牛奶脂肪對不同烘焙程度咖啡感官品質的影響

宋佳慧， 夏熠珣*，4， 徐菲菲， 鐘 芳，4

（1. 江南大學 食品學院，江蘇 無錫 214122；2. 江南大學 未來食品科學中心，江蘇 無錫 214122；3. 江南大學 江蘇省食品安全與質量控制協同創新中心，江蘇 無錫 214122；4. 嘉興未來食品研究院，浙江 嘉興 314015）

咖啡是世界三大飲料之一，近年來，咖啡在中國的消費量逐年增長，過去4 年里，咖啡市場整體增速超過20%，而現磨咖啡增長更為迅速，比咖啡市場的總體增速高出2%~9%[1]。 至2019 年，現磨咖啡行業占據咖啡行業的70%[2]。 而現磨咖啡的消費中， 主要以加入牛奶等其他配料制得的拿鐵咖啡、卡布奇諾咖啡、摩卡咖啡等花式咖啡為主，因此，深入了解牛奶對咖啡風味的影響對于咖啡行業的發展具有重要的意義。

目前， 現磨咖啡中所添加的牛奶多為全脂牛奶，然而，隨著健康需求的日漸增長，人們也不斷嘗試采用低脂或脫脂牛奶代替全脂牛奶制作花式咖啡，但從消費者的接受度上來看，整體并未得到廣泛認可，這是因為相比全脂牛奶咖啡，低脂牛奶咖啡在感官上的表現不盡人意。 那么這種差異出現的主要原因是否與低脂和全脂牛奶自身的風味差異有關？ Chapman 等研究表明，牛奶脂肪質量分數在一定范圍內發生改變，普通消費者感知到的差異并不顯著，例如，對于脫脂牛奶和含脂肪質量分數2%的牛奶，在三角測試中，僅有30%的消費者能夠識別二者的差異[3]，通過閾值實驗發現，直至脂肪質量分數達到4.4%時，消費者才能確切地感知到其與脫脂牛奶之間的風味變化[4]，可見對消費者而言，不同脂肪質量分數牛奶的風味差異并不明顯。 因此，全脂與脫脂牛奶咖啡的差異可能主要來自牛奶脂肪對咖啡風味的影響。 一些研究顯示，牛奶中的脂肪對咖啡揮發性風味成分的影響大于蛋白質，并遠大于碳水化合物[5]，它通過與咖啡中的親脂性風味物質結合[6]，對咖啡香氣的釋放產生影響[7-8]，毫無疑問，脂肪質量分數的變化必然會導致牛奶咖啡整體風味發生改變。 然而，目前的研究主要針對咖啡揮發性風味成分的變化，缺乏從感官評價角度對咖啡風味品質變化展開的相應研究。 并且，相較于牛奶中脂肪質量分數差別閾值的充分研究，全脂牛奶咖啡中牛奶脂肪質量分數的降低對牛奶咖啡產生的影響能否被消費者感知到，以及感知到差異時的差別閾值目前也尚未有報道。 除此之外，已有研究發現消費者的性別[9]和消費頻率[10]會影響其對咖啡風味的偏好和敏感性，但這些因素是否會影響牛奶咖啡中脂肪的差別閾值尚不明確。

此外，牛奶中脂肪質量分數對咖啡風味的影響在不同烘焙程度咖啡中是否一致， 目前也尚不清楚。 Adhikari 研究發現牛奶的添加對不同烘焙程度咖啡所帶來的影響并不相同，譬如，淺焙咖啡的平衡程度、余味持久度會升高，而中焙和深焙咖啡的咖啡味、苦味和平衡程度等則會降低[11]，這可能與不同烘焙程度咖啡本身存在較大的風味差異[12-13]有關。 盡管關于咖啡烘焙程度[14-16]的研究很多，但目前鮮有關于牛奶脂肪質量分數對不同烘焙程度咖啡液的影響是否存在差異的報道。

因此，作者采用定量描述性分析方法（quantitative descriptive analysis，QDA）全面評價牛奶脂肪質量分數對咖啡感官品質的影響，并比較這一影響在不同烘焙程度咖啡間是否存在差異；采用三點選配（3-alternative forced choice，3-AFC）法測量全脂牛奶咖啡中脂肪質量分數變化的差別閾值（just noticeable difference，JND），從而確定最優脂肪質量分數，使其在保持較低脂肪質量分數的情況下，呈現與全脂牛奶咖啡相似的感官品質。 在低脂消費的趨勢下，該研究可以為不同烘焙程度咖啡中添加低脂奶的脂肪質量分數控制提供參考，從而提高消費者對低脂牛奶咖啡的感官接受度。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

咖啡豆品種為危地馬拉-安提瓜，水洗加工，產期為2019 年11 月至2020 年3 月： 昆山熠果國際貿易有限公司產品；脫脂牛奶、全脂牛奶：內蒙古伊利實業集團股份有限公司產品；明礬、無水檸檬酸（均為食品級）：河南中泰食化有限公司產品；白砂糖（食品級）：廣州福正東海食品有限公司產品；綠色心情雪糕：內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司產品；花生：上海塞翁福農業發展有限公司產品；煙熏香味料：金牛山食品香料廠產品；焦糖味糖漿：馬來西亞好時公司產品；至臻原味速溶咖啡：上海雀巢產品服務有限公司產品。

1.2 儀器與設備

BD-01WT 烘焙機： 廣州市必德通用設備有限公司產品；SPER JOLLY Electronic 咖啡豆研磨機：意大利Mazzer 公司產品；GS/3 半自動咖啡機：意大利la marzocco 公司產品；F11 Plus-S 全自動咖啡機：咖博士咖啡系統科技有限公司產品。

1.3 方法

1.3.1 不同烘焙程度咖啡豆的制備 將同一種危地馬拉咖啡豆烘焙不同時間，獲得不同烘焙程度的咖啡豆，烘焙曲線見圖1。 分別在一爆后1.2 min、二爆開始、二爆后1.8 min 出豆。 淺焙、中焙、深焙咖啡豆的豆表色度分別為：#78、#60、#40。 烘焙后的咖啡豆立即裝入帶有單向閥的咖啡包裝袋儲藏。 為保證咖啡豆品質，養豆1 周后才可用于實驗；為保證樣品的穩定性，僅使用烘焙后2 周內的咖啡豆進行實驗。

圖1 不同烘焙程度咖啡豆的烘焙曲線Fig.1 Roasting curve of coffee beans with different degrees of roasting

1.3.2 不同烘焙程度咖啡液的制備 首先，用研磨機將咖啡豆研磨成咖啡粉，取出19 g 研磨好的咖啡粉裝入粉碗中，置于自動壓粉機中壓為粉餅，再通過半自動咖啡機在0.9 MPa、92.6 ℃下萃取咖啡，獲得萃取液25 g。 通過控制研磨機的研磨程度， 使3個烘焙程度咖啡均在18~20 s 獲得所需咖啡液。

1.3.3 不同脂肪質量分數牛奶咖啡的制備 將咖啡液與牛奶混合制得牛奶咖啡，咖啡液與牛奶質量比為1∶9。 通過控制脫脂牛奶 （脂肪質量分數為0.1%）和全脂牛奶（脂肪質量分數為3.8%）的混合比例制得不同脂肪質量分數的牛奶。 樣品的配制比例見表1。

表1 樣品制備比例及所得牛奶的脂肪質量分數Table 1 Sample preparation ratio and the final milk fat mass fraction

1.3.4 描述性分析 按照國標GB/T 16291.1—2012要求，篩選12 名優選評價員并進行培訓。

參考虞健的研究[17]和美國精品咖啡協會（SCAA）建立的咖啡風味輪， 初步建立了黑咖啡的描述詞，在此基礎上，通過評價小組討論確定牛奶咖啡的感官描述詞。 具體過程為：評價員品嘗完每個牛奶咖啡樣品后給出描述詞，評價小組組長合并所有描述詞，刪除偏愛類和重復的詞語，從客觀描述詞中挑選引用頻率高的詞語，經評價員討論后確定可以保留的詞匯，并在隨后的培訓中明確術語定義和確定參照樣。

經過階段性的培訓后，從區分能力、重復性和一致性3 個方面評估評價員，由評估合格的評價員組成10 人評價小組，采用定量描述性分析方法、15 點（0~15 分）標度尺、量值估計法對樣品進行評估[18]。

在樣品評價時，將30 mL 牛奶咖啡倒入50 mL一次性透明無味品嘗杯中， 用3 位數隨機編碼，通過保溫杯墊控制樣品評價溫度在45~55 ℃。 通過9次實驗，評價員完成了對所有樣品的評價，每次實驗評價時長約為2 h，每個樣品被重復評價一次。

1.3.5 脂肪質量分數差別閾值實驗 差別閾值通常通過測量最小可察覺差異來確定，也就是能夠產生可察覺差異時，脂肪質量分數的最小變化量[19]。參考文獻[20-21]，測量全脂牛奶咖啡中脂肪質量分數的差別閾值。 差別閾值實驗中的普通消費者為60名在校大學生（男女比例22∶38，年齡20~21 歲），全脂牛奶的脂肪質量分數設置符合市場上全脂牛奶的普遍情況。 根據預實驗確定全脂牛奶咖啡的差別閾值為2.2%~2.6%， 確定閾值實驗的稀釋因子為0.67，由此確定了一系列牛奶的脂肪質量分數。

使用3-AFC 法測量JND，對于每個烘焙程度樣品的測試分別設置5 組實驗，每組實驗中包含2 個參照樣和1 個待測樣， 參照樣為全脂牛奶咖啡，待測樣為不同脂肪質量分數的牛奶咖啡，5 組實驗中脂肪質量分數遞減。 消費者按照從左到右的順序依次品嘗樣品， 并選出3 個樣品中最不同的那一個。只有消費者完成當前測試后，才會收到下一組測試的樣品，并回收對應問卷。 在品嘗每組樣品前，消費者要用蘇打餅干清口和喝清水漱口。 為了避免攝入過多的咖啡因造成潛在干擾，要求消費者不要吞咽樣品。 每個樣品均用3 位數隨機編碼，每組3-AFC實驗中的樣品出現順序是平衡的，每位消費者的品嘗順序是隨機的。 實驗分為3 個環節，均在同一天完成，每個環節包含一個烘焙程度牛奶咖啡樣品的測試，每完成一個環節的測試，消費者休息20 min。消費者品嘗3 個烘焙程度樣品的順序是平衡的。

以上描述性分析實驗和差別閾值實驗均在江南大學食品學院感官評價實驗室完成，每個消費者均在獨立的評價小間完成實驗，實驗在紅光下進行以避免顏色差異對風味差異判斷的干擾。

1.4 數據分析

對于描述性分析結果，采用單因素方差分析檢查樣品在各感官屬性間是否存在顯著差異，采用雙因素方差分析檢查烘焙程度與脂肪質量分數之間是否存在交互作用。

使用最佳閾值估計 （BET） 法計算差別閾值。BET 的計算方法參考GB/T22366—2008 中BET 的計算[22]，具體過程為求出不能做出正確選擇的最低質量分數和下一個能做出正確選擇的更低質量分數的幾何平均值作為個人BET，如果一名消費者對一系列實驗均做出了正確選擇，則假設該消費者在最高脂肪質量分數的下一個更高質量分數會做出錯誤選擇并據此計算他的個人BET；同理，如果一名消費者對一組實驗均做出了錯誤選擇，則假設該消費者在最低脂肪質量分數的下一個更低質量分數會做出正確選擇并據此計算其個人BET。 以所有消費者BET 的幾何平均值作為消費者群體的BET[23]，則群體差別閾值的計算公式為：

式中：Jp為群體差別閾值，也就是產生消費者可覺察差異時需要改變的牛奶脂肪質量分數；w 為參照樣的脂肪質量分數，此處為全脂牛奶的脂肪質量分數（3.8%）；Bp為群體的BET。

對不同烘焙程度咖啡，分別計算個人BET 和群體差別閾值。

根據咖啡消費頻率是否高于每周1~2 次將消費者分為高消費頻率組和低消費頻率組[24]。 通過對個人BET 的常用對數值進行單因素方差分析[25]，比較不同烘焙程度咖啡間JND 的差異和不同人群間（性別、消費頻率）的差異。

采 用Excel 2016、Origin 9.1 繪 制 圖表。 采用XLSTAT 2018 進行方差分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 牛奶脂肪質量分數對咖啡感官品質的影響

經過討論，描述詞及其定義和參照樣見表2。共包含3 個味覺屬性、7 個鼻前香氣屬性、6 個鼻后香氣屬性和2 個口感屬性。

表2 牛奶咖啡的感官描述詞、定義、參照樣及標度Table 2 Sensory descriptors, definition and reference of white coffee

首先， 根據建立的屬性對黑咖啡樣品進行評價，以確定所制備的咖啡是否存在感官差異。如圖2所示，在黑咖啡中共有11 個屬性，其中2 個味覺屬性、2 個口感屬性、4 個鼻前香氣屬性和3 個鼻后香氣屬性，隨烘焙程度增加，對于味覺屬性，酸味（t：8.3~6.0 分）顯著減弱、苦味（t：4.2~9.8 分）顯著增加；對于口感屬性，澀味和醇厚感不變；而對于香氣屬性，煙味（f：6.1~9.1 分；a：6.5~8.8 分）和煳味（f：6.3~10.1 分；a：6.3~9.2 分）顯著增強，酸味（a：13.0~8.0分）顯著減弱，這一結果與Bhumiratana 等的研究相符[13]。 此外，在淺焙咖啡中存在輕微的生豆味，而中焙和深焙咖啡中不存在。 整體而言，制備的不同烘焙程度黑咖啡液中存在明顯的感官差異。

圖2 不同烘焙程度黑咖啡液的感官差異Fig. 2 Sensory differences of liquid black coffee with different degrees of roast

如圖3 所示，在黑咖啡的基礎上，牛奶咖啡樣品中增加了7 個感官屬性，包括1 個味覺屬性（甜味），3 個鼻前香氣屬性（焦糖味、奶香味、生豆味）和3 個鼻后香氣屬性（焦糖味、奶香味、生豆味），其中生豆味（a/f）僅在淺焙牛奶咖啡中被感知到。 隨著脂肪質量分數的降低，3 個烘焙程度牛奶咖啡感官屬性的變化規律基本一致， 黑咖啡中原有的感官屬性，包括酸味（t）、苦味（t）、澀味（m）、煙味（a/f）、煳味（a/f）等逐漸增強，而牛奶咖啡中新具有的屬性，包括甜味（t）、醇厚感（m）、焦糖味（a/f）、奶香味（a/f）等減弱。 此外，淺焙牛奶咖啡獨有的生豆味（a/f）隨著脂肪質量分數的增加而逐漸減弱。

圖3 牛奶脂肪質量分數對不同烘焙程度牛奶咖啡感官屬性的影響Fig. 3 Influence of milk fat mass fraction on sensory attributes of white coffee with different degrees of roast

對烘焙程度和脂肪質量分數進行單因素方差分析。 如表3 所示，脂肪質量分數對所有感官屬性均會產生顯著影響，但烘焙程度對酸味（t）、焦香味（a/f）和酸味（a）等屬性不存在顯著影響。 進一步對烘焙程度和脂肪質量分數進行雙因素方差分析，如果二者存在交互作用，則證明脂肪質量分數對不同烘焙程度牛奶咖啡的影響程度不同， 結果表明，煙味（a）和煳味（a）在烘焙程度和脂肪質量分數間存在顯著交互作用，說明脂肪質量分數對不同烘焙程度咖啡的煙味和煳味的影響程度存在差異。 結合具體結果可知（見圖3），淺焙、中焙和深焙咖啡中煙味（a）的變化范圍分別為0.2~2.0、0.5~3.1、0.7~4.5，煳味（a）的變化范圍分別為0.0~2.9、0.3~3.4、0.4~4.6，隨著烘焙程度加深，煙味（a）和煳味（a）受牛奶脂肪質量分數的影響增大。

表3 烘焙程度、脂肪質量分數及兩者交互作用對咖啡感官屬性的影響Table 3 Effect of roasting degree,fat content and their interaction on sensory attributes of coffee

為進一步了解牛奶脂肪質量分數對不同烘焙程度牛奶咖啡感官屬性影響的差異，進行主成分分析。 主成分分析能夠將多個彼此相關的指標轉化為少數幾個彼此獨立或相關性較小的綜合指標，從而避免重復信息的干擾[26]。如表4 所示，前兩個主成分方差貢獻率依次為70.137%、15.000%， 累計貢獻率為85.137%， 表明主成分分析能夠反映原始數據的大部分信息。

表4 主成分的特征值及貢獻率Table 4 Eigenvalues and variability of principal components

變量的余弦平方值越大， 在兩軸上的和越大，該變量越能用于區分樣品。 如表5 所示，大多數屬性在第一主成分上的余弦平方值最大，其中前3 位為煳味（a）、焦香味（a）和煙味（a），這是區分樣品的關鍵屬性。而苦味（t）和生豆味（a/f）則主要在第二主成分上具有較高的余弦平方值，表明這些屬性有利于區分在第二主成分上存在差異的樣品。

表5 感官屬性變量的余弦平方值Table 5 Cosine square of the variables of sensory attributes

在主成分分析圖中， 樣品與屬性位置越接近，則該屬性在該樣品中的強度越高；位置越接近的樣品，整體感官特征越接近。 如圖4 所示，不同脂肪質量分數牛奶咖啡主要由第一主成分區分，隨脂肪質量分數降低，不同烘焙程度牛奶咖啡主要由第二主成分區分。 相比烘焙程度不同的樣品，不同脂肪質量分數的樣品在主成分圖上的距離更遠，表明相比烘焙程度的影響， 牛奶脂肪質量分數的影響更大。隨著脂肪質量分數的增加，不同烘焙程度樣品在主成分分析圖上位置的變化情況基本一致，但在第二主成分上投影的距離減小，這一結果表明雖然牛奶脂肪質量分數變化對不同烘焙程度咖啡感官屬性的影響相似，但脂肪掩蓋了由烘焙程度差異帶來的苦味（t）和生豆味（a/f）的差異。

圖4 描述樣本間關系的PCA 圖Fig. 4 PCA chart depicting relationships among the samples

2.2 全脂牛奶咖啡中牛奶脂肪質量分數的差別閾值

JND 越小表明產生消費者可察覺差異時需要改變的脂肪質量分數越小，也就是說，牛奶脂肪對咖啡風味產生的影響越大。如圖5 所示，3 個烘焙程度下，JND 分別為2.59%、2.45%和2.36%。隨著烘焙程度加深，JND 減小，說明隨烘焙程度加深，牛奶中脂肪質量分數對咖啡感官屬性的影響程度可能會增加，但這一結果不存在顯著差異。 根據描述性分析結果， 造成差異的原因可能是隨烘焙程度加深，牛奶脂肪對煙味的影響更大。 根據JND 結果，如果要在不產生消費者可明顯感知的感官差異的前提下降低牛奶咖啡中的脂肪質量分數，淺焙、中焙和深焙咖啡分別需要將牛奶脂肪質量分數控制在1.21 %、1.35%、1.44%以上。

圖5 烘焙程度對全脂牛奶咖啡差別閾值的影響Fig. 5 Influence of roasting degress on JND threshold of whole fat milk coffee

對于不同消費人群而言，JND 越小， 表明消費者對全脂牛奶咖啡中脂肪質量分數的變化越敏感。如圖6 所示， 對不同性別消費者的JND 進行比較，女性的JND 小于男性，女性在淺、中、深3 個烘焙程度咖啡中的JND 分別為2.55%、2.26%和2.15%，而男性分別為2.67%、2.72%、2.67%。 在深焙樣品中的JND 存在顯著差異，表明女性消費者對脂肪質量分數降低造成的牛奶咖啡感官特性的變化更加敏感。

圖6 性別對全脂牛奶咖啡差別閾值的影響Fig. 6 Influence of gender on JND threshold of whole fat milk coffee

消費頻率對JND 的影響見圖7，低頻消費者的JND 略低于高頻消費者，說明低頻消費者對脂肪質量分數降低造成的感官差異可能更加敏感，但沒有明顯差異。 盡管Gotow 等發現消費頻率低的消費者對咖啡的后味更加敏感[10]，但在一些實驗中也發現差別閾值與消費頻率無關[25]，這與本研究的結果相符。

圖7 消費頻率對全脂牛奶咖啡差別閾值的影響Fig. 7 Influence of consumption frequency on JND threshold of whole fat milk coffee

3 結 語

描述性分析結果表明，牛奶脂肪質量分數的降低會對咖啡風味產生顯著影響，這一影響大于不同烘焙程度帶來的差異。 對于不同烘焙程度牛奶咖啡而言，牛奶脂肪質量分數變化對其感官品質的影響趨勢一致。 整體上，隨牛奶脂肪質量分數降低，牛奶咖啡的酸味（t）、苦味（t）、澀味（m）、煙味（a/f）、煳味（a/f）、焦香味（a/f）、酸味（a）和生豆味（a/f）逐漸增強，甜味（t）、醇厚感（m）、焦糖味（a/f）和奶香味（a/f）減弱，但隨烘焙程度加深，煙味（a）和煳味（a）屬性受到的影響增強。 此外，由烘焙程度差異造成咖啡苦味的差異會被脂肪掩蓋，因此隨著牛奶脂肪質量分數降低，不同烘焙程度樣品間的苦味差異增大。

對淺、中、深3 個烘焙程度全脂牛奶咖啡而言，牛奶脂肪質量分數的消費者差別閾值分別為2.59%、2.45%和2.36%，隨烘焙程度加深，脂肪質量分數對咖啡風味影響有增強的趨勢。 此外，女性消費者對全脂牛奶咖啡中脂肪質量分數的變化更加敏感，在深焙咖啡中，男女存在顯著差異。 與高頻消費者相比，低頻消費者對脂肪質量分數的變化略敏感，但未發現明顯差異。

綜上所述，牛奶中脂肪質量分數的降低對牛奶咖啡感官風味品質的影響是多方面的，并且在不同烘焙程度咖啡中存在一定差異。 為了在降低脂肪質量分數的同時，不產生消費者可以明顯感知到的感官差異，淺焙、中焙和深焙咖啡分別需要將牛奶脂肪質量分數控制在1.21%、1.35%、1.44%以上，隨著咖啡豆烘焙程度的加深，可適當將脂肪質量分數提高，女性消費者會對這一變化更加敏感，為了獲得女性消費者青睞， 可以將脂肪質量分數控制在1.65%以上。