段雪梅，李啟明，尤亮亮，袁雄雄

（新希望乳業(yè)股份有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心，成都 610023）

0 引 言

咖啡店制作卡布奇諾、摩卡和焦糖瑪奇朵等調(diào)制拉花咖啡需要具有特殊性能的牛奶，牛奶經(jīng)打泡賦予了產(chǎn)品具有獨特的質(zhì)構(gòu)。制作方法一般是借助于濃縮咖啡機的蒸汽噴嘴，將蒸汽注入冷牛奶中，氣泡在牛奶中快速形成并加熱，最終形成潔白細膩、大小均勻、泡沫穩(wěn)定的奶泡的過程。尤其對于卡布奇諾咖啡來說，對打泡牛奶的起泡性要求較高，一般要求牛奶起泡性超過100%，在15 min內(nèi)的泡沫穩(wěn)定性大于90%[1]。牛奶的起泡性受乳成分含量、奶牛品種、飼料質(zhì)量、季節(jié)、泌乳期、加工工藝等多種因素的影響，經(jīng)常會出現(xiàn)一些牛奶不起泡或者起泡性較差的現(xiàn)象，這給生產(chǎn)企業(yè)帶來了一定的困擾。本文重點闡述影響牛奶起泡性的主要因素，以及近年來國內(nèi)外相關(guān)研究進展，旨在為科研和相關(guān)從業(yè)人員提供信息，為企業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品提供參考。

1 乳成分對牛奶起泡性能的影響

乳是一類含有脂肪乳化分散相和水性膠體連續(xù)相的復(fù)雜的膠體分散系[2]，主要由蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖等營養(yǎng)物質(zhì)組成。牛奶中蛋白質(zhì)和脂肪受奶牛品種、季節(jié)、環(huán)境、飼料等因素影響較大，而乳中其余成分相對趨于穩(wěn)定。此外，蛋白質(zhì)的種類和含量、哺乳期的不同階段、牛奶的新鮮程度、冷鏈運輸?shù)鹊?，都會對牛奶的起泡性能產(chǎn)生一定影響。本文重點總結(jié)了蛋白質(zhì)、脂肪和乳糖3種主要成分對牛奶起泡性的影響。

1.1 乳蛋白

牛乳中蛋白質(zhì)主要由酪蛋白和乳清蛋白組成，比例大約為4∶1。酪蛋白和乳清蛋白在特性上差別較大。酪蛋白是牛奶中主要蛋白質(zhì)，由α-酪蛋白、β-酪蛋白、γ-酪蛋白和κ-酪蛋白組成。酪蛋白的水溶性較差，食品中常用酪蛋白酸鈉來替代酪蛋白。酪蛋白酸鈉保留一定程度酪蛋白的性質(zhì)，能夠降低水油界面張力，起到表面活性劑的作用，具有良好起泡性能。此外，酪蛋白酸鈉還具有增稠劑的功能，可提高水相粘稠度，增強氣泡穩(wěn)定性。牛奶中乳清蛋白主要由β-乳球蛋白、α-乳白蛋白組成，其對熱不穩(wěn)定，加熱會產(chǎn)生一定程度的變性，蛋白質(zhì)分子舒展暴露較多疏水基團，親水基、疏水基分別結(jié)合水和結(jié)合油，同時也可以結(jié)合空氣形成泡沫。乳清蛋白輕微變性后，分子間二硫鍵、氫鍵等使得蛋白質(zhì)間交互作用增強，起泡性增加。研究表明，在空氣-水界面，乳清蛋白膜表現(xiàn)出高彈性，而酪蛋白卻沒有類似結(jié)論[3]。

劉小軍等[4]對比了牛奶與去除酪蛋白的牛奶的起泡效果，得出牛奶中起泡的主要蛋白質(zhì)為乳清蛋白。Marinova等[5]研究了乳蛋白發(fā)泡行為的兩種主要蛋白：柔性酪蛋白和球狀乳清蛋白，隨蛋白質(zhì)濃度增加，起泡性增加，最終達到平穩(wěn)，牛奶良好的起泡性與增加吸附、降低表面張力和增加膜壽命相關(guān)。此外，也有進一步對乳清蛋白的研究。Lazidis等[6]研究了乳清蛋白液溶膠與乳清蛋白相比能產(chǎn)生更好的穩(wěn)定性泡沫。Dombrowski等[7]研究表明熱誘導(dǎo)β-乳球蛋白聚集物可促進其表面活性和發(fā)泡性能，通過調(diào)節(jié)pH值可屏蔽聚集體表面電荷而延長泡沫穩(wěn)定時間。近年來，乳蛋白成分的分離研究越漸深入，因此關(guān)于蛋白的加工特性和功能性研究較多。相關(guān)蛋白的乳化性和發(fā)泡性，以及通過條件誘導(dǎo)等來增加乳蛋白特性[8-9]，如酪蛋白酸鈉、乳清蛋白聚集物（WPC）、β-乳球蛋白、乳清分離蛋白（WPI）[10-14]均有研究。

1.2 乳脂肪

牛奶中的脂肪主要以脂肪球的形式存在，98%的牛乳脂肪都是甘油三酸酯的混合物，在脂肪球的表面包裹一層被稱之為乳脂肪球膜的保護層。脂肪球膜上含有大量的磷酸酯，磷酸酯分子含有兩性基團，因此具有良好的乳化性能和起泡性能。有研究表明，在牛乳體系中添加乳脂肪，在低濃度脂肪含量時，起泡性能隨著脂肪含量的增加而增加，一旦達到最大值，再增加脂肪含量反而會使起泡性能下降。原因在于脂肪球膜中含有磷脂酸等表面活性分子會提高起泡性，隨脂肪的增加，磷脂含量也逐漸增加，磷脂可降低表面張力，促進泡沫形成，但是脂肪中含有的少量游離脂肪酸則是一種良好的消泡劑，會降低牛乳的起泡性能。任璐等[5]研究表明脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5%～3.7%范圍內(nèi)，隨著牛乳中脂肪含量增加，起泡性能緩慢增加。此外，脂肪對牛奶起泡性的影響因素主要是由于脂肪分解或氧化造成游離脂肪酸增多，降低了牛奶的起泡性和泡沫穩(wěn)定性[4,15],Kamath等研究當(dāng)游離脂肪酸濃度為2.3 μmol/mL時,起泡后的泡沫表面已經(jīng)粗糙[16]。

1.3 乳糖

乳糖是乳中最主要的碳水化合物，占牛奶中所含糖類的99.8%。正常牛乳的乳糖成分接近常數(shù)，乳中為4.7%～5.2%，以乳糖—水化合物形式存在[17]。Jar?pa-Parra等[18]研究了通過添加多糖對扁豆蛋白發(fā)泡能力影響不顯著，而泡沫穩(wěn)定性大大增強。任璐等[15]通過增加乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)（4.7%～5.5%），研究了乳糖對牛奶起泡性的影響，結(jié)果顯示隨乳糖含量的增加，起泡性降低，而泡沫穩(wěn)定性提高，與Jarpa-Parra的關(guān)于泡沫穩(wěn)定性結(jié)果一致。隨著糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，溶液黏度增加、表面張力提高，因此會出現(xiàn)降低起泡性，而泡沫粘度增加反而增強了泡沫穩(wěn)定性。Dombrowski等[19]根據(jù)溶液組成研究乳蛋白表面活性和發(fā)泡性能之間的相關(guān)性，表明乳糖和乳中鹽類可提高泡沫穩(wěn)定性。對于牛奶來說，乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)趨于恒量，雖是牛奶中主要成分，但對牛奶起泡性影響相對較小。

1.4 其他

牛奶的起泡性會受到自身成分的影響，成分發(fā)生變化，牛乳的起泡性也隨之變化。袁園[1]對比了蒙牛市售7種不同奶源產(chǎn)地的純牛奶的起泡性，7個純牛奶樣本的理化指標(biāo)相差不大，但起泡性結(jié)果有明顯差異。因此，乳成分組成受奶牛品種、地域、哺乳期、飼料等因素影響，間接影響牛奶的起泡性能。

2 加工工藝及打泡工藝對牛奶起泡性的影響

牛奶在加工處理過程中，熱處理、均質(zhì)等機械處理會造成脂肪球膜破裂，或者脂肪被脂蛋白酶脂解，從而會降低牛奶的起泡性和其穩(wěn)定性。如前所述，蛋白質(zhì)一定程度的變性會增強牛奶的起泡性和泡沫穩(wěn)定性。因此，不同的均質(zhì)條件和熱處理工藝會產(chǎn)生不同的結(jié)果。

2.1 熱處理、均質(zhì)工藝條件

不同的熱處理方式對牛奶的起泡性和泡沫穩(wěn)定性有一定影響，生乳經(jīng)熱處理后，牛奶的起泡性和泡沫穩(wěn)定性均有提高。張鋒華[20]研究了不同殺菌工藝對牛奶起泡性能的影響，對比生乳以及經(jīng)過了4種殺菌參數(shù)：85℃，15 s；95℃，15 s；105℃，15 s；115℃，15 s處理的牛奶。得出利用105℃，15 s的殺菌方式處理牛奶對牛奶的起泡性能效果最佳，但后三個殺菌參數(shù)結(jié)果無顯著差異。Borcherding等[21]研究不同熱處理條件對脫脂乳起泡性的影響，得出高溫短時及高溫（73℃，20 s；90℃，20 s）熱處理，脫脂乳泡沫密度比未加熱低，泡沫平均直徑增加，結(jié)果優(yōu)于超高溫（UHT）處理牛奶。研究表明均質(zhì)和UHT處理可降低脂肪對發(fā)泡的不利影響[22]。牛奶均質(zhì)使脂肪微?；?，均勻懸浮而不至于上浮，因此均質(zhì)對脫脂牛奶的起泡性幾乎無影響，而均質(zhì)后的全脂牛奶，起泡性能略有增加。

2.2 打泡工藝條件

打泡工藝條件對牛奶起泡性的影響主要取決于打泡溫度。打奶泡通常要借助濃縮咖啡機的蒸汽噴嘴，把蒸汽打入牛奶，蒸汽將氣泡帶進牛奶，并將起泡加熱，牛奶乳清蛋白質(zhì)展開，凝聚為穩(wěn)定的網(wǎng)狀。但是過熱的牛奶很難維持住泡沫，重力會拉扯泡沫表面的液體，一旦液體被扯出，泡沫就會瓦解，同時液體越熱，水分就越快被拉出。一般打奶泡時，牛奶的溫度需降到2～4℃左右，溫度愈低起泡性愈好，同時，冷牛奶的量要足夠（至少150 mL）,以確保牛奶不會太快變熱，也不會在泡沫形成前就變得太稀。Borcherding等對比不同均質(zhì)條件和高溫短時（73℃，20 s）熱處理全脂牛奶在4～60℃的起泡性，結(jié)果表明全脂奶在50～60℃之間比在較低溫度下更易發(fā)泡，這主要是由于完全液態(tài)的乳脂肪和蛋白質(zhì)在空氣-乳清界面處的吸附增加[23]。此外，他研究了打泡溫度和熱量對脫脂奶發(fā)泡性能的影響，將打泡溫度從4℃提高到60℃導(dǎo)致平均泡沫直徑降低了0.08 mm，溫度升高還導(dǎo)致泡沫密度值增加（0.14～0.22 g·cm-3）。得出脫脂牛奶泡沫在50～60℃下制備的是最穩(wěn)定的[21]。Oetjena等[24]研究了溫度對牛奶起泡性、泡沫穩(wěn)定和泡沫結(jié)構(gòu)的影響，40℃牛奶的起泡性主要取決于牛奶的殺菌條件，巴氏殺菌乳較UHT滅菌乳起泡性好，并得到一致結(jié)論。因此，打泡的溫度與前期牛奶的熱處理條件等對牛奶起泡性的影響也是密不可分的。

3 其他相關(guān)研究

目前，國內(nèi)關(guān)于牛奶起泡性的研究主要集中在乳成分、以及添加其他乳成分或非乳成分來提高牛奶的起泡性能。Martínez-Padilla[25]等在脫脂乳（脫脂乳粉復(fù)原）中加入酪蛋白酸鈉以及WPC，發(fā)現(xiàn)脫脂粉和WPC均具有良好的發(fā)泡能力和泡沫穩(wěn)定性，可以通過用WPC替換脫脂粉來降低成本。任璐等[26]研究了真空低溫濃縮乳、不同來源蛋白和穩(wěn)定劑對牛奶起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響，通過正交試驗確定打泡牛奶最佳配方：真空低溫濃縮乳(蛋白含量3.1%)99%，全牛奶蛋白(MPC)0.5%，微晶纖維素(MCC)0.4%，羧甲基纖維素鈉(CMC)0.1%。張云等[27]發(fā)明了一種具有優(yōu)良起泡性能的牛奶，同樣是在牛奶中添加牛奶蛋白和微晶纖維素實現(xiàn)的。張鋒華[20]利用表面張力系數(shù)研究牛奶起泡性能，結(jié)果表明初始表面張力系數(shù)可指示牛奶的起泡性和穩(wěn)定性，且其臨界值為39×10-3N/m，當(dāng)初始表面張力系數(shù)不大于臨界值時，牛奶的起泡性和穩(wěn)定性較好，反之較差。Jimenez-Junca等[28]研究了蒸汽壓與噴嘴設(shè)計（噴射器、傾射射流和受限射流噴嘴）對泡沫特性的影響，蒸汽壓力和噴嘴設(shè)計的變化改變泡沫生產(chǎn)的流體力學(xué)條件，使泡沫具有一系列性質(zhì)。蒸汽壓力影響泡沫特性，但其主要影響在于噴嘴設(shè)計，研究結(jié)果表明除牛奶的物理化學(xué)因素，泡沫性質(zhì)可以通過改變蒸汽壓力和噴嘴設(shè)計來控制。近年來，關(guān)于牛奶起泡性，牛奶組分尤其是各蛋白的改性、發(fā)泡機理研究等較深入。此外，微觀方面，通過電子顯微鏡觀察泡沫結(jié)構(gòu)，用圖像來分析泡沫特征的研究也越來越多[29-30]。

4 結(jié)束語

近年來，關(guān)于牛奶起泡性的研究主要集中在乳成分，以及添加食品添加劑來提高其穩(wěn)定性的初步研究階段。牛奶是一個非常復(fù)雜的體系，我們還需要進一步開展起泡性的機理研究以及更深入的微觀研究。隨著現(xiàn)代食品工業(yè)的飛速發(fā)展，人們越來越注重健康。因此，加強牧場管理和飼養(yǎng)環(huán)境，保證牛奶新鮮，提高牛奶品質(zhì)是生產(chǎn)咖啡專用打泡奶的前提。此外，企業(yè)可結(jié)合自身條件開展相關(guān)研究和合作，拓寬打泡奶的奶源，從而提高市場競爭力。

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