生物技术在饮料工业中的应用.ppt

1、第六章生物技术在饮料工业中的应用The Application of Bio-technology in Beverage Industry,传统的饮料生产工艺各具特色，产品丰富多样。 生物技术的采用，给现代饮料工业注入了新的活力。 生物技术应用于饮料生产，可以在资源利用、产品开发、改进生产工艺以及提高产品质量等方面发挥巨大作用。,第一节 发酵乳酸饮料,一、发酵乳的分类 二、发酵乳的功能与特性 三、发酵乳用发酵剂 四、发酵乳生产,发酵乳是利用微生物对乳的乳酸发酵作用而制得的乳制品. 所用的乳酸菌品种繁多,包括乳酸链球菌、乳脂链球菌、双歧杆菌、嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、乳酪乳杆菌、

2、瑞士乳杆菌、乳酸乳杆菌等数种乳酸菌。 发酵乳营养成分有乳糖、半乳糖、蛋白质、脂类、乳酸、葡萄糖、呈味物质、芳香物质、SOD、细胞壁外多糖、抗生物质、乳酸菌增殖因子及乳酸菌等。 这些物质对维持肠道内菌群平衡，促进人体健康具有十分重要的作用。,一、发酵乳的分类,（一）酒精发酵乳 （二）乳酸发酵乳,（一）酒精发酵乳,概念：使用酵母和乳酸菌混合发酵剂制成的发酵乳称为酒精发酵乳 特点：成品中不仅含有乳酸和其它有机酸，还含有酒精和CO2 品种： 1、酸牛乳酒 2、酸马奶酒,（二）乳酸发酵乳,1、概念：是经乳酸菌发酵（不 用酵母）而得到的乳制品 2、特点:产品中含有乳酸及其它有机酸和 微量的芳香成分如：丁二

3、酮。 3 品种:酸乳、发酵酪乳、双歧杆菌乳， 嗜酸菌乳和发酵稀奶油等.,（1）酸乳（yoghurt）,1）概念:乳类经乳酸菌发酵得到的乳制品 2）菌种：嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌混合发酵剂 可加入果汁、果料等，花色酸乳品种主要有凝固型酸乳、搅拌型酸乳、果味酸乳 、 果料酸乳、 液状酸乳等。,（2）发酵酪乳(fermented butter milk),概念：制造奶油的副产物酪乳经乳酸菌发酵的产品。 菌种：乳酸链球菌、乳脂链球菌等,（3）、双歧杆菌乳(bifidobacterium),概念：用加有双歧杆菌的混合菌发酵制成的发酵乳。 菌种：嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌和双歧杆菌的混合菌 由于它对肠道疾病

4、具有疗效而日益受到消费者的青睐。,（4）嗜酸菌乳(acidophilus milk),概念：经嗜酸乳杆菌为发酵剂制成的发酵乳 该菌由于能在人体肠道内附着繁殖，对慢性便秘、痢疾等肠道疾病有一定的疗效。,（5）发酵稀奶油(fermented cream),概念：稀奶油经均质，杀菌后，添加发酵菌生成的产物。 菌种：乳酸链球菌、丁二酮链球菌，乳脂链球菌等 成品具有丁二酮的芳香风味和细腻、柔润的口感。,二、发酵乳的功能与特性,（一）发酵乳的营养价值与功能 （二）对肠道菌群的改善作用 （三）发酵乳的整肠作用及预防肠道疾病 的功能 （四）发酵乳在降低血中胆固醇的作用 （五）发酵乳的抗肿瘤作用 （六）发酵乳的

5、预防衰老、延长寿命作用,（一）发酵乳的营养价值与功能,发酵乳比鲜乳易于吸收，并能改善肠道菌群，调节胃肠功能，是一种很有价值的疗效食品，在增强人体体质健康方面起到了食疗兼并的作用。营养价值很高。,发酵乳的营养价值,1、碳水化合物 2、蛋白质 3、乳脂类物质 4、维生素和矿物质,1、碳水化合物： 乳糖是乳中存在唯一的碳水化合物，经发酵后其中20-30%生成乳酸 。 乳酸不仅供给能源，而且还有营养和生理的功效，如提高保存性、增加爽口的风味、抑制有害微生物、促进胃的蠕动和胃液分泌、提高对Ca、P等的吸收利用等。 菌体外多糖可作为抗肿瘤活性的主要物质之一。 此外，发酵过程中产生的有机酸类，如醋酸、酪酸、

6、苯甲酸、柠檬酸等还起到收敛止泻的生理作用。,2蛋白质 发酵作用可使乳蛋白变成微细的凝乳粒，易被人体消化吸收； 酪蛋白发生一定程度的降解，使发酵乳中总氨基酸和肽的含量比牛乳中多出几倍；容易受消化酶的作用，易于吸收。 另外，发酵乳的必需氨基酸，如赖氨酸、缬氨酸及丙氨酸等的含量也比牛乳的高。,3乳脂类物质 由于乳酸菌脂酶活性较低，故发酵过程中乳脂质的营养性无多大变化。 尽管如此，发酵过程中仍产生少量的游离脂肪酸，而且脂肪的结构发生变化，故易于消化吸收。,4、维生素和矿物质 牛乳在加工成发酵乳后，其维生素A的含量基本无变化。 乳酸菌和双歧杆菌可合成维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12及叶酸

7、等 矿物质以K、P、Ca较多，Fe、I较少。,（二）对肠道菌群的改善作用,1、增加肠道内的有益菌 随年龄的增长,由于消化、内分泌、免疫等生理功能逐渐下降，导致大多数以前占优势的双歧杆菌等有益菌群数量大减甚至消失. 而大肠杆菌和链球菌大量增加，产气夹膜梭菌，葡萄球菌和变形杆菌等有害微生物也明显增多，甚至反占优势，即出现所谓肠道菌群失调。 这些有害菌产生的肠毒素、细菌毒素、肠内菌群腐败等可引起病原性疾病。因此增加人体内有益菌的数量，使微生物尽量保持平衡，对保持人体健康，预防疾病具有十分重要的作用。,2、乳酸菌在发酵过程中产生的有机酸、H2O2以及抗生物质对一些致病菌的抗菌作用也明显。,（三）发酵乳

8、的整肠作用及预防肠道疾病 的功能,肠道系统紊乱以及消化液分泌不足时，腐败菌能使蛋白质形成氨、胺类、酚类、吲哚及硫化氢等物质，这些物质对细胞有毒性，需要在肝脏中用酸解毒，以葡萄糖醛酸盐、硫酸盐等形式从尿中排出。 如果这些物质在肝脏中不能及时解毒，将导致肝功能紊乱，循环系统失调，进而产生贫血、癌症、肝病等各种疾病。 通过发酵乳调整肠道菌群，使腐败有毒物质大大减少，可以达到预防疾病。,（四）发酵乳降低血中胆固醇的作用,Gilliand 等从人的粪便中分离嗜酸乳杆菌，并在含有胆固醇的培养基中进行培养试验，结果，培养基内胆固醇含量大大下降，而菌体内胆固醇含量却大大增加，这说明乳酸菌能较好地吸收胆固醇，通

9、过微生物代谢将胆固醇排出体外。,（五）发酵乳的抗肿瘤作用,乳酸菌可以通过以下几个方面抑制肿瘤发生： （1）调整肠内菌群，抑制有害菌过量生成，同时降低各种有害物质（致癌诱变剂）的浓度，减少肿瘤发生机率。 （2）乳酸菌培养物具有抗诱变能力。如1987年发现的保加利亚乳杆菌细胞壁中的抗肿瘤物质Blastolysin。,（3）肠道中三种酶，即葡萄糖醛酸糖苷酶，偶氮还原酶和硝酸还原酶的活力与致癌物的形成直接有关，因为这三种酶都可以把肠道中的致癌剂前体转化成致癌物，因此它们的活力的降低就意味着致癌物形成减少。 Goldin和Gorbach的研究中发现嗜酸乳杆菌能明显降低肠道中三种酶的活力。,（4）用发酵乳

10、中乳酸菌菌体、细胞壁成分及胞外多糖物质进行鼠饲喂试验，发现具有抑制癌细胞增殖效果。 用嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌、瑞士乳杆菌、乳酪乳杆菌及双歧杆菌等浸出物对大鼠各种肉瘤及组织培养生长观察，也发现了类似的效果。,（六）发酵乳的预防衰老、延长寿命作用 生物体衰老学说之一就是由自由基及其诱导的氧化反应引起生物膜损伤和交联键的形成，使酶反应活性下降，细胞损害。 自由基活性越强，则细胞损伤作用越严重。 发酵乳中有SOD和SOD样物质，而且具有谷胱甘肽合成活性及维生素B、维生素C协同抗氧化作用，活性物质与过氧化自由基反应起到延长过氧化反应的作用，延缓衰老发生。,三、发酵乳用发酵剂,四、发酵乳生产,（一）酸

11、乳加工工艺,1、混合料的配制 巴氏杀菌 70-90C15-45 min 将料用50-60C度热水溶解杀菌 |超高温短时杀菌130C 15-45s，140C，15s 2、添加发酵剂 将杀菌后的混合料冷却至适当温度（45-50C），加入2-3%的发酵剂,3、发酵 混合使用保加利亚乳杆菌及嗜热链球菌时，两种菌的比例以1：1的风味最好。 如果前者比率增大则乙醛量增加，丁二酮量减少。 发酵培养的最适温度为42.5，低于这个温度则嗜热链球菌的比率增大，高于42.5，则保加利亚乳杆菌的比率增大。因此，在调节培养条件下可决定两种菌的接种比例。,第二节 植物蛋白饮料,发酵植物蛋白饮料，植物蛋白饮料是利用蛋白质含

12、量较高的植物种籽和各种核果类为主要原料，经加工制成的乳状饮料。 发酵豆奶，在豆奶中添加乳酸菌利用的糖类，一般在豆奶基质中添加8%蔗糖、3%乳糖和发酵促进剂KH2PO4、柠檬酸等。 含有较高的蛋白质、维生素、矿物质和其他营养成分，特别是由于大豆中不含胆固醇，而含有大量的亚油酸和亚麻酸，长期食用不会造成血管壁胆固醇的沉积。,植物蛋白饮料分两大类： 调制型植物蛋白饮料 发酵型植物蛋白饮料 前者是将原料经过预处理后制浆，再经适当调制而成； 后者是在原料制浆后，加入少量奶粉或某些可供乳酸菌利用的糖类作为发酵促进剂，经乳酸菌发酵而成。 由于营养丰富、风味优良，加之原料来源充足，近年来有了较快的发展。特别是

13、在我国，由于牛奶供应的严重不足，重点发展植物蛋白饮料很适合于我国国情。,第三节 果胶酶应用于果汁饮料,一、果胶酶的概念:指能分解果胶质的酶的总称 二、果胶酶的分类：果胶酯酶(PE）,聚半乳糖醛酸酶（解聚酶）,果胶裂解酶(pectinlase),三、产酶的菌种,分为：真菌果胶酶和细菌果胶酶。 产酶菌有： 酱油曲霉 日本曲霉 金黄曲霉 丰塞卡曲霉 黑曲霉等,四、果胶酶的应用,（一）果汁的提取：加0.04%果胶酶，可 多得果汁12-24% （二）果汁澄清：0.1%果胶酶 （三）果酒澄清 （四）果实脱皮 （五）其它物质的提取,果酒澄清： 果胶酶应用于苹果酒酿造工艺，并辅以其他工艺手段，不但提高出汁率1

14、0.814.3（平均提高12.7），使苹果汁透光率由30.1提高到71.5，并提高果汁的过滤效率，可以缩短苹果酒的澄清时间，提高设备利用率，而且酿制的苹果酒果香清新、典型性好。,果实脱皮：,含有纤维素酶和半纤维素酶的粗果胶酶制剂能够作用于果实皮层，使之细胞分离，结构破坏而脱落。 橘子囊衣、莲子肉皮和大蒜膜层经粗果胶酶处理后，可以很快地脱落。此外，果胶酶对杏仁也具有一定的脱皮作用。,其它物质的提取：,从橘皮中提取香料油和类胡萝卜素。 从果皮中和果渣中提取使饮料形成雾样浑浊的物质。 果胶酶还可以用于提高橄榄油的产量。 咖啡浓缩。,第四节 酶工程应用于酒类生产,酶工程应用于啤酒的生产 一、固定化啤酒

15、酵母 固定化酵母技术用于啤酒生产包括： 固定化酵母技术 生物反应器的设计等。 优点： 将分批发酵改为连续生产。 大大提高了生产能力，并能较为容易地改进生产工艺使产品质量达到均一。 缩短啤酒发酵和成熟时间。,固定化酵母多采用包埋法：在一个预制的基质材料中将酵母细胞包埋进去。 常用海藻酸钙、DEAE纤维素等材料来固定化啤酒酵母，效果较好。 充填固定化酵母的生物反应器主要分为固定床和流化床两种。,固定化酵母技术可用于啤酒的主发酵和后发酵： 啤酒主发酵：麦汁通过装有固定化酵母的生物反应器，啤酒酵母迅速利用麦汁进行各种代谢过程，生成乙醇和各种副产物。,啤酒后发酵：在主发酵工艺阶段形成的嫩啤酒，在风味、组

16、成等方面需经后熟工艺才能达到产品质量要求。 后熟的目的主要是： 完成残糖的后发酵，增加啤酒稳定性；充分沉淀蛋白质，澄清酒液；消除双乙酰、醛类及H2S等嫩酒味，促进啤酒成熟；尽可能使酒液处于还原态，降低氧含量。,传统的啤酒后熟工艺需要三周左右的时间，严重地限制了生产能力。 采用固定化酵母技术后可大大缩短后熟时间，只需数天即可生产出符合产品质量要求的啤酒。 将主发酵工艺制得的嫩啤酒流经装有固定化酵母的生物反应器，经过适当的时间，等到产品中的各项指标符合质量要求后，即可得到成品啤酒。,二、-葡聚糖酶提高啤酒的持泡性,原料大麦中的-葡聚糖含量一般占干物质的5-8%，它是构成啤酒酒体和泡沫的重要成分。

17、-葡聚糖含量过高会使糖化醪的粘度升高，麦芽汁难于过滤，延长了麦汁过滤时间，降低了麦芽汁得率。 还容易使早期麦芽汁浑浊。 过多-葡聚糖进入发酵液后与蛋白质结合，使啤酒酵母容易产生早期沉降，影响发酵的正常进行。 用-葡聚糖酶降解-葡聚糖，可提高啤酒的质量,三、酶法降低双乙酰含量,啤酒在发酵生产中会发生一些副反应，形成双乙酰。 非酶氧化 -乙酰乳酸-双乙酰（丁酮酸） （CH3COCOCH3） 如双乙酰含量大于0.1-0.15%会使啤酒发酸（馊饭味），所以必须降低啤酒中双乙酰含量，在实际操作中用酶来解决此问题： -乙酰乳酸脱羧酶 -乙酰乳酸-3-羟基丙酮 降低双乙酰含量，提高啤酒的口感。,第五节 生物

18、技术应用于保健饮料的生产,、用于生产保健饮料的基料 保健食品中具有生理活性作用的物质，被称为生理活性成分，它们可以起到增强和发挥人的肌体功能，消除或预防疾病的生理调节作用。 它们一般被称为保健食品的基料，包括：,1膳食纤维 2活性多糖 3多不饱和脂肪酸 4活性肽和活性蛋白质 5低聚糖和多元糖醇 6醇及酚类：谷维醇、茶多酚 7磷脂类物质 8维生素 9微量元素 10乳酸菌 11 可清除自由基的物质：SOD 12 其它活性物质 ： 皂苷类和黄酮类化合物,二、保健饮料的生产,1螺旋藻保健饮料 螺旋藻中含有丰富的优质蛋白质、多糖、维生素、多不饱和脂肪酸和矿物质，是一种生产优质保健食品的天然原料。 可直接用螺旋藻粉或从螺旋藻提取多糖成分来生产保健饮料。 添加少量悬浮剂和调味剂可有效地改善螺旋藻粉在饮料中的均匀分散性和产品风味。,2SOD保健饮料 SOD