不同奶类的起泡能力、稳定性以及所产生泡沫的结构
在不同温度下科学的分析牛奶泡沫
背景
牛奶中含有蛋白质,这些蛋白质作为天然的表面活性剂,对脂肪-水乳液的稳定性和泡沫的形成起着至关重要的作用。不同种类的牛奶被用来在饮料上产生牛奶泡沫,因此泡沫的数量和它的稳定性取决于牛奶的性质。一方面,脂肪含量起着作用,而且UHT牛奶和巴氏杀菌牛奶的保存方法不同。此外,发泡过程中牛奶的温度对泡沫特性有很大的影响。
样品和测量方法
测试的样品
本文对保存在饮料纸盒中分别添加1.5%和3.5%脂肪含量的巴氏灭菌牛奶和超高温牛奶(UHT牛奶)进行了研究。
起泡能力和泡沫稳定性的测量
测量使用了动态泡沫分析仪DFA100。仪器利用软件控制的气体流量,在玻璃筛基座上重现泡沫液体样品。DFA100通过一个LED棒和一个在线传感器,精确、及时地测量泡沫在发泡和衰减阶段的高度。在研究范围内,以最大泡沫高度为基础,以衰减半衰期为基础进行稳定性研究。所有的测量条件,如体积流量,过滤基的孔径和发泡时间,都是恒定的。每个文件中有三个测量记录了高度可重复的结果(参见图1)。
在我们看来,这些不同的发现与以下事实有关:虽然[2]中的发泡是温度控制的,但衰变行为是在没有温度控制的情况下测量的。我们认为这导致了在冷却泡沫过程中不受控制的热效应,这是重叠的分子机制。然而,在我们的分析中,泡沫量筒在衰变阶段也是温度控制的。结果表明,泡沫性能和稳定性表现出相似的温度依赖性。
虽然四种牛奶在40℃时形成的泡沫高度几乎相同(图3),但这种温度下的稳定性随脂肪含量的变化而显著不同。乳脂不再影响发泡性,实际上是稳定的。
泡沫结构
对于牛奶泡沫的评价,泡沫结构在两个方面是有趣的。首先,消费者普遍喜欢细密而质地均匀的奶泡,这样的结构会直接带来消费者的愉悦感。其次,稳定性还取决于气泡的大小分布。
奥斯特瓦尔德熟化是泡沫衰变的一种加速机制,它取决于大泡和小泡之间的压力差,小泡的数量随着时间的推移而减少,而大泡则变大。泡沫越均匀,气泡之间的压力差就越小,因此奥斯特瓦尔德熟化就越慢。
泡沫结构测量结果也证实了这一关系,如下图(5)所示:
根据泡沫高度测量,最稳定的泡沫产生于40°C下的UHT牛奶(3.5%脂肪)(图4)。对该泡沫的结构研究发现,最小的泡沫与平均泡沫大小的标准偏差最小,因此同质性最好(图5左)。1.5% UHT牛奶的泡沫(右图),在衰减测量中不稳定得多,在发泡后呈现出较大的气泡,且均匀性较差。1800秒后的两幅结构图像说明了样品之间的稳定性差异。
总结
在研究范围内,对四种不同生产方法(巴氏灭菌或UHT牛奶)和脂肪含量(3.5%和1.5%)的牛奶样品的泡沫特性进行了研究。重点研究了温度和牛奶性质对发泡性和泡沫稳定性的影响。
正如研究文献中所述,我们能够确认25℃为起泡能力的最小值。通过控制泡沫量筒的温度,我们也证明了与现有研究相反的泡沫稳定性的最小过程。
泡沫结构研究发现,泡沫大小及其分布与泡沫稳定性之间存在一定的相关性:泡沫孔越小,泡沫越均匀(40℃下含3.5%脂肪的UHT牛奶),同时泡沫稳定性越好。
最后,根据测量结果可以得出一些关于牛奶泡沫产生的经验法则:
- 对于起泡的牛奶,最理想的是直接从冰箱里拿出来或者加热。牛奶在室温下不适合起泡。
- 低脂产品比全脂牛奶更受有利,用于发泡的冷牛奶UHT产品比巴氏灭菌牛奶。
- 大量均匀、稳定的泡沫产生于热的UHT全脂牛奶。
该应用报告的主要参考[1]包含了所有的细节,如进一步的个别结果、样本的确切性质和泡沫分析的测量条件,以及研究文献的完整列表包括在内。
参考文献
- [1] K. Oetjen, Ch. Bilke-Krause, M. Madani, Th. Willers, Temperature effect on foamability, foam stability, and foam structure of milk, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 460 (2014), 280-285.
- [2] S. Kamath, T. Huppertz, A.V. Houlihan, H. Deeth, The influence of temperature on the foaming of milk, International Dairy Journal 18 (2008) 994–1002.