酸奶以其独特的风味、丰富的营养价值等受到了消费者的喜爱，成为了乳制品行业中产量及需求最大，普及面最广的产品[1-2]。目前，国内的研究人员结合营养学、现代乳品加工技术等，对功能性酸奶的营养价值、口感展开了较多研究[3-6]。酸奶按加工工艺可以分为凝固型酸奶和搅拌型酸奶[7]，凝固型酸奶具有浓郁的天然协调酸奶香气，细腻均匀，质地稠厚、酸甜适宜、后味丰满，是一种深受广大群众喜爱的产品[8-9]。凝固型酸奶具有很高的营养价值，每100 g凝固型酸奶含钙120 mg左右，同时含有丰富的B族维生素、胆碱等[10]。
咖啡具有提神、解除疲劳、提高工作效率、帮助消化和脂肪分解、生津止渴、利尿等效用[11]。另外，咖啡含有咖啡酸和奎宁酸等抗氧化成分，咖啡饮用与癌症、心血管疾病、糖尿病、老年痴呆等慢性病呈负相关[12]。
单纯的原味酸奶口感单一和益生功能少，通过添加低糖、低脂、富含营养的辅助原料进行发酵是提高酸奶附加值的有效方法[13-14]。在酸奶生产中添加适量咖啡，不仅可以增加酸奶的功能性，丰富酸奶品种，而且可以改变咖啡的单一饮用方式[15]。而在以往的研究中，对凝固型咖啡酸奶脂肪含量的研究较少，主要集中于研究其组织状态、口感、气味等感官评价和理化性质。因此，本研究通过对脂肪含量、咖啡添加量、发酵时间等进行单因素试验和正交试验，考察其对凝固型咖啡酸奶的影响，研制出最佳的凝固型咖啡酸奶的工艺与配方，为凝固型咖啡酸奶的市场化提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
速溶咖啡：市售；全脂乳粉（脂肪28.4%，蛋白质24%）：恒天然（上海）有限公司；蔗糖、酸奶（5种，分别编号为1#、2#、3#、4#、5#）：市售；安琪酵母8菌型（菌种：嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、两歧双歧杆菌、植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、干酪乳杆菌、罗伊氏乳杆菌）：安琪酵母股份有限公司。
1.2 仪器与设备
LHS-250SC型智能型恒温恒湿箱：上海浦东荣丰科学仪器有限公司；AB-50电子天平：瑞士Mettler Toledo公司；旋转式黏度计NDJ-79型：同济大学机电厂；PHS-2F型pH计：瑞士Mettler Toledo公司；GJB50L/h-40Mpa均质机：常州市超力均质泵厂。
1.3 方法
1.3.1 凝固型咖啡酸奶生产工艺流程及操作要点
操作要点：
预热：将蔗糖、奶粉、咖啡、水按实验设计比例混合均匀，然后加热至40 ℃，并维持搅拌5 min。
均质：将40℃的混合料液进行均质，均质压力为15MPa。
杀菌、冷却：均质后的料液加热至100 ℃杀菌，维持2～3 min，然后快速降温至41～43 ℃。
接种、发酵：将酸奶发酵剂按照说明书要求迅速添加到冷却的料液里，搅拌均匀，然后放入42 ℃恒温培养箱发酵。
冷藏后熟：发酵完成后放入4 ℃冰箱冷藏，促进酸奶中芳香物质的产生，且增加酸奶制品黏稠度[16]。
1.3.2 凝固型咖啡酸奶工艺优化单因素试验设计
设置4个单因素变量：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%），发酵时间（3 h、4 h、5 h、6 h、7 h），蔗糖添加量（4%、6%、8%、10%、12%），以感官评分（100分）为评价指标。
1.3.3 凝固型咖啡酸奶工艺优化正交试验
根据单因素试验结果，分别选取脂肪含量（以全脂乳粉为原料）（A）、咖啡添加量（B）、发酵时间（C）、蔗糖添加量（D）4个参数为变量。在42 ℃条件下，发酵剂添加量为0.1%，在4 ℃条件下后熟24 h，以感官评分（100分）为试验结果，设计L9（34）的正交试验，因素与水平如表1。
表1 凝固型咖啡酸奶工艺优化正交试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of orthogonal tests of set coffee yoghurt process optimization
1.3.4 测定方法
感官评价：参照GB 19302—2010《发酵乳》中的标准[17]，选择10位有本行业相关经验的专业人员，对凝固型咖啡酸奶的组织状态、口感、气味、色泽等各项感官指标进行判定，计算平均分。满分为100分，评分标准如表2[18-19]。
表2 酸奶感官评价标准
Table 2 Sensory evaluation standards of yogurt
黏度测定：采用旋转式黏度计，根据黏度范围，选用二单元1×10转子，在20 ℃条件下测试。在第30秒时记录数据，重复3次后取平均值[20]。
酸度、脂肪含量：按照GB 19302—2010《发酵乳》中的方法测定。
pH值：采用精密pH计测量。
乳酸菌菌落计数：按照GB/T 4789.35—2016《食品安全国家标准乳 酸菌检验》中的方法测定[22]。大肠杆菌菌落计数：按照GB/T 4789.3—2008《食品卫生生物学检验大肠杆菌计数》中的方法测定[23]。
1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除率测定：咖啡酸奶与未添加咖啡酸奶（相同发酵条件）于离心机3 500 r/min离心20 min，取上清液测定DPPH自由基清除率[24]。
羟自由基清除率测定：咖啡酸奶与未添加咖啡酸奶（相同发酵条件）于离心机3 500 r/min离心20 min，取上清液测定羟自由基清除率[24]。
1.3.5 数据处理
采用office Excel 2016、origin 2019和SPSS17.0进行数据处理和分析。每个试验重复3次，结果为平均值±标准误差。置信度95%，采用假设检验。
2 结果与分析
2.1 凝固型咖啡酸奶工艺优化单因素试验结果
2.1.1 脂肪含量对凝固型咖啡酸奶质量的影响
由图1可知，随着脂肪含量的增加，感官评分先增加后降低。脂肪含量＜3.4%时，酸奶凝乳不均匀，有少量乳清析出；脂肪含量为3.4%时，感官评分最高为87分，酸奶质地稠厚、酸甜适宜，滋味协调；脂肪含量＞3.4%时，酸奶质地过于稠厚。因此，脂肪含量的最适量为时3.4%。脂肪含量为3.4%最为合适。
图1 脂肪含量对凝固型咖啡酸奶质量的影响
Fig.1 Effect of fat content on the quality of set coffee yogurt
2.1.2 咖啡添加量对凝固型咖啡酸奶质量的影响
咖啡作为咖啡酸奶实验的主要原料，对咖啡酸奶的滋味起决定性的作用，咖啡添加量对酸奶品质的影响见图2。由图2可知，随着咖啡添加量的增加，感官评分先增加后降低。咖啡添加量＜1.0%时，酸奶咖啡味较淡，酸味或甜味较浓；咖啡添加量为1.0%时，酸奶酸甜比适当，略带咖啡味，感官评分最高为83分；咖啡添加量＞1.0%时，酸奶咖啡味较浓，酸甜比不协调。因此，咖啡添加量为1.0%最为合适。
图2 咖啡添加量对凝固型咖啡酸奶质量的影响
Fig.2 Effect of coffee addition on the quality of set coffee yogurt
2.1.3 发酵时间对凝固型咖啡酸奶质量的影响
发酵时间对酸奶品质的影响见图3。由图3可知，随着发酵时间的增加，感官评分先增加后降低。发酵时间不足6 h时，酸奶有不同程度的乳清析出，并且酸味不足；发酵时间为6 h时，感官评分最高为87分，酸甜度适中；发酵时间超过6 h时，酸味偏重。因此，发酵时间为6 h最佳。
图3 发酵时间对凝固型咖啡酸奶质量的影响
Fig.3 Effect of fermentation time on the quality of set coffee yogurt
2.1.4 蔗糖添加量对凝固型咖啡酸奶质量的影响
蔗糖添加量对酸奶品质的影响见图4。由图4可知，随着蔗糖添加量的增加，感官评分先增加后降低。蔗糖添加量为4%，酸奶味道不浓郁，甜味不明显，酸度过高；添加量为6%时，酸奶黏稠度恰好，酸奶味浓郁，酸甜比适中且具有咖啡味，感官评分最高为87分；添加量增至8%时，酸奶过于粘稠。因此，蔗糖添加量为6%最为合适。
图4 蔗糖添加量对凝固型咖啡酸奶质量的影响
Fig.4 Effect of sucrose addition on the quality of set coffee yogurt
2.2 凝固型咖啡酸奶工艺优化正交试验结果
选取脂肪含量（A）、咖啡添加量（B）、发酵时间（C）、蔗糖添加量（D）4个因素进行正交试验，正交试验结果如表3所示；舍弃正交试验结果中的极差最小值咖啡添加量，对其余3个因素进行方差分析，正交试验结果的方差分析如表4所示。
由表3可知，影响凝固型咖啡酸奶感官得分的主次因素为：发酵时间＞脂肪含量＞蔗糖添加量＞咖啡添加量。由表4可知，发酵时间对凝固型咖啡酸奶感官得分有非常显著的影响（P＜0.01），脂肪含量对其有显著的影响（P＜0.05），而蔗糖添加量对其影响不显著（P＞0.05）。极差分析结果表明最优方案为：A2B2C3D1，即脂肪含量3.4%，咖啡添加量1.0%，发酵时间6 h，蔗糖添加量6%。在此最佳条件下，发酵酸奶的最佳感官品质评分为89分，黏度为5 640 mPa·s，此时酸奶组织稳固细腻均匀，表面光滑无裂纹、无咖啡粉状沉淀、无乳清析出，酸甜比适当，后味丰满，带咖啡颜色，具有酸奶的香气，略带咖啡味。
表3 凝固型咖啡酸奶工艺优化正交试验结果与分析
Table 3 Results and analysis of orthogonal test results for coffee yoghurt technology optimization
表4 正交试验结果方差分析
Table 4 Variance analysis of orthogonal tests results
注：aR2=0.990（调整R2=0.959）。
2.3 理化性质及微生物指标
组合A2B2C3D3的脂肪含量为3.4%，大于GB 19302—2010《发酵乳》的2.9%。由表5可知，酸度为88°T，是所有组合中最高值，并且大于70°T；pH为4.24，是所有组合中最低值；体现了最优组合在理化性质上的最优性。符合GB 19302—2010《发酵乳》对酸奶品质的规定。最优发酵方案制得的咖啡酸奶乳酸菌数为1.25×108 CFU/mL，大肠杆菌未检出，符合相关国家标准。
表5 不同组合正交试验的酸度与pH结果
Table 5 Acidity and pH results of different orthogonal tests
2.4 抗氧化性检测结果
将凝固型咖啡酸奶和未添加咖啡酸奶对DPPH自由基清除率、羟基自由基清除率进行测定，结果见图5。由图5可知，酸奶均具有抗氧化性，因为咖啡含有咖啡酸和奎宁酸等抗氧化成分，导致凝固型咖啡酸奶的DPPH自由基、羟基自由基清除率均强于未添加咖啡酸奶。
图5 不同样品对DPPH自由基和羟自由基的清除率
Fig.5 Scavenging rates of DPPH radical and hydroxyl radial in different samples
3 结论
研究确定了以恒天然（上海）有限公司的乳粉和上海雀巢有限公司的速溶咖啡为原料制备咖啡酸奶的常规参数为在发酵温度为42 ℃条件下发酵时间6 h，脂肪含量为3.4%，咖啡添加量1.0%，蔗糖添加量10%，8菌型发酵剂添加量0.1%，发酵后在4 ℃条件下冷藏24 h。本研究研制出的凝固型咖啡酸奶组织稳固细腻均匀，表面光滑、无裂纹、无气泡、无咖啡粉状沉淀、无乳清析出，酸甜比适当，后味丰满，色泽均匀一致，带咖啡颜色，具有酸奶的香气，略带咖啡味。经正交试验优化后，感官评分达到89分，黏度为5 640 mPa·s。凝固型咖啡酸奶的酸度为88°T，pH为4.24，乳酸菌活菌数为1.25×108 CFU/mL。以上检测结果均符合GB 19302—2010对酸奶品质的规定；凝固型咖啡酸奶结合了咖啡和酸奶的独特风味，又兼具二者的营养功能，将丰富市场上功能性酸奶的品种，满足消费者日益增加的消费需求，是一种值得开发的益生乳品。
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