧场游离脂肪酸的检测情况

由表12可以看出，经过近4年奶源专业组的努力，各牧场游离脂肪酸的含量有所下降，起泡奶合格率大幅上升，一定程度上解决了起泡奶短缺的情况。

3 结论

本文通过以上不同实验方案牛奶的起泡性和泡沫稳定性试验以及各种条件下对牛奶生产卡布奇诺专用起泡牛奶的影响因素研究，可以得出结论：

（1）牛奶起泡质量的影响因素中主要是牛奶中的乳清蛋白，牛奶起泡性与稳定性随着乳清蛋白含量升高而升高。如果在允许的情况下，可以在牛奶中添加少量乳清蛋白质来提高牛奶的起泡性与泡沫稳定性。

（2）脂肪、酪蛋白、水分对起泡质量的影响甚小，掺入碱性物质对起泡质量的影响也是甚小。

（3）冷链条件对牛奶起泡质量的影响较大，特别是变质的牛奶起泡质量较差，为保证如果牛奶起泡的质量，应对牛奶的冷链进行控制，保证牛奶的新鲜度。

（4）游离脂肪酸是影响牛奶起泡的重要因素，游离脂肪酸的含量增加会降低牛奶的起泡性与泡沫的稳定性，通过营养专家的配方调整，可以降低牧场游离脂肪酸的含量，保证了起泡奶的质量，为企业克服了起泡奶短缺的困难，满足了卡布奇诺日益增长的市场需求。

[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.

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[6]任璐，张峰华，龚广予等.乳成分对牛乳起泡性和泡沫稳定性的影响[J].食品研究与开发,2012,33（10）：6-9.