牛奶咖啡饮料的研制

杨豪 徐秋玲 龚加顺 李凌飞 宋爽

(1 云南农业大学食品科学技术学院 云南昆明 650201;2 国家辣木加工技术研发专业中心 云南昆明 650201)

咖啡为热带咖啡树果实的果核，经烘焙、磨碎而成，主要成分为咖啡碱（caffeine），其含量约为1.5%［1］。咖啡碱具有舒张血管和利尿等功效，但过量饮用可引起失眠不安、心跳过速等不良反应，且咖啡有成瘾性不宜过多饮用［2］。西双版纳热带雨林是中国最适宜种植小粒种咖啡的地区，该地区生产的咖啡质量好、产量高、成本低，具备很强的消费市场竞争力［3］。香浓的咖啡饮品已成为各类西餐厅、咖啡馆的必备品，并已走进普通家庭，成为人们享受和招待客人的最佳产品。随着人民生活水平的不断提高，对饮料的需求已从单一的苏打饮料转向更先进和多样化的饮料。

牛奶是人们重要的营养来源，其中含有活性成分，有益健康［4］；牛奶中含有丰富的营养物质，能够为人体带来健康福利，具有改善身体素质的功能［5］。牛奶中还含有游离氨基酸，对维持婴儿的生长发育和健康具有重要的作用［6］；牛奶中的脂肪是天然脂肪，是黄油的重要组成部分，同种牛产的牛奶乳脂含量各不相同［7］。牛奶咖啡饮料在保存和销售过程中，极易引起脂肪分离、乳酪破损等产品质量问题，尤其是脂肪浓度高的牛奶咖啡饮品，在摇晃后极易出现脂肪氧化开裂，严重影响产品的外观质量。牛奶咖啡饮料中的蛋白质沉淀也会影响产品的外观和口感，严重阻碍牛奶咖啡饮料的市场开发和销售［8］。乳化剂可以降低两相（油/水体系）的表面张力，以保持乳液的稳定状态，防止乳液粒子的聚集［9］。对乳化剂的选择和应用首先要根据其是水包油（O/W）型还是油包水（W/O）型，再根据各种乳化剂的HLB 值来选择即可［10］；同时也要考虑牛奶咖啡饮料中的牛奶含量、pH 值、热处理等［11］。有研究发现，硬脂酰乳酸钠［12］、单硬脂酸甘油脂 （简称单甘脂）［13］、蔗糖脂肪酸酯（简称蔗糖酯）［14］、卡拉胶［15］等单体乳化剂，能使乳液分散均匀、稳定，从而延长产品的保存期。咖啡产业在亚洲咖啡市场和南美咖啡市场发展迅速，世界各国对咖啡的需求也在逐年增加。因此，探讨牛奶咖啡饮料的工艺及单体乳化剂对其稳定性的影响极其必要，可为咖啡工业提供数据依据［16］。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验材料

咖啡豆、桑叶、菊花、夏枯草（云南农业大学食品科学技术学院提供）；全脂奶粉（云南新希望邓川碟泉乳业有限公司）；稀奶油（内蒙古伊利实业集团股份有限公司）；白砂糖（云南滇鹏糖业有限公司）；酪蛋白酸钠（上海泛亚食品配料有限公司）；单甘脂、蔗糖酯、硬脂酰乳酸钠（昆山丹尼斯克食品添加剂有限公司）；其他试剂均为分析纯。

1.1.2 仪器

YB-400A 小型粉碎机（永康市速峰工贸有限公司）；TGL20M 恒温水浴搅拌箱（上海迈佳森仪器有限公司）；UV752 高压均质机（上海佑科仪器仪表有限公司）；YLD-3000 胶体磨（上海跃进医疗器械有限公司）；Anke TDL-5-A 离心机（南京欧铠环境科技有限公司）；6405UV|VIS 分光光度计（英国JENWAY）。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程［17］

咖啡豆→磨碎→煮制→过滤→混匀（桑叶、菊花、夏枯草）→煮制（全脂奶粉、稀奶油、白砂糖、乳化稳定剂、增稠剂）→过滤→提取→调配→均质→灌装→杀菌→冷却→成品

1.2.2 操作要点［18］

1.2.2.1 咖啡浓缩液预处理

因咖啡浓缩液属于酸性，加入全脂奶粉后易引起蛋白质变性，造成絮状物产生，因此，需要采用碳酸氢钠对咖啡浓缩液pH 值进行调酸处理，在保证风味的前提下，调pH至7.2。

1.2.2.2 辅料处理

将全脂奶粉、稀奶油、白砂糖、乳化稳定剂等辅料一次倒入，进行搅拌溶解，保温至85℃左右，过滤备用。

1.2.2.3 调配

按照配方的比例进行调配。为了防止饮料中氧气的存在而导致维生素C等营养物质的氧化及色泽的变化，须进行真空脱气，以保证产品质量的稳定。脱气的工艺条件为：真空度80～90 kPa，温度25℃。均质是改善成品乳的口感和稳定性的关键工序，将调配好的乳浆加热到60～70℃进行均质，第一次均质压力为20 MPa，第二次均质压力为30～32 MPa。

1.2.2.4 杀菌灌装

杀菌采用121℃25 min杀菌方式，反压冷却。

1.2.3 牛奶咖啡饮料单因素试验

经预试验，保持基本配方不变，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 的条件下，改变咖啡提取液的添加量，分别为15、20、25、30、35、40 mL，以感官评价作为考察指标，确定适宜的咖啡提取液添加量范围。并进一步对全脂奶粉添加量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等进行单因素试验。

1.2.4 正交试验

根据单因素试验所确定的各因素对牛奶咖啡饮料品质的影响，选择咖啡提取液添加量、全脂奶粉添加量、白砂糖添加量、稀奶油添加量4个因素，各取3个水平进行正交试验，以感官评价为考察指标，对正交结果进行合理分析并认证，以确定牛奶咖啡饮料的最佳配方。选择L9（34）正交表进行试验，正交试验因素水平见表1。

表1 试验因素及水平表

1.2.5 感官评定

牛奶咖啡饮料感官性状评定根据《咖啡类饮料》（GB/T 30767—2014）中的相关方法进行。由10 名感官评定员（男5 名，女5 名）组成评定小组，分别根据色泽、组织状态、口感、风味4项指标对牛奶咖啡饮料进行打分，采用百分制。根据每位评定员的评分结果计算平均值，个别品评误差大的可舍弃，舍弃后重新计算平均值，最后评分的平均值作为牛奶咖啡饮料感官评价的结果。牛奶咖啡饮料评分见表2。

表2 牛奶咖啡饮料感官评分标准

1.2.6 乳化稳定剂应用试验设计［19］

根据各因素对牛奶咖啡饮料稳定性的影响，选择蔗糖酯、单甘酯、硬脂酰乳酸钠3 因素，通过L9（34）正交试验设计（表3），确定最佳配方。

表3 单体乳化剂复配的因素水平表

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 不同咖啡提取液添加量对牛奶咖啡饮料品质的影响

咖啡提取液添加量主要影响饮料的色泽和奶香味，添加量不足时，饮料的颜色较浅，且咖啡香味较弱，添加过量时，饮料的咖啡香味浓郁，奶香味不明显。

咖啡提取液添加量对牛奶咖啡饮料口感的评价及得分的影响见图1。当咖啡提取液添加量增加至25 mL，饮料呈褐色并具有咖啡香味，其感官评价得分也升高，最高为83 分；当咖啡提取液添加量过大时，饮料呈明显的深褐色，咖啡香味较浓，质地粘稠，口感下降，其感官评分也呈下降趋势。综上所述，选择25 mL咖啡提取液最为适宜。

图1 咖啡提取液添加量对牛奶咖啡饮料的口感影响

2.1.2 不同全脂奶粉添加量对牛奶咖啡饮料品质的影响

牛奶咖啡饮料调入全脂奶粉并进行有效杀菌后，其独特的风味很受大众喜爱，而全脂奶粉比低脂奶粉能使饮料口感更好［20］。奶粉的添加量不足时，咖啡的香味过浓，奶香味不足；奶粉添加过量，饮料的奶香过于醇厚，咖啡香味不明显［21］。适宜的比例能使饮料的奶香和咖啡香融合，香味醇厚。

全脂奶粉添加量对牛奶咖啡饮料口感的评价及得分的影响见图2。当全脂奶粉添加量增加至15 g时，饮料兼具咖啡香味和奶香味，口感细腻丝滑，其感官评价得分也升高，最高为85 分；当全脂奶粉添加量过大时，牛奶咖啡饮料口感粘滞，口感下降，其感官评分也随之呈下降趋势。综上所述，选择15 g全脂奶粉最为适宜。

图2 全脂奶粉添加量对牛奶咖啡饮料的口感影响

2.1.3 不同白砂糖添加量对牛奶咖啡饮料品质的影响

植物蛋白乳饮料中的配料成分对其体系稳定性的影响较大，最主要的是糖类、乳化剂和增稠剂［22］。白砂糖的添加量在一定程度上决定了牛奶咖啡饮料的香甜程度。白砂糖添加量较低时会导致饮料的甜味不足，香味无法充分释放，饱满度欠缺。

白砂糖添加量对牛奶咖啡饮料口感评价及得分的影响见图3。从图3 可看出，当白砂糖添加量增加至4.5 g 时，牛奶咖啡饮料甜度适中，口感细腻丝滑，其感官评价得分也升高，最高为83 分；当白砂糖的添加量过大，牛奶咖啡饮料甜味过甜，口感甜腻［23］，其感官评分也随之呈下降趋势。综上所述，选择4.5 g白砂糖添加量最为适宜。

图3 白砂糖添加量对牛奶咖啡饮料的口感影响

2.1.4 不同稀奶油添加量对牛奶咖啡饮料品质的影响

稀奶油添加量对牛奶咖啡饮料口感评价及得分的影响见图4。由图4 可知，当稀奶油添加量的增加至2 g 时，牛奶咖啡饮料口感细腻丝滑，其感官评价得分也升高，最高为89 分；当稀奶油的添加量过大，牛奶咖啡饮料口感过于油腻，其感官评分也随之呈下降趋势。综上所述，选择2 g 稀奶油添加量最为适宜。

2.2 正交试验设计结果

由表4～5 可知，影响牛奶咖啡饮料感官指标的各因素主次关系为C＞A＞B＞D，即白砂糖＞咖啡提取液＞全脂奶粉＞稀奶油。最佳工艺组合为：A2B3C3D3，即本实验最佳工艺条件为咖啡提取液为25 mL、全脂奶粉为15 g、白砂糖为4.5 g、稀奶油为2 g，此时产品的感官评价最佳。

图4 稀奶油添加量对牛奶咖啡饮料的口感影响

表4 牛奶咖啡饮料正交试验直观分析

表5 方差分析结果

2.3 乳化稳定剂试验设计

2.3.1 稳定系数测定

植物蛋白的稳定性主要取决于体系的亲水亲油平衡状态及各种添加剂与蛋白质及脂肪的相互作用［24］。将2 种乳化剂复合使用后，界面上吸附形成“复合物”，定向排列紧密，从而能很好地防止聚集，增强乳化效果［25］。

将试样在3 500 r/min 条件下离心15 min，去上清液并稀释100倍后，用分光光度计在720 nm下测定其吸光度At，At与离心前的吸光度A0的比值，即为稳定系数R，即R=At/A0（R≤1），R值越高，乳化剂的乳化性能越好，若R≥95%，表明产品的稳定效果良好。增稠剂对牛奶咖啡饮料口感有不同的作用［26］。由表6 可以看出，添加乳化剂的样品稳定性系数（R）大于不添加乳化剂的样品。结果表明，乳化剂的加入可以提高牛奶咖啡饮料的稳定性。

表6 单体乳化剂对牛奶咖啡饮料稳定性影响

2.3.2 乳化剂复配对牛奶咖啡饮料稳定性影响

表6～7 可以看出，各因素对牛奶咖啡饮料感官品质影响的主次顺序为：A＞B＞C，即蔗糖酯＞单甘酯＞硬脂酰乳酸钠，其中蔗糖酯对牛奶咖啡饮料脂肪上浮控制影响显著；单甘酯在适宜的添加量下能够控制牛奶咖啡饮料货架期分层现象，对产品货架期的稳定性影响较大，其他因素影响略小。得到的牛奶咖啡饮料稳定剂优化组合为A2B1C2，即乳化剂的最佳复配组合为蔗糖酯0.15%、单甘酯0.10%、硬脂酰乳酸钠0.15%，此时产品的感官评价最佳。

表7 单体乳化剂复配的正交实验结果及级差分析表

3 结论

本研究通过单因素试验和正交实验，优化得到的最佳牛奶咖啡饮料工艺配方为：咖啡提取液为25 mL、全脂奶粉为15 g、白砂糖为4.5 g、稀奶油为2 g。通过单体乳化剂复配的正交实验，优化得到的牛奶咖啡饮料单体乳化剂复配最佳组合为蔗糖酯0.15%、单甘酯0.10%、硬脂酰乳酸钠0.15%，此时产品的感官评价最佳。由上述工艺条件生产制作的牛奶咖啡饮料风味诱人，口感独特，稳定性较好。