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生化产品生产技术 教学课件 项目2发酵乳制品生产技术 项目2发酵乳制品生产技术 干酪制造 一 发酵乳制品的定义及分类 第一部分酸乳的生产预备知识 1 定义 发酵乳制品 系指以牛乳 羊乳 浓缩乳 乳粉与食品添加剂为原料 经杀菌或灭菌 降温 加特定的乳酸菌或酵母菌的发酵剂 再经均质或不均质 恒温发酵 冷却或干燥或凝冻 包装等工序制成的产品 2 种类 凝固型酸乳 setyoghurt 瓶 杯装 搅拌型酸乳 stirredyohurt 杯 屋顶 凝固型 先灌装在发酵 搅拌型 先发酵再灌装 发酵乳 国际乳品协会专家组在1967年IDF年会上对发酵乳定义为 所谓发酵乳系指乳 全乳 部分脱脂乳 全脱脂乳 浓缩乳 还原乳 稀奶油 为原料 经均质 或不均质 杀菌 或灭菌 后 加特定的微生物发酵剂而制成的一大类产品 干酪 是另一大类发酵乳制品 其占世界发酵食品产量的1 4 是目前消费量仅次于酒类的一种发酵产品 干酪大体上分为3类 即天然干酪 融化干酪和干酪食品 其中以天然干酪最多 6 乳酸菌制剂 是将乳酸菌培养后 加入适量的脱脂乳粉或脱脂炼乳 经混合后喷雾干燥制成粉末 再与适量的灭菌淀粉 乳糖混合后压片或制丸制成带有活菌的制品 酸乳粉 是利用各种乳酸菌经过培养发酵制成各种酸乳制品 然后经过适当方法而制成粉状的一种产品 它可以改善婴儿长期饮用普通乳粉而引起的乳酸菌缺乏 7 抑制肠道内腐败菌的生长繁殖 对便秘和细菌性腹泻具有预防治疗作用 乳酸中产生的有机酸可促进胃肠蠕动和胃液的分泌 饮用酸乳可克服乳糖不耐症 3 发酵乳制品的营养与功能 8 乳酸可降低胆固醇 预防心血管疾病 发酵过程中乳酸菌产生抗诱变化合物活性物质 具有抑制肿瘤发生的可能 提高人体的免疫力 对预防和治疗糖尿病 肝病有效果 3 发酵乳制品的营养与功能 9 4 乳酸的发酵机理同型乳酸发酵乳杆菌属 Lactobacillus 链球菌属 Streptococcus 等1葡萄糖 2丙酮酸 2乳酸 2ATP 10 乳酸发酵的途径 11 异型乳酸发酵肠膜明串株菌 Leuconostocmesenteroides 磷酸戊糖途径 HMP 进行异型乳酸发酵1葡萄糖 1乳酸 1乙醇 1ATP不同微生物异型乳酸发酵产物有些不同 12 13 发酵过程中物质变化 乳糖 乳酸蛋白质 多肽 氨基酸脂肪 脂肪酸 甘油 14 1 用于发酵生产乳酸的细菌双歧杆菌保加利亚乳杆菌干酪乳杆菌德氏乳杆菌等嗜热链球菌 5 乳酸发酵剂常用菌种 15 保加利亚乳杆菌 嗜热链球菌 16 B longumB bifidum长双歧杆菌两歧双歧杆菌 17 2 发酵剂的定义及作用发酵剂 starter 是高浓度乳酸菌产品 能促进乳的酸化过程 生产酸乳制品 乳酸菌制剂 干酪以及奶油等所用的特定微生物培养物 在生产酸乳制品之前 必须根据生产需要预先制备各种发酵剂 发酵剂的优劣与产品质量的好坏有极为密切的关系 通过微生物发酵 乳制品的特性如酸度 风味 香气 组织状态等均得到改变 同时其营养价值和消化吸收性能也得以改善 18 3 菌种的共生性 氨基酸 多肽 乳脲 氨 CO2 甲酸 牛乳蛋白 19 训练任务1酸乳和酸乳饮料的生产 一 酸乳分类 凝固型酸奶 Setyoghurt 搅拌型酸奶 Stirredyoghurt 1 按成品的组织状态分类 20 2 按成品的口味分类 天然纯酸奶 原料加菌种发酵而成 加糖酸乳 原料乳和糖加入菌种发酵而成 调味酸乳 在前两种乳酸中加香料制成 果料酸乳 天然乳与糖 果料混合制成 复合型或营养健康型酸乳 在酸乳中强化不同的营养素或混入不同的辅料 疗效酸奶 CurativeEffectYoghurt 包括低乳糖酸奶 低热量酸奶 维生素酸奶或蛋白质强化酸奶 21 浓缩酸乳 除去乳清后的浓缩产品 冷冻酸奶 在酸乳中加入果料 增稠剂或乳化剂 凝练而成 充气酸乳 加入稳定剂和气泡剂 经均质而成 酸乳粉 使用冷冻干燥法或喷雾法将酸乳中95 的水分除去制成的 3 按发酵的加工工艺分类 22 4 按菌种组成和特点分类 1 嗜热菌发酵乳 最佳生长温度为38 45 单菌发酵乳 复合菌发酵乳 2 嗜温菌发酵乳 最佳生长温度为25 30 经乳酸发酵而成的产品 经乳酸发酵和酒精发酵而成的产品 如酸牛乳酒 酸马奶酒 23 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 这一类型发酵剂一般是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 为了增加酸乳的粘稠度 风味或增强产品的保健目的 选择一些具有特殊功能的菌种 单独培养或混合培养后加入乳中 1 发酵剂的分类 二 乳酸发酵剂 24 液态发酵剂脱脂乳 10 12g 100g 1的非脂乳固体 121 下高压灭菌10 15min后接种 2 商品发酵剂 42 下 培养3 4h立即冷却保存7d 普通冷藏温度 2 发酵剂的产品形式 25 粉末 颗粒 发酵剂冷冻干燥培养到最大乳酸菌数的液体发酵剂而制成 26 商品发酵剂 商业菌株 原始菌种母发酵剂 商品发酵剂制得的发酵剂中间发酵剂 生产大量发酵剂的中间环节生产发酵剂 工作发酵剂 用来生产乳酸的发酵剂 3 发酵剂的制备 27 1 培养基的选择与制备培养基的选择选用脱脂乳 固形物含量10 12 将原料乳加入专用的发酵剂灭菌三角瓶中 在调制生产发酵剂时发酵剂的培养基最好与成品乳的原料相同 培养基的制备培养基需杀菌以消灭杂菌和破坏阻碍乳酸菌发酵的物质 常采用121 高压灭菌15 20min或90 30min进行的间歇灭菌 然后迅速冷却至发酵剂最适生长温度 28 2 不同发酵剂的再接种 母发酵剂 工作发酵剂需用脱脂乳 90 30min或121 15min 29 3 发酵剂的活化和扩增 商品发酵剂的活化 在试管中反复活化几次 使其恢复活力 a 斜面保存培养 MRS培养基 Ph6 7 7 0 常压灭菌30minb 斜面传代培养基 脱脂乳粉 121 10min 酵母膏 121 20min c 试管培养基 脱脂乳粉 间歇灭菌d 三角瓶培养基 同试管培养基 30 母发酵剂的制备 复原脱脂乳 总固形物10 12 121 15min灭菌冷却至43 接种1 3 培养至凝乳 42 冷却至4 冰箱保存生产发酵剂 工作发酵剂 的制备 脱脂乳 新鲜全脂乳或复原脱脂乳 总固形物含量10 20 加热至90 保持30 60min 冷却至43 接种 发酵酸度 0 8 冷却至4 工作发酵剂 31 4 发酵剂的质量检验发酵剂质量的优劣直接影响成品的质量 乳酸菌发酵剂的质量必须符合下列各项要求 感官指标 组织状态 色泽及有无乳清分离 硬度 酸味及风味 发酵剂的活力测定 发酵剂的活力是指该菌种的产酸能力 可利用乳酸菌的繁殖而产生酸和色素还原等现象来评定 活力测定的方法必须简单而迅速 常采用的方法有酸度测定方法和刃天青 C12H17NO4 还原实验 32 酸度测定方法在高压灭菌的脱脂乳中加入3 的发酵剂 置于37 8 的温箱中培养3 5h 测定其酸度 酸度达0 8 则认为活力较好 并以酸度的数值 此时为0 8 来表示 刃天青还原实验在9mL脱脂乳中加入1mL发酵剂和0 05 刃天青溶液1mL 在36 7 的温箱中培养35min以上 如完全褪色则表示活力良好 细菌并生长繁殖时 能使刃天青还原 并产生颜色改变 根据颜色从青蓝 红紫 粉红 白色的变化情况 可以判定鲜乳的品质优劣 33 总固形物 总固形物系指在l05 下干燥至恒重时乳汁中不能挥发的物质 其中包括有乳脂肪 蛋白质 乳糖及无机盐等 质量正常的乳 总固形物含量通常为12 14 三 酸乳的加工工艺 34 酸度 牛乳的酸度是牛乳质量的一项重要指标 牛乳酸度的表示方法有多种 常用者为 oT 表示法 中和l00毫升鲜乳中游离酸所需0 1N氢氧化钠的毫升数 即为该乳的oT酸度数 新鲜正常的乳 其酸度通常为16 18oT 返回 35 1 标准化 1 目的在食品法规允许的范围内 根据所需酸乳成品的质量特征要求 对乳的化学组成进行改善 从而使其可能存有的不足的化学组成得以校正保证各批成品质量稳定一致 2 原料乳的标准值酸度 18oT成分 乳固体 11 5 不含有抗生素等阻碍因子 36 3 标准化方法 三种途径 添加原料组成 通过在原料乳中直接加混全脂或脱脂乳粉或强化原料乳中某一乳的组分 乳清粉 酪蛋白粉 奶油 浓缩乳 来达到原料乳标准化的目的 浓缩原料乳蒸发浓缩反渗透浓缩超滤浓缩 37 单效蒸发器 浓缩乳 38 单效蒸发器上部 39 配有压缩机的三效蒸发器 浓奶 奶 40 重组原料乳 复原乳 由于乳源条件限制 常以脱脂乳粉 全脂乳粉 无水奶油为原料 根据乳的化学组成 用水来配制成标准乳 41 3 均质 通过机械的剪切应力 空穴作用 把脂肪球破碎 1 均质的工艺条件温度 一般温度在60 70 压力 20 30Mpa 2 预热 55 65 42 乳的均质 43 44 均质前后乳中脂肪球的变化 45 2 均质的优点 均一性 在培养过程中 脂肪不会上浮 而成均匀分散的状态 良好的风味 其风味比用未均质乳制作的酸奶更温和可口 乳的消化提高 46 4杀菌及冷却均质后的物料升温至90 95 5 10min 然后冷却至45 目的 1 杀死原料乳中所有致病菌和绝大多数杂菌以保证食用安全 为乳酸菌创造一个杂菌少 有利于生长繁殖的外部条件 2 使乳中酶的活力钝化和抑菌物质失活 47 5接种为使乳酸菌体从凝乳块中分散开来 应在接种前将发酵剂进行充分搅拌 达到完全破坏凝乳的程度 接种量可按培养时的温度和时间 以及发酵剂的产酸能力灵活处理 一般接种量为1 3 接种是造成酸奶受微生物污染的主要环节之一 为防止霉菌 酵母 噬菌体和其它有害微生物的污染 必须实行无菌操作方式 48 6发酵发酵时间受接种量 发酵剂活性和培养温度的影响 用保加利亚杆菌和嗜热链球菌混合发酵剂时 温度保持在40 45 培养时间2 5 4 0h 2 3 的接种量 达到凝固状态即可终止发酵 一般发酵终点可依据如下条件来判断 滴定酸度达到65 70oT以上 乳酸度为0 7 0 8 观察乳酸流动性和组织状态注意事项 发酵时应注意避免震动 否则会影响其组织状态 49 7搅拌缓慢搅拌 2 4r min 5 10min 通常可获得均匀的混合物 搅拌也存在抑制发酵剂活性和降低产酸速率的作用 注意事项 这一过程在搅拌型和液态 饮用型酸乳生产中采用 50 8冷却与后熟达到发酵终点的酸乳需进行迅速冷却 以便有效地抑制乳酸菌的生长 降低酶活力 防止产酸过度 减低和稳定脂肪上浮和乳清析出的速度 冷却期内 酸度仍会有所上升 一般从42 冷却到5 左右需要4h 期间酸度上升到0 8 0 9 pH降至4 5 4 6 冷藏温度一般是0 5 乳酸酸度变化微小 终止发酵24h后 风味成分双乙酰含量达到最高值 超过24h又会减少 所以酸奶一般冷藏24h再出售 所以这段时间又称做后熟期 另外 冷藏可改善酸乳的硬度并延长保质期 51 9酸乳的化学组成 52 四 酸乳饮料的生产工艺 工作发酵剂杀菌 溶解 砂糖 稳定剂 酸味剂 脱脂乳 加热杀菌 冷却 接种 发酵 冷却 均质 杀菌 冷却 罐装 二次杀菌 酸乳饮料的生产工艺流程 注意 活菌型乳酸饮料无需最后两步杀菌步骤 但对加工过程中工艺控制要求高 且需无菌罐装 并且销售过程中需冷藏销售 53 五 凝固型酸乳乳酸菌在乳中生长繁殖 发酵分解乳糖产生乳酸等有机酸 导致乳的pH值下降 使乳酪蛋白在其等电点附近发生凝集 把这种乳凝状的酸奶称为凝固型酸奶工艺流程 原料乳 预处理 配料 均质 灭菌 接种 分装 发酵 后熟 54 2020 1 7 55 第二部分干酪制造 56 干酪食品发源于伊拉克的幼发拉底河和底格里斯河区 目前发达国家60 以上鲜奶用于加工干酪 预备知识 57 干酪是在乳中 也可用脱脂乳或稀奶油 加入适量乳酸菌发酵剂和凝乳酶 使蛋白质 主要是酪蛋白 凝固后 排除乳清 将凝块压成块状而制成的产品 制成后未经发酵的称新鲜干酪 经长时间发酵成熟的产品称成熟干酪 58 一 干酪的种类 据文献记载 干酪种类多达2000种 较为著名的有400种左右 1 干酪分类天然干酪 融化干酪和干酪食品 59 60 天然干酪 以乳 稀奶油 部分脱脂乳 酪乳或混合为原料 经凝固后 排除乳清获得的新鲜或成熟的产品 允许添加部分天然香辛料 融化干酪 用一种或一种以上的天然干酪 添加食品卫生标准允许的添加剂 或不加 经粉碎 混合 加热融化 乳化而制成的产品 含乳固体40 以上 干酪食品 用一种或一种以上的天然干酪或融化干酪 添加食品卫生所规定的添加剂 或不加 经粉碎 混合 加热融化而制成的产品 产品中干酪占50 以上 61 2 按硬度分类 硬质干酪 半硬质干酪 软质干酪 62 1 农家干酪 CottageCheese 以脱脂乳 浓缩脱脂乳或脱脂乳粉的还原乳为原料而制成的一种不经成熟的新鲜软质干酪 成品水分含量在80 以下 通常70 72 3 世界上著名的干酪品种 63 2 稀奶油干酪 CreamCheese 以稀奶油或稀奶油与牛乳混合制成 浓郁 醇厚 新鲜非成熟软质的干酪 成品中添加食盐 天然稳定剂和调味料等 一般含水48 52 脂肪33 以上 蛋白质10 食盐0 5 1 2 世界上著名的干酪品种 64 3 里科塔干酪 RicottaCheese 此种干酪是意大利生产的乳清干酪 也称白蛋白干酪 分为新鲜和干燥的两种 4 比利时干酪 LimburgerCheese 这种干酪具有特殊的芳香味 是一种细菌表面成熟的软质干酪 世界上著名的干酪品种 65 5 法国浓味干酪 CamembertCheese 属于表面霉菌成熟的软质干酪 内部呈黄色 根据不同的成熟度 干酪呈蜡状或稀奶油状 口感细腻 咸味适中 具有浓郁的芳香风味 成品中含水分43 54 食盐2 6 世界上著名的干酪品种 66 6 法国羊乳干酪 RoquefortCheese 是以绵羊乳为原料制成的半硬质干酪 属霉菌成熟的青纹干酪 7 德拉佩斯特干酪 TrappistCheese 也称修道院干酪 以新鲜全脂牛乳制造 有时也可混入少量绵羊乳或山羊乳 是以细菌成熟的半硬质干酪 世界上著名的干酪品种 67 二 发酵剂与微生物 1 发酵剂 在干酪制作过程中 用来使干酪发酵与成熟的微生物培养物细菌型发酵剂 乳酸菌霉菌型发酵剂 霉菌和酵母 68 2 发酵剂的制备 乳酸发酵剂 乳酸纯培养物母发酵剂生产发酵剂霉菌发酵剂 面包去皮灭菌接种培养 21 25 8 12d 干燥粉碎 30 10d 69 霉菌发酵剂的配制面包除去表皮 切成小立方体 盛于三角瓶 加适量水和乳酸后进行高压灭菌处理 将霉菌悬浮于无菌水中 再喷洒于灭菌面包上 置于21 25 的恒温箱中经8 12d培养 取出 约30 条件下干燥10d 或在室温下进行真空干燥 最后研成粉末 经筛选后 盛于容器中保存 70 3 发酵剂的作用 1 发酵乳糖产生乳酸 促进凝乳酶的凝乳作用 2 在干酪加工过程中 乳酸可促进凝块收缩 产生良好的弹性 利于乳清的渗出 赋予制品良好的组织状态 3 在加工和成熟过程中有一定浓度的乳酸 有的菌种还产生相应的细菌素 可以较好的抑制产品中污染杂菌的繁殖 保证产品的品质 4 发酵剂中的某些微生物可以产生相应的分解酶分解蛋白质 脂肪等物质 从而提高制品营养价值 消化率 并且还可形成制品特有的芳香风味 71 三 皱胃酶 皱胃酶常称凝乳酶 由犊牛第四胃提取 是干酪生产必不可少的凝乳剂 可分为液体 粉状 及片状三种制剂 由于来源和成本等原因 其代用酶也被应用于干酪的实际生产中 根据来源代用酶分为植物性 动物性及微生物代用酶 72 73 2 凝乳原理原奶中酪蛋白有三种 酪蛋白 酪蛋白和 酪蛋白 前两者易受Ca2 影响形成沉淀 而后者不仅稳定 而且还具有抑制前者沉淀的作用 凝乳酶使原奶凝固分为两个阶段 首先将 酪蛋白分解为副 酪蛋白 其次副 酪蛋白及 酪蛋白和 酪蛋白在Ca2 作用下沉淀 74 3 影响皱胃酶凝乳的因素 1 pH值 4 8 2 钙离子 凝乳和副酪蛋白的形成 3 温度 40 42 4 牛乳加热 滞后现象 牛乳若先加热至42 以上 再冷却到凝乳所需的正常温度后 添加皱胃酶 则凝乳时间延长 凝块变软 此被称为滞后现象 Hysteresis 其主要原因是乳在42 以上加热处理时 酪蛋白胶粒中磷酸盐和钙被游离出来所致 75 4 皱胃酶活力及活力测定活力 皱胃酶的活力单位 RenninUnit RU 是指皱胃酶在35 条件下 使牛乳40min凝固时 单位重量 通常为1g 皱胃酶能使若干倍牛乳凝固而言 即1g 或1ml 皱胃酶在一定温度 35 一定时间 40min 内所能凝固牛乳的ml数 76 77 5 皱胃酶的代用凝乳酶动物性凝乳酶 牛胃 猪胃和羊胃植物性凝乳酶无花果蛋白分解酶木瓜蛋白分解酶微生物来源的凝乳酶 霉菌和酵母菌利用遗传工程技术生产皱胃酶 78 奶酪加工工艺流程原料乳 标准化 杀菌 冷却 添加发酵剂 调整酸度 加氯化钙 加色素 加凝乳剂 凝块切割 搅拌 加温 排出乳清 成型压榨 盐渍 成熟 上色挂蜡 训练任务干酪加工的一般技术 79 酒精试验 用一定浓度的酒精与等量牛乳混合 根据蛋白质的凝聚 判定牛乳的酸度 牛奶18 T 羊奶10 14 T 抗生素试验 抗生素对微生物的生理机能 代谢的抑制作用 来定性或定量确定样品中抗微生物药物残留 美蓝还原试验 鲜乳加入亚甲基蓝后染为蓝色 如污染大量微生物产生还原酶使颜色逐渐变淡 直至无色 1 原料乳 80 1 净乳 离心除乳中90 的细菌除去 尤其对比重较大的芽胞菌特别有效 2 标准化 WC WF 0 7 3 原料乳的杀菌60 30min或71 75 15s 81 2 添加发酵剂原料乳经杀菌后 直接打入奶酪槽 CheeseVat 中 奶酪槽为水平卧式长椭圆形不锈钢槽 且有保温 加热或冷却 夹层及搅拌器 手工操作时为奶酪铲和奶酪耙 将奶酪槽中的牛乳冷却到30 32 然后按操作要求加入发酵剂 82 发酵剂的加入方法 原料乳量的1 2 制好的工作发酵剂 边搅拌边加入 并在30 32 条件下充分搅拌3 5min 发酵时间30 60min 取样测定酸度 酸度控制在0 18 0 22 83 3 加入添加剂与调整酸度 添加CaCl2 改善凝固性能添加色素 保证产品一致 84 4 添加凝乳酶和凝乳的形成 Curdling 凝乳酶的添加 用1 的食盐水将酶配成2 溶液 并在28 32 下保温30min 然后加入到乳中 充分搅拌均匀 2 3min 后加盖 85 凝乳的形成 添加凝乳酶后 在32 条件下静置 Setting 30min左右 即可使乳凝固 Coagulation 达到凝乳要求 86 5 凝块切割 Cutting 水平式刀平行切割垂直式刀沿长轴垂直切0 7 1 0cm3的小立方体 87 6 搅拌及加温干酪耙或干酪搅拌器轻轻搅拌 防止凝块破碎 边缓慢搅拌 边在夹层逐渐加温 最终达到42 同时搅拌 以防凝块沉淀或粘连 使干酪粒排除水份 收缩至切割时大小的一半 88 7 排除乳清搅拌升温的后期 乳清酸度达0 17 0 18 凝块收缩至原来的一半 豆粒大小 用手捏奶酪粒感觉有适度弹性或用手握一把奶酪粒 用力压出水分后放开 如果奶酪粒富有弹性 搓开仍能重新分散时 即可排除全部乳清 89 8 成型压榨 预压 压力为0 2 0 3MPa 时间为20 30min 成型 0 4 0 5Mpa在15 20 条件下再压榨12 24h 90 成型压榨 91 成型压榨 92 成型压榨 93 成型压榨 94 成型压榨 95 9 加盐 Salting 加盐的量一般在1 3 范围内 干盐法 湿盐法盐水浓度第1 2d为17 18 以后保持22 23 混合法 96 加盐 Salting 一般在1 3 范围内 干盐法 在定型压榨前将食盐撒布在奶酪粒中 97 10 奶酪的成熟 将生鲜奶酪置于一定温度 5 15 和湿度 相对湿度65 90