非油脂型咖啡伴侣的制备工艺及应用

（天津科技大学新农村发展研究院，食品生物技术教育部工程研究中心，食品工程与生物技术学院，天津 300457）

摘要：利用蛋白质基脂肪模拟物，研究非油脂型咖啡伴侣的配方及应用性质。非油脂型咖啡伴侣为不添加任何油脂，以乳清浓缩蛋白和蛋清蛋白为原料经过物理改性方法制得的蛋白基脂肪模拟物为主要原料进行生产，具有良好的外观和稳定性。经研究，其配方为蛋白基脂肪模拟物88.68%、糖浆6.03%、β-环糊精0.89%、蔗糖1.95%、磷酸三钙0.05%、亚麻籽胶0.09%、瓜尔豆胶0.09%、蔗糖脂肪酸酯0.44%、羟丙基二淀粉磷酸酯0.89%。在此条件下制得的咖啡伴侣感官及功能性质良好，通过测定非油脂型咖啡伴侣的稳定性和微流变特性，再对其冲调性能进行分析，结合三点检验方法对非油脂型咖啡伴侣与市售咖啡伴侣进行差异性检验。结果表明，非油脂型咖啡伴侣产品的感官性质及理化性质指标与市售咖啡伴侣样品相近，差异性检验结果显示两者无显著性差异；常温条件下24 h稳定性指数均小于2，非油脂型咖啡伴侣稳定性与市售咖啡伴侣稳定性相当；非油脂型咖啡伴侣的微流变特性与冲调性能均与市售咖啡伴侣样品相近。

目前，氢化植物油中反式脂肪酸是危害人体健康的重要因素[1]，能引发心血管、动脉粥样硬化等疾病[2]。氢化植物油已广泛应用于各种食品添加中，2015年美国[3]颁布条令：禁止在食品中添加反式脂肪。而市售咖啡伴侣含有大量的氢化植物油，有的品牌中含有反式脂肪，长期食用会增加人体负担[4]。王彪[5]研究的零反式脂肪酸植脂末不含反式脂肪酸，但是本质也为脂肪。因此，开发新型无脂、营养健康的咖啡伴侣具有重要现实意义。

粉末油脂型咖啡伴侣采用微胶囊技术[6]将油脂包埋，并研究其包埋效果，对于非油脂型咖啡伴侣的研究鲜有报道。杨承鸿等[7]研究不同类的单甘脂与硬脂酰乳酸钠配制成的乳化剂添加到咖啡伴侣中，得到不同口感的咖啡。有学者研究采用亚麻籽油进行微胶囊化，得到的微胶囊在经冷冻干燥制得粉末添加到食品中[8]，其理化性质与原咖啡伴侣没有显著性差异。本实验针对市售咖啡伴侣，研究出了一种非油脂型咖啡伴侣，其中主要原料为乳清浓缩蛋白和蛋清蛋白制得咖啡伴侣专用脂肪模拟物，再添加其他辅料制得非油脂型咖啡伴侣。非油脂型咖啡伴侣主要成分为蛋白质基脂肪模拟物（约为88.68%），该产品的研究可为咖啡伴侣的相关企业提供参考，对低脂或无脂食品的研发提供理论依据。

1 材料与方法

乳清浓缩蛋白新西兰恒天然有限公司；蛋清蛋白（食品级）北京九州天瑞科技有限公司；β-环糊精（食品级）郁南县永光环状糊精有限公司；蔗糖（食品级）北京古松经贸有限公司；磷酸三钙（食品级）河南巧手食品添加剂有限公司；蔗糖脂肪酸酯（食品级）柳州安格富食品科技股份有限公司；瓜尔豆胶（食品级）郑州大田化工产品有限公司。

TurbiScan Lab全能稳定性分析仪法国Formulation公司；WSC·S色差计上海精科仪器设备有限公司；BT-9300S激光粒度分布仪丹东市百特仪器有限公司；JD1000-2电子分析天平沈阳龙腾电子有限公司；EMS-20数显式电热恒温水浴锅天津欧诺仪器仪表有限公司。

以乳清浓缩蛋白和蛋清蛋白为基料制备非油脂型咖啡伴侣，非油脂型咖啡伴侣的制备工艺：将100 mL咖啡伴侣专用脂肪模拟物（其中乳清浓缩蛋白和蛋清蛋白质量比例为2∶1，添加质量分数8%）置于50 ℃水浴锅中，加入亚麻籽胶和瓜尔豆胶搅拌10 min，取出置于磁力搅拌器上，然后加入磷酸三钙进行10 min磁力搅拌，再加入β-环糊精、蔗糖和糖浆进行10 min磁力搅拌，再加入羟丙基二淀粉磷酸酯进行10 min磁力搅拌，最后加入蔗糖脂肪酸酯进行10 min磁力搅拌，真空包装、常温超高压杀菌，杀菌压力350 MPa，杀菌保压时间20 min，达商业无菌的要求，制得非油脂型咖啡伴侣。

建立权重集：选用“0～4评判法”来确定单个因素的权重，经计算权重集X=[0.250，0.254，0.250，0.246]。

建立因素集U和评语集V：因素集U=[风味u1，外观u2，质地u3，口感u4]；评语集V=[1级V1，2级V2，3级V3，4级V4，5级V5]，其中（1级91～100 分，2级81～90 分，3级71～80分，4级61～70 分，5级51～60 分）。

根据以上模型，进行感官评价，对每个因素建立一个从U到的V模糊关系R，再进行模糊变换Y=R·X，归一化后得到Y’。根据Y’作图得到模糊曲线，根据最大隶属度原则，对模糊曲线图进行分析[9-10]。

感官品评小组的建立：通过严格选拔，由12 名感官品评员对咖啡伴侣进行感官品评，并根据品评结果进行数理统计分析。

表1 咖啡伴侣感官检验样品准备工作表
Table 1 Sample preparation worksheet for sensory evaluation of coffee mate by triangular test

三点检验法品评咖啡伴侣方法：三点检验法品评[11]。市售咖啡伴侣（M），编号包括423、880和246；非油脂型咖啡伴侣（N），编号包括721、456和367。为使3 个样品的排列次序和出现机率相等，制定了咖啡伴侣感官检验样品准备表，如表1所示，按照编号，每个编号各准备6 个样品，将2 种产品分别编号。将按照准备表1组合并标记好的样品，以及品评表一起呈送给感官品评员。每个品评员每次得到一组3 个样品，依次品评，并填好品评表，在品评同一组3 个样品时，品评员对每种被检样品可重复检验[12]。

分别考察β-环糊精添加量（A）、糖浆添加量（B）和蔗糖添加量（C），三者在配方中的比例约束条件为[13]：0.001≤A≤0.01；0.02≤B≤0.07；0.02≤C≤0.079；A+ B+C=1。以感官评价为考核指标，建立甜味剂与感官品质评价之间的变量模型[14]。

采用光学微流变仪[15]对样品进行测定，将20 mL样品放入测量瓶中（不要有气泡），测定时间为2 h。

稳定性指数采用光学全能稳定性分析仪测定[17]，将样品放在样品瓶中，在室温条件下进行连续扫描，持续24 h。

利用色差计测定样品的色度值（L*、a*和b*）[18]，将色差计按照说明书开机，校准，将3 mL样品加入到样品池中，置于白板上，光源条件下，待几秒后读取色度值。

利用激光粒度分布仪测定咖啡伴侣的粒径分布[19-20]，将样品添加到样品池中，使样品池的遮光率在12%左右，进行测定。

采用Origin 9.0软件进行数据分析与作图，采用Design Expert 7.0.0软件进行配方试验设计的方差分析。

2 结果与分析

分别研究不同β-环糊精添加量（质量分数0%、0.15%、0.30%、0.45%及0.6%）、糖浆添加量（质量分数0%、2.5%、5%、7.5%及10%）及蔗糖添加量（质量分数0%、2%、4%、6%及8%）对非油脂型咖啡伴侣感官性质的影响，配方中其他物质添加量：亚麻籽胶质量分数0.1%、瓜尔豆胶质量分数0.1%、磷酸三钙质量分数0.06%、蔗糖脂肪酸酯质量分数0.5%及羟丙基二淀粉磷酸酯质量分数1%，如图1所示。根据最大隶属度原则，添加β-环糊精、糖浆和蔗糖样品的感官评分均为1级，即均在91～100 分。由分值Y’在91～100 分时，感官评分随β-环糊精添加量的增加呈现先降低后升高的趋势，在0.6%时感官评分最高；感官评分随糖浆添加量的增加呈现先降低后升高再降低的趋势，在5.0%时感官评分最高；感官评分随蔗糖添加量的增加呈现先升高后降低趋势，在4%时感官评分最高。

图1 不同甜味剂感官品质的模糊曲线
Fig. 1 Fuzzy curves for sensory scores of different sweeteners

参考单因素试验结果，感官品质评价的预测值和实际测定值如表2所示，利用Design-Expert 7.0.0软件对响应值进行多项式的回归拟合，建立G感官评分的回归模型[21]，如表3所示。

表2 三角网格法试验设计及结构
Table 2 Triangular mesh design with predicted and experimental values of sensory evaluation

表3 方差分析
Table 3 Analysis of variance

注：*.差异显著（P＜0.05）；**.差异极显著（P＜0.01）。A. β-环状糊精添加量；B.糖浆添加量；C.蔗糖添加量。

得到线性回归模型：G=401.22A+78.70B+77.21C-335.33AB-348.99AC+1.02BC-231.66ABC。

感官评分的模型极显著，三次模型达到0.01的显著水平，三次回归系数R2达到0.962 6。本模型能够较好拟合甜味剂配比与感官品质指标。采用三角网格法得出三者的交互作用如图2所示。

由软件分析得到的配方方案为β-环糊精添加量1%、糖浆添加量6.8%和蔗糖添加量2.2%，其预测值为83.475，合意度为0.950 3（接近1）。此配方的验证值为82.992。预测值和验证值非常接近，说明试验设计和数学模型具有可靠性和重复性[22]。综上所述，通过模糊数学和配方试验设计综合评判法确定β-环糊精添加量1%、糖浆添加量6.8%、蔗糖添加量2.2%。

图 2β-环糊精、糖浆和蔗糖的交互作用对感官评分的影响
Fig. 2 Effects of beta cyclodextrin, glucose syrup and sucrose on sensory scores

2.1.2 亚麻籽胶和瓜尔胶配比对非油脂型咖啡伴侣微流变学性质的影响

图3 添加不同比例的亚麻籽胶和瓜尔豆胶的非油脂型咖啡伴侣微流变曲线
Fig. 3 Microrheological curves of non-oil-based coffee mate formulated with different proportions of flaxseed gum and guar gum

研究亚麻籽胶和瓜尔豆胶质量比（0∶4、1∶3、2∶2、3∶1、4∶0）对非油脂型咖啡伴侣微流变学[15,23]性质的影响，添加质量分数均为0.2%，β-环糊精添加量1%、糖浆添加量6.8%、蔗糖添加量为2.2%、磷酸三钙质量分数0.06%、蔗糖脂肪酸酯质量分数0.5%及羟丙基二淀粉磷酸酯质量分数1%，50 ℃温水浴搅拌均匀，测定其微流变性质。

微观流变学主要应用于微米级的粒子，检测样品由外加应力或热能引起的局部变形。由于布朗运动，粒子发生碰撞，黏弹性越大的粒子，碰撞越多。弹性指数的平台越平稳，弹性越强；弹性指数越大，弹性越强。当固液平衡值为0.5时，说明固液达到平衡；当固液平衡值在0.5与1之间时，说明液体占主导地位；当固液平衡值在0与0.5之间时，说明固体占主导地位（凝胶态）。宏观黏性指数与宏观黏性有直接关系。在一定的距离内，粒子走过这段距离所需时间越长，意味着其具有较低的运动速度和较高的宏观黏性。流动指数表征了粒子的运动速度，流动指数越大表明粒子的流动性越大。如图3所示，随着亚麻籽胶和瓜尔豆胶添加比例的增大，样品由单一的弹性流体转变为黏弹性流体，体系趋于稳定[24]，在比例为2∶2时，体系的黏弹性达到最大值，比例再增加也没有显著变化。随着比例的增大，弹性指数逐渐增加；固液平衡值随着比例的增大呈先降低后趋于不变的趋势；宏观黏性指数随着比例的增大呈先增大后降低的趋势，在比例为2∶2时黏性最大；流动指数随着比例的增大呈先减小后增大的趋势，在比例为2∶2时流动指数最小。因此，选用亚麻籽胶、瓜尔豆胶比例为2∶2，添加质量分数0.2%作为稳定剂用量。

图4 磷酸三钙对非油脂型咖啡伴侣PDI的影响
Fig. 4 Effect of calcium phosphate on PDI of non-fat coffee mate

精确称取一定量的冻干样品（乳清浓缩蛋白和蛋清蛋白比例为2∶1），加入蒸馏水，分别加入磷酸三钙质量分数0.00%、0.06%、0.12%、0.18%、0.24%、0.30%，β-环糊精添加量1%、糖浆添加量6.8%、蔗糖添加量2.2%、亚麻籽胶质量分数0.1%、瓜尔豆胶质量分数0.1%、蔗糖脂肪酸酯质量分数0.5%及羟丙基二淀粉磷酸酯质量分数1%，1 000 r/min搅拌20 min，然后静置一段时间，将上层液体进行离心（3400 r/min离心10 min），取上层清液进行过滤，取10 mL滤液用凯氏定氮法测定分散蛋白质含量，测定3 次平行求平均值。如图4所示，随着磷酸三钙质量分数的增加，PDI呈现先增大后减小的趋势，在0.06%时，PDI最大，可能是适当的钙离子浓度会增加蛋白质的分散性，但是钙离子浓度[25]增大后，会导致蛋白之间聚集下沉。

2.1.4 蔗糖脂肪酸酯与羟丙基二淀粉磷酸酯对非油脂型咖啡伴侣冲调稳定性的影响

图5 蔗糖脂肪酸酯与羟丙基二淀粉磷酸酯不同比例的稳定性指数
Fig. 5 Stability index of mixtures of different proportions of sucrose fatty acid ester and hydroxypropyl starch phosphate

将蔗糖脂肪酸酯和羟丙基二淀粉磷酸酯按质量比例（3∶0、2∶1、1∶2、0∶3）添加（质量分数1.5%），β-环糊精添加量1%、糖浆添加量6.8%、蔗糖添加量2.2%、亚麻籽胶质量分数0.1%、瓜尔豆胶质量分数0.1%、磷酸三钙质量分数0.06%。搅拌均匀，按照添加量质量分数5%，在70～80 ℃水中冲调后每隔5 min测定其稳定性指数。稳定性指数是衡量溶液的稳定性，稳定性指数越小说明溶液的稳定性越高。如图5所示，随着羟丙基二淀粉磷酸酯[26]添加量的增加，稳定性指数呈现先降低后升高的趋势，在蔗糖脂肪酸酯和羟丙基二淀粉磷酸酯比例为1∶2时，稳定性指数最小，也就是稳定性最高。

在100 g的蛋白基脂肪模拟物中添加6.8 g糖浆、1 g β-环糊精、2.2 g蔗糖、0.06 g磷酸三钙、0.1 g亚麻籽胶、0.1 g瓜尔豆胶、0.5 g蔗糖脂肪酸酯和1.0 g羟丙基二淀粉磷酸酯，归一化计算后得到非油脂型咖啡伴侣的配方为88.68%咖啡伴侣专用脂肪模拟物、6.03%糖浆、0.89% β-环糊精、1.95%蔗糖、0.05%磷酸三钙、0.09%亚麻籽胶、0.09%瓜尔豆胶、0.44%蔗糖脂肪酸酯、0.89%羟丙基二淀粉磷酸酯。

如图6所示，两者的弹性指数、固液平衡值、宏观黏性指数和流动指数均相似，弹性指数均在同一数量级，较接近；固液平衡值均在0.5～1.5之间，具有相同的流体类型[27]，宏观黏性指数虽然有差异，但是并不影响其流动性质，流动指数均在同一数量级上[28]，这与固液平衡值结果一致。两者的稳定性指数均小于2，说明稳定性均较高。表明本实验制得的咖啡伴侣和市售咖啡伴侣功能性质相近。

图6 非油脂型咖啡伴侣和市售咖啡伴侣微流变性质和稳定指数
Fig. 6 Microrheological properties and stability index of non-oil-based coffee mate and commercial coffee mate

表4 三点检验法检验
Table 4 Triangular sensory test

按照三点检验法检验表（表4）列出的值是在一定α-风险水平上，达到显著性所需最少正确答案数和相应的品评员数（n）。如果正确答案小于表中的值，则接受“无差别”的假设，以此可用来判断该品评员的检验水平，并确定2种样品之间是否存在整体差异。

由12 名感官品评员对3个编码样品，按表1进行三点差别检验，对收回的12 张有效品评表进行结果统计分析，有7 名品评员正确选择出有差异的咖啡伴侣样品。查表4得出临界值，可知当n为12，α为5%时，对应的临界值是8，说明在5%的显著水平上，判断A、B两组咖啡伴侣样品没有显著性差异。

图7 非油脂型咖啡伴侣和市售咖啡伴侣冲调后的色度（A）和粒径分布（B）
Fig. 7 Chromaticity (A) and particle size distribution (B) of non-oilbased coffee mate and commercial coffee mate

研究150 mL咖啡中添加5 mL非油脂型咖啡伴侣和市售咖啡伴侣的色度变化和粒径分布，如图7所示。图7A中非油脂型咖啡伴侣和咖啡冲调后[29-30]，非油脂型咖啡伴侣增加了咖啡的亮度，降低了咖啡的红度值，提高了咖啡的黄度值，这和市售咖啡伴侣的变化规律相同。图7B中非油脂型咖啡伴侣与将其加到咖啡中的粒径分布趋势一致，说明热水和咖啡对非油脂型咖啡伴侣没有使其再变性。

3 结论

非油脂型咖啡伴侣的配方为蛋白基脂肪模拟物88.68%、糖浆6.03%、β-环糊精0.89%、蔗糖1.95%、磷酸三钙0.05%、亚麻籽胶0.09%、瓜尔豆胶0.09%、蔗糖脂肪酸酯0.44%、羟丙基二淀粉磷酸酯0.89%。以此配方制得的咖啡伴侣感官性质及功能性质良好；常温条件下测定非油脂型咖啡伴侣和市售咖啡伴侣的24 h稳定性指数均小于2，说明稳定性均较高；非油脂型咖啡伴侣的微流变特性与冲调性能均与市售咖啡伴侣样品相近。因此，非油脂型咖啡伴侣可以完全替代市售咖啡伴侣，不仅大大降低脂肪含量，还可以提高咖啡伴侣的营养性。

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HOU Chunyan, WU Tao, LIU Rui, ZHANG Min*
(New Rural Development Research Institute, Science and Technology, Engineering Research Center of Food Biotechnology, Ministry of Education, College of Food Engineering and Biotechnology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China)

Abstract：This study aimed to develop a formulation for non-oil-based coffee mate using a protein-based fat simulant and to investigation its application. The non-oil-based coffee mate with good external appearance and stability was formulated with the protein-based fat simulant obtained by physical modification of whey protein concentrate and egg white protein without added oil. The optimal formulation found was protein-based fat simulant 88.68%, glucose syrup 6.03%, beta cyclodextrin 0.89%, sucrose 1.95%, calcium phosphate 0.05%, flaxseed gum 0.09%, guar gum 0.09%, sucrose fatty acid ester 0.44%, and hydroxypropyl starch phosphate 0.89%. The formulated product was demonstrated to have good sensory and functional properties. In addition, the microrheological and reconstitution properties were evaluated, and the sensory quality differences in comparison to a commercial product were determined using a triangular sensory test. The experimental results showed that the sensory and physicochemical properties of the non-oil-based coffee mate were similar to those of the commercial sample, with no significant differences being observed between the two. The 24 h stability index under ambient temperature was less than 2 for both samples, suggesting their comparable stability. Moreover, they were comparable to each other in terms of microrheological and reconstitution properties.

Key words：fat simulant; coffee mate; triangular sensory test; reconstitution properties

引文格式：侯春艳, 吴涛, 刘锐, 等. 非油脂型咖啡伴侣的制备工艺及应用[J]. 食品科学, 2017, 38(14): 206-212.

HOU Chunyan, WU Tao, LIU Rui, et al. Formulation and application of non-oil-based coffee mate[J]. Food Science, 2017, 38(14): 206-212. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201714032. http://www.spkx.net.cn

基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）项目（2013AA102204）

作者简介：侯春艳（1990—），女，硕士研究生，研究方向为食品添加剂与功能配料。E-mail：houchunyanzai@163.com

*通信作者：张民（1972—），男，教授，博士，研究方向为食品添加剂与功能配料。E-mail：zm0201@tust.edu.cn

非油脂型咖啡伴侣的制备工艺及应用

1 材料与方法

2 结果与分析

3 结 论

3 结论