技术领域
本发明涉及一种抑制乳酸菌充气饮料生产中充气灌装时产生泡沫的方法，具体而言，本发明涉及通过采用酶解技术抑制乳酸菌饮料料液充气灌装时产生泡沫的方法、乳酸菌充气饮料的制备方法及所制备得到的乳酸菌充气饮料，属于发酵乳制品加工技术领域。
背景技术
乳酸菌饮料是一种发酵型的酸性含乳饮料，通常是指以鲜乳或乳粉、植物蛋白粉、果蔬菜汁或糖类为原料，经杀菌、冷却、接种乳酸菌发酵剂培养发酵(制备成发酵乳基料)，然后经稀释(向发酵后的乳液即发酵乳基料中加入水、糖液等调制)而得的制品。乳酸菌饮料以其独特的清爽口感及兼具营养功效，越来越受到大众消费者的欢迎。乳酸菌饮料以其比较清爽的口感及肠道保健功能为人们所熟知。
近年来，含气(二氧化碳)的乳酸菌饮料由于具有独特的口感且保持了乳酸菌饮料的营养保健功能，已成为乳酸菌饮料的一个新的研究方向。
目前此类含气的乳酸菌饮料中的气体来源主要有两种：一种是采用产气菌种发酵，但要使饮料含气量达到如普通碳酸气饮料的爽口程度，仅使用产气菌种发酵所带来的气感是远远不够的。另一种方式是在灌装前对乳酸菌饮料料液进行在线充气，人为充入二氧化碳气体，制备乳酸菌充气饮料。然而，乳酸菌充气饮料在实际生产中，饮料中蛋白和脂肪的存在会使得充气过程中产生泡沫，且乳酸菌饮料中为稳定蛋白和脂肪体系，通常会添加一些稳定剂，稳定剂的添加使得充气过程中产生的泡沫很难消除，在充气时或是充气后的料液暂存缓冲缸内，料液中的泡沫现象或许并不严重，但在充气料液灌装到包装容器中时，泡沫会迅速大量产生，导致料液会从瓶口喷溢，无法顺利灌装。
现有技术中鲜有关于如何消除乳酸菌饮料充气过程中产生的泡沫的研究报道，一些企业在实际操作时多是尝试通过采用减少充气量、减少料液脂肪和蛋白含量、在灌装头上增加排气排泡设备如背压阀等各种措施来避免充气泡沫产生或是消除泡沫，但是，减少充气量的措施将导致饮料产品的刹口感远达不到普通碳酸气饮料的爽口程度，减少料液脂肪和蛋白等营养物质的做法也是不被消费者所赞赏的，而在灌装头前增加背压阀的措施也无法 有效保证灌装在较长时间内顺利进行，以500ml/瓶的乳酸菌饮料小型灌装生产线为例，当乳酸菌料液充气量为3g/L时，约从第4～6瓶开始即会产生泡沫溢出瓶口现象，越往后越严重，通常在灌装30瓶左右时便无法正常灌装。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种抑制乳酸菌充气饮料生产中充气灌装时产生泡沫的方法。
本发明的另一目的在于提供一种乳酸菌充气饮料的制备方法，以抑制或避免在工业化生产中充气灌装时泡沫从瓶口喷溢现象，保证灌装的顺利进行。
本发明的另一目的在于提供一种乳酸菌充气饮料，其具有较高的含气量。
本发明中，主要是通过采用酶解技术实现抑制或避免在工业化生产中充气灌装时泡沫从瓶口喷溢现象，保证灌装的顺利进行。
一方面，本发明提供了一种抑制乳酸菌充气饮料生产中充气灌装时产生泡沫的方法，该方法包括：
采用蛋白酶水解技术将生产乳酸菌充气饮料的含蛋白的溶液中的蛋白部分水解，再以部分水解后的蛋白溶液接种乳酸菌发酵剂进行发酵，并经稀释、充气灌装生产乳酸菌充气饮料，以抑制充气灌装时产生泡沫。
另一方面，本发明提供了一种乳酸菌充气饮料的制备方法，该方法包括：
以含蛋白的溶液为原料，添加蛋白酶将其中的蛋白部分水解，之后经杀菌、冷却、接种乳酸菌发酵剂培养发酵制备成发酵乳基料，然后经稀释并充气，制得乳酸菌充气饮料。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，所述含蛋白的溶液为包括牛乳蛋白和/或植物蛋白的溶液。优选地，作为酶解底物的含蛋白的溶液中的蛋白和固形物含量可以参照发酵乳领域中用于作为发酵底物的奶液的标准进行调配，例如，其中总蛋白含量2.5％～5％(以含蛋白的溶液总重量为100％计)，总固形物含量为5～15％或更高。更具体而言，所述含蛋白的溶液可以为低脂或脱脂牛奶、或是以乳清蛋白粉调制的蛋白溶液；或者，所述含蛋白的溶液中还可进一步包括2％～7％的蔗糖和/或还原糖(以含蛋白和糖的溶液总重量为100％计)。
除特别注明外，本发明中所述含量与比例均为重量含量与比例。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，所述蛋白酶包括木瓜蛋白酶、风味蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶中的一种或多种，优选为选自木瓜蛋白酶、风味蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶中的任意两种按1U:1U比例组成的双酶系。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，蛋白的水解度对于抑制或避免在工业化生产中充气灌装时泡沫从瓶口喷溢现象有着重要影响，且对乳酸菌饮料的风味口感有着重要影响，本发明中，优选控制蛋白的水解度为50～60％(本发明中所述水解度是采用TCA法测定)，更优选为53％～58％。更具体地，本发明的方法中，加酶量为1500～2500U/g蛋白，水解温度40～50℃，控制蛋白的水解度为50～60％。通常的水解时间为30～50min即可达到所述水解度要求。当水解达到所述的水解度要求后应立即进行灭酶处理，以避免水解度过高(采用本发明的水解条件，如不及时进行灭酶处理，蛋白最终水解度可高达80％以上)。
根据本发明的具体实施方案，部分水解并灭酶后的蛋白溶液可直接冷却到接种温度作为发酵底物，也可进一步添加适量的糖(例如蔗糖和/或还原糖，其中添加还原糖可制备褐色乳酸菌饮料)等物料进行均质、杀菌后作为发酵底物，发酵底物中糖的添加可参照所属领域中的常规操作进行。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，发酵剂中的菌株包括干酪乳杆菌、副干酪乳杆菌、植物乳杆菌、动物乳杆菌中的一种或多种。根据本发明的具体实施方案，在本发明的乳酸菌充气饮料中，所述发酵剂菌种还可进一步包括保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳球菌、嗜酸乳杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、两歧双歧杆菌、罗伊氏乳杆菌中的一种或多种，这些菌种与本发明所述干酪乳杆菌、副干酪乳杆菌、植物乳杆菌、动物乳杆菌的一种或多种搭配进行发酵，可进一步改善成品饮料的口感。各菌种符合《可用于食品的菌种名单》(卫办监督发〔2010〕65号)以及相关法律、法规、标准规定。各菌种的接种量可以按照所属领域中的常规操作进行或按照菌种供应商的建议用量接种，本发明中可以选择具有较高活力的菌种。优选地，本发明中，干酪乳杆菌、副干酪乳杆菌、植物乳杆菌、动物乳杆菌的总用量通常占发酵底物总重量的0.01％～0.02％，进一步选择性包括的保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳球菌、嗜酸乳杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、两歧双歧杆菌、罗伊氏乳杆菌等的总添加量优选不超过0.01％。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，发酵条件为：36～43℃培养至酸度 达到180～200°T时停止发酵。
根据本发明的具体实施方案，本发明的乳酸菌充气饮料的制备方法包括：
将蛋白原料调配成总固形物含量5～15％的蛋白溶液，加入蛋白酶进行水解，其中，加酶量为1500～2500U/g蛋白，水解温度40～50℃，控制蛋白的水解度为50～60％；
部分水解后的蛋白溶液于85～95℃下保温5～10min进行灭酶并杀菌，或者，部分水解后的蛋白溶液添加2％～7％的蔗糖和/或还原糖后均质并杀菌；
杀菌后的料液冷却至接种温度，接种发酵剂进行发酵；其中，发酵剂中的菌株包括干酪乳杆菌、副干酪乳杆菌、植物乳杆菌、动物乳杆菌中的一种或多种；发酵至酸度达到280～200°T时停止发酵，得到发酵乳基料；
发酵乳基料经稀释，在线充气，制备得到乳酸菌充气饮料。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，发酵后的乳液即发酵乳基料的稀释过程可以参照所属领域的常规操作进行。优选地，本发明中可发酵乳基料与糖液混合制备乳酸菌充气饮料，其中，所述糖液为含有甜味料、或甜味料与稳定剂的溶液，也可根据需要添加适量的香精色素等，所述糖液中的甜味料可选自白砂糖、纽甜、甜蜜素、AK糖、安赛蜜、三氯蔗糖、果葡糖浆、麦芽糖醇、木糖醇、赤藓糖醇、甜菊糖苷、罗汉果苷中的一种或几种的组合。所述稳定剂可采用所属领域中的常规稳定剂，如果胶、蔗糖脂肪酸酯、二乙酰酒石酸单甘脂、三聚磷酸钠等，本发明中优选不采用稳定剂，或稳定剂用量为常规用量的1/2以下。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法可用于生产活菌型或是灭菌型乳酸菌充气饮料。当用于生产活菌型饮料时，是将糖液杀菌并冷饮后在无菌环境下与发酵乳基料混合(可根据需要进行均质以混合均匀)，并充气灌装；当用于生产灭菌型饮料时，可将糖液与发酵乳基料混合(可根据需要进行均质以混合均匀)后进行灭菌，再充气灌装。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，控制所述乳酸菌充气饮料成品中，所述发酵乳基料的含量为20％～60％，且该乳酸菌充气饮料的甜度为折合成其中含有5％～18％的蔗糖的甜度。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，稀释后的乳酸菌料液的充气灌装过程可按照所属领域的常规操作进行。通常是在0.1～0.7MPa压力下充气灌装，灌装设备可采用所属领域的常规设备，例如等压灌装机。本发明中，由于采用了酶解技术可实现抑制或避免在工业化生产中充气灌装时泡沫从瓶口喷溢现象，料液中的充气量达到5g/L以 上时仍能保证灌装的顺利进行，不出现泡沫从瓶口喷溢现象。
另一方面，本发明还提供了一种乳酸菌充气饮料，其是按照前述本发明的方法制备得到的。根据本发明的具体实施方案，本发明的乳酸菌充气饮料，其可以为活菌型或灭菌型乳酸菌充气饮料，该饮料的总蛋白含量0.7％～5％(优选≥1.0％)，总固形物含量为3～15％，含气量优选为3～5g/L，具有突出的清爽口感(刹口感)。
本发明的各原料均符合相关法律、法规、标准规定。所得乳酸菌充气饮料的各项指标也符合相关法律、法规、标准要求，例如，活菌型乳酸菌饮料，其活菌数≥1.0×106cfu/ml。
综上所述，本发明通过采用酶解技术，乳酸菌充气饮料在线充气时的泡沫喷溢问题得到了很好的解决，能够保证灌装的顺利进行，制备含气量较高的乳酸菌充气饮料，且所述乳酸菌充气饮料口感清爽，风味独特，适合各种不同人群饮用。并且，本发明的乳酸菌充气饮料稳定性强，在较长的货架期内无不可接受的水析、蛋白沉淀现象。
具体实施方式
为了更清楚地理解本发明，现参照下列实施例进一步描述本发明。实施例仅用于解释而不以任何方式限制本发明。实施例中各蛋白酶均购自诺维信公司。
实施例1
一、原料配方：
1、发酵乳基料(以基本1000克计)：脱脂牛奶970克；白砂糖30g；木瓜蛋白酶按照每克蛋白2000U添加；副干酪乳杆菌菌种0.1g。
2、乳酸菌充气饮料配方(以基本1000克计)：发酵乳基料300克；甜味剂0.7g，香精0.1g，CO2气体4克；水余量。
二、制作方法：
脱脂牛奶加入木瓜蛋白酶进行酶解，加酶量按照2000U/g蛋白的比例进行添加，酶解温度45℃，水解度达55％时(酶解时间约45min)升温至90℃下保温8min灭酶；
灭酶后的奶液添加白砂糖后均质，均质压力30/150Bar，之后119℃杀菌15s，冷却至37℃；
加入副干酪乳菌种，37℃发酵72h，酸度达到200°T停止发酵，破乳后板式换热冷却到10℃以下，得发酵乳基料，待用；
糖液配制：甜味剂和香精在搅拌条件下加入到60℃水中，搅拌25min，得糖液；
糖液与发酵乳基料混合并进行均质，均质压力30/200bar，均质温度小于40℃；
均质后的物料冷却至4℃，在线充入二氧化碳气体后灌装，充气灌装过程均无泡沫喷溢现象，经小型试验，灌装500ml/瓶，可顺利灌装500瓶以上仍无泡沫喷溢现象，效果非常理想，充气后饮料含气量达到4g/L。
实施例2
一、原料配方：
1、发酵乳基料(以1000克计)：乳清蛋白粉80g；风味蛋白酶按照每克蛋白1500U添加；干酪乳杆菌菌种(汉森L.casei-01)0.1g，水余量。
2、乳酸菌充气饮料配方(以1000克计)：发酵乳基料400克；甜味剂0.8g，CO2气体4克；水余量。
二、制作方法：
乳清蛋白粉化料水合温度为45℃，搅拌15min后水合30分钟；
向乳清蛋白溶液中加入风味蛋白酶：加酶量按照1500U/g蛋白的比例进行，酶解温度50℃，水解度达52％时(酶解时间约40min)升温至90℃下保温8min灭酶；
灭酶后的奶液升温至119℃杀菌15s并冷却至37℃，加入干酪乳杆菌，37℃发酵至酸度达到180°T停止发酵，破乳后板式换热冷却到10℃以下，得发酵乳基料，待用；
糖液配制：甜味剂和香精在搅拌条件下加入到60℃水中，搅拌25min，得糖液；
糖液与发酵乳基料混合并进行均质，均质压力30/150bar，均质温度小于40℃；
均质后的物料冷却至4℃，在线充入二氧化碳气体后灌装，充气灌装过程均无泡沫喷溢现象，经小型试验，灌装500ml/瓶，可顺利灌装500瓶以上仍无泡沫喷溢现象，效果非常理想，充气后饮料含气量达到4g/L。
实施例3
一、原料配方：
1、发酵乳基料(以基本1000克计)：低脂牛奶980克；葡萄糖20g；木瓜蛋白酶与碱性蛋白酶按1U:1U组成的复合酶，按照每克蛋白2000U添加；副干酪乳杆菌菌种0.1g。
2、乳酸菌充气饮料配方(以基本1000克计)：发酵乳基料300克；白砂糖100g，CO2气体3克；水余量。
二、制作方法：
低脂牛奶灭菌后加入复合蛋白酶进行酶解，加酶量按照2000U/g蛋白的比例进行添加，酶解温度45℃，水解度达55％时(酶解时间约45min)升温至90℃下保温8min灭酶；
灭酶后的奶液添加葡萄糖后均质，均质压力30/150Bar，之后100℃杀菌5min，冷却至37℃；
加入副干酪乳菌种，37℃发酵至酸度达到200°T停止发酵，破乳后板式换热冷却到10℃以下，得发酵乳基料，待用；
糖液配制：白砂糖在搅拌条件下加入到水中，灭菌，冷却，得糖液；
糖液与发酵乳基料混合并进行均质，均质压力30/200bar，均质温度小于40℃；
均质后的物料冷却至4℃，在线充入二氧化碳气体后灌装，充气灌装过程均无泡沫喷溢现象，经小型试验，灌装500ml/瓶，可顺利灌装300瓶以上仍无泡沫喷溢现象，效果非常理想，充气后饮料含气量达到3g/L。
实施例4
一、原料配方：
1、发酵乳基料(以1000克计)：分离乳清蛋白粉60g；豆粉10g；中性蛋白酶按照每克蛋白2500U添加；副干酪乳杆菌菌种0.1g，水余量。
2、乳酸菌充气饮料配方(以1000克计)：发酵乳基料400克；甜味剂0.8g，香精0.1g，CO2气体4.2克；水余量。
二、制作方法：
乳清蛋白粉、豆粉化料水合，温度为45℃，搅拌15min后水合30分钟；
向乳清蛋白溶液中加入中性蛋白酶：加酶量按照2500U/g蛋白的比例进行，酶解温度45℃，水解度达53％时(酶解时间约40min)升温至90℃下保温8min灭酶；
灭酶后的奶液升温至119℃杀菌15s并冷却至37℃，加入副干酪乳杆菌，37℃发酵至酸度达到200°T停止发酵，破乳后板式换热冷却到10℃以下，得发酵乳基料，待用；
糖液配制：甜味剂和香精在搅拌条件下加入到60℃水中，冷却，得糖液；
糖液与发酵乳基料混合并进行均质，均质压力30/150bar，均质温度小于40℃；
均质后的物料冷却至4℃，在线充入二氧化碳气体后灌装，充气灌装过程均无泡沫喷溢现象，经小型试验，灌装500ml/瓶，可顺利灌装400瓶以上仍无泡沫喷溢现象，效果非常理想，充气后饮料含气量达到4.2g/L。
对比例1
一、原料配方：
1、发酵乳基料(以基本1000克计)：脱脂牛奶970克；白砂糖30g；副干酪乳杆菌菌种0.1g。
2、乳酸菌充气饮料配方(以基本1000克计)：发酵乳基料300克；甜味剂0.7g，香精0.1g，CO2气体4克；水余量。
二、制作方法：
脱脂牛奶添加白砂糖后均质，均质压力30/150Bar，之后119℃杀菌15s，冷却至37℃；
加入副干酪乳菌种，37℃发酵72h，酸度达到200°T停止发酵，破乳后板式换热冷却到10℃以下，得发酵乳基料，待用；
糖液配制：甜味剂和香精在搅拌条件下加入到60℃水中，搅拌25min，得糖液；
糖液与发酵乳基料混合并进行均质，均质压力30/200bar，均质温度小于40℃；
均质后的物料冷却至4℃，在线充入二氧化碳气体后灌装，经小型试验，灌装500ml/瓶，灌装前3瓶充气时没有问题出现，从第4瓶开始，充气时有泡沫溢出，越往后越严重，至灌装约100瓶时无法正常灌装，充气后饮料含气量达到4g/L。
对比例2
1、发酵乳基料(以1000克计)：分离乳清蛋白粉60g；豆粉10g；副干酪乳杆菌菌种0.1g，水余量。
2、乳酸菌充气饮料配方(以1000克计)：发酵乳基料400克；甜味剂0.8g，香精0.1g，CO2气体4.2克；水余量。
二、制作方法：
乳清蛋白粉、豆粉化料水合，温度为45℃，搅拌15min后水合30分钟；升温至119℃杀菌15s并冷却至37℃，加入副干酪乳杆菌，37℃发酵至酸度达到200°T停止发酵，破乳后板式换热冷却到10℃以下，得发酵乳基料，待用；
糖液配制：甜味剂和香精在搅拌条件下加入到60℃水中，冷却，得糖液；
糖液与发酵乳基料混合并进行均质，均质压力30/150bar，均质温度小于40℃；
均质后的物料冷却至4℃，在线充入二氧化碳气体后灌装，经小型试验，灌装500ml/瓶，充气一开始便出现泡沫溢出的问题，越往后越严重，直至灌装80瓶左右时无法正常灌装，充气后饮料含气量达到4g/L。
各实施例与对比例的饮料口感风味调查结果
品尝方式：采用不记名打分的方式进行60人评分测评，分别从爽口度、酸甜比、气感、风味、综合评价7项指标进行测评。各指标满分10分，分数越高，表示效果越好，对品尝结果进行统计分析，结果如表1。
表1本发明的乳酸菌充气饮料口感风味调查结果
从该实验结果可以看出，本发明中虽然添加了蛋白酶后又灭酶活，但对产品风味口感并没有显著影响，综合分值反而略有优势。
产品充气及稳定性测试实验结果
各实施例和对比例的产品在冷藏(2～6℃)条件下放置25天，测试样品的保质期内水析情况、沉淀情况记录于下表2。
表2产品体系稳定性观察记录表
可以看出，本发明的各实施例的饮料稳定性和水析情况都较好，具有良好的货架期内的稳定性。