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第八章生物技术在饮料生产中的应用第一节发酵法生产乳制品•一、酸乳的定义与分类•二、发酵乳的功能特性•三、发酵乳常用的发酵剂1．发酵乳制品（1）酸牛乳①凝固型酸乳的生产②搅拌型酸乳（纯酸奶）的生产③饮料型酸乳（活性乳）的生产（2）干酪（Cheese）。（3)酸性奶油2．果蔬汁乳酸菌发酵饮料3．益生菌制剂•在发酵食品行业中应用最广泛的是乳酸菌。经过乳酸菌发酵作用制成的食品称为乳酸发酵食品。•随着科学研究的不断深入，逐步揭示了乳酸菌对人体健康有益作用的机理，因而，乳酸发酵食品更加受到人们的重视，在食品工业中占有越来越重要的地位。•乳杆菌•细胞呈多样形杆状，长或细长杆状、弯曲形短杆状及棒形球杆状，一般成链排列。革兰氏染色阳性，通常不运动，具有周生鞭毛。无芽孢。大多不产色素。•根据糖的发酵类型，可将乳杆菌属划分为三个类群•①同型发酵群：发酵葡萄糖产生85%以上的乳酸，不能发酵戊糖和葡萄糖酸盐。•②兼异型发酵群：发酵葡萄糖产生85%以上的乳酸，能发酵某些戊糖和葡萄糖酸盐。•⑧异型发酵群：发酵葡萄糖产生等物质量的乳酸、乙酸或乙醇、CO2，微好氧性，厌氧培养生生长良好，生长温度范围2～53℃，最适生长温度30～40℃。耐酸性强，生长最适pH为5.5～6.2通常用于酸牛乳生产的发酵剂菌种是保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合发酵剂。两菌株的混合比例对酸乳风味和质地起重要作用，常见的二者比例是l：1或1：2。•保加利亚乳杆菌：细胞形态长杆状，两端钝圆。能利用葡萄糖、果糖、乳糖进行同型乳酸发酵产生D-型乳酸(有酸涩味，适口性差)，不能利用蔗糖。该菌是乳酸菌中产酸能力最强的菌种，最高产酸量2%。蛋白质分解能力较弱，发酵乳中可产生香味物质乙醛。最适生37～45℃，温度高于50℃或低于20℃不生长。常作为发酵酸乳的生产菌•嗜热链球菌：细胞形态呈长链球状能利用葡萄糖、果糖、乳糖和蔗糖进行同型乳酸发酵产生L-型乳酸(适口性好)。蛋白质分解力较弱，在发酵乳中可产生香味物质双乙酰。该菌主要特征是能在高温条件下产酸，最适生长温度40～45℃，温度低于20℃不产酸。耐热性强，能耐65～68℃的高温。常作为发酵酸乳、瑞士干酪的生产菌。凝固型酸乳的生产工艺流程：原料鲜乳→净化→标准化→均质→杀菌→冷却→接种→分装→发酵→冷却→冷藏后熟→成品。技术要点：原料鲜乳的质量要求：必须选择合格的鲜牛乳，不能选用初乳、未乳、乳房炎乳、病牛乳、酒精阳性乳和高酸度乳，乳中不得含有抗生素。标准化调制：为了增加非脂乳固体含量（不得低于12%），需添加脱脂乳粉0.25%～0.5%，蔗糖4%～8%。杀菌：采用90～95℃5～10min或135℃2～3S进行杀菌。杀菌后立即冷却至40～45℃。接种：两菌混合培养的发酵剂接种2%～3%。发酵：发酵温度控制在42℃，3～5h后，酸度为65～70°T。冷却和低温后熟：后熟过程中，形成香味物质和光滑细腻的质地，防止乳清析出和过度产酸。后熟温度0～5℃，后熟期12～24h。搅拌型酸奶（纯酸奶）与凝固型酸奶生产工艺基本相似，所不同的是：前者为先发酵，再搅拌，后分装；后者为先分装，后发酵，不搅拌。工艺流程：原料鲜乳→净化→标准化调制→均质→杀菌→冷却→接种发酵剂→发酵→搅拌破乳→冷却→分装→冷藏后熟→成品。技术要点：发酵：发酵在发酵罐中进行。42℃发酵3～5h，当发酵乳pH达4.5～5.0时，终止发酵。搅拌破乳：发酵结束后，将品温降至38℃，进行搅拌。搅拌型酸奶（纯酸奶）生产工艺饮料型酸乳（活性乳）的生产饮料型酸乳的生产是酸凝乳与适量无菌水、稳定剂和香精混和，再经均质处理、分装、冷却后制成的凝乳粒子直径0.01mm以下、液体状的酸牛乳。工艺流程：原料鲜乳→净化→标准化调制→均质→杀菌→冷却→接种发酵剂→发酵→混和（无菌水、稳定剂、香精）→均质→分装→冷却→成品→入库冷藏。技术要点：混和：为了制成均匀稳定的饮料型酸牛乳即活性乳，需在发酵后的凝乳中添加无菌水、稳定剂、香精等。一般加水量为凝乳的50%。稳定剂分为二大类：一类为人工合成型，如海藻酸丙二醇脂（PGA）和低甲氧基果胶（LM果胶）；另一类为天然型，如明胶、琼脂、海藻酸钠、果胶等。目前使用较多的是PGA和LM果胶，添加量前者为0.2%，后者为0.3%。添加方法一般是将稳定剂用水溶解，灭菌冷却后添加至凝乳中，搅拌均匀。酸性奶油的制作•酸制奶油是以合格的鲜乳为原料，离心分离出稀奶油（cream），经过标准化调制、杀菌、冷却后，添加发酵剂，通过乳酸菌的发酵作用，使乳糖转化为乳酸，柠檬酸转化为羟丁酮，羟丁酮进一步氧化为丁二酮，同时生成发酵中间产物甘油、脂肪酸等共同构成酸制奶油的特殊风味；•发酵剂菌种。•目前都采用混和乳酸菌发酵剂生产酸制奶油。菌种要求产香能力强，而产酸能力相对较弱，因此，可将发酵剂菌种分为二大类：•一类是产酸菌种，主要是:•乳酸链球菌（St.lactis）,•乳脂链球菌（St.cremoris），可将乳糖转化为乳酸；•另一类是产香菌种，包括:•嗜柠檬酸链球菌（St.citrovorus）、•丁二酮链球菌（St.diacetilactis），可将柠檬酸转化为丁二酮，•赋予酸制奶油特有的香味。•②工艺流程：原料乳→离心分离→稀奶油→加碱中和→杀菌→冷却→接种发酵剂→发酵→物理成熟→添加色素→搅拌→排出酪乳→洗涤→加盐压炼→包装→成品③技术要点：接种发酵剂进行发酵：接种混和发酵剂3%～6%，20℃发酵2～6h，使乳酸度达0.3%，即中止发酵。物理成熟：发酵结束后，在3～5℃低温条件下进行物理成熟3～6h，使乳脂肪结晶固化，有利于搅拌并排出酪乳。搅拌、排酪乳：搅拌是为了破坏脂肪球膜以便形成大的脂肪球团。一般温度控制10～15℃，搅拌5min后，排出酪乳。洗涤、加盐压炼：在低于搅拌温度1～2℃条件下，用纯净水洗涤2～3次，除去脂肪表面的酪乳。添加2.5%～3.0%的粉碎食盐，抑制杂菌生长并改善风味。再在压炼台上将奶油粒压制成奶油层。包装与贮藏：包装后在0℃贮藏期2～3周,-15℃6个月。2．果蔬汁乳酸菌发酵饮料•乳酸菌发酵果蔬汁是一种新型饮料，它综合了乳酸菌和果蔬汁两方面的营养保健功能，而且产品的原料风味和发酵风味浑然一体，所以深受消费者喜爱。•下面以番茄汁乳酸菌发酵饮料的生产为例进行讨论。•①工艺流程：番茄→清洗→热烫→榨汁→均质→调节pH→杀菌→冷却→接种发酵剂→发酵→加糖调配→包装→成品②技术要点：番茄汁的制备：选择新鲜、红皮、成熟度一致的番茄为原料。清洗后在90～95℃热水中热烫3min，然后在榨汁机中榨汁。再经胶体磨均质5min，移至发酵罐，用Na2CO3调节pH至6.4。90～95℃杀菌20min，迅速冷却至40℃。接种发酵剂：用于番茄汁乳酸菌发酵饮料生产的发酵剂系采用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌以1:1比例制成的混和发酵剂。发酵：42℃发酵30h，pH值降至4.0～4.5，发酵结束。3．益生菌制剂•益生菌（probioticbacteriaorprobioticorgamism），又称正常菌群或生理性菌群，系指与人或动物保持共生关系的一类有益微生物菌群，对宿主具有改善微生态平衡，提供营养，提高免疫力，促进健康等重要生理功能，常见的此类微生物有双歧杆菌、嗜酸乳杆菌等。益生菌制剂是一类新型生物制剂，国外称益生素(probiotics)，国内则称微生态制剂（microecologics）。就双歧杆菌制品来看，目前生产规模和产量逐年增加，品种已达70多种，产品形式分为液态型和固态型两种。液态产品有：双歧杆菌发酵乳饮料、双歧杆菌口服液、双歧杆菌果蔬复合汁饮料；固态产品有：双歧杆菌乳粉和干酪、双歧杆菌干制糖果和糕点、双歧杆菌粉剂和胶囊。酶工程在食品工业中的应用一、改进果酒、果汁饮料的生产工艺橘苷酶可用于分解柑橘类果肉和果汁中的柚皮苷以除去苦味，橙皮苷酶可分解橙皮苷，有效防止柑橘类罐头食品出现白色浑浊，果胶酶可用于果酒、果汁的澄清，纤维素酶可将传统工艺中的果皮渣进行综合利用，促进果汁的提取与澄清，提高可溶性固形物含量。目前已成功地将柑橘果皮渣酶解制取全果饮料，其中的纤维素经纤维素酶水解后，可转化为可溶性糖和低聚糖，构成全果饮料中的膳食纤维，具有一定的医疗保健价值。果胶酶的应用（一）果汁提取苹果汁要先用机械压榨，然后离心获得果汁，但果汁中仍然含较多的不溶性果胶而呈浑浊状，通过外加酶制剂，即可澄清果汁。具体做法是在浑浊果汁内加入果胶酶(PL)并轻轻搅拌，在酶作用下，不溶性果胶渐渐凝聚成絮状物析出，从而可以获得清澈的琥珀色苹果汁。有的苹果因果肉柔软难以压出果汁，但添加果胶酶（PL）能大大促进果汁的提取。可以在把果肉搅拌15～30min后，直接添加0.04％果胶酶，并于45℃下处理10min；即可多产果汁12％～24％。还可以把纤维素酶与果胶酶结合使用，使果肉全部液化，用于生产苹果汁、胡萝卜汁和杏仁乳，产率高达85％，而且简化了生产工艺.（二）果汁澄清新压榨出来的果汁不仅黏度大，而且浑浊。加果胶酶澄清处理后，黏度迅速下降，浑浊颗粒迅速凝聚，使果汁得以快速澄清、易于过滤。但对于橘汁，由于要求保持雾状浑浊，所以应使用不含果胶酶的内切多聚半乳糖醛酸酶制剂进行澄清处理。利用0.1％的果胶酶处理苹果果汁、果浆，可明显地提高出汁率、可溶性固形物含量和透光率，降低pH值和相对黏度，处理时间越长，效果越好。0.1％的果胶酶与0.1％的纤维素酶结合使用，效果更好。（三）果酒澄清、过滤果胶的存在会降低果酒的透光率，并极易产生浑浊和沉淀。经果胶酶澄清处理能除去果酒中的果胶，提高果酒的稳定性。采用传统工艺生产苹果酒果香不足、新鲜感不强，将果胶酶应用于苹果酒酿造，并辅以其他工艺改革，不但提高出汁率10.8％～14.3％，提高果汁的过滤效率，缩短苹果酒的贮存期，提高设备利用率，进而使苹果汁透光率由30.1％提高到71.5％，酿出的苹果酒果香清新、典型性好。