发酵乳制品加工工艺

1第九章发酵乳制品加工工艺2本章内容第一节概述第二节发酵剂制备第三节凝固型酸乳加工工艺及质量控制第四节搅拌型酸奶的加工工艺3一、发酵乳及酸奶的概念发酵乳的定义:IDF(1992年):乳或乳制品在特征菌的作用下发酵而成的酸性凝乳状产品。在保质期内,该类产品中的特征菌必须大量存在,并能继续存活和具有活性。第一节概述乳酸菌的定义：能分解乳糖产生乳酸的一大类细菌的总称。4我国酸乳的定义(GB19302－2003)以牛（羊）乳或复原乳为原料，添加适量砂糖，经巴氏杀菌后冷却，加入纯乳酸菌发酵剂，经保温发酵而制得的乳制品。（P124）纯酸乳：以乳或复原乳为原料，经脱脂、部分脱脂或不脱脂制成的产品。风味酸乳：用80％以上乳或复原乳为主料，经脱脂、部分脱脂或不脱脂，添加食糖、天然果料、调味剂等辅料制成的产品。51．按成品的组织状态分类①凝固型酸奶（Setyoghurt）发酵过程在包装容器中进行，成品凝乳状态。②搅拌型酸奶（Stirredyoghurt）发酵在发酵容器内进行，发酵后的凝乳搅拌成粘稠状，灌装。二、酸奶（yoghurt)的分类672．按成品的口味分类①天然纯酸奶（Naturalyoghurt）产品只由原料乳和菌种发酵而成，不含任何辅料和添加剂。（欧洲）②加糖酸乳（Sweetenyoghurt）产品由原料乳和糖加入菌种发酵而成。在我国市场上常见，糖的添加量一般为6%～8%。8③调味酸乳（Flavoredyoghurt）在天然酸乳或加糖酸乳中加入香料而成。酸乳容器的底部加有果酱的酸乳称为圣代酸乳（Sandaeyoghurt）。④果料酸乳（YoghurtwithFruit）成品是由天然酸乳与糖、果料混合而成。大粒果实酸奶91011口味:橘子＋椰果、芦荟＋黄桃、菠萝+雪梨、橘子＋椰果、芦荟＋黄桃、樱桃+椰果、桑椹+椰果、苹果+葡萄、玉米笋+玉米粒1213⑤复合型或营养健康型酸乳酸乳中强化不同的营养素（维生素、食用纤维素等)或辅料（如谷物、干果、菇类、蔬菜汁等）而成。这种酸奶在西方国家非常流行，人们常在早餐中食用。⑥疗效酸奶（CurativeEffectYoghurt）低乳糖酸奶、低热量酸奶、维生素酸奶、蛋白质强化酸奶。141516抗癌活性作用降低血清胆固醇含量作用预防控制肠道感染作用对乳糖不耐症患者的易消化作用特殊营养作用三、酸奶的营养保健功效17细菌——乳酸菌、大肠菌等真菌——酵母与霉菌病毒——噬菌体抗生素对乳中微生物的影响四、乳中的微生物181细菌的形态形态特征包括形状、大小、细胞的结构、运动性、芽胞和荚膜的形成。19细菌细胞的结构与运动性20芽胞的形成和荚膜的形成芽胞是细菌自我保护和御防外界不利因素时的一种生存方式。芽胞的特点：耐热，不进行新陈代谢，在干燥的空气中能生存数年，而且对化学杀菌剂、抗菌素、干燥和紫外线比营养体有更强的抵抗力。图示：细菌中芽胞形成的不同类型图示：炭疽芽孢杆菌的芽孢“粘稠”牛奶的现象有些杆菌和球菌被一浓厚的粘液层—荚膜包围，尽管荚膜不会象芽胞那样有很强的抵抗力，但可以使细菌免受干燥条件的影响，只要这类微生物在乳中繁殖，就会使牛乳粘滑，导致出现“粘稠”牛奶的现象。212细菌生长的条件2.1营养细菌生长需要一定的营养，主要的营养材料是有机物，如蛋白质、脂肪和碳水化合物，另外还需要微量元素和维生素。有机物特点：必须能溶解于水，并且是低分子量的，以便能穿过细胞质膜被细菌所吸收。细菌如何吸收营养呢？（一）微生物获取营养的途径微生物通过将酶类分泌于周围食品中取得营养，这些酶将不溶性的物质分解成简单的可溶性的、能穿过细胞壁的物质。有些微生物缺乏能分解外界物质的酶类，它们借助于其他微生物分解的外界物质生存。共生现象=两种微生物之间的固定的联合，互相依靠对方而生。抗生现象=相处中一种微生物产生抑制另一种微生物生长的物质。（二)营养物质通过细胞膜的方式细胞质膜是半透性膜，具有选择渗透的特性。物质通过细胞质膜可能是被动的，也可能是主动的，细胞本身必须供应能量以使某些物质通过。被动吸收时，细胞周围环境给予被动过程以能量，渗透压起到重要作用。主动吸收时，细胞的代谢作用为物质的通过提供了所需的能量。222.2温度如果温度低于最低温度，会引起生长停止，但没有杀死细菌。在接近水冰点的温度，细菌活动停止，因为细菌细胞含水量较高，这些水此时也会冻结，细菌就不能再通过细胞膜吸收营养物质。图示：细菌生长的温度条件（1）低温对细菌的影响23（2）高温对细菌的影响温度超过最高温度，细菌很快被杀死，在70℃/15-20s下，能杀灭大部分细菌。湿热杀菌比干热杀菌效果好。用120℃蒸汽处理30min，保证能杀死所有的芽胞，但在干热条件下必须在160℃保持2hr才能保证杀死100%的芽胞。242.3细菌生长的其它条件(1)水分活度的影响细菌一般在aw0.9时不能生长，而酵母菌在aw0.88时停止生长，霉菌在aw0.8时停止生长，但是低aw值不会抑制酶的活性。在奶粉制造中，按不同质量来调节最高水分含量，以便能长期贮存而不变质，这就要求奶粉的aw应该小于0.8（一般在0.2-0.3以下）。(2)氧气许多微生物需要自由氧，使食物氧化产生所需要能量。微生物包括需氧微生物；厌氧微生物；兼性厌氧微生物。绝大多数微生物是需氧微生物,除去氧和空气就意味着控制或抑制其生长，如真空包装.厌氧菌若在有氧的条件下略长时间保存就会死亡。(3)光照许多微生物直接暴露在太阳光下时将被杀死，因为紫外线能引起细菌的DNA和细胞蛋白的化学变化。紫外线常被用来对发酵室空气进行消毒。然而紫外线会引起食品的一些化学变化，所以并不直接用于食品的灭菌。(4)渗透压与酸碱度细菌不耐高渗透压，即不耐浓的糖溶液和盐溶液，若处在这样的高渗溶液中，细菌细胞会脱水而干燥。细菌不能耐受强酸和强碱，细菌最适pH值接近中性，即pH6.8-7.4，霉菌适合低pH,4.5或更低。鲜奶的pH值通常为6.6-6.7之间，变酸的奶pH为4.6或更低。253细菌的繁殖细菌一般通过二分裂进行无性繁殖，如右上图所示。在适宜条件下，细菌的裂殖周期为20-30min，细菌繁殖的速度可用右边的公式表示。26细菌的生长曲线生长曲线的形状，即各个阶段的长度和曲线梯度变化，随温度、营养供应及其它参数的不同而不同。a延迟期，其原因可能是培养液中的细菌处于休眠状态，如它可能在接种前一直在低温下贮存。d衰亡期,新细胞的形成完全停止，旧细胞相继死亡，最终几乎灭绝.。c稳定期，培养液中积累有毒的代谢产物，细菌不断死亡，以致旧细胞的死亡和新细胞的形成达到平衡状态。b对数生长期,迟缓期后细菌开始前几个小时的迅速繁殖，繁殖以对数速度进行。274生物化学活性4.1碳水化合物的分解碳水化合物的分解在水分子加入的同时分阶段进行。微生物的酶确定哪些碳水化合物能被分解，分解到什么程度。牛乳中乳糖水解变成单糖—果糖和半乳糖，它们能被完全降解成CO2和H2O（通过有氧呼吸代谢），但更多的是进行发酵。牛奶中最重要的发酵形式有四种。（一）乳糖的酒精发酵形成醇和气体，如乳糖被分解成酒精和二氧化碳，酒精发酵通常是在厌氧的条件下发生，并且主要是酵母和霉菌产生的。（二）乳糖的乳酸发酵形成乳酸，这种反应常用于干酪，酸奶和其它酸性产品生产。（三）乳糖的大肠发酵生成多种产物，如乳酸、醋酸、丁二酸、甲酸、丁二醇、乙醇、CO2和氢气。（四）乳糖的丁酸发酵在严格厌氧条件下，梭状芽胞杆菌产生的，通过丁酸发酵乳糖被分解成丁酸，CO2和氢气，有时还能产生丁醇。284.2蛋白质的分解液体牛乳中蛋白质的分解主要分两个阶段进行称为胨化。（一）由凝乳酶引起牛奶的凝固(甜凝固对比于酸凝固)或凝结，牛奶的这种变质被称作甜凝固。这种缺陷在较高温度下贮存的巴氏杀菌奶中常见。（二）蛋白质分解是最终形成碱性的氨产物。干酪中游离氨基和氨的数量标志着蛋白质分解的进行、干酪老化和成熟的程度。颜色发青或者酪坯老化，表明干酪蛋白分解快，产生了大量氨产物。294.3脂肪的分解脂肪主要是被脂酶分解，在脂肪分解过程中，有的脂肪酸是挥发性的，释放出强烈的气味，例如，丁酸能放出特征性的异味。纯净的脂肪对微生物的分解有相对的抵抗性，但稀奶油和奶油形式的乳脂肪中包含了蛋白质、碳水化合物、矿物质等营养物质，所以对微生物是很敏感的。304.4软磷脂的分解卵磷脂，包含在脂肪球膜上的磷脂，是甘油、两个脂肪酸、磷酸和胆碱的化学组合物。蜡状芽胞杆菌的菌株能分泌卵磷脂酶，这种酶水解卵磷脂组成甘油二酸脂和磷酸化的胆碱。脂肪球膜裂开后，形成一不稳定的脂肪乳浊液团块，飘浮在牛奶或奶油的表面，牛奶或奶油的这种缺陷叫“乳脂块”或“奶油分层”。314.5色素的产生生色代谢是某些微生物的一个特性，并且生色在低温、有氧环境下进行。色素分为两种：内生色素、外生色素。三种基础色：类胡萝卜素、花色素、黑色素。微生物的名称常常用它所产生的颜色来表示，如金黄色葡萄球菌=金色的葡萄球菌。324.6气味的产生有些微生物能产生强烈的气味，如：霉菌：能产生一种烂味。放线菌：能产生泥腥味。酵母菌：能产生水果味。假单胞杆菌：能产生水果味或鱼腥味。大肠菌：能产生脏臭味。乳酸链球菌：能产生麦芽味。335牛乳中的细菌图1细菌进入乳头通道图2乳房发炎时牛奶被细菌严重污染图1图2把每个乳头开始挤下的带有许多细菌的牛奶单独装带有黑罩的的容器中，在黑色背景下，病牛的絮凝奶很容易被发现。345.1牛乳中的细菌数将奶快速冷却到4℃，甚至更低到2℃，再结合挤奶情况，使隔日送奶成为了可能，在这期间奶罐应是绝热保温的。图示温度对原奶中微生物生长的影响Mo/mlday图示4℃下鲜奶中细菌生长355.2乳酸菌乳酸菌群包括球菌和杆菌，它们能形成长度不同的链状排列，但不能形成芽胞。乳酸菌具有兼性厌氧性，以乳糖作为碳源，它们发酵乳糖产生乳酸，同型发酵：终产物可能都是乳酸，异型发酵：可能生成醋酸、二氧化碳、酒精。36乳品工业中重要的乳酸菌丁二酮乳酸链球菌和柠檬明串珠菌也分解柠檬酸，发酵生成CO2和双已酰。在干酪生产中，乳酸菌使柠檬酸和乳糖发酵而形成的二氧化碳聚集在干酪的孔穴中，形成了干酪中的孔眼。生产发酵乳现在也用嗜酸乳杆菌和双歧杆菌，二者一起用或单独使用。这两种菌能够通过人胃残存下来，胃的pH值大约低到pH＝2，这些细菌能够在肠道中附着，抑制肠道内大肠菌和其它不良细菌的生长，有助于防御腹泻。375.3大肠菌大肠菌是兼性厌氧菌，能发酵乳糖生成乳酸，二氧化碳和氢气，它们还分解乳蛋白，产生一种不良的气味和滋味。大肠菌在干酪生产中能引起严重的后果，除了影响风味外，在初期产生的大量发酵气体使干酪出现异常的结构：早期膨胀。大肠菌的发酵作用在pH6以下就会停止，这表明大肠的发酵作用是在干酪的新鲜阶段，即在乳糖未被完全分解时。385.4丁酸菌丁酸菌是一种能形成芽胞的厌氧菌，在牛奶中生长不良，但在干酪中却能迅速生长。干酪由于其发酵作用而损坏。如何预防丁酸发酵呢？当丁酸菌生成耐热性芽胞时，巴氏杀菌不能将其杀死，因此，在实际生产中，有必要采取特殊的生产工艺防止丁酸菌的发酵作用。预防丁酸发酵的三种措施：（1）在干酪乳中加硝石(硝酸钾)，对丁酸菌具有抑制作用。（目前已被禁止）（2）食盐(氯化钠)对丁酸菌有很强的抑制作用。（3）离心除菌法，相对来说丁酸菌的芽胞较重，用离心力将它们从生产干酪用原料奶中分离出来。395.5丙酸菌与腐败菌丙酸菌根据形状的不同可分为若干类，它们不能形成芽胞，最适温度约为30℃，它们发酵乳酸盐生成丙酸、二氧化碳和其它产物。腐败菌能产生蛋白质分解酶，因此它们能逐渐分解蛋白质生成氨，这种分解过程通称腐败作用。它们中的某些菌能应用在乳品加工中，但大部分会带来问题。40真菌1酵母菌酵母菌是球形，椭圆形或圆柱形的单细胞生物，酵母菌的大小差异很大，用于酿造啤酒的啤酒酵母直径达2-8μm，长为3-15μm。其它种类一些酵母细胞可能达到100μm。图示酵母细胞的结构411.1酵母菌的繁殖（一）酵母的无性繁殖酵母细胞一般通过出芽繁殖