第七章+乳酸发酵及酸奶

第七章乳酸发酵与酸奶

乳酸简介乳酸应用乳酸工艺酸奶乳酸简介乳酸（Lacticacid）是一种古老而重要的天然有机酸，广泛存在于人体、动物、植物和微生物中。广泛存在于人体、动物、植物、微生物中，是食品工业中重要的酸味剂和防腐剂，也是医药、印刷、印染、制革工业的重要化工原料之一。

乳酸分子式：CH3CH(OH)COOH，即2-羟基丙酸（2-hydroxypionicacid）,依其旋光性不同可分为D-乳酸、L-乳酸、DL-乳酸三种。

乳酸的应用可生物降解材料的聚乳酸以L-乳酸为单体经化学合成的生物工程材料聚L-乳酸是一类高分子材料，无毒、无刺激性，可完全生物降解吸收，强度高，可塑性加工成型。它易被自然界中的各种微生物或动植物体内的酶分解，最终形成二氧化碳和水，不污染环境，而且分解过程中的中间体能促进植物的生长，对农业有利。目前，许多国家都在积极开发利用农副产品为原料发酵生产聚乳酸来生产各种塑料制品。食品工业乳酸及其衍生物已逐渐取代其它有机酸，作为酸味剂、杀菌剂、乳化剂、保鲜剂等广泛应用于食品工业。在罐头、酱菜、饮料生产中加入L-乳酸可以替代对人体健康有毒害作用的苯甲酸钠；在调味品如酱油、醋、咸菜、色拉中用作防腐保鲜和调味剂,使酸味自然；在蛋糕、面包、肉制品、果冻、奶酪、果酱、冰淇淋、腌制品等食品中用乳酸来调节pH值可以抑菌,延长保质期,调味等；

在啤酒酿造过程中，加入乳酸能促进糖化完全，调节pH值，促进酵母菌发育，抑制杂菌感染，防止酒混浊，且乳酸酸性温和，具有良好的食用安全性，能改善酒的风味，提高啤酒品级，提高酒的收率，延长保质期。在美国禁止使用磷酸调节pH值，而全部改用乳酸；医药行业乳酸用作消毒剂，还可以制成乳酸钠，配成输液，治疗酸中毒及高钾血症聚乳酸制成的手术缝合线、生物植片等在临床上都被广泛应用化妆品行业：乳酸作为保湿剂，乳酸盐可作为新一代皮肤增白剂。对改善皮肤组织结构，消除皱纹，色斑、治疗皮肤干燥、痤疮等有显著疗效其它行业在卷烟业中用乳酸能去除烟草中的杂质，清除苦辣味提高烟草档次；在制革业中，用40％含量的乳酸能除去革鞣皮中的石灰，俗称脱灰。用乳酸脱灰后皮革较用其它酸脱灰质量好。因此，高级皮革必须用乳酸处理。在毛纺工业中，乳酸可用于染料的预铬媒染，以降低羊毛的铬盐含量和防止纤维氧化，在丝绸和人造丝的后处理中，用乳酸作pH调节剂，可用于增艳和增加纱的色泽。乳酸铵可作为反刍动物的饲料添加剂，乳酸铜可用于电镀业。菌种筛选摇瓶试验发酵罐试验乳酸的生产工艺乳酸的生产方法乳酸的生产方法主要有化学合成法、酶法和发酵法三种。

化学合成法主要包括乳腈法和丙烯腈法两种，其它一些可行的化学合成法包括糖的碱性催化水解、丙烯乙二醇氧化、乙二醇的硝酸氧化等。酶法1,2-氯丙酸酶法转化丙酮酸酶法转化发酵法发酵法生产乳酸的历史悠久，因其没有有害物质摄入、食用安全，而在世界范围内广泛采用。发酵法生产乳酸根霉菌属(Rhizopes)菌种发酵温度米根霉（R.oryzac）30℃黑根霉（R.nigricans）30℃甘薯根霉(R.batat)30℃小麦曲根霉(R.trtici)30℃日本根霉(R.Japonicus)30℃乳酸菌属(Lactobaillus)菌种发酵温度干酪乳杆菌（L.laci）28～32℃嗜热乳杆菌(L.tyermophius)50～60℃嗜酸乳杆菌(L.acidophilus)35～38℃清酒乳杆菌(L.Sake)30～40℃唾液乳杆菌(L.Salivarius)35～40℃戊糖乳杆菌(L.pentosus)30～32℃木糖乳杆菌（L.bifidus）30～40℃链球菌属(Strepoloccus)菌种发酵温度嗜热链球菌(S.thermophilus)40～45℃粪链球菌(S.faecalis)45～50℃乳链球菌(S.lactis)30℃芽孢杆菌属(Bacillus)菌种发酵温度嗜热脂肪芽孢杆菌(B.stearathemophilus)50～60℃凝结芽孢杆菌(B.coaqulans)50～60℃菌种的优良直接关系到发酵过程的控制及其产量等，是发酵过程中的一个至关重要的影响因素。目前，国内外进行的L-乳酸发酵研究和生产主要以细菌为主，国内通常使用米根霉。细菌产酸率高，其厌氧发酵可以大规模降低能耗，减少乳酸的生产成本；根霉菌发酵快、菌体生长营养要求简单、可以使用无机氮源、发酵液含杂质较少，菌丝体较大，易于分离，有利于制得高质量得产品，但是转化率低；细菌发酵生产L-乳酸时，常因带有消旋酶得其它产物，使所产L-乳酸消旋，使得L-乳酸纯度不够；根霉发酵很少发现消旋酶得逆转作用，因此易制得高纯度得L-乳酸。发酵工艺分批式发酵法

分批式发酵是从原料处理开始，经配料﹑灭菌（或不灭菌）﹑接种﹑发酵﹑提取﹑最后洗罐，再重复上述流程的操作。这种方法技术要求低，工艺操作相对简单，但发酵周期较长，设备利用率不高。且由于发酵受产物抑制，使产率处于较低的水平。糖化发酵并行式并行发酵是在一个反应容器中同时进行几个反应，通常是将酶解糖化过程与发酵过程结合起来进行，称作SSF（simultaneousacchrificationandfermentation）工艺。并行发酵操作简单，可克服产物抑制，充分利用设备，缩短发酵周期。半连续发酵半连续发酵又称补料分批培养（FBC），是在分批培养过程中间歇或连续的补加一种或多种成分的新鲜培养基的培养方法。此方法可以解除产物抑制﹑底物抑制和分解产物阻遏，可避免因一次投料过多对细胞生长造成的影响。连续发酵连续发酵又称恒浊﹑恒化连续培养，是指连续或定时以一定速度流加新鲜培养基，同时以同一速度等量排出发酵液，从而使培养物在近似恒定状态下继续不断生长﹑发酵。乳酸的分离、纯化钙盐法将成熟的发酵液经升温、碱化处理后，除去菌体、蛋白质等胶体杂质。得到的乳酸钙料液经适当浓缩，在一定条件下结晶。再用离心机分离除去母液，并洗去残留的母液和一些蛋白质、糖类及色素，得到乳酸钙的白色晶体。加热溶解晶体。用硫酸进行酸解，加入适量的活性炭进行脱色，分离除去CaSO4及活性炭滤渣，得到粗乳酸溶液。再用阴阳离子交换树脂处理浓缩后的粗乳酸液，除去Cl-、SO42-、Ca2+和Fe3+等阴阳离子，经离子交换处理过的乳酸溶液再经浓缩至浓度80%以上，即成为成品乳酸。

乳酸钙结晶电渗析法利用阴、阳离子交换膜的选择透过能力，在电场作用下，使电解质溶液中形成电位差，乳酸离子与杂质分别相对迁移，从而达到乳酸溶液的分离和提纯。

电渗析方法有许多优点：(1)不用添加中和剂就可控制发酵液的pH值；(2)减轻产物抑制；(3)浓缩产物；(4)简化后提取工艺。但是微生物细胞会逐渐附着到阴离子膜上，导致膜电阻增大，电渗析效率下降。因此，在乳酸的电渗析法连续生产中，此现象成为限制因素。离子交换法离子交换树脂具有吸附选择性强，易于工业化等特点，在乳酸发酵与原位分离耦合过程中倍受青睐。离子交换法应用于发酵体系中，不需加中和剂。酯化法

乳酸与乙醇反应生成乳酸乙酯将成熟的发酵液与乙醇（醇酸比4﹕1，带酸比0.8﹕1）在2%催化剂、110℃下反应3h后即得乳酸乙酯。

乳酸乙酯的提取用碳酸钙中和酯化液中的全部残酸后进行常压蒸馏除去乙醇、环乙烯和少量水，待常压下无馏出物时，再在110℃下进行减压蒸馏，收集馏出产物即为粗乳酸乙酯。

乳酸乙酯水解成乳酸利用高温将乳酸乙酯水解成乳酸分子蒸馏法分子蒸馏(moleculardistillation)也称短程蒸馏(shortpathdistillation),是在高真空度(系统绝压约0．1Pa)条件下进行的非平衡连续蒸馏过程。利用分子蒸馏装置，将成熟的发酵液输入到仪器内，经过一系列的物理作用后收集剩余液体，即为成品乳酸。乳酸的测定

EDTA定钙法测定

用高压液相色谱仪（HPLC），以L-乳酸标样为对照

酶膜生物传感器

其基本原理是固定化酶能特异性的作用于L-乳酸：固定化L-乳酸氧化酶L-乳酸+O2+H2O———————→丙酮酸+H2O2

组装流动注射酶生物传感器酸奶

酸奶的定义国际乳业联盟（IDF）对酸奶作出如下定义：酸奶是一种半固体的乳制品，由加热处理的标准化乳的混合物，经嗜热链球菌和德氏保加利亚乳杆菌的协同作用发酵而得到的乳制品，最终产品中必须含有大量的活菌。发酵乳的发展阶段和特征第一代：公元前800年到1900年，由非固定菌种随机作用得到的发酵产品，是当是某些国家的主食；第二代，1910年始，由固定菌定向发酵，发现了发酵乳的预防作用；第三代，1921-2000，从肠道中的活菌介入发酵乳生产，益生作用得到了确认；第四代，2000年后，强化发酵乳的营养保健作用，提高微生物生物合成能力、增加生物活性物质等，益生作用进一步发挥。发酵乳可以添加的成分（一）配料：乳制品（全脂乳、脱脂乳、乳清粉等；菌种（无毒、非致病）；糖（除多元醇以外的甜味剂）；增香食品（巧克力、可可粉）；增香剂（食品法规中第十四卷规定的自然增香或人工增香剂）；氯化钠（二）添加剂：食用色素、稳定剂、防腐剂、甜味剂以上成分可以在发酵前后加入，由于产品保鲜产品，保存期有限，发酵后不允许进行热处理。除生产浓缩发酵乳外，不允许除乳清。发酵乳的分类按照IDF分类，分为两大类四小类（一）嗜热菌发酵乳：分为单菌发酵如嗜酸乳杆菌发酵乳；复合发酵乳如酸乳；（二）嗜温菌发酵乳：经过乳酸发酵而成如乳酸链球菌；经过乳酸和酒精发酵而成的产品如酸马奶酒。酸乳的定义FAO、WHO、IDF在1977年定义如下：酸乳，即在添加（或不添加）乳粉（或脱脂乳粉）的乳中（杀菌乳或浓缩乳），由保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌作用而成的凝乳状产品，含有大量的活菌。菌种种类有些国家明确规定只能采用上述菌发酵才能称为酸乳，我国1998年提出酸乳也是由上述微生物发酵而成。二、种类有些国家对活性特征微生物数量进行了明确规定，法国等大于107CFU/ML，我国规定大于106CFU/ML。产品命名有不同规定，没有热处理必须有大量活菌存在，杀菌型必须标注UHT酸乳。分类组织状态：凝固性，搅拌型成品口味：天然纯酸乳、加糖酸乳（我国列入调味酸乳）、调味酸乳、果料酸乳、复合型或营养健康型按照原料脂肪含量不同：全脂（3.0%）脱脂（0.5%）、部分脱脂；酸乳非脂乳固体为8.2%。按照发酵后加工工艺：浓缩型、冷冻型、充气型、酸乳粉按照菌种种类分：酸乳、双歧杆菌酸乳、嗜酸乳杆菌酸乳等。酸乳生产的原料原料乳：不能含有抗生素甜味剂：消费者要求、特性、法规要求、成本要求菌种：果料：常用的添加剂：稳定剂、香料、色素四、酸奶的发酵剂发酵剂：指为生产酸奶而调制的特定微生物的培养物。1、制作方法：原种→一级菌种→中间发酵剂→生产发酵剂2、常用菌种嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、双歧杆菌或明串珠菌、双乙酰乳链球菌，等。菌种特性嗜热链球菌：微好氧，G+，最适40~45oC，能发酵乳糖、蔗糖、果糖、葡萄糖，分解蛋白质弱，对抗生素敏感，细胞卵园形呈链条状排列，产L（十）乳酸。保加利亚乳杆菌：微厌氧，细胞杆状两端钝园、单个或成链状排列，G+，最适40~43℃生长，能发酵乳糖、葡萄糖、果糖，但不能利用蔗糖，蛋白质分解力弱，对抗生素敏感，产D（一）乳酸。嗜酸乳杆菌：微厌氧，细胞杆状、两端钝园、单个或成双或成短链条状排列，G+，最适35~38℃生长，能发酵乳糖、葡萄糖、果糖、蔗糖，分解蛋白质差，对抗生素敏感，产D、L-乳酸，较能耐酸（胃酸），能在肠道中存活。双歧杆菌：专性厌氧，细胞呈棍棒状、勺状、弯曲状、V状、球杆状、Y状等多形态，G+或G-，最适37℃生长，能发酵乳糖、半乳糖、葡萄糖、果糖，分解蛋白质能力弱，抗生素敏感，发酵产L（+）-乳酸及乙酸、乙醇、CO2等，抗酸性差。乳酸发酵剂的主要作用分解乳糖产生乳酸；产生挥发性物质如丁二酮、乙醛等具有一定降解脂肪和蛋白质的能力；酸化过程抑制致病菌生长。发酵剂的选择酸生成能力和后酸化滋气味和芳香味的产生粘性物质的产生蛋白质的水解性发酵剂的物理状态液态发酵剂：采用脱脂奶粉粉状或颗粒状发酵剂：最大乳酸菌数的液体发酵剂真空冷冻干燥而成冷冻发酵剂：通过冷冻浓缩乳酸菌生长活力最高点时的液态发酵剂包装放入液氮罐中（-196度）酸奶的作用增加了乳的可消化性和营养价值；减少乳糖含量；增加钙、铁的吸收；控制肠道微生物菌群的生长；抑制某些类型的癌症等。搅拌型酸奶和凝固型酸奶在贮存过程中常常会出现乳清析出、凝乳破裂、凝固性差、风味不良、表面霉菌生长、凝块中含有气体、口感差、后酸化严重等质量问题。乳清析出（Syneresis）是酸奶生产中最多见也是最易产生的现象。酸奶进入流通渠道后，因搬动、贮藏条件发生变化，有少量乳清析出是正常现象。但若未发酵好就有乳清析出或经过冷藏后熟后表面仍有大量乳清，就属不正常现象。后酸化（Postacidification）也称过酸化或后发酵，是指酸奶在正常发酵结束后，在工厂贮存、产品运输、销售、食用前这一过程中，菌体仍在生长繁殖，并存在β-半乳糖苷酶，要分解残存的乳糖产生乳酸，使酸奶的pH值继续下降，以至出现了消费者不可接受的过酸味及感官质量下降。一般采用的防治措施是：选择产酸弱的菌种、培养温度采用最下限、发酵好的酸奶迅速冷却、控制好贮藏条件。延长酸奶保质期的方法

后杀菌技术后杀菌技术是指在酸奶发酵成熟后，通过选择不同的温度和时间，对酸奶进行第2次杀菌处理，通常为巴氏杀菌和超高温杀菌。

后杀菌技术虽然延长了酸奶的货架期，并且有效地控制了酸奶的后酸化程度，但无疑会使酸奶中的乳酸菌活菌数降低，这将直接与国际乳品联合会，我国GB2746—1999《酸牛乳》和GB19302-2003《酸乳卫生标准》所规定的乳酸菌数不得低于1×106cfu/mL相矛盾，其营养价值和保健功能也受到质疑。

添加亲水性稳定剂亲水性胶是大分子，易溶于水的可分散物质，膨胀后形成粘稠溶液、假性凝胶或真性凝胶。食品胶一般常指食品加工中所使用的亲水性胶，它在食品制造与开发中起到愈来愈重要