（食品科学专业论文）植物蛋白咖啡饮料的研制与风味特征分析.pdf

天津科技大学硕士学位论文 摘要 论文首先研究了两种云南产咖啡豆( 2 1 - m ，2 2 一x ) 的最适焙烤条件， 并对焙烤过程中风味物质前体葫芦巴碱、绿原酸、烟酸、咖啡因等含量的变 化进行了分析。此外，还研制了一种新型饮料咖啡豆乳饮料，确定其最 佳配比，并研究了咖啡豆乳饮料稳定性的影响因素。 2 ，1 - m 的最适焙炒条件可选为温度2 2 0 一2 2 8 ，时间2 5 - - 2 8 m i n ；2 - 2 - ? ( 的最适焙炒条件可选为温度2 2 0 2 2 8 ，时间2 5 2 8 m i n 。 比较两种咖啡豆的成分，生豆中葫芦巴碱、烟酸、咖啡因含量没有显著 性差别，而绿原酸含量具有显著性差别。可以解释在感观评价中2 l m 比 2 2 一x 更具有咖啡的特殊苦味。咖啡抽提液中可溶性蛋白质含量随着焙炒 程度的加深而增加。咖啡抽提液的p h 值在中度焙炒时达到最低值，然后随着 焙炒程度的上升而逐渐升高。 色度值与绿原酸咖啡因比率的相关分析中，品种2 1 m 根据l + a + + b + 所建立的回归方程的复相关系数最高为o 9 7 8 3 ，其回归方程为y = 5 7 7 9 5 e o 5 4 ”“ 品种2 2 一x 根据p a + + b + 所建立的回归方程的复相关系数最高为o 9 6 0 1 ，其 回归方程为y = 1 2 4 5 9 e “”。因此可以根据色度值来判断咖啡豆是否达到了最 佳焙炒程度。 咖啡豆乳饮料的研制，首先通过感官评价确定咖啡，大豆和糖的最佳配比， 在最佳的焙烤条件下研究n a h c 0 3 和n a o h 的不同加入量对咖啡豆乳杀菌前、 杀菌后p h 值的变化，以及乳化剂、稳定剂、络合剂的种类和用量，不同的均 质温度、压力和杀菌条件对其稳定性的影响，并观察其对成品色泽和口感的 影响，得出咖啡豆乳饮料的最佳工艺条件及配方：生咖啡豆在2 3 0 条件下焙 烤2 0 分钟；咖啡豆：大豆：糖为3 5 ：4 ：6 ；加入n a h c 0 1 0 0 3 ，n a c l o 0 3 ；加入乳化剂单甘酯o 3 ；稳定剂卡拉胶o 0 2 ；复合络合剂柠檬酸钠 和三聚磷酸钠0 2 ；采用二次均质，均质温度8 0 。c ，均质压力2 2 m p a ；杀菌 温度1 2 1 ，杀菌时间1 5 m i n 。 关键词：咖啡豆乳高压液相色谱色度值稳定性 一 垒堕竺! 一 _ _ 一一 a b s t r a c t t h i s p a p e ro p t i m i z e d t h er o a s t i n go ft w ok i n d so fy m m a nc o f f e ea n da n a l y z e d f i l ec h a n g e so fc o n t e n to ft r i g o n e l l i n e ，n i c o t i n i ca c i d ，c h l o r o g e n i ca c i d ( c q a ) a n d c a f f e i n ei nt h ep r o c e s so fr o a s t i n g m o r e o v e r , an e wd r i n k ，c o f f e e s o y b e a nm i l k w a s p r o d u c e d ，a n d i t so p t i m a lp r o p o r t i o na n ds t a b i l i t yw a ss t u d i e d t h eo p t i m u m r a n g e f o rr o a s t i n go f 2 1 - m w a ss h o w n t o b e a t i m eo f 2 5 - - 2 8 m i n a tat e m p e r a t u r eo f2 2 0 2 2 8 。c t h eo p t i m u mr a n g ef o rr o a s t i n go f2 - 2 一xw a s s h o w nt ob eat i m eo f 2 5 2 8 m i na tat e m p e r a t u r eo f 2 2 0 2 2 8 c o m p a r e o ft w ok i n d so fc o f f e e ，i ti sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nt h ec o n t e n to f g r e e dc o f f e e ，t r i g o n e l l i n e ，n i c o t i n i c a c i da n d c a f f e i n e ，b u t t h ec o n t e n to f c h l o r o g e n i ca c i dh a ss i g n i f i c a n td i f f e r e n c e i tc a na n a l y z ew h y 2 - 1 - mi sb i t t e rt h a n 2 - 2 - xi nt h es e n s o r yt e s t t h ec o n t e n to fs o l u b l ep r o t e i ni n c r e a s ew i t ht h ed e g r e e o fr o a s t i n g t h ep ho fc o f f e ee x t r a c tr e a c h e st h em i n i m u mi nm e d i u mr o a s t i n g ， a n di n c r e a s e sw i t ht h ed e g r e eo f r o a s t i n g t ot h e2 - 1 一m m ec o r r e l a t i o nc o e 瓶c i e n to ft h em o d e lw h i c hi st h er a t i oo f c q a c a f f e i n ea n dc o l o rp a r a m e t e ri s0 9 7 8 3 a n dt h em o d e li sy = 5 7 7 9 5 e o 5 4 1 h s i m i l a r l t o t h e2 - 2 一x ，t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n ti s 0 9 6 0 1 ，a n dt h em o d e li s y = 1 2 4 5 9 e o2 7 协t h e nc o l o rp a r a m e t e r sc a nb eu s e dt oc o n t r o lt h er o a s t i n gd e g r e e t h r o u g hs e n s o r ys c o r e ，t h eo p t i m a lp r o p o r t i o no fc o f f e e ，s o y b e a na n ds u g a r w a sd e t e r m i n e d u n d e rt h eb e s tr o a s t i n gc o n d i t i o nt h i sp a p e rs t u d i e dt h ei n f l u e n c e o fd i f f e r e n ta d d i n gq u a n t i t yo fn a h c o sa n dn a o h f u r t h e r m o r eo b s e r v e di t s i n f l u e n c eo nc o l o ra n df l a v o ro ft h ep r o d u c t t h ee f f e c to nt h es t a b i l i t yo ft h e c o f f e e - s o y b e a nm i l kb e v e r a g ew a si n v e s t i g a t e d ，i n c l u d i n gt h ed i f f e r e n tk i n d so f e m u l s i f i e r s ；t h i c k e n e r s ；a n d t h ed i f f e r e n t h o m o g e n i z a t i o n c o n d i t i o n sa n d s t e r i l i z a t i o nc o n d i t i o n s t h e o p t i m a l c o n d i t i o no ft h e c o f f e e s o y b e a n m i l k b e v e r a g ew a s a sf o l l o w s ：r o a s t i n gt h er a wc o f f e eb e a n2 0m i n u t e su n d e r 2 3 0 ；t h e r a t eo f c o f f e e ：s o y b e a n ：s u g a ri s3 5 ：4 ：6 ；n a h c o s0 0 3 ，n a c lo 0 3 ； e m u l s i f i e r so | 3 ；c a r r g e e n a no 0 2 ；s o d i u mc i t r a t ea n ds o d i u mt r i p o l y p h o s h a t e o - 2 ；h o m o g e n i z a t i o n t i m e2 m i n u t e s ，h o m o g e n i z a t i o nt e m p e r a t u r e 8 0 ，h o m o g e n i z a t i o np r e s s u r e2 2 m p a ；s t e r i l i z a t i o nt e m p e r a t u r e1 2 1 s t e r i l i z a t i o n t i m e 】5m i n u t e s k e y w o r d ：c o f f e e s o y b e a n m i l kh p l cc o l o r p a r a m e t e rs t a b i l i t y 2 墨堡! ! 垫查堂堡主兰壁兰兰一一 1 绪论 1 1 咖啡概述 在我国，随着人民生活水平的不断提高，日常生活的需求也发生了重大 变化。人们对饮料的需求从单一的汽水型转向更高级和更多样化。浓郁、芳 香的咖啡饮料已为各类型西餐厅和咖啡厅所必备，并已进入普通的家庭，成 为人们自己享受和款待客人的佳品。 咖啡是仅次于石油的世界第二商品【l 】。目前世界著名三大饮料( 咖啡、可 可、茶叶) 之一的咖啡年产量己达5 5 9 2 万吨，每年世界市场上的咖啡贸易 额也已达二百五十亿美元。虽然世界上有五十多个国家生产咖啡，丽占统治 地位的要属以下三个国了，其中巴西可说是世界“咖啡王围”，它的咖啡产量 占世界产区的三分之一，其次是哥伦比亚和印尼。另外肯尼亚、喀麦隆、象 牙海岸、秘鲁、哥斯达黎加、菲滓宾、泰国等也有相当的生产实力f 2 。咖啡 产品在美国最受欢迎，销量也就最大。其次是德国、法国和日本，但如果以 个人消费量来说，饮用最多的则属芬兰、瑞典等北欧国家 1 l 。 咖啡原产于非洲埃塞俄比亚西南部，十八世纪二十年代引入拉丁美洲，从 此拉丁美洲逐渐取代非洲而成为咖啡主要产地。我国台湾省1 8 8 4 年开始引种 咖啡，以后又相继在海南岛、云南种植，近三十年来己遍及云南、福建、广 西、广东等省甜。 我国生产的主要是中、小粒种咖啡豆，云南适栽小粒种，海南岛适栽中 粒种，其中云南产的咖啡，在美国超级市场列为名贵咖啡，其价格高于哥伦 比亚、印尼、土耳其产的咖啡，据世界名焙烤专家品评后认为这种一流咖啡， 具有浓而不苦、香而不烈，并带有少许果味香的气息，这种名为云南潞江一 号的咖啡就是在伦博市场也披评为一级品而受到青睬，据专家称世界上最好 的咖啡产自北纬1 5 度至北回归线之间，而我国云南省的南部，正好处于这黄 金地带上【2 】。 咖啡树是热带植物，属阿卡奈科常绿灌木，野生的高达4 7 米，人工栽 培的则修剪保持在2 米左右。从播种、移植幼苗到长成成木，前后约需4 5 年时间，其经济寿命约在3 0 年左右。而从开花、结果到采收要经历1 2 个月， 所以一株咖啡树一生约可采摘2 5 次。咖啡的果实初生时呈暗绿色，经历黄、 红色，最后成为深红色的成熟果实。正常的果实内含有一对种子，这种子就 是“咖啡豆”。经过烘焙之后研煮，再加入各式调味料，就成为风靡全世界 的多彩多姿的咖啡世界了。 美国、德国、意大利等惯于喝咖啡的传统国家早已形成一套加工咖啡的 ：i = 业体系：产品有焙炒咖啡豆、速溶咖啡、液体咖啡等。日本自1 9 7 0 年以后 罐装咖啡饮料开始正式生产，到8 0 年代初期，其产量达到了7 0 年代初期的 第一章绪论 3 8 3 倍，罐装咖啡饮料已发展成日本夏冬兼用的罐装饮料的主流。目前，罐 装咖啡饮料在日本已形成了每年销售1 亿7 千万箱的大市场p l 。在关于咖啡 的科学研究方面，西方国家起步比较早，在上世纪中期主要研究各种咖啡产 品的最佳工艺参数( 如焙炒、萃取、脱咖啡因等加工过程的最佳工艺参数) 。 而到了上世纪末、本世纪初主要集中研究咖啡香气成分的组成与产生机理， 如f e r n a n d om n u n e s 等人对绿咖啡豆和焙炒咖啡的抽提物中的高分子量物质 的化学特性及其对形成香气成分的作用作了描述。 在我国由于人们生活习惯的问题，对于咖啡豆极其制品的研究比较少。 近年来云南省政府为充分发挥云南植物王国的资源优势，把咖啡列入产业化 的发展【4 】。目前，云南咖啡厂的李云川发表了咖啡浓缩液的研制和加工技 术等几篇文章，对咖啡制品的3 w q - 过程作了介绍。而对于咖啡香气成分的 组成及产生机理则未发现有此类研究的介绍。 牛奶是用得最广泛的一种咖啡调味品，人们普遍认为牛奶是1 6 8 5 年在格 勒诺布尔( g r e n o b l e ) 由莫宁首次加入咖啡中的。在2 0 世纪9 0 年代中期，美 国有5 7 的人喝加牛奶的咖啡，德国有高达8 l 在咖啡中加牛奶。随着咖啡 饮料在世界各地的广泛流行，为了适应不同地区人们的口味，出现了各种各 样的花色咖啡。查中国专利网可以看到，有杏仁咖啡饮料、椰汁咖啡饮料。 另外，随着经济的发展，人们的食品消费需求已从“吃饱求生存”向“吃 好求健康”的层次转化，追求营养健康、卫生方便、多种口味的消费已经成 为现代人们的消费观念。豆乳作为一种营养全面、方便、健康的饮品，越来 越受到人们的青睐。大豆是我国七大粮食作物之一，也是我国四大油科作物 之一，我国大豆栽培历史悠久、分布广、种植面积大，全国主要产区有2 4 个 省市，品种资源极为丰富，共有9 3 6 个品种，产量居世界第二位。其中三分 之一用做人们的主食和副食。 豆乳制品是大豆制品中的一大类，它是7 0 年代以来，世界食品工业中发 展起来的一类蛋白饮料口】。它主要包括豆乳、豆炼乳、酸豆乳及豆乳粉等。 这类产品的生产源于我国传统的豆浆，但质量又优于豆浆，豆浆1 ：3 感粗糙， 具有明显的豆腥味，豆浆营养单一，营养素来源只限于大豆i6 1 。而豆乳类制 品的营养丰富，营养素组成科学、合理【7 】。豆乳是一种营养价值较高的植物 蛋白饮料，含有人体所需的8 种必需氨基酸，不饱和脂肪酸含量较高，维生 素e 含量丰富，且不含胆固醇和乳糖，不会引起心血管疾病，适宜“乳糖不 耐症”者饮用。此外，豆乳和牛乳相比，资源充足、价格便宜盹 本实验结合我国国情，研制一种咖啡豆乳饮料，确定产于云南的小粒种咖 啡的最佳焙炒工艺，以及这种饮料的原料配比及稳定性问题【9 】1 1 0 】。 1 1 1 咖啡的种类和特点 天津科技大学硕上学位论文 咖啡的主要品种有：阿拉伯种( 俗称小粒种) 、罗伯斯特种( 中粒种) 、利 比里亚种( 大粒种) ，而我国生产的大多是中粒种和小粒种。 不同产地的咖啡，有不同的味道，主要有酸、苦、甘、醇和香等五种。 主要国家咖啡的特点见表卜1 。 表卜1 主要围家咖啡的特点1 品名原产国家 酸甘擎醇香 巴西山度士巴西 淡味适中淡味 盏山牙买加淡味适中 浓郁浓郁 哥伦比亚绿宝山哥伦比亚淡味浓郁 浓郁浓郁 哥伦比亚l j x c e b o哥伦比亚适中浓郁 浓郁适中 危地马拉危地马拉适中适中 适中适中 夏威夷康娜夏威夷浓郁 浓郁浓郁 印尼e k e印尼浓郁 曼特宁印尼 浓郁浓郁浓郁 1 1 2 生咖啡豆的成分 咖啡豆中所含成分相当丰富，包括碳水化合物、糖类、胺类、脂肪、生 物碱、酸类等复杂的成分。见表卜2 ： 表卜2 生咖啡豆成分表( 单位：) 1 i l 成分a r a b i c a r o b u s t a 碳水化合物 蔗糖和还原糖 阿拉伯聚糖 甘露聚糖 半乳聚糖 葡聚糖( 如纤维素) 蛋白质 氨基酸 生物碱 咖啡因 葫芦巴碱 绿原酸 5 3 - 9 3 2 2 l o 一1 2 7 - 8 1 2 0 4 1 o 0 6 1 5 l h o 盟 3 4 纠h 他 1 n 。笙= 童堕笙一 咖啡奎宁酸 5 2 - 6 4 5 5 - l o 阿魏奎宁酸 双咖啡奎宁酸 其它绿原酸 其它酸( 苹果酸、柠檬酸、酒石酸等) 脂类 甘油三酸酯 甾醇 双萜 灰分 o 3 0 5 o 。7 一1 o 0 1 2 5 l o 一1 4 2 3 1 2 4 0 7 1 5 1 4 2 。5 o 2 0 。3 2 5 1 1 2 1 咖啡豆中的糖类 咖啡豆中碳水化合物的单糖组成有戊糖与己糖，除此以外还有一定的蔗 糖。这些糖在高温下一部分分解，一部分会成环并脱水生成带呋喃环的挥发 性组分，总数近百种，居各类挥发性组分的首位。有代表性的化合物是2 一呋 喃醛，2 ，5 一二甲基- 3 一( 2 h ) 一呋喃酮、2 ，5 二甲基一4 一羟基一3 一( 2 h ) 呋喃 酮、2 ( 呋喃) 一甲硫醇、( 5 一甲基一2 一呋哺基) 一甲硫醇。( 2 - 甲基3 一呋喃基) 甲硫醚和2 ( 呋喃) 一甲硫醇醋酸酯等。呋哺醛具有明显的烤香，广泛存在 于很多食品中。含硫的呋喃化合物2 一( 呋哺基) 一甲硫醇是咖啡香味的关键成 分 i 。焙烤时咖啡豆里的蛋白质也降解成肽或氨基酸，如精氨酸、丝氨酸和 苏氨酸，其中的含硫氨基酸如半胱氨酸，一部分受热分解，也有一部分经过 复杂的反应生成了噻吩、噻唑化合物。这两类化合物之和有5 0 余种，具有代 表性的化合物有噻吩、3 一甲基噻吩、4 一乙基一2 一甲基噻吩、苯并噻吩、2 噻吩 醛、3 甲基一2 一噻吩醛、2 乙酰基噻吩、2 一丙酰基噻吩、2 ，4 ，5 - 三甲基噻唑 和5 一乙基一2 ，4 一二甲基噻唑等。以上这些化合物分别具有坚果香、清香、花 香、木香、蜜香，使咖啡的香气更加丰满f 】m 。 1 1 2 2 咖啡豆中的胺类 生咖啡豆有3 种多胺，即腐胺、精胺和亚精胺。高温焙烤时有部分腐 胺转化为吡略烷化合物，数目多达6 0 余种，也是过程咖啡香气的重要成分。 代表性的化台物有毗咯、卜甲基毗咯、卜乙基眦咯、碍 哚、3 一甲基畔l 哚、2 一 毗咯醛、卜甲基一2 一毗略醛和2 一乙酰基吡咯等。其中2 一乙酰基蚍略有饼干香 气，稀的烷基毗略具有焦香。 1 1 2 3 咖啡豆中的脂肪 咖啡中脂肪约占1 1 。以亚油酸为主占脂肪酸的4 7 ，软脂酸其次占3 2 4 6 舶q m o 2 3 天津科技大学硕士学位论文 油酸和硬脂酸较少各占8 。焙烤时油脂分解，其产物对香气有贡献，但小分 子醛和酸会有另人不快的异味。严格控制咖啡豆焙烤条件是非常重要的【1 ”。 1 1 2 4 咖啡豆中的酸类 咖啡的酚酸种类丰富，主要有绿原酸、咖啡酸、尼克酸、阿魏酸等。生 成的多酚类对咖啡的口感有很重要的贡献。4 一乙基酚具有木香、酚香和药草 香。愈疮木酚有甜的焦香，4 一甲基愈疮木酚具有辛香和香子兰香、丁子香酚 和异丁子香酚具有康乃馨香气。绿原酸是咖啡涩味的主要来源，咖啡中至少 含有5 种绿原酸的异构体：( i ) c q a ，( 2 ) f q a ，( 3 ) d 卜c q a ，( 4 ) c o q a ，( 5 ) c f q a 等。一般认为阿拉伯种咖啡豆之品质优于罗伯斯特种，而罗伯斯特种咖啡豆 之绿原酸含量显著高于阿拉伯种。目前一般认为罗伯斯特种品质较差的原因 可能是含有较高量的d i c q a 及f q a 。 1 。1 2 5 咖啡豆中的生物碱 咖啡豆中的生物碱主要有葫芦巴碱，它本身带有一个吡啶环，加热时可 生成吡啶、毗咯等。除此而外还有甲基吡啶、3 乙基吡啶、3 甲氧甲酰基吡 啶、n 一甲基吡啶和n 一甲基2 一甲酰基吡咯等。有资料显示葫芦巴碱中近三分之 一的总挥发性成分是烟酸、n - 甲基亿烟酰胺和甲基亿烟碱。在咖啡里。来源 于其他物质如碳水化合物的活性部分会与由葫芦巴碱形成的产物发生反应。 这样为了得到咖啡的最适香气成分，焙炒程度就会被充分考虑。 咖啡中比较重要的含氮化学物如咖啡因也是具有代表性的物质之一，咖 啡因的熔点高达2 3 6 c ，因此在一般焙炒条件下并不挥发，亦即含量并不会降 低，咖啡因也是咖啡苦昧的主要来源之一。 炒咖啡挥发性物质中亦有萜稀化合物如芳樟醇、n 一萜品醇、芳樟醇氧 化物。咖啡中还发现了麦牙酚。麦牙酚不仅本身有甜香，两且还有甜味协同 增效作用。咖啡中的一些小分子硫化物，如硫醇、硫醚、二硫醚、三硫醚等 可以形成咖啡清新头香。 咖啡碱中，多酚及羟氨反应的非酶褐变产物形成了咖啡的苦涩感。在适量 的有机酸( 柠檬酸和苹果酸) 的陪衬、烘托、调和后，使得咖啡具有独一无 二的风味。 1 1 3 咖啡的焙炒 焙炒是一个依赖于时间和温度的加工过程1 4 】。在此过程中咖啡豆内部发 生的化学变化。咖啡的气昧、营养和毒理特性受到作为高温降解结果的焙炒 条件的影响，咖啡理想的香气和滋味的成分来源于咖啡豆焙炒过程中成分的 变化，其中蔗糖、绿原酸、蛋自质、葫芦巴碱是焙炒过程中发生显著变化的 第一章绪论 成分。它们可能是咖啡香气的重要前体”。 据报道确认的咖啡挥发性成分已有6 0 0 种 1 “。绝大多数是含氧，含氮或 含硫的杂环化合物，如呋喃、噻吩、吡嗪、噻唑、吡咯和吡啶，尚有部分萜 烯、羰基与酚基化合物。生咖啡豆的组成并不复杂，除碳水化合物、糖、蛋 白质等常见成分外还有生物碱、丹宁和绿原酸等。生咖啡豆无香味，几乎所 有的香气都与咖啡的焙烤加工有关。咖啡焙烤温度为1 8 0 2 6 0 。c ，在焙炒过程 中不同的处理方法会改变最后产品的成分1 1 ”。过度的延长时间和提高温度会 导致不希望发生的化学变化，因而在生产的质量控制过程中需要一个时间和 温度的最适范围，为了控制咖啡的焙炒过程，有文献【1 8 l 2 0 i 提出了几组参数： 葫芦巴碱尼克酸比率，绿原酸咖啡因比率等，其中的一些参数还被认为是 辨别咖啡种类的重要特性。 一般来说，焙烤程度分为以下4 类。见表卜3 。 表i - 3 咖啡的4 类焙烤程度【j j 1 2 豆乳特性 我国传统的豆浆带有豆腥味、苦涩味和焦糊味，风味上有很大的缺陷。 对这一特殊的不良风味，除亚洲地区有食用大豆传统的国家外，其它地区的 人均很厌恶，这就使其它国家发展这种食品受到限制2 ”。近数十年来，由于 食品科学家、营养学家和工程技术专家等共同努力，已将我国传统的小吃豆 浆发展成为工业化的豆乳产品。对大豆不良风味的研究结果，了解其产生的 原因，并进一步找到防止的方法，而成功地解决了这问题【2 2 】【2 ”。 1 2 1 大豆成分 2 4 1 1 2 5 1 表卜4 大豆化学成分( 每l o o g 中含量) 6 天津科技大学硕士学位论文 脱脂脱皮3 4 6 1 1 94 5 82 9 3 0 83 15 5 大豆中存在的酶类和抗营养因子影响豆乳质量、营养、加工方法和工艺条 件。大豆中已发现的酶类有近3 0 种，如脂肪氧化酶，豆乳质量的优劣与g n q - 中及时有效地钝化这种酶关系密切。大豆中存在的抗营养因子，以抗胰蛋白 酶( t i ) 对豆乳的营养价值影响最大【2 。 l _ 2 1 1 脂肪氧化酶 脂肪氧化酶可催化氧分子氧化脂肪中顺一顺1 ，4 戊二烯成氢过氧化物， 大豆中这种酶的活性很高。当大豆的细胞壁破碎后，只需要少量水分存在时， 脂肪氧化酶就可以与脂类底物反应，发生氧化降解，产生豆腥味。用近代的 分析手段，已鉴定出近百种氧化降解产物，其中己醇是造成豆腥味的主要成 分。将脂肪氧化酶与亚油酸或亚麻酸等底物作用也产生明显的豆腥昧。脂肪 氧化酶经轻度的热处理就可达到钝化要求。 1 2 1 2 胰蛋白酶抑制物 胰蛋白酶抑制物可抑制胰脏分泌的胰蛋白酶的活性，降低蛋白质的营养 价值，且耐热性强，不易破坏。豆乳中胰蛋白酶抑制物应钝化到什么程度才 算安全，目前还没有章程可循，通常认为至少需钝化8 0 或9 0 的活性。经这 样钝化处理后，蛋白质生理效价明显提高。 l _ 2 1 3 胀气因子 胀气因子是指大豆中存在棉子糖和水苏糖而言，由于棉子糖和水苏糖在 人体小肠中不能消化，当经过大肠时，被细菌发酵而产气，会引起胀气、腹 泻等问题。在豆乳生产过程中，胀气因子在浸泡和脱皮工序可部分除去，在 离心分离去豆渣时，渣中可带走少量，其它加工工序对其没有影响，因此主 要部分仍在豆乳中。 1 2 2 豆乳制品 豆乳制品是大豆制品的一大类，它是2 0 世纪7 0 年代以来世界食品工业 中迅猛发展起来的一类蛋白饮料。它主要包括豆乳、豆炼乳、酸豆乳及豆乳 精和豆乳粉。这类产品的生产源于我国传统的豆浆，但又与其有着明显的区 别。第一、豆乳类制品是采用现代科学技术和设备实现了工业化生产的产品， 而传统的豆浆实质上是我围传统豆制品生产中的中间产品。第二、豆乳类制 品具有特殊的色、香、味，具有“人造乳”之称，可与牛乳相媲美，而传统 的豆浆口感粗糙，具有明显的豆腥味。第三、豆乳类制品营养丰富，营养素 组成科学合理，工业化生产具有通用的标准，传统豆浆营养单一，营养素来 源只限于大豆。豆乳的营养价值高，消化率也很高。 第一章绪论 表卜6 各种大豆食品中蛋白质的消化率( ) 1 2 3 豆乳生产的基本原理 豆乳利用了大豆蛋白质的功能特性和磷脂的强乳化性。大豆蛋白质分子中 具有乳化剂的特征结构，即两性结构，在分子中同时含有亲水基团和亲油基 团。在油水混合液中，大豆蛋白质分子亲水性多肽部分展开朝向脂相，极性 部分朝向水相，因此大豆蛋白质用于食品加工是聚集于油水界面使其表面张 力降低，并促进形成油水乳化液。磷脂也是两性物质，其分子一端是极性基 团，另一端是非极性基团。中性油脂是一种非极性的疏水性物质。变性后的 大豆蛋白质分子疏水基团亦大量暴露于分子表面，分子表面的亲水基团相对 减少，水溶性降低。这种变性的大豆蛋白质、磷脂及油脂的混合体系经均质 或超声波处理，相互之间发生作用形成二元及三元缔合体，这种蛋白、磷脂 及油脂的缔合体具有极高的稳定性，在水中形成均匀的乳状分散体系即豆乳。 1 2 3 1 豆乳生产的基本工序 大豆一清洗和浸泡一脱皮一磨碎与钝化脂肪氧化酶一分离一调制一加热 杀菌一真空脱臭一均质一杀菌一灌装叫 1 2 3 2 豆乳制品生产中的脱腥脱涩 大豆蛋白质是一种很好的营养食品，但如果在豆乳生产工艺过程中缺少 技术控制，则产品中会有一些不良气味，通常认为，豆乳不良风味主要来源 于大豆加工过程中的脂肪氧化酶催化多不饱和脂肪酸氧化的结果。其中主要 的成分有脂肪族羰基化合物中的正己酸酐和正己醛，有明显的臭味；挥发性 脂肪醇类中的正己醇、异戊醇类有臭味；挥发性胺类、氨、甲胺、二甲胺、 嘧啶等，酚酞类，丁香酸、香草酸、龙胆酸、水杨酸等有消毒水味。a r a i 等 1 9 6 6 年从脱脂豆粕中提取出9 种酚酞，其中绿原酸具有酸苦涩味及近似于酚 的气味。c h a n g 等人还发现了黄酮类的雌激素衍生物与苦涩味亦关系密切。 天津科技大学硕士学位论文 改进豆乳风味的工艺有很多，包括热处理法、酸碱处理法、添加还原剂和铁 离子络合剂、生物工程法、加风味掩盖剂等2 引。 1 2 4 豆乳的营养和分类 一种蛋白质的质量取决于必需氨基酸的含量。饮用豆乳最主要的目的是 摄取蛋白质。大豆是一种优质的高蛋白高脂肪作物，含蛋白质3 5 0 - - 4 5 ，其 中8 6 8 8 为大豆球蛋白，能溶于水。由表卜7 所列豆乳中必需氨基酸的含 量以及联合国粮农组织世界卫生组织( f a o w h o ) 提出的理想蛋白质中必需 氨基酸的模式相比可知，豆乳除了含硫氨基酸( 蛋氨酸和胱氨酸) 含量上略 逊色外，其它均合乎理想蛋白质的要求。 表卜7 豆乳和f a o w h o 提出的理想的蛋白质必须氨基酸含量( g l o o g 蛋白质) 1 3 咖啡豆乳饮料的营养价值 1 3 1 豆乳的营养保健功能 2 9 j 1 3 1 1 豆乳中蛋白质的作用 大豆及大豆制品是高营养的植物性食品。它们均含有丰富的优质蛋白质， 蛋白质是组成人体的主要物质，是人体生命活动的物质基础。豆乳除富含蛋 白质外，还可以为人体提供多种维生素和矿物质，尤其以钙、磷为多。见表 1 8 。此外，豆乳中不含胆固醇，并有降低人体血液中胆固醇含量的作用，可 防止动脉粥样硬化。 表卜8 豆乳中矿物质及维生索含量( m g 1 0 0 9 豆乳) 第一章绪论 1 3 1 2 豆乳中脂肪的功能 大豆油脂中含有大量的亚油酸，它是人体的必需脂肪酸，在人体内起着 重要的生理作用。幼儿缺乏亚油酸皮肤会变得干燥，鳞屑增厚，生长发育迟 缓；老年人缺乏亚油酸会得白内障。大豆油在人体内的消化率高达9 7 5 ，具 有防止胆固醇在血管中沉积防止动脉粥样硬化的作用。因此它是一种优质 的植物油。大豆油脂不但有较高的营养价值，而且对大豆食品的风味，口感 方面也有很大的影响。豆乳中含有一定量的脂肪同样会赋予其一种滑润感， 否则就会让人感到粗糙、口涩。 1 3 1 3 豆乳中碳水化合物的保健功能 大豆中碳水化合物的主要成分为蔗糖、棉籽糖、水苏糖、毛蕊花糖等低 聚糖类，在酸性条件下，对热不稳定。人体内的消化酶不能分解水苏糖，棉 籽糖，因此，不能形成能量，但人体肠道内的双歧杆菌却能利用水苏糖和棉 籽糖。该菌对维持人体健康具有重要作用。据日本食品工业报导，成年 健康人每日仅需摄入2 - 3 克的大豆低聚糖，就能使肠道内的双歧杆菌充分增 长，而其它有害菌有所下降。从这方面看，大豆低聚糖的开发意义极大，它 可作为一种新型的保健饮品广泛地应用于饮料、糖果、冷饮制成保健品。 l 。3 1 。4 豆乳中皂甙和异黄酮的保健功能 据日本学者北川等人的研究表明，大豆皂甙有降低过氧化脂类生成的作 用，有显著的抑制过氧化反应的作用，具有较强的抑制由于促肾上腺皮质激 素( a c t h ) 作用造成的脂类分解作用。大豆皂甙对高血压和肥胖病患者有显 著的疗效，具有抗炎症，抗溃疡，抗过敏等功效。异黄酮具有抗氧化和抗肿 瘤作用。 1 3 2 咖啡的保健功能 据检测一杯咖啡含1 0 0 1 5 0 毫克咖啡因，面i o 克咖啡因就足以使一个成 人丧命，一般喝咖啡4 0 分钟后，其作用即可达到顶点。 对神经系统，咖啡因有兴奋大脑的作用，可以消除懒惰的感觉，使人感 到轻松愉快，能让人精力集中、思维敏捷和唤起记忆。经研究证明，咖啡因 可使人加快计算速度和打电脑的速度，可使汽车司机行动敏捷。但没有科学 依据能够证明咖啡因对提高工作质量有影响。对心血管，喝咖啡可使心跳加 快，血压升高，促进血液循环，增强一t s , 肌收缩。对泌尿系统，咖啡因可使肾 血管扩张，增加肾小球的血流量，因而会增强肾的水渗透和排毒功能。可以 说咖啡有利尿的作用。对呼吸系统，咖啡因可使气管周围的平滑肌放松，因 o 天津科技大学硕士学位论文 而使气管扩张，增加呼吸量，故而不仅消除疲劳、兴奋精神，还有提高人体 对外界的感受力和思维能力的作用。但是咖啡毕竟含有咖啡因较多，贪多会 有害，长期饮用会使血胆固醇和低密度脂蛋白水平升高，容易诱发冠心病3 们。 1 4 咖啡成分的高效液相色谱分析 作为色谱分析法的一个分支，高效液相色谱法是在本世纪6 0 年代末期， 在经典液相色谱法和气相色谱法的基础上，发展起来的新型分离分析技术。 从本世纪初俄国植物学家茨维特( m s t s w e t t ) 提出经典液相色谱法后，色谱 分析法取得迅速发展，3 0 - - 4 0 年代发展了柱分配色谱、纸色谱；5 0 年代发展 了气相色谱法，薄层色谱法：6 0 年代发展了凝胶色谱法及高效液相色谱法； 7 0 年代发展了高效毛细管气相色谱法：8 0 年代发展了毛细管电泳贺电色谱； 9 0 年代又出现了光色谱【j 1 1 。 从分析原理上讲，高效液相色谱法和经典液相( 柱) 色谱法没有本质的差 别，但由于它采用了新型高压输液泵、高灵敏度检测器和高效微粒固定相， 而使经典的液相色谱发还发出新的活力。经过近3 0 年的发展，现在高效液相 色谱法在分析速度、分离效能、检测灵敏度和操作自动化方面，都达到了和 气相色谱法相媲美的程度，并保持了经典的液相色谱对样品使用范围广、可 供选择的流动相种类多和便于用作制备色谱等优点。至今，高效液相色谱法 以在生物工程、制药工业、食品工业、环境监测、石油化工等领域获得广泛 的应用。 高效液相色谱( h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ) 还可成为高压液 相色谱( h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ) 、高速液相色谱( h i 曲s p e e dl i q u i d c h r o m a t o g r a p h y ) 、高分离度液相色谱( h i g hr e s o l u t i o nl i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ) 或现代液相色谱( m o d e ml i q u i dc h r o m a t o g r a p h y l 。 1 4 1 高效液相色谱法的特点【3 2 】 1 4 1 1 分离效能高由于新型高效微粒固定相填料的使用，液相色谱填充柱 的柱效可达5 1 0 3 _ 一3 1 0 4 块m 理论塔板数，远远高于气相色谱填充柱1 0 3 块m 理论塔板数的柱效。 1 4 1 2 选择性高由于液相色谱柱具有高柱效，并且流动相可以控制和改善 分离过程的选择性。因此，高效液相色谱法不仅可以分析不同类型的有机化 合物及其同分异构体，还可分析在性质上极为相似的旋光异构体，并已在高 疗效的合成药物和生化药物的生产控制分析中发挥了重要作用。 1 4 1 3 检测灵敏度高在高效液相色谱法中使用的检测器大多数都具有较 高的灵敏度。如被广泛使用的紫外吸收检测器，最小检出量可达1 0g ；用于 痕量分析的荧光检测器，最小检出量可达l o 。1 2 9 。 第一章绪论 1 4 1 4 分析速度快由于高压输入泵的使用，相对于经典液相( 柱) 色谱， 其分析时间大大缩减，当输液压力增大时，流动相流速会加快，完成一个样 品的分析时间仅需几分钟到几十分钟。 高效液相色谱发除具有以上特点外，它的应用范围也曰益扩展。由于它 使用了非破坏性检测器，样品被分析后，在大多数情况下，可出去流动相， 实现对少量珍贵样品的回收，亦可用于样品的纯化制备。 1 4 2 高效液相色谱法的分类 高效液相色谱法可依据溶值( 样品) 在固定相河流动相分离过程的物理 化学原理分类，也可按照溶旨在色谱柱中洗脱的的动力学过程分类。 1 4 2 1 按溶质在两相分离过程的物理化学原理分类 a 附色谱( a d s o r p t i o nc h r o m a t o g r a p h y ) b 分配色谱( p a r t i t i o nc h r o m a t o g r a p h y ) c 离子色谱( i o nc h r o m a t o g r a p h y ) d 体积排阻色谱( s i z ee x c l u s i o nc h r o m a t o g r a p h y ) e 亲和色谱( a f f i n i t yc h r o m a t o g r a p h y ) 1 4 2 2 按溶质在色谱柱脱洗的动力学过程分类 a 洗脱法( e l u t i o nm e t h o d ) b 前沿法( f r o n t a lm e t h o d ) c 置换法( d i s p l a c e m e mm e t h o d ) 1 4 3 高效液相色谱法的应用范围和局限性 1 4 3 1 应用范围 高相液相色谱法适于分析高沸点不易挥发的、受热不稳定易分解的、分 子量大、不同极性的有机化台物；生物活性物质和多种天然产物；合成的和 天然的高分子化合物等。它们涉及石油化工产品、食品合成药物、生物化工 产品基环境污染物等，约占全部有机化合物的8 0 。其余0 的有机化合物， 包括永久性气体，易挥发低沸点及中等分子量的化合物，只能用气相色谱法 进行分析。依据样品分子量和极性推荐各种h p l c 分离方法的应用范围。 1 4 3 2 局限性 高效液相色谱法虽具有应用范围广的优点，但也有下述局限性。 a 在高效液相色谱法中，使用多种溶剂作为流动相，当进行分析时所需成 本高于气相色谱法，且易引起环境污染。当进行梯度洗脱操作时，它比气相色 谱法的程序升温操作复杂。 b 高效液相色谱法中缺少如气相色谱法中使用的通用型检测器( 如热导检 测器和氢火焰离子化检测器) 。近年来蒸发激光散射检测器的应用日益增多， 天津科技大学硕士学位论文 有望发展成为高效液相色谱法的一种通用型检测器。 c 高效液相色谱法不能代替气相色谱法，去完成要求柱效高达1 0 万块理 论塔板数以上，必需用毛细管气相色谱法分析组成复杂的具有多种沸程的石 油产品。 d 高效液相色谱法也不能代替中、低压柱色谱法，在2 0 0 k p a 至1 m p a 柱 压下去分析受压易分解、变性的具有生物活性的生化样品。 综上所述可知，高效液相色谱法液和任何一种常用的分析方法一样，都 不可能十全十美，作为使用者在掌握了高效液相色谱法的特点，使用范围和 局限性的前提下，充分利用高效液相色谱法的特点，就可在解决实际分析任 务中发挥重要的作用。 构成高效液相色谱仪的主要部件：贮液罐、高压输液泵、进样装置、色 谱柱、检测器，记录以和数据处理装置。 1 4 3 3 高效液相色谱的分离原理 在液固色谱法中，固定相是固相吸附剂，它们是一些多孔性的极性微粒物 质，如氧化铝、硅胶等。它们的表面存在着分散的吸附中心，溶质分子和流 动相分子在吸附表面呈现的吸附活性中心上进行竞争吸附，这种作用还存在 于不同溶质分子间，以及同一溶质分子中不同官能团之间。由于这些竞争作 用，便形成不同溶质在吸附剂表面的吸附、解吸平衡，这就是液固色谱具有 选择性分离能力的基础。 当溶剂分子在吸附剂表面被吸附时，必然会置换己吸附在吸附剂表面的 流动相分子，这种竞争吸附可用下式表示： 吸附 x m + n 【，i f = = = 士x s + nm m 解吸 式中，x 。和x 。分别表示在流动相中和吸附在吸附剂表面上的溶质：m 。和m 。 分别表示在流动相中和在吸附剂上被吸附的流动相分子；n 表示被溶质分子代 替的流动相分子的数目。 1 4 4 色谱分析在食品分析中的应用 食品是人类生活中不可缺少的必需品，使人类生命活动能源的来源。食 品种类繁多，各种食品具有不同的特性和营养成分，它所包含的糖、有机酸、 维生素、蛋白质、氨基酸、脂肪等直接关系人体的健康。在食品生产过程， 往往需添加防腐剂、抗氧化剂、人工合成色素、甜味剂、保鲜剂等化学物质， 它们的含量过高就会危害人体健康。此外由于环境污染，也会使食品沾污有 害微量元素、农药残留、黄曲霉毒素等。因此，食品分析的重要性目益受到 第一章绪论 人们的关注。 近年来高效液相色谱分析法在食品分析中的应用日益增多，它比化学分析 法操作简便、快速，并能提供更多的有用信息。 1 5 立题背景和意义 咖啡作为西方人的日常饮品，现在已广泛被包括国人在内的东方人逐渐接 受。咖啡作为一种历史悠久的种植物，有其一套严格的分类及评价标准，一 般从其口感，气味和色泽上作评价。论文意在开发云南种植的两种咖啡豆的 商业价值，确定焙炒过程中咖啡豆的最适焙炒条件，可是不同的焙炒炉具所 需要的时间和温度并不一样，因此有必要寻找一个固定的参数来控制咖啡豆 的焙炒条件，使之有利于工业化生产，简化工艺流程。论文选择了四种咖啡 里的化学成分，使之与色度值建立相关关系，最终以色度值这个比较容易测 定的参数来控制焙炒条件。 豆乳是我国及日本等东方国家的传统饮品，其1 ：3 感及气味为大多数东方人 所熟悉和喜爱，论文研制一种希望能被东西方人都接受的咖啡豆乳饮料，相 信会具有广泛的市场。 6 论文拟解决的关键问题 6 1 根据感观评价确定咖啡豆的最适焙炒条件 6 2 测定不同焙炒条件下葫芦巴碱，烟酸，绿原酸和咖啡因的含量，比较 他们的变化规律以及与风味特征大关系 6 3 测定不同焙炒条件下各色度值，寻求其与焙炒条件的相关关系 6 4 研制出咖啡豆乳饮料 6 5 解决其稳定性的问题 4 天律科技大学倾j j 学位论文 2 材料与方法