发酵乳制品

通过乳酸菌发酵（如酸奶）或由乳酸菌、酵母菌共同发酵（如开菲尔）制成的乳制品叫发酵乳或酸乳。本章将统一使用“发酵乳”这一名称。

发酵乳是以下产品的统称：酸奶、拉班（laban）、开菲尔（kef ir）、发酵酪乳、瑞典酸乳（filmjölk，斯堪的纳维亚酸奶）、发酵稀奶油和马奶酒（koumiss）。发酵乳的通用名称源于其共性特征，即原料奶接种发酵剂后，部分乳糖转化为乳酸。根据所用乳酸菌类型，转化过程还可能生成二氧化碳、乙酸、双乙酰、乙醛等物质，赋予产品独特的新鲜口感与香气。用于开菲尔和马奶酒制作的微生物还会产生乙醇。

发酵过程中产生的乳酸导致牛奶的pH值下降。乳蛋白（特别是酪蛋白）会因pH值下降发生聚集反应。若发酵前对牛奶进行恰当的热处理，将形成蛋白质网络（又称“凝乳”）。消费者感受到的，这就是发酵乳制品特有的软凝胶质地。

乳糖向乳酸的转化对牛奶具有防腐效果，该过程会使牛奶的pH值显著降低，可抑制腐败和有害细菌生长，从而延长产品保质期。但酸化牛奶同时也极易滋生酵母菌和霉菌，若产品受其污染，就会导致产品出现异味、包装鼓胀等问题。

发酵乳起源于近东地区，随后在东欧与中欧流行起来。最早的发酵乳很可能由游牧民族偶然制得。牛乳在特定微生物作用下变酸并凝结。所幸这些细菌属于无害的产酸型而非产毒型微生物。

发酵乳生产的通用要求

发酵乳产品的质量通过以下维度进行评估：

• 微生物群：是否含有正确的微生物类型和数量？（许多国家法规对特定产品中特定微生物的最低含量有明确规定。）
• 是否含有污染微生物（例如酸奶中存在酵母菌或霉菌）？
• 外观：产品外观如何？
• 组织与质地：倾倒或勺取时呈现何种特性？入口感觉如何？
• 风味：气味和滋味如何？

每种发酵乳产品都有各自的成品质量合格标准，因此不同生产商、国家甚至地区对质量标准定义也会不同。如今的发酵乳产品涵盖了质地浓稠或稀薄、口感偏甜或偏酸、形态紧实或呈液态的各类产品。所有发酵乳生产商的共同目标是：每日生产的产品对消费者有吸引力，并且品质稳定，无微生物污染。

对产品的核心挑战在于能保持其期望的特性多久，即保质期。同样，这在很大程度上取决于生产商根据市场对特定发酵乳产品的预期作出的主观评估。保质期也会受到其它限制因素的影响而改变。例如，采用高卫生标准设计的现代生产线所生产的传统搅拌型或凝固型酸奶（类型说明见下节），在8℃以下冷链储存，保质期可达21至30天。此时酸奶的保质期通常受限于物理特性的改变（包装内产品顶部会形成一层水状物，通常称为“乳清分离”）或风味的变化。

图13.1 酸奶中的细菌

保加利亚乳酸杆菌与嗜热链球菌

在发酵乳的生产中，必须为发酵剂创造最佳生长条件。通过对牛奶进行热处理，杀灭所有竞争性微生物即可达到这一目的。此外，在发酵过程中，牛奶必须维持在相关发酵菌种生长的最适宜温度。当发酵达到最佳风味时，必须迅速冷却牛奶以终止发酵进程。发酵时间过长或过短均会导致风味受损与质地异常。合格的产品外观与质地主要取决于牛奶加工工艺的选择。对牛奶进行充分的热处理与均质处理，有时结合提高蛋白质含量的方法，若进行酸奶制作，这些都是培养期间形成凝乳（蛋白质网络）的重要“基础条件”。

下文将介绍部分最常见的发酵乳制品，以酸奶加工为主线。其他发酵产品的生产工艺有诸多相似之处，例如，牛奶的预处理工艺几乎相同。因此，对其他产品的工艺描述将重点放在与酸奶生产不同的生产阶段。

酸奶

图13.2 凝固型酸奶

1. 杯式灌装机
2. 培养室
3. 急冷室

图13.3 搅拌型酸奶

1. 发酵罐
2. 冷却器
3. 杯式灌装机

图13.4 饮用型酸奶

1. 发酵罐
2. 冷却器
3. 均质机
4. 灌装机

图13.5 浓缩型酸奶

1. 发酵罐
2. 分离机或膜过滤设备
3. 杯式灌装机

酸奶是所有发酵乳制品中全球最知名且最受欢迎的产品。根据《食品法典》定义，酸奶是牛奶经嗜热链球菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种发酵后制得的产品。因此，酸奶的风味与其他发酵乳不同，其挥发性芳香物质含少量乙酸与乙醛。

目前生产和销售的酸奶质地丰富多样各异：有紧实却柔软的凝胶状，也有低黏度流质状，甚至还有厚实近乎可塑形的类型。这些质地上的差异主要源于生产工艺的不同。

可根据生产工艺将酸奶分成以下类型：

• 凝固型：在包装内发酵并冷却（图13.2）
• 搅拌型：在罐中发酵，冷却后灌装（图13.3）
• 饮用型：类似搅拌型，但凝乳经过破乳变为液态，然后再进行灌装（图13.4）
• 浓缩型：在罐中发酵，经浓缩冷却后灌装。此类酸奶有时被称为希腊酸奶、脱乳清酸奶，有时叫拉布尼（labneh）或拉卡尼（lakaneh）（图13.5）
• 常温型：发酵后经热处理（可在罐内或包装内进行），制成可常温贮存与分销的产品。

水果与风味酸奶

添加了各类水果、芳香物质或颗粒的酸奶在全球广受欢迎。水果与浆果通常以“预制果料”形式添加，如果泥、糖渍果丁或二者的混合物。预制果料通常还含有芳香物质、糖/甜味剂及稳定剂，以确保水果制品在贮存期间保持均匀。预制果料添加比例通常低于10%，其中含糖量约为50%。果料可在灌装前或灌装过程中与酸奶进行混合。

果料也可先置于包装底部再注入酸奶，或将水果独立封装于与主杯连为一体的双联杯中。

有时，酸奶仅通过添加芳香物质来调味（如香草、咖啡香精等），通常还会加入色素、糖或甜味剂。

酸奶生产用奶必须满足以下要求：

• 细菌总数低
• 不含可能延缓酸奶发酵的酶类和化学物质
• 不含抗生素与噬菌体

添加剂会提高酸奶成品的干物质（DM）含量。典型水果酸奶的成分组成如下所示：

• 脂肪 0.5 – 3.0%
• 乳糖 3.0 – 4.5%
• 蛋白质 3.2 – 4.5%
• 稳定剂（如有使用） 0.3 – 0.5%
• 预制果料 7.0 – 15.0%

无乳糖酸奶

部分人群的消化系统缺乏乳糖酶（部分或完全缺乏），导致消化过程中乳糖无法被分解为更简单的糖类。此类人群仅可饮用少量普通牛奶才能避免不适感（详见第11章）。但他们通常可食用发酵乳制品，因为其中部分乳糖在发酵过程中已被细菌酶分解。

通过添加乳糖酶将乳糖水解为葡萄糖和半乳糖，可生产完全无乳糖的发酵乳。将乳糖酶添加至发酵罐中，在酸奶发酵过程中即可同时完成乳糖水解。部分乳糖酶对低pH值敏感。它们的活性会随着发酵的进行和pH值的下降而减弱。因此，乳糖酶类型与剂量需根据发酵剂菌种的产酸速度来确定。

益生菌酸奶

如今，许多酸奶不仅含发酵菌种，还添加了多种益生菌，如嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌或干酪乳杆菌、动物双歧杆菌等。摄入足量含益生菌的产品有助于获得特定的健康益处，因此益生菌产品常以较高的定价销售。

益生菌会在发酵前与接种过发酵菌种的牛奶一同添加至酸奶中。

影响酸奶品质的因素

为生产出具有理想风味、黏度、质地、外观及稳定性（无乳清分离）的高品质酸奶，必须在生产过程中严格控制多项因素。本节将重点探讨以下关键因素：

• 牛奶的选择
• 牛奶标准化
• 配料选择
• 牛奶处理（包括脱气、均质与热处理）
• 发酵剂的选择
• 工厂设计

牛奶的选择

要生产高品质酸奶，所用原料奶必须达到最优的细菌学质量标准：原奶中细菌总数需控制在较低水平，且不含可能抑制酸奶发酵菌种生长的其它物质。牛奶中不得含有抗生素、噬菌体、CIP溶液残留物或灭菌剂，且必须在乳品厂进行严格检测。

牛奶标准化

牛奶中的乳脂和干物质含量通常按照下述原则进行标准化。

乳脂

酸奶的脂肪含量范围为0-10%，其中0.5-3.5%最为典型。通常按照脂肪含量将酸奶分为不同的类别：

• 全脂酸奶     最小含脂率 3%
• 部分脱脂酸奶   最大含脂率 <3%   最小含脂率 >0.5%
• 脱脂酸奶   最大含脂率 0.5%

干物质（DM）含量

提高牛奶中总干物质（DM）含量（特别是酪蛋白与乳清蛋白比例）会使酸奶凝乳更坚实，并降低乳清分离倾向。

干物质标准化最常用的方法包括：

• 蒸发（通常蒸发掉占牛奶中10-20%的水分）
• 添加脱脂奶粉或乳蛋白粉
• 添加浓缩乳
• 采用膜过滤对牛奶进行浓缩（超滤或反渗透）

配料选择

仅向牛奶中接种发酵菌种进行发酵即可生产酸奶。但在许多市场，通常还会添加其他配料。这可能是出于对产品组合差异化、成本优化或延长产品保质期的需求。与此同时，“清洁标签”的概念日益受到欢迎，它是指使用最少配料生产的产品。在许多国家，“清洁标签”被用作产品卖点，使其能够设定更高价格。

乳蛋白粉

如前一节所述，可添加脱脂奶粉（SMP）或不同类型乳蛋白粉或浓缩物，以提高牛奶中蛋白质含量。

糖或甜味剂

单独添加糖（如蔗糖或葡萄糖），或与水果配料搭配添加，可以增加酸奶的甜味。此外，也可使用甜味剂达到相同目的。甜味剂不具有营养价值，但用量极少即可产生强烈甜味。

应注意，接种/培养前向牛奶中添加过多的糖分（超过约8%）会改变牛奶的渗透压，从而对发酵条件产生不利影响。

稳定剂

亲水胶体形式的稳定剂能够结合水分。若添加到酸奶中，可提高黏度并有助于防止乳清分离。稳定剂类型及添加剂量需由各生产商通过实验确定。若稳定剂选择不当或用量过多，产品可能会呈现橡胶状、质地过硬或有颗粒感。

天然酸奶若生产得当，则无需添加稳定剂，因其会自然形成坚实、细腻的高黏度凝胶。水果酸奶里可加稳定剂，搅打型/充气型及常温酸奶中一定要加稳定剂。最常用的稳定剂（0.1-0.5%）包括改性淀粉、果胶、琼脂、明胶或各种树胶。在某些国家，法律禁止使用稳定剂，或仅在有限范围内允许使用稳定剂。

牛奶处理

脱气

用于生产发酵乳制品的原料奶含气量应尽可能低。然而，若通过添加奶粉提高干物质含量，则不可避免地会混入部分空气。此时需在后续加工中进行脱气处理。

若通过蒸发来提高干物质含量，则脱气在该过程中完成。

脱气处理获得的优势：

• 提升酸奶的稳定性与黏度
• 缩短发酵时间
• 改善均质机工作条件
• 减少热处理过程中产生的结垢
• 去除挥发性异味（脱臭）

均质

对制作发酵乳制品的牛奶进行均质的主要目的，是防止在发酵培养期间发生乳脂上浮现象，并确保乳脂均匀分布。

均质还能改善发酵乳的稳定性与质地，低脂产品也不例外。

通用建议是：应在200-250巴、65-70℃条件下对牛奶进行均质处理，以获得产品最佳物理特性。在低脂发酵乳的生产中也常采用均质工艺。

部分生产商将原料奶的均质参数提高至600巴、95℃。这些较高的参数在黏度和稳定性方面对特定产品配方能产生积极影响，但并非适用于所有配方。

热处理

牛奶在接种发酵剂前需要进行热处理，旨在：

• 改善牛奶作为细菌培养物基质的特性；
• 保证成品酸奶凝乳坚实；
• 降低成品的乳清分离风险。

通过90-95℃热处理并保温约5分钟可获得最佳效果。该温度/时间组合可使约70-80%的乳清蛋白变性（β-乳球蛋白变性率达99%）。特别是β-乳球蛋白（乳清蛋白的主要成分）会与κ-酪蛋白相互作用，从而帮助酸奶形成稳定的质地结构。

但用于发酵的牛奶经超高温瞬时热处理（UHT）和灭菌处理后，对成品黏度方面并不能产生同样的提升作用。

发酵剂的选择

如今，发酵剂生产商提供多种定制化酸奶发酵剂供乳品厂选择。在培养过程中，两种酸奶菌（嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌）快速增殖并将乳糖发酵为乳酸。除乳酸外，发酵剂还会产生多种芳香物质，如双乙酰、乙酸、丙酸、各种酮类及醛类。许多发酵剂还能产生胞外多糖（EPS）——这是一种可影响成品质地与稳定性的碳水化合物。因此发酵剂的选择会影响酸奶成品的多项特性，如pH值、风味、香气和质地。

在这方面，值得一提的是，乙醛被公认为（Pette与Lolkema，1950c；Schultz与Hingst，1954年）是酸奶风味中的主要成分。虽然不同菌株存在显著差异，但保加利亚乳杆菌在乙醛生成中起主导作用。在嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌的共同生长过程中，乙醛生成速率显著高于单一的保加利亚乳杆菌（Bottazzi等人，1973年）。因此上述菌种间的共生关系对酸奶生产中乙醛生成起到积极的促进作用。在酸奶的生产过程中，乙醛的形成要到特定酸化程度（pH值为5.0）才会显现出来。乙醛浓度在pH值为4.2时达到峰值，并在pH值为4.0时趋于稳定（A.Y. Tamime与R.K. Robinson，《酸奶：科学与技术》）。

对许多生产商而言，发酵时间短是发酵剂的理想特性，因为这意味着发酵罐可以更快排空并用于新批次的生产。但应注意，成品的其他特性（香气、质地）也会因发酵剂的选择不同而发生变化。因此，发酵剂的选择需兼顾产品质量要求与操作效率。

发酵剂的选择通常要与生产的酸奶类型（例如搅拌型、凝固型、饮用型和浓缩型）相适配。

如前所述，许多生产商选择将酸奶发酵剂与益生菌结合使用；也可额外添加生物保护菌株——这类发酵剂所含的菌株能产生抑制酵母菌和霉菌生长的物质。此举有助于延长产品保质期。

所有菌种（发酵菌种、益生菌种及生物保护菌种）均由发酵剂生产商以深冻或冻干形式提供。有关发酵剂的更多信息，可参阅第12章《菌种与发酵剂制备》。

工厂设计

发酵过程中形成的凝乳对机械处理比较敏感。因此管道、阀门、泵、冷却器等设备的选型与规格设计，以及工厂布局都至关重要。下一节将对此进行详细说明。

酸奶的生产

工厂设计

酸奶的质地与风味质量取决于工厂设计、原料奶及成品的处理工艺。现代工厂设计需满足高产量、连续化生产及高质量要求。各个工厂的自动化水平各异，通常配备整套集成式CIP系统。

大规模生产的自动化程度通常较高。必须避免对发酵产品进行过度机械处理，否则可能导致产品质地过软、黏度过低或乳清分离等缺陷。工厂设计时需综合考虑产品所受工艺处理的总体强度。因此，合适的设备选型与工厂优化是实现成本与质量间平衡的关键。

总体而言，卫生设计对酸奶生产至关重要。所有食品行业都必须严格维持卫生条件，不仅包括与产品直接接触的设备，还包括生产场所。

图13.6 “洁净室”理念下的空气过滤系统

如图13.6所示，可安装一套无菌空气过滤系统，将加工车间、贮存罐等区域的空气净化至高洁净度标准。在该系统中，一套主过滤器与风机可为四个贮存罐服务。另一种方案是为每个贮存罐单独配备过滤器。无菌空气过滤器可截留大于0.3微米的颗粒，且将拦截大多数微生物，因为球菌、杆菌和真菌（酵母菌和霉菌）的平均直径分别为0.9微米、0.25-10微米和3-15微米。

“洁净室”条件可提高生产安全性，最大限度降低再污染风险。但最关键的再污染风险环节是水果添加与包装阶段。因此必须确保这些操作中杜绝污染，且所用灌装机也必须满足高卫生标准。

原料奶制备

无论生产何种酸奶类型，原料奶的制备工艺均相同——包括脂肪与干物质含量标准化、均质及热处理。

图13.7是原料奶制备的加工生产线设计示例。图中未显示将牛奶泵送至加工生产线的贮奶罐。假定牛奶在进入生产线前已完成脂肪含量标准化与预巴氏杀菌。本例中通过添加奶粉（全脂或脱脂奶粉）或乳蛋白粉（如浓缩乳清蛋白）实现干物质含量标准化。其他配料（如稳定剂、糖等）也可在此步骤添加。

牛奶从平衡缸泵送至热交换器，经再生预热至约65℃后被输送至脱气罐。

图13.7 发酵乳制品的通用前处理流程

1. 混料机
2. 平衡缸
3. 板式热交换器
4. 脱气罐
5. 均质机
6. 保温管

图13.8 螺旋保温管

脱气

牛奶进入脱气罐真空容器时的温度约为65℃。由于存在真空，脱气罐的出口温度较入口温度低约4℃。

均质

脱气后的牛奶继续进入均质机进行均质处理。

因均质过程中施加200-250巴压力的作用，均质机出口温度较入口温度高3-5℃。

巴氏杀菌

均质后的牛奶随后进入第二换热段进一步加热，经最终加热段升温至90-95℃后，流入保温管，保持时间为5分钟。

牛奶冷却

巴氏杀菌后，牛奶先通过下游再生换热段冷却，然后进入用水冷却的热交换段。理想出口温度为接种温度（通常为40-45℃），可通过两种方式控制温度：一是将部分牛奶分流绕过再生换热段，二是在独立热交换段用冷却水冷却。另外，如果要生产凝固型酸奶，则需将牛奶冷却至10℃以下（最好是5℃）。

原料奶制备的替代方案

图13.9 浓缩型酸奶生产步骤框图

可将生牛奶直接送入酸奶巴氏杀菌机，而非使用标准化奶。这样可以避免重复多道工序，从而节约资源。此单元需配备乳脂分离机、在线标准化单元以及脱气罐、均质机和长保温管。粉状乳品添加剂可通过集成的混料单元添加，或制成液态浆料在乳脂分离后定量注入牛奶中。

当酸奶基料完成前处理并冷却至接种（发酵剂添加）温度后，后续处理的工艺要根据是生产凝固型、搅拌型、饮用型、浓缩型还是常温酸奶而定。图13.9至图13.10的框图展示了各工艺的生产阶段。

现代工厂中常同时生产凝固型和搅拌型酸奶。在凝固型酸奶的生产中，产品从前处理段生牛奶的接收到最终成品包装阶段始终处于连续控制状态；而在搅拌型酸奶的生产中，牛奶的前处理阶段保 持连续，直至牛奶被泵入发酵罐（有时也称为培养罐、熟化罐等），发酵剂便在此时添加。发酵会打断生产的连续性，且该发酵过程可能相当耗时。

图13.10 凝固型、搅拌型、饮用型冷藏和常温酸奶生产步骤框图

搅拌型酸奶

图13.11展示了一个典型的较高产量的搅拌型酸奶的连续生产线。

经前处理并冷却至发酵温度的酸奶基料被依次泵入发酵罐，同时将冻干或深冻发酵剂定量添加至奶流中。罐体充填结束后开始搅拌并持续一会儿，确保发酵剂分布均匀。

发酵罐采用保温设计，以确保发酵期间温度保持恒定。通过取样检测pH值以追踪酸度变化。

在搅拌型酸奶的典型生产过程中，发酵时间为4-5小时，温度为42-43℃。

图13.11 搅拌型酸奶生产工艺流程图。

生产线中多项参数共同决定最终产品质量

酸奶冷却

当达到目标pH值（通常为4.2-4.5）时，通过将酸奶冷却至15-22℃以减缓酸度进一步上升。同时，必须对凝乳进行轻柔机械处理，以确保最终产品的质地符合要求。部分生产线在冷却器前安装了平滑装置（缝隙过滤器、背压阀或动态平滑器），使产品更均匀、顺滑且具光泽。

冷却在板式热交换器中进行，其设计可确保对产品进行轻柔机械处理。泵与冷却器的处理能力通常按约30分钟清空一罐产品设计，以维持产品质量一致性。但有些发酵剂经过特殊调整，在达到目标pH值后会自动停止发酵。此类发酵剂在该pH值区间发酵极为缓慢，因此可适应更长的清罐与冷却时间。

冷却后的酸奶被泵送至缓存罐，再输送至灌装机。

调味

酸奶经过冷却即可进行包装。当酸奶从缓存罐向灌装机输送时，可添加水果与各类调味料。使用变速计量泵将配料连续注入通过水果混合装置的酸奶中。混合装置通常为静态混合器（图13.12），也可采用动态混合器，两种设计均能确保水果与酸奶充分混合，该步骤中水果计量泵和酸奶进料泵是同步运转的。

图13.12 安装在管道上的水果在线混料器

水果添加物可以是：

• 甜味型：通常蔗糖占比50-55%
• 原味型：无糖

由于预制果料/芳香物质直接添加至酸奶中，因此必须对其进行适当热处理（通常由供应商完成，部分酸奶生产商也会自制水果配料并实施热处理）。热处理方案应确保灭活所有营养体微生物，同时不影响水果的口感与质地。采用快速加热和冷却的连续生产形式，既能保证产品的质量又能确保经济效益。在对含整颗浆果或固体颗粒的果料进行充分巴氏杀菌时，可以选择使用刮板式热交换器、管式热交换器或带刮板装置的罐体。

热处理后，必须在无菌条件下将水果灌入灭菌容器中。发酵乳制品经常由于水果未经充分灭菌引起再污染而导致产品腐败。

包装

酸奶灌装机类型多样，市场上的包装规格也各不相同。一般来说，总灌装能力应与巴氏杀菌设备产能相匹配，以实现整条生产线在最优工况下运行。酸奶在缓存罐中长时间贮存可能导致乳清分离、风味改变及成品黏度下降。因此应最大限度缩短酸奶在缓存罐中的贮存时间。

工厂设计

如前所述，工厂设计是影响酸奶质量的重要因素，这也适用于所有其它发酵乳制品。

图13.13展示了搅拌型酸奶从离开发酵罐开始，经包装后冷藏约24小时期间的黏度变化曲线。曲线A代表所有影响结构与黏度的操作经优化后的理想状态。

图13.13 搅拌型酸奶在冷却、包装和冷藏过程中的黏度变化。

 A. 最佳工厂设计 B. 不良工厂设计

由于酸奶属于触变性流体，因此处理过程中产品黏度会不可避免地出现下降。但若所有参数与设备均得到充分优化，则黏度在冷藏初期几日内几乎可完全恢复，且乳清分离发生率也会降至最低。

曲线B显示的是产品从发酵罐到包装和冷藏过程中遭受不当处理的结果。若对酸奶凝乳的处理强度过大，将导致黏度过低，使成品呈流质状态伴随

凝固型酸奶

凝固型酸奶最常用的生产系统如图13.14所示。该系统在生产规划方面具有灵活性，因为其制备能力无需与包装能力相匹配。

凝固型酸奶基料的制备方法与搅拌型酸奶相同，然后经冷却至10℃以下（最好为5℃），泵入一个、两个或多个缓存罐中。发酵剂可在线添加（如图13.14所示）或直接投入罐中。接种菌种并充分搅拌后，可将牛奶在线精准加热至发酵温度，然后装入容器。

图13.14 凝固型酸奶的生产线。凝固型酸奶通过在经巴氏杀菌和冷却的牛奶中添加发酵剂制成。

在灌装前，牛奶与发酵剂的混合物料需加热至精确的发酵温度。芳香物质可在线添加。包装好的混合物料被运送至培养室进行发酵。发酵完成后，将凝固型酸奶在冷却隧道中冷却。

调味/灌装

在灌装前，可将调味料以连续计量的方式加入牛奶中。若需添加含颗粒的果料或添加剂，则需先将这些物料定量加入包装或杯具中，随后再向其中灌装已接种菌种的牛奶。但需注意，pH值较低的添加剂会对发酵产生不利影响。

发酵与冷却

灌装完成后，包装会被码放在托盘上，随后转移至培养和冷却区。主要采用两种方式实现这一操作，具体如下：

• 采用组合式培养/冷却舱室：托盘在舱内静置完成培养和冷却，然后用叉车运往最终冷藏库。
• 采用可容纳大量满载托盘的培养室：待充分发酵后，将托盘用叉车运至传送带上，继而进入密闭式冷却隧道完成冷却。该系统可实现连续冷却，具体如图13.15所示。

图13.15 培养室与冷却隧道组合

发酵

灌装后的包装/容器放入敞口的板条箱里，各容器间保持一定间距，以便培养和冷却舱/室的冷/暖气流能够循环到达每个容器个体。板条箱通常码放在托盘上，随后由叉车转运至培养室。需对舱/室温度精准控制以确保酸奶质量的一致性。

冷却

当经验设定的发酵时间到达时，产品也达到最佳pH值（通常为4.5），就应启动冷却程序。常规目标温度为18-20℃；关键在于快速抑制菌种继续增殖，这就要求在30分钟内将物料温度降至约35℃，并在后续30-40分钟内进一步冷却至18-20℃。

成品最终冷却在冷藏库中进行，通常冷却至5℃并暂存等待配送。

冷却效率取决于单个包装的大小、板条箱的设计以及气流与温度。

培养期间托盘及板条箱应保持静置状态。其摆放方式需遵循先进先出原则。在3-3.5小时的典型培养周期中，最后2-2.5小时严禁任何机械干扰，因为此时产品最容易出现乳清分离。

制冷能力应足以达成上述温控要求。参考标准：小包装（0.175-0.2kg）总冷却时间约为65-70分钟，大包装（0.5kg）约为80-90分钟。

饮用型酸奶

低黏度饮用型酸奶（通常为低脂配方）在许多国家都广受欢迎。其成分可与搅拌型酸奶相同，也可通过加水稀释等方式降低干物质含量。图13.16展示的是饮用型酸奶的另一种生产工艺。

用于生产饮用型酸奶的酸奶采用典型的罐式发酵法制成。发酵后通过均质或搅拌工艺刻意降低产品黏度。为获得无沉淀、稳定的饮用型酸奶，配方中通常会添加稳定剂（常用改性淀粉，亦可使用果胶和/或CMC）。

图13.16 饮用型酸奶的生产

浓缩型酸奶

浓缩型酸奶在全球多国均有生产。根据国家或地区不同，其名称亦有所差异，如脱乳清酸奶、希腊酸奶、拉布尼（labneh）、冰岛酸奶（Skyr）等。浓缩型酸奶在发酵完成后，将乳清从凝乳中排出，来提升干物质含量。目前主要采用两种生产工艺：喷嘴式分离机浓缩法和超滤浓缩法。

两种工艺均需先将标准化奶加热至90-95℃并保持5分钟，在此之前可按工艺要求选择均质处理；然后将其冷却至发酵温度并泵送入培养罐。发酵完成后对酸奶进行搅拌处理，然后将其直接泵送至喷嘴式分离机；或在约55℃下热处理3分钟，然后送入超滤单元。在此工序中，乳清/渗透液被分离出来，得到浓缩酸奶，随后泵出进行冷却与包装。

除上述两种生产工艺外，也可在发酵前将牛奶标准化至最终所需的成分比例。采用此法需格外谨慎：若蛋白质含量过高，可能导致成品产生异味和沙质感。无论采用何种生产工艺，浓缩型酸奶成品通常具有极高黏度。相较于搅拌型酸奶生产线，需特别关注缓存罐及配套设备的设计与选型，以确保高黏度产品能从罐中彻底排空。

常温酸奶

在一些国家，分销过程中很难保持冷链的完整性。此外，随着生产商把产能整合到更为集中的生产基地，产品销售的地理范围日益扩大，运输距离也越来越长，这些因素共同推动了新型酸奶产品的研发。

延长发酵乳制品的保质期有两种方法：

• 在灌装前或包装中对成品进行热处理。
• 在无菌（或超高卫生标准）条件下进行生产与包装。

通过对发酵后酸奶进行热处理，可生产出对冷链波动敏感性较低的“热处理酸奶”。通过热处理，加上无菌或超高卫生标准加工与灌装，可生产出在常温下储存和分销的产品，即常温酸奶——亦称“超高温灭菌酸奶”，“后巴氏杀菌酸奶”或“灭菌型酸奶”。这类产品均需添加稳定剂，以抵消热处理对产品质地与稳定性的负面影响，确保产品在整个保质期内品质稳定。

应当指出的是，根据一些国家法规定义，若通过加热杀灭酸奶中微生物，则该产品将不可再称为“酸奶”，但通常可标注为“酸奶基”产品。

图13.17 通过喷嘴式分离机浓缩酸奶

图13.18 通过超滤浓缩酸奶

酸奶的热处理

所有类型的酸奶（搅拌型、凝固型、饮用型和浓缩型）均可通过热处理延长保质期。

酸奶的热处理通过以下机制实现保质期延长：

• 灭活发酵菌及酶。
• 灭活污染菌（如酵母菌和霉菌）。

无菌条件下生产

在无菌生产中，需采取措施防止酸奶在最终热处理后遭受酵母菌和霉菌污染。这些微生物能在酸性环境中存活并繁殖，导致产品变质，并可能导致异味和乳清分离现象。主要的预防措施是对所有产品接触表面进行彻底清洁与消毒处理。然而，无菌生产的特殊之处在于它在无菌条件下进行；采用无菌空气进行正压保护的无菌罐、远程控制的无菌阀、无菌添加果料的设备和无菌灌装机，因此可有效预防空气中的微生物的感染。

灌装前热处理

生产热处理酸奶时，需将酸奶在60-70℃下保持数秒。该处理可最大限度抑制后酸化，若在高卫生标准条件下包装，酸奶在冷库中的保质期可达1-2个 月（仅考虑微生物增殖）。

若需生产保质期达4-12个月的常温储存酸奶，加热温度应在75-110℃ 之间，持 续 5-20秒，具体参数取决于牛奶配方、牛奶处理工艺、酸奶pH值等因素。随后应采用无菌或超高洁净等级的灌装机进行包装以防止二次污染。

如前所述，生产热处理酸奶需添加稳定剂。所用稳定剂的类型取决于成品所需特性，并对生产线的设计有很大影响。这些特性反过来又决定了将采用哪种热处理方案以及如何设计加工生产线。

对于高黏度常温酸奶，通常采用含改性淀粉、果胶、明胶或某些树胶成分的复合稳定剂，以赋予产品粘稠质地，同时避免保质期内出现乳清分离与沉淀现象。如图13.20所示，生产线设计的重点是尽量减少对产品的机械剪切力，以维持其黏度。稳定剂通常于巴氏杀菌前添加至原料奶中。

图13.20 高黏度常温酸奶加工生产线

可添加水果（管式热交换器），或不添加水果（板式热交换器）

果胶是低黏度常温酸奶中常用的稳定剂，可避免沉淀、乳清分离及沙质口感。其他可用稳定剂包括CMC或二者的混合物。若使用果胶，最好在最终热处理前将其以水溶液形式添加至酸奶中（见图13.19）。配制该水溶液（常称为浆料），严格来说所需水量极小（可能占产品总体积的10%）。但在许多国家的实际生产中，常在此环节添加额外的水/果汁，其添加量可达成品的70%。浆料中还可添加糖与芳香物质等配料。为了使果胶达到最佳稳定效果，应进行机械处理（如均质）

图13.19 低黏度常温酸奶加工生产线

若成品含果粒，可采用不同的加工解决方案：

• 将酸奶与果粒混合后共同进行热处理、冷却 ，再进行包装。
• 将酸奶与果粒单独进行热处理并冷却，再在灌装前混合。

灌装后热处理

用于常温分销的酸奶可在特殊的巴氏杀菌舱中进 行 热处理，例如在60-70℃下保持30分钟。当然，处理时间取决于包装的大小与形状。此外，此类产品必须使用稳定剂。

开菲尔

图13.21 发酵乳制品中的微生物常处于共生状态

图13.22 电子显微镜下开菲尔粒表面的酵母菌与乳酸菌

图13.23 培养皿中的开菲尔粒

开菲尔是最古老的发酵乳制品之一，起源于高加索地区，如今在许多国家都有生产。其原料可采用山羊奶、绵羊奶或牛奶。

开菲尔应黏稠、均匀，表面有光泽，口感新鲜酸爽，略带气泡感及细微酵母风味，产品pH值通常为4.3-4.4。开菲尔采用一种特殊发酵剂——开菲尔粒 进行生产。开菲尔粒由蛋白质、多糖以及几种微生物（如酵母菌、产香和产乳酸菌）的混合物组成。酵母菌约占微生物菌群总量的5-10%。

开菲尔粒呈淡黄色，大小与花椰菜小花差不多，直径约15-20毫米。如图13.21所 示，开菲 尔 粒的形状不规则。开菲尔粒不溶于水及大多数溶剂，浸泡于牛奶中时会膨胀变白。

图13.21展示了开菲尔粒表面的酵母菌与乳酸菌。中心的“球体”为酵母细胞，杆状物为不同种类的细菌。图13.22展示了开菲尔粒的中心区域。酵母菌与细菌通过主要由蛋白质和多糖构成的网络结合在一起。

发酵过程中，乳酸菌产生乳酸，而发酵乳糖的酵母细胞则产生酒精与二氧化碳。酵母代谢还会分解部分蛋白质，这正是开菲尔特殊酵母风味的来源。乳酸、酒精及二氧化碳的含量可以通过控制生产过程中的培养温度进行调节。

根据各地生产条件与需求，不同生产商的设备及工艺参数可能存在显著差异。开菲尔型产品也可采用高浓度冷冻或冻干发酵剂，按搅拌型酸奶的工艺进行生产。

原料

与其他发酵乳制品相同，开菲尔的原料品质至关重要，不得含有任何抗生素及其他杀菌剂。开菲尔生产可采用山羊奶、绵羊奶或牛奶作为原料。

发酵剂的制备

图13.24 开菲尔生产各工艺阶段的典型框图

开菲尔发酵剂通常由不同脂肪含量的牛奶制成，但也可采用脱脂奶或复原脱脂奶。

与其他发酵乳制品发酵剂的扩培工艺相同，牛奶基质必须经过充分热处理以灭活噬菌体。该生产过程分为两个阶段，主要原因在于：开菲尔粒体积大，不易处理，而体积相对较小的母发酵剂更易于控 制。各工艺阶段如图13.24所示。

在第一阶段中，将活性开菲尔粒接种到预处理过的基质中。培养温度控制在约23℃，开菲尔粒添加比例约为5%（开菲尔粒与基质比例为1:20）或3.5%（开菲尔粒与牛奶比例为1:30）。培养时间约为20小时，在此过程中开菲尔粒会逐渐沉降至底部。建议每2-5小时进行10-15分钟的间歇式搅拌。当培养物达到目标pH值（如4.5）时，先进行搅拌再将开菲尔粒从母发酵剂（此时亦称滤液）中分离。滤网孔径为3-4mm。

使用煮沸然后冷却的水（有时使用脱脂奶）在滤网中冲洗开菲尔粒，随后可将其重复用于培养新批次的母发酵剂。培养期间微生物数量每周增长大约10%，因此必须称重并去除多余颗粒后方可重复使用。在第二阶段，若滤液在使用前需储存数小时，可将其冷却至约10℃。另外，若需生产开菲尔的产量很大，可将滤液直接接种至经预处理的牛奶中，作为生产批量发酵剂的发酵母种。接种量为基质体积的3-5%。在 23℃下培养约20小 时后，得到批量发酵剂即可接种至生产开菲尔的奶中。

开菲尔的生产

其工艺流程与多数发酵乳制品基本相同。传统开菲尔生产的典型工序组合如下所示：

• 脂肪标准化（并非必需工序）
• 均质
• 巴氏杀菌并冷却至培养温度
• 接种发酵剂（此处亦称“滤液”）
• 两阶段发酵（此工艺与特定发酵剂共同构成开菲尔的典型特征）
• 冷却
• 包装

脂肪标准化

据相关记录，开菲尔的脂肪含量在0.5%至6%区 间 。常用 保留其 原 始脂肪含量的原奶进行生产，不过，将脂肪含量控制在2.5-3.5%较为常见。

均质

完成脂肪标准化（如有的话）后，牛奶需在65-70℃、175-200巴条件下进行均质处理。

热处理

热处理方案与酸奶及多数发酵乳相同：90-95℃下保持5分钟。

接种

热处理后，将牛奶冷却至接种温度（通常约为23℃），随后添加2-3%的发酵剂。

发酵

发酵过程通常分为两个阶段：酸化阶段与成熟阶段。

酸化阶段

酸化阶段持续至pH值降至4.5，或酸度达到85-100°Th（35-40°SH），此过程约需12小时。随后在罐内对凝乳进行搅拌和预冷却，当温度降至14-16℃时停止冷却与搅拌。

成熟阶段

典型的轻微酵母风味在接下来的12-14小时内开始慢慢形成。当酸度达到110-120°Th（pH值约4.4）时，开始最终冷却。

冷却

产品在热交换器中迅速冷却至5-8℃。这将阻止pH值的进一步降低。至关重要的是，对待冷却后的产品及在后续包装过程中处理要柔和。必须尽量减少泵、管道和灌装机中的机械搅拌，同时避免混入空气——因为气体会增加产品乳清分离的风险。

开菲尔的替代生产工艺

图13.25 用冻干/冷冻发酵剂制备批量开菲尔发酵剂

如上所述，制备母发酵剂用于生产开菲尔这一传统方法很费时费力，加上微生物菌群的复杂性，有时会导致产品产生不可接受的质量波动。

为克服这些问题，发酵剂供应商已开发出冷冻/冻干型浓缩开菲尔发酵剂，其使用方式与类似形态的其他发酵剂完全一致。

通过对不同来源开菲尔粒的深入研究，我们分离出多种细菌与酵母菌菌株，并测试了其生长特性、产酸能力、风味形成等指标。然后通过选择浓缩发酵剂的菌种组成，确保制备批量发酵剂时微生物比例保持平衡，生产的终产品可与传统开啡尔粒母种发酵工艺所制产品保持一致。图13.25的框图展示了采用冷冻/冻干浓缩发酵剂生产开菲尔的工艺流程。

与传统批量发酵剂制备工艺相比，冻干发酵剂技术不仅简化了工艺流程，还显著降低了发酵剂的二次污染风险。

但需注意的是，采用此类浓缩发酵剂生产的产品在某些国家不可标注为“开菲尔”，而需使用“开菲尔型”等名称。

发酵稀奶油

发酵稀奶油制品在一些国家已有数十年应用历史，常用于烹饪领域。

其与酸奶类似，可作为多种菜肴的基础原料，产品脂肪含量为10-12%或20-30%。发酵剂包含乳酸乳球菌乳酸亚种与乳酸乳球菌乳脂亚种，而产香菌种则采用乳酸乳球菌乳酸亚种双乙酰变种与肠膜明串珠菌乳脂亚种。

发酵稀奶油具有均匀的组织结构和较高黏度，口感温和微酸。与其他发酵制品相同，其保质期有限，需依靠严格的卫生控制保障产品品质。

非密封包装中可能滋生酵母菌和霉菌，这些微生物主要存在于发酵稀奶油表面。若贮存时间过长，分解β-乳球蛋白的乳酸菌酶会被激活导致产品发苦，同时因二氧化碳及其他芳香物质透过包装扩散，风味也会逐步流失。

通过包装前热处理可生产长效发酵稀奶油产品，其稳定剂添加方式与其他热处理发酵乳制品相同。

发酵稀奶油的生产

发酵稀奶油的加工生产线包含脂肪含量标准化、稀奶油均质与热处理、接种及包装设备。

均质

稀奶油需进行均质处理：10-12%脂肪含量的稀奶油：通常在60-70℃、150-200巴压力下进行均质处理。在一定范围内，提高均质温度可改善成品质地/黏度。20-30%脂肪含量的稀奶油：均质压力应降至100-120巴，因为脂肪总表面积增大后蛋白质（酪蛋白）数量不足以完全覆盖在其表面形成保护膜。

热处理

均质后的稀奶油通常采用90℃、5分钟的热处理方案。若均质工艺与热处理能很好地匹配，亦可采用其他时间/温度组合。

接种和包装

将经过预处理的稀奶油冷却至接种温度（18-21℃），然后添加0.01%的浓缩发酵剂或1-2%的母发酵剂。可在罐内或包装内进行接种，发酵时间为18-20小时。发酵完成后需快速冷却发酵稀奶油，以阻止pH值进一步下降。由于低脂（10-12%）产品的黏度相对适中，因此可在板式热交换器中完成冷却。脂肪含量越高，发酵稀奶油的黏度越大——这将导致板式热交换器内压降过高，使冷却操作难以进行。此时可将发酵稀奶油直接灌装，并在包装中进行冷却（图13.26）。

图13.26 发酵稀奶油加工和灌装生产线

为避免机械损伤，有时会直接在包装内完成接种、灌装与发酵全过程，尤其是在高脂稀奶油的生产中。稀奶油接种并完成后续包装后，产品需在20℃环境下保存，直至无脂相酸度达到约85°Th（约需16-18小时）。随后将包装平稳转移至冷藏库，在约6℃温度下至少储存24小时后方可配送。

长保质期发酵稀奶油

通过热处理可延长发酵稀奶油的保质期。可选择在发酵前将稳定剂添加至稀奶油中，或在最终热处理前添加至发酵稀奶油中。产品的热处理通常采用85-90℃持续数秒的方案。成品黏度取决于稳定剂的选择以及工厂的整体设计。

酪乳

发酵酪乳（有时简称为“酪乳”）是发酵稀奶油制 取 黄油过程中产生的副产品，传统上作为饮料出售和饮用。其脂肪含量约为0.5%，富含脂肪球膜物质（包括卵磷脂）。由于膜物质易氧化导致风味快速劣变，该产品保质期较短。在发酵稀奶油制取黄油过程中产生的酪乳中，乳清分离现象也很常见。

如今，为克服异味与短保质期问题，许多市场开始采用脱脂奶或低脂奶商业化生产“发酵酪乳”，也可采用甜性稀奶油制取黄油过程中产生的酪乳。

在 所有情况下，原料均需经过90-95℃、约5分钟的热处理，然后冷却至接种温度。通常采用普通乳酸菌。当原料为脱脂奶或低脂奶时，有时也会添加黄油粒，使产品外观更接近传统酪乳。该产品也可添加浓缩果汁等成分进行调味。