发酵剂选择与制备教案

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第二节发酵剂选择与制备

一、酸乳的发酵剂菌种

根据FAO关于酸乳的定义，酸乳中的特征菌为嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌。

二、发酵剂的概念与种类

所谓发酵剂（starter）是指生产发酵乳制品时所用的特定微生物培养物。

（一）通常用于乳酸菌发酵的发酵剂有三个阶段，即三种类型：

1. 乳酸菌纯培养物

即一级菌种，一般多接种在脱脂乳、乳清、肉汁等培养基中，或者用升华法制成冻干粉状菌苗（能较长时间保存并维持活力）。

当生产单位取到菌种后，即可将其移植于灭菌脱脂乳中，恢复活力以供生产需要。实际上一级菌种的培养就是纯乳酸菌种转种培养、恢复活力的一种手段。

2. 母发酵剂

即一级菌种的扩大再培养，是生产发酵剂的基础。母发酵剂的质量优劣直接关系到生产发酵剂的质量。

3. 生产发酵剂

母发酵剂的扩大再培养，是直接用于实际生产的发酵剂。

（二）有时也根据菌种将其分为混合发酵剂、单一发酵剂和补充发酵剂。

1. 混合发酵剂

保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌按1:1或1:2的比例混合的酸乳发酵剂，且两种菌比例的改变越小越好。

2. 单一发酵剂

将每一种菌株单独活化，生产时再将各菌株混合在一起。

3. 补充发酵剂

为增加酸乳的粘稠度、风味或增强产品的保健目的，可以选择以下菌种，一般可单独培养或混合培养后加入乳中。

①产粘发酵剂为防止产粘菌过度增殖，应将其与保加利亚乳杆菌或嗜热链球菌分开培养。

②产香发酵剂当生产的天然纯酸乳的香味不足时，可考虑加入特殊产香的保加利亚乳杆菌菌株或嗜热链球菌丁二酮产香菌株。

③加入干酪乳杆菌日本非常有名的发酵乳Yakult的发酵剂就是由嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌和双歧乳杆菌组合发酵而成的。

三、发酵剂的选择

选择质量优良的发酵剂应从以下几方面考虑：

1. 产酸能力

不同的发酵剂产酸能力会有很大的不同。判断发酵剂产酸能力的方法有两种，即测定酸度和产酸曲线。产酸能力强的发酵剂在发酵过程中容易导致产酸过度和后酸化过强，所以生产中一般选择产酸能力中等或弱的发酵剂。

2. 后酸化

后酸化是指酸乳生产中终止发酵后，发酵剂菌种在冷却和冷藏阶段仍能继续缓慢产酸，它包括三个阶段：从发酵终点（42℃）冷却到19℃或20℃时酸度的增加；从19℃或20℃冷却到10℃或12℃时酸度的增加；在冷库中冷藏阶段酸度的增加。酸乳生产中应选择后酸化尽可能弱的发酵剂，以便控制产品质量。

3. 产香性

一般酸乳发酵剂产生的芳香物质为乙醛、丁二酮、丙酮和挥发性酸。评价方法有：

① 感官评价进行感官评价时应考虑样品的温度、酸度和存放时间对品评的影响。品尝时样品温度应为常温，因为低温对味觉有阻碍作用；酸度不能过高，酸度过高会将香味完全掩盖；样品要新鲜，用生产24～48h内的酸乳进行品评为佳，因为这段时间内是滋味、气味和芳香味的形成阶段。

② 挥发性酸的量通过测定挥性酸的量来判断芳香物质的产生量。挥发性酸含量越高就意味着产生的芳香物质含量越高。

③ 乙醛生成能力乙醛形成酸乳的典型风味，不同的菌株产生乙醛能力不同，因此乙醛生成能力是选择优良菌株的重要指标之一。

4. 粘性物质的产生

发酵剂在发酵过程中产粘有助于改善酸乳的组织状态和粘稠度，特别是酸乳干物质含量不太高时显得尤为重要。但一般情况下产粘发酵剂往往对酸乳的发酵风味会有不良影响，因此选择这类菌株时最好和其它菌株混合使用。

5. 蛋白质的水解性

乳酸菌的蛋白水解活性一般较弱，如嗜热链球菌在乳中只表现很弱的蛋白水解活性，保加利亚乳杆菌则可表现较高的蛋白水解活性，能将蛋白质水解，产生大量的游离氨基酸和肽类。影响蛋白质水解活性的因素主要有：

① 温度低温（如3℃冷藏）蛋白质水解活性低，常温下增强。

② pH 不同的蛋白水解酶具有不同的最适pH。pH过高易积累蛋白质水解的中间产物，给产品带来苦味。

③ 菌种与菌株嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的比例和数量会影响蛋白质的水解程度。不同菌株其蛋白质水解活性也有很大的不同。

④ 贮藏时间贮藏时间长短对蛋白质水解作用也有一定的影响。

四、发酵剂的制备

制备发酵剂最常用的培养基是脱脂奶，但也可用特级脱脂奶粉按9%～12%的干物质制成的再制脱脂奶替代。

中间发酵剂和生产发酵剂的制备工艺与母发酵剂的制备工艺基本相同。它包括以下步聚：

1．培养基的热处理即把培养基加热到90～95℃，并在此温度下保持30～45min。热处理能改善培养基的一些特性：破坏噬菌体；消除抑菌物质；蛋白质发生一些分解；排除了溶解氧；杀死原有的微生物。

2．冷却至接种温度加热后，培养基冷却至接种温度。接种温度根据使用的发酵剂类型而定。常见的接种温度范围：嗜温型发酵剂为20～30℃；嗜热型发酵剂为42～45℃。

3．加入发酵剂要求接种时确保发酵剂的质量稳定，接种量、培养温度和培养时间在所有阶段都必须保持不变。

4．培养培养时间一般为3～20h。最重要的一点是温度必须严格控制，不允许污染源与发酵剂接触。

在酸奶生产中，以2.5%～3%的接种量和2～3 h的培养时间，要达到球菌和杆菌1:1 的比率，最适接种和培养温度为43℃。在培养期间，制备发酵剂的人员要定时检查酸度发展情况，并随程序要求检查以获得最佳效果。

5．冷却当发酵达到预定的酸度时开始冷却，以阻止细菌的生长，保证发酵剂具有较高活力。当发酵剂要在6 h之内使用时，经常把它冷却至10～20℃即可。如果贮存时间超过6 h，建议把它冷却至5℃左右。

6．贮存贮存发酵剂的最好办法是冷冻，温度越低，保存时间越长。用液氮冷冻到-160℃来保存发酵剂，效果很好。目前的发酵剂包括浓缩发酵剂、深冻发酵剂、冷冻干燥发酵剂，在推荐的冷冻条件下能保存相当长的时间，见表6-8。

图6-1 培养温度对杆菌与球菌数量的影响

五、发酵剂的质量控制

（一）感官检查

对液态发酵剂首先检查其组织状态、色泽及有无乳清分离等；其次检查凝乳的硬度；然后品尝酸味与风味，看其有无苦味和异味等。

（二）活力测定

常用的测定发酵剂活力的方法如下：

1.酸度测定在灭菌冷却后的脱脂乳中加入3%的待测发酵剂在37.8℃恒温箱中培养3.5h，然后取出，加入两滴1%酚酞指示剂，用NaOH的标准溶液滴定，若乳酸度达0.8%以上表示活力良好。

2.刃天青还原试验 9ml脱脂乳中加入1ml发酵剂和0.005%的刃天青溶液1ml，在36.7℃的恒温箱中培养35min以上，如刃天青溶液完全褪色表示发酵剂活力良好。

3.检查污染程度

① 纯度可用催化酶试验。

② 检查是否污染酵母、霉菌、噬菌体等。

③ 粪便污染情况可用大肠菌群试验。

第三节酸乳的加工

一、凝固型酸乳加工

图6-2是生产这种产品的布置图。

图6-2 凝固型酸奶的生产线

1－生产发酵剂罐 2－缓冲罐 3－香精罐 4－混合器罐 5－包装 6－培养

（一）操作要点

1．调味、包装香精可以在牛乳包装以前连续地按比例加入。如果需要添加带颗粒的果料或添加剂，应该在灌装接种的牛乳以前先定量地加到包装容器中，然而必须注意，低pH值的添加剂会对发酵产生影响。

2．培养和冷却灌装后，产品装入箱中，然后运到发酵室中进行发酵，在发酵终了后冷却。

①培养灌装后的包装容器放入敞口的箱子里，互相之间留有空隙，使培养室的热气和冷却室的冷气能到达每一个容器。箱子堆放在托盘上送进培养室。在准确控制温度的基础上，能够保证质量的均匀一致。

②冷却当酸奶发酵至最适pH值（典型的为4.5）时，开始冷却，正常情况下降温到18～20℃，这时的关键是要立刻阻止细菌的进一步生长，也就是说在30min内温度应降至35℃左右，在接着的30～40min内把温度降至18～20℃，最后在冷库把温度降至5℃，产品贮存至发送。最终，凝固型酸奶在冷库里要冷却至5℃左右。

3．冷藏后熟冷藏温度一般在2～7℃，冷藏过程的24h内，风味物质继续产生，而且多种风味物质相互平衡形成酸乳的特征风味，通常把这个阶段称为后成熟期。一般2～7℃下酸乳的贮藏期为7～14d。

（二）质量控制

酸乳生产中，由于各种原因，常会出现一些质量问题，下面简要介绍问题发生的原因及控制措施。

1．凝固不良或不凝固其主要原因有：

①原料乳质量乳中含有抗菌素、防腐剂，会抑制乳酸菌生长，影响正常发酵，从而导致酸乳凝固性差；原料乳掺水，使乳的总干物质含量降低；掺碱中和发酵所产的酸，都会造成酸乳凝固不好。因此，必须把好原料验收关，杜绝使用含有抗菌素、农药、防腐剂及掺碱、掺水牛乳生产酸乳。对掺水的牛乳，可适当添加脱脂奶粉，提高其总干物质含量。

②发酵温度与时间发酵温度与时间低于乳酸菌发酵的最适温度与时间，会使乳酸菌凝乳能力降低，从而导致酸乳凝固性降低。另外，发酵室温度不均匀也会造成酸乳凝固性降低。因此生产中一定要控制好发酵温度与时间，并尽可能保持发酵室温度恒定。

③发酵剂活力发酵剂活力减弱或接种量太少会造成酸乳凝固性差。

④加糖量加糖量过大，产生高渗透压，抑制了乳酸菌的生长繁殖，也会使酸乳不能很好凝固。实际生产中要选择好最佳的加糖量，既能给产品带来良好的风味，又不影响乳酸菌的生长。

2．乳清析出其主要原因有：

①原料乳热处理不当热处理温度低或时间不够，不能使大量乳清蛋白变性。变性乳清蛋白与乳中酪蛋白形成复合物，可容纳更多的水分，就不会出现乳清分离。

②发酵时间发酵时间过长或过短，都会有乳清分离，发酵时间过长，酸度过大破坏了乳蛋白质已经形成的胶体结构，使乳清分离出来；发酵时间过短，胶体结构还未充分形成，也会形成乳清析出。

③其它如原料乳总干物质含量低、接种量过大、机械振动等也会造成乳清析出。生产中，添加适量的CaCl₂，可减少乳清析出，也可赋予产品一定的硬度。

3．风味不良主要是由于菌种选择及操作工艺不当造成。菌种混合比例应选择适当，任何一方占优势都会导致产香不足，风味变劣。高温短时发酵或发酵过度也会造成酸乳芳香味不足，酸甜不适口等风味缺陷。过度热处理或添加了风味不良的奶粉、炼乳也会造成酸乳风味不良。

4．表面霉菌生长贮温过高或时间过长引起，因此要严格控制贮藏温度和贮藏时间。

二、搅拌型酸奶的加工

图6-3是搅拌型酸奶典型的连续性生产线，产量相对较大。

图6-3 搅拌型酸奶的生产线

1－生产发酵剂罐 2－发酵罐 3－-片式热交换器 4－缓冲罐 5－果料/ 香料 6－混合器 7－包装

1. 操作要点

① 发酵典型的搅拌型酸奶生产的培养时间为42～43℃，2.5～3h。典型的酸奶菌种继代时间在20～30min之间。为了获得最佳产品，当pH值达到理想的值时，必须终止细菌发酵，产品的温度应在30min内从42～43℃冷却至15～22℃。用浓缩、冷冻和冻干菌种直接加入酸奶培养罐时培养时间在43℃，4～6h（考虑到其迟滞期较长）。

② 凝块的冷却在培养的最后阶段，已达到所需的酸度时（pH4.2～4.5），酸奶必须迅速降温至15～22℃，这样可以暂时阻止酸度的进一步增加。同时为确保成品具有理想的粘稠度，对凝块的机械处理必须柔和。冷却是在具有特殊板片的板式热交换器中进行,这样可以保证产品不受强烈的机械搅动。为了确保产品质量均匀一致，泵和冷却器的容量应恰好能在20～30min内排空发酵罐。如果发酵剂使用的是其它类型并对发酵时间有影响，那么冷却时间也应相应变化。

③ 搅拌通过机械力破碎凝胶体，使凝胶体的粒子直径达到0.01～0.4mm，并使酸乳的硬度和粘度及组织状态发生变化。搅拌过程中应注意既不可速度过快，又不可时间过长。

④ 调味冷却到15～22℃以后，酸奶就准备包装。果料和香料可在酸奶从缓冲罐到包装机的输送过程中加入，通过一台可变速的计量泵连续地把这些成分打到酸奶中，经过混合装置混合，保证果料与酸奶彻底混合。果料计量泵与酸奶给料泵是同步运转的。

对带固体颗粒的果料或整个浆果进行充分的巴氏杀菌时，可以使用刮板式热交换器或带刮板装置的罐。杀菌温度应能钝化所有有活性的微生物，而不影响水果的味道和结构。热处理后的果料在无菌条件下灌入灭菌的容器中是十分重要的，发酵乳制品经常由于果料没有足够的热处理引起再污染而导致产品腐败。

⑤ 包装包装酸奶的包装机类型很多，包装材料也五花八门。市场上的产品包装体积也各不相同，生产要求包装能力与巴氏杀菌容量要匹配，以使整个车间获得最佳的生产条件。

2. 质量控制

① 砂状组织酸乳在组织外观上有许多砂状颗粒存在，不细腻。砂状结构的产生有多种原因，在生产搅拌型酸乳时，应选择适宜的发酵温度，避免原料乳受热过度，减少乳粉用量，避免干物质过多和较高温度下的搅拌。

② 乳清分离酸乳搅拌速度过快，过度搅拌或泵送造成空气混入产品，将造成乳清分离。此外，酸乳发酵过度、冷却温度不适及干物质含量不足也可造成乳清分离现象。因此，应选择合适的搅拌器搅拌并注意降低搅拌温度。同时可选用适当的稳定剂，以提高酸乳的黏度，防止乳清分离，其用量为0.1%～0.5%。

③ 风味不正除了与凝固型酸乳的相同因素外，在搅拌过程中因操作不当而混入大量空气，造成酵母和霉菌的污染。酸乳较低的pH虽然抑制几乎所有细菌生长，但却适于酵母和霉菌的生长，造成酸乳的变质和产生不良风味。

④ 色泽异常在生产中因加入的果蔬处理不当而引起变色、褪色等现象时有发生。应根据果蔬的性质及加工特性与酸乳进行合理的搭配和制作，必要时还可添加抗氧化剂。

三、酸奶的包装

（一）酸奶包装的功能

① 保护作用防止外来的灰尘和其它物质侵入；防止微生物（细菌、酵母、霉菌）对产品的危害；防止能帮助酵母和霉菌生长的氧气进入产品；防止风味或果料酸奶的脱色和脂肪的氧化，主要通过避光来实现；防止酸奶的损失、蒸发，保护酸奶特有的风味和质地。

② 提供信息品牌、营养、名称、地址、配料等均可在包装上得到体现。

③ 方便运输和消费。

④ 包装材料直接和产品接触，故要求其无毒且不和产品发生反应。装酸奶的材质要有一定的抗酸性能。

（二）酸奶包装的材料

1．硬性材质包装

① 玻璃瓶在法国、东欧和中东，玻璃瓶广泛用于酸奶的包装。玻璃材质用于酸奶包装具有明显的优点，但加工成本较高，包材市场近期向一次性消费包装（不用回收）市场倾斜。玻璃瓶中瓶口较大的包装即广口瓶愈来愈受到消费者和厂家的青睐，铝箔是最常用的封口材料。

② 陶器瓶陶器瓶用黏土生产，和酸奶接触面通常上釉，不回收，在发酵时不封盖以便形成表皮，冷却前铺以橡皮筋固定的牛皮纸。由于成本和卫生的原因，该类包装未被广泛应用。

③ 其它粉末酸奶常用金属罐包装，常充氮气或二氧化碳以延长产品的货架期。

2．半硬性材质包装

这类酸奶包材多用塑料加工而成。塑料材质呈化学惰性，但在合成阶段应用的化合物和单体在最终包材中残留，这些化学物质能和食品反应生成不良风味物质，故在包材中应该确保它们不存在。酸奶包材应抗酸、保味和不透氧（氧有利于酵母和霉菌生长）。

3．软体包装

软体包装有塑料袋和纸盒两种形态。塑料袋包装有PE/铝箔/PE、PE/纸/铝箔/PE两种结构，它们仅用于包装粉末酸奶。该包装不透气体和水蒸气，也能包装冷冻干燥发酵剂。蜡纸盒包装自1950年以后成为乳制品的流行包装，随着塑杯和铝箔纸盒的兴起其应用量逐步减少。在北美、欧洲和英国纸盒是应用最广泛的液体奶包装形式，现已逐步向酸奶产品拓展。

4．外包装箱

外包装箱不和酸奶接触，其作用是使产品在储存、运输和销售过程中易搬运和堆放。这类外包装可分为回收式和一次性包装，回收式包装由金属或硬质塑料加工而成，因箱体要回收，其应用受到限制，通常适用于玻璃瓶的外包装。一次性包装应用最广泛，通常有半硬质塑料箱、软体塑料箱和纸箱3种。

四、酸乳的质量标准

以下内容摘自我国酸牛乳GB2746-1999。

① 原料乳应符合相应国家标准或行业标准的规定。

② 添加剂和营养强化剂应使用GB2760－1996和GB14880－1994中允许使用的品种和添加量，并应符合相应国家标准或行业标准的规定，不得添加防腐剂。

③ 产品中乳酸菌数不得低于1×10⁶ cfu/ml。

④ 感官特性应符合表6-9的规定。

⑤ 理化指标应符合表6-10的规定。

⑥ 卫生指标应符合表6-11的规定。

表6-9 酸牛乳的感官指标

项目	纯酸牛乳	调味酸牛乳、果料酸牛乳
色泽滋味和气味组织状态	呈均匀一致的乳白色或微黄色具有酸牛乳固有的滋味和气味组织细腻、均匀，允许有少量乳清析出；果料酸牛乳有果块或果粒	呈均匀一致的乳白色，或调味乳、果料乳应有的色泽具有调味酸牛乳或果料酸牛乳固有的滋味和气味

表6-10 酸牛乳的理化指标

项目	纯酸牛乳			调味（果料）酸牛乳
项目	全脂	部分脱脂	脱脂	全脂	部分脱脂	脱脂
脂肪，% 蛋白质，%≥	≥3.1	1.0～2.0 2.9	≤0.5	≥2.5	0.8～1.6 2.3	≤0.4
非脂乳固体，%≥ 酸度，ºT≥		8.1			6.5
非脂乳固体，%≥ 酸度，ºT≥			70.0

表6-11 酸牛乳的卫生指标

项目		纯酸牛乳	调味酸牛乳	果料酸牛乳
苯甲酸山梨酸硝酸盐（以NaNO₃计）亚硝酸盐（以NaNO₂计）黄曲霉毒素M₁ 大肠菌群致病菌（指肠道致病菌和致病性球菌）	g/kg≤ g/kg≤ mg/kg≤ mg/kg≤ mg/kg≤ MPN/100ml≤	0.03 不得检出	0.03 不得检出 11.0 0.2 0.5 90 不得检出	0.23 0.23