凝固型咖啡酸奶的研制

王宇星，王 超，嚴(yán)文莉，鄭夢(mèng)林，祁勇剛，付詩(shī)鳴，高 冰，胡 勇

（湖北工業(yè)大學(xué) 生物工程與食品學(xué)院 湖北省食品發(fā)酵工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430068）

酸奶以其獨(dú)特的風(fēng)味、豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等受到了消費(fèi)者的喜愛，成為了乳制品行業(yè)中產(chǎn)量及需求最大，普及面最廣的產(chǎn)品[1-2]。目前，國(guó)內(nèi)的研究人員結(jié)合營(yíng)養(yǎng)學(xué)、現(xiàn)代乳品加工技術(shù)等，對(duì)功能性酸奶的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、口感展開了較多研究[3-6]。酸奶按加工工藝可以分為凝固型酸奶和攪拌型酸奶[7]，凝固型酸奶具有濃郁的天然協(xié)調(diào)酸奶香氣，細(xì)膩均勻，質(zhì)地稠厚、酸甜適宜、后味豐滿，是一種深受廣大群眾喜愛的產(chǎn)品[8-9]。凝固型酸奶具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，每100 g凝固型酸奶含鈣120 mg左右，同時(shí)含有豐富的B族維生素、膽堿等[10]。

咖啡具有提神、解除疲勞、提高工作效率、幫助消化和脂肪分解、生津止渴、利尿等效用[11]。另外，咖啡含有咖啡酸和奎寧酸等抗氧化成分，咖啡飲用與癌癥、心血管疾病、糖尿病、老年癡呆等慢性病呈負(fù)相關(guān)[12]。

單純的原味酸奶口感單一和益生功能少，通過(guò)添加低糖、低脂、富含營(yíng)養(yǎng)的輔助原料進(jìn)行發(fā)酵是提高酸奶附加值的有效方法[13-14]。在酸奶生產(chǎn)中添加適量咖啡，不僅可以增加酸奶的功能性，豐富酸奶品種，而且可以改變咖啡的單一飲用方式[15]。而在以往的研究中，對(duì)凝固型咖啡酸奶脂肪含量的研究較少，主要集中于研究其組織狀態(tài)、口感、氣味等感官評(píng)價(jià)和理化性質(zhì)。因此，本研究通過(guò)對(duì)脂肪含量、咖啡添加量、發(fā)酵時(shí)間等進(jìn)行單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，考察其對(duì)凝固型咖啡酸奶的影響，研制出最佳的凝固型咖啡酸奶的工藝與配方，為凝固型咖啡酸奶的市場(chǎng)化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

速溶咖啡：市售；全脂乳粉（脂肪28.4%，蛋白質(zhì)24%）：恒天然（上海）有限公司；蔗糖、酸奶（5種，分別編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#）：市售；安琪酵母8菌型（菌種：嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌、兩歧雙歧桿菌、植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、干酪乳桿菌、羅伊氏乳桿菌）：安琪酵母股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

LHS-250SC型智能型恒溫恒濕箱：上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司；AB-50電子天平：瑞士Mettler Toledo公司；旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)NDJ-79型：同濟(jì)大學(xué)機(jī)電廠；PHS-2F型pH計(jì)：瑞士Mettler Toledo公司；GJB50L/h-40Mpa均質(zhì)機(jī)：常州市超力均質(zhì)泵廠。

1.3 方法

1.3.1 凝固型咖啡酸奶生產(chǎn)工藝流程及操作要點(diǎn)

操作要點(diǎn)：

預(yù)熱：將蔗糖、奶粉、咖啡、水按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比例混合均勻，然后加熱至40 ℃，并維持?jǐn)嚢? min。

均質(zhì)：將40℃的混合料液進(jìn)行均質(zhì)，均質(zhì)壓力為15MPa。

殺菌、冷卻：均質(zhì)后的料液加熱至100 ℃殺菌，維持2～3 min，然后快速降溫至41～43 ℃。

接種、發(fā)酵：將酸奶發(fā)酵劑按照說(shuō)明書要求迅速添加到冷卻的料液里，攪拌均勻，然后放入42 ℃恒溫培養(yǎng)箱發(fā)酵。

冷藏后熟：發(fā)酵完成后放入4 ℃冰箱冷藏，促進(jìn)酸奶中芳香物質(zhì)的產(chǎn)生，且增加酸奶制品黏稠度[16]。

1.3.2 凝固型咖啡酸奶工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置4個(gè)單因素變量：脂肪含量（3.0%、3.2%、3.4%、3.6%、3.8%），咖啡添加量（0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%），發(fā)酵時(shí)間（3 h、4 h、5 h、6 h、7 h），蔗糖添加量（4%、6%、8%、10%、12%），以感官評(píng)分（100分）為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.3.3 凝固型咖啡酸奶工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，分別選取脂肪含量（以全脂乳粉為原料）（A）、咖啡添加量（B）、發(fā)酵時(shí)間（C）、蔗糖添加量（D）4個(gè)參數(shù)為變量。在42 ℃條件下，發(fā)酵劑添加量為0.1%，在4 ℃條件下后熟24 h，以感官評(píng)分（100分）為試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)L9（34）的正交試驗(yàn)，因素與水平如表1。

表1 凝固型咖啡酸奶工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests of set coffee yoghurt process optimization

1.3.4 測(cè)定方法

感官評(píng)價(jià)：參照GB 19302—2010《發(fā)酵乳》中的標(biāo)準(zhǔn)[17]，選擇10位有本行業(yè)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員，對(duì)凝固型咖啡酸奶的組織狀態(tài)、口感、氣味、色澤等各項(xiàng)感官指標(biāo)進(jìn)行判定，計(jì)算平均分。滿分為100分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2[18-19]。

表2 酸奶感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of yogurt

黏度測(cè)定：采用旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)，根據(jù)黏度范圍，選用二單元1×10轉(zhuǎn)子，在20 ℃條件下測(cè)試。在第30秒時(shí)記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)3次后取平均值[20]。

酸度、脂肪含量：按照GB 19302—2010《發(fā)酵乳》中的方法測(cè)定。

pH值：采用精密pH計(jì)測(cè)量。

乳酸菌菌落計(jì)數(shù)：按照GB/T 4789.35—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)乳 酸菌檢驗(yàn)》中的方法測(cè)定[22]。大腸桿菌菌落計(jì)數(shù)：按照GB/T 4789.3—2008《食品衛(wèi)生生物學(xué)檢驗(yàn)大腸桿菌計(jì)數(shù)》中的方法測(cè)定[23]。

1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除率測(cè)定：咖啡酸奶與未添加咖啡酸奶（相同發(fā)酵條件）于離心機(jī)3 500 r/min離心20 min，取上清液測(cè)定DPPH自由基清除率[24]。

羥自由基清除率測(cè)定：咖啡酸奶與未添加咖啡酸奶（相同發(fā)酵條件）于離心機(jī)3 500 r/min離心20 min，取上清液測(cè)定羥自由基清除率[24]。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

采用office Excel 2016、origin 2019和SPSS17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。置信度95%，采用假設(shè)檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 凝固型咖啡酸奶工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 脂肪含量對(duì)凝固型咖啡酸奶質(zhì)量的影響

由圖1可知，隨著脂肪含量的增加，感官評(píng)分先增加后降低。脂肪含量＜3.4%時(shí)，酸奶凝乳不均勻，有少量乳清析出；脂肪含量為3.4%時(shí)，感官評(píng)分最高為87分，酸奶質(zhì)地稠厚、酸甜適宜，滋味協(xié)調(diào)；脂肪含量＞3.4%時(shí)，酸奶質(zhì)地過(guò)于稠厚。因此，脂肪含量的最適量為時(shí)3.4%。脂肪含量為3.4%最為合適。

圖1 脂肪含量對(duì)凝固型咖啡酸奶質(zhì)量的影響Fig.1 Effect of fat content on the quality of set coffee yogurt

2.1.2 咖啡添加量對(duì)凝固型咖啡酸奶質(zhì)量的影響

咖啡作為咖啡酸奶實(shí)驗(yàn)的主要原料，對(duì)咖啡酸奶的滋味起決定性的作用，咖啡添加量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響見圖2。由圖2可知，隨著咖啡添加量的增加，感官評(píng)分先增加后降低。咖啡添加量＜1.0%時(shí)，酸奶咖啡味較淡，酸味或甜味較濃；咖啡添加量為1.0%時(shí)，酸奶酸甜比適當(dāng)，略帶咖啡味，感官評(píng)分最高為83分；咖啡添加量＞1.0%時(shí)，酸奶咖啡味較濃，酸甜比不協(xié)調(diào)。因此，咖啡添加量為1.0%最為合適。

圖2 咖啡添加量對(duì)凝固型咖啡酸奶質(zhì)量的影響Fig.2 Effect of coffee addition on the quality of set coffee yogurt

2.1.3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)凝固型咖啡酸奶質(zhì)量的影響

發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶品質(zhì)的影響見圖3。由圖3可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，感官評(píng)分先增加后降低。發(fā)酵時(shí)間不足6 h時(shí)，酸奶有不同程度的乳清析出，并且酸味不足；發(fā)酵時(shí)間為6 h時(shí)，感官評(píng)分最高為87分，酸甜度適中；發(fā)酵時(shí)間超過(guò)6 h時(shí)，酸味偏重。因此，發(fā)酵時(shí)間為6 h最佳。

圖3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)凝固型咖啡酸奶質(zhì)量的影響Fig.3 Effect of fermentation time on the quality of set coffee yogurt

2.1.4 蔗糖添加量對(duì)凝固型咖啡酸奶質(zhì)量的影響

蔗糖添加量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響見圖4。由圖4可知，隨著蔗糖添加量的增加，感官評(píng)分先增加后降低。蔗糖添加量為4%，酸奶味道不濃郁，甜味不明顯，酸度過(guò)高；添加量為6%時(shí)，酸奶黏稠度恰好，酸奶味濃郁，酸甜比適中且具有咖啡味，感官評(píng)分最高為87分；添加量增至8%時(shí)，酸奶過(guò)于粘稠。因此，蔗糖添加量為6%最為合適。

圖4 蔗糖添加量對(duì)凝固型咖啡酸奶質(zhì)量的影響Fig.4 Effect of sucrose addition on the quality of set coffee yogurt

2.2 凝固型咖啡酸奶工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果

選取脂肪含量（A）、咖啡添加量（B）、發(fā)酵時(shí)間（C）、蔗糖添加量（D）4個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)結(jié)果如表3所示；舍棄正交試驗(yàn)結(jié)果中的極差最小值咖啡添加量，對(duì)其余3個(gè)因素進(jìn)行方差分析，正交試驗(yàn)結(jié)果的方差分析如表4所示。

由表3可知，影響凝固型咖啡酸奶感官得分的主次因素為：發(fā)酵時(shí)間＞脂肪含量＞蔗糖添加量＞咖啡添加量。由表4可知，發(fā)酵時(shí)間對(duì)凝固型咖啡酸奶感官得分有非常顯著的影響（P＜0.01），脂肪含量對(duì)其有顯著的影響（P＜0.05），而蔗糖添加量對(duì)其影響不顯著（P＞0.05）。極差分析結(jié)果表明最優(yōu)方案為：A2B2C3D1，即脂肪含量3.4%，咖啡添加量1.0%，發(fā)酵時(shí)間6 h，蔗糖添加量6%。在此最佳條件下，發(fā)酵酸奶的最佳感官品質(zhì)評(píng)分為89分，黏度為5 640 mPa·s，此時(shí)酸奶組織穩(wěn)固細(xì)膩均勻，表面光滑無(wú)裂紋、無(wú)咖啡粉狀沉淀、無(wú)乳清析出，酸甜比適當(dāng)，后味豐滿，帶咖啡顏色，具有酸奶的香氣，略帶咖啡味。

表3 凝固型咖啡酸奶工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal test results for coffee yoghurt technology optimization

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal tests results

2.3 理化性質(zhì)及微生物指標(biāo)

組合A2B2C3D3的脂肪含量為3.4%，大于GB 19302—2010《發(fā)酵乳》的2.9%。由表5可知，酸度為88°T，是所有組合中最高值，并且大于70°T；pH為4.24，是所有組合中最低值；體現(xiàn)了最優(yōu)組合在理化性質(zhì)上的最優(yōu)性。符合GB 19302—2010《發(fā)酵乳》對(duì)酸奶品質(zhì)的規(guī)定。最優(yōu)發(fā)酵方案制得的咖啡酸奶乳酸菌數(shù)為1.25×108CFU/mL，大腸桿菌未檢出，符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

表5 不同組合正交試驗(yàn)的酸度與pH結(jié)果Table 5 Acidity and pH results of different orthogonal tests

2.4 抗氧化性檢測(cè)結(jié)果

將凝固型咖啡酸奶和未添加咖啡酸奶對(duì)DPPH自由基清除率、羥基自由基清除率進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見圖5。由圖5可知，酸奶均具有抗氧化性，因?yàn)榭Х群锌Х人岷涂鼘幩岬瓤寡趸煞?，?dǎo)致凝固型咖啡酸奶的DPPH自由基、羥基自由基清除率均強(qiáng)于未添加咖啡酸奶。

圖5 不同樣品對(duì)DPPH自由基和羥自由基的清除率Fig.5 Scavenging rates of DPPH radical and hydroxyl radial in different samples

3 結(jié)論

研究確定了以恒天然（上海）有限公司的乳粉和上海雀巢有限公司的速溶咖啡為原料制備咖啡酸奶的常規(guī)參數(shù)為在發(fā)酵溫度為42 ℃條件下發(fā)酵時(shí)間6 h，脂肪含量為3.4%，咖啡添加量1.0%，蔗糖添加量10%，8菌型發(fā)酵劑添加量0.1%，發(fā)酵后在4 ℃條件下冷藏24 h。本研究研制出的凝固型咖啡酸奶組織穩(wěn)固細(xì)膩均勻，表面光滑、無(wú)裂紋、無(wú)氣泡、無(wú)咖啡粉狀沉淀、無(wú)乳清析出，酸甜比適當(dāng)，后味豐滿，色澤均勻一致，帶咖啡顏色，具有酸奶的香氣，略帶咖啡味。經(jīng)正交試驗(yàn)優(yōu)化后，感官評(píng)分達(dá)到89分，黏度為5 640 mPa·s。凝固型咖啡酸奶的酸度為88°T，pH為4.24，乳酸菌活菌數(shù)為1.25×108CFU/mL。以上檢測(cè)結(jié)果均符合GB 19302—2010對(duì)酸奶品質(zhì)的規(guī)定；凝固型咖啡酸奶結(jié)合了咖啡和酸奶的獨(dú)特風(fēng)味，又兼具二者的營(yíng)養(yǎng)功能，將豐富市場(chǎng)上功能性酸奶的品種，滿足消費(fèi)者日益增加的消費(fèi)需求，是一種值得開發(fā)的益生乳品。