本发明属于生物发酵技术领域，特别涉及一种荔枝发酵型饮料及其制备方法与制备设备。
背景技术：
荔枝是热带和亚热带代表性水果。荔枝源于中国，中国荔枝占世界荔枝的70％。广东荔枝占全国荔枝的50％以上，占世界荔枝的三分之一。广东是中国荔枝适载地域最广、种质资源最丰富、优良品种最多、科研实力最强的省份。截止2017年，广东荔枝种植面积411万亩，年均总产120～150万吨。
荔枝果肉柔嫩，风味独特，营养价值高。荔枝成熟于盛夏高温季节，传统上主要作为鲜果食用，采摘和上市时间短，容易腐烂变质，不耐储藏，严重制约了广东乃至我国荔枝产业的进一步发展。因此，将荔枝进行深加工不但可以缓解鲜果的销售压力，同时还能提高荔枝加工附加值，增加果农的收入，对荔枝产业的发展具有重要的意义。
目前将荔枝深加工为发酵饮料的工艺主要有：将荔枝去皮、去核、匀浆，加酶酶解，加菌发酵，过滤获得荔枝发酵饮料(cn201510773373.7)；荔枝果肉榨汁、荔枝核破碎后与果汁混合，加菌发酵，离心过滤获得低醇荔枝果酒饮料(cn201210123096.1)；将新鲜荔枝去核去壳后的果肉破碎榨汁，经过三次发酵、调配获得荔枝发酵醋饮料(cn201010232093.2)。
原花青素具有极强的抗氧化活性，抗癌作用，抗动脉粥样硬化作用等特性，存在于很多植物叶、果肉、果核和果壳中。荔枝核、荔枝壳中含有丰富的原花青素，是开发功能性食品和药品的良好原料。
目前对于荔枝制备发酵饮料的深加工工艺主要为去皮、去核、榨汁进行发酵，前处理工艺繁琐，将含有丰富原花青素的荔枝壳丢弃，不仅带来环境污染，还造成资源浪费。发酵时间长，造成有效功能物质原花青素的损失。
如何充分利用荔枝果实资源，简化荔枝加工产品工艺仍有待研究突破。
技术实现要素：
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种荔枝发酵型饮料的制备方法，所述的制备方法将完整荔枝鲜果进行简单轻压压破处理，带核、带壳发酵，不仅前处理简单，还可有效获取果核、果壳中的有效功能物质原花青素，不造成资源浪费；二级发酵中采用果汁发酵液喷入二级发酵箱中发酵，不仅发酵时间短，还有效的保护功能物质原花青素，防止其因二级发酵时间过长造成的损失。
本发明的另一目的在于提供一种荔枝发酵型饮料，富含原花青素。
本发明的又一目的在于提供一种荔枝发酵型饮料的制备设备，可快速获得含丰富原花青素的荔枝发酵饮料，工艺简单，操作性强，生产效率高，易于实现工业化生产。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种荔枝发酵型饮料的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗、吹干：将新鲜荔枝果进行清洗、表面吹干；
(2)压破：压破荔枝果的荔枝壳，但荔枝果肉、荔枝果核不压破；
(3)一级发酵：在步骤(1)压破的荔枝果中加入质量体积1％～15％糖，2～5小时后加入混合菌剂，15～40℃密封静置发酵培养10～20小时得到果汁发酵液与残留带壳带核果肉；所述的混合菌剂含有酵母和乳杆菌；
(4)二级发酵：将步骤(3)的果汁发酵液喷淋于含有醋酸杆菌的填料的发酵容器中发酵，得到发酵液，即为所述的荔枝发酵型饮料。
所述的荔枝发酵型饮料的制备方法还可以包括加糖进行调配、灭菌、灌装等步骤，得到成品荔枝发酵型饮料。
所述的加糖进行调配优选在步骤(4)的发酵液中加入质量体积10％～50％的糖进行调配，可得到口味更佳的荔枝发酵型饮料。
所述的糖优选为蔗糖、红糖、低聚异麦芽糖、低聚果糖中的至少一种。
所述的灭菌优选为巴氏灭菌，进一步优选为90℃，30s的巴氏灭菌。
所述的灌装优选为在洁净区进行灌装。
步骤(1)中所述的荔枝果优选为去枝、无溃烂、无虫害的完整荔枝果。
步骤(3)中所述的糖为葡萄糖、蔗糖、果糖、阿拉伯糖中的至少一种。
步骤(3)中所述的混合菌剂的添加量优选按质量比0.5％进行添加。
步骤(3)中所述的酵母和乳杆菌的配比优选为质量比2:1。
步骤(3)中所述的酵母为酿酒酵母、假丝酵母中的至少一种；进一步优选为酿酒酵母saccharomycescerevisiaeatcc204508、假丝酵母candidatropicalisatcc750中的至少一种。
步骤(3)中所述的乳杆菌为植物乳杆菌、保加利亚乳杆菌中的至少一种；进一步优选为保加利亚乳杆菌lactobacillusbulgaricusiffi6047、植物乳杆菌lactobacillusplantarumatcc14917中的至少一种。
步骤(4)中所述的发酵时间优选为10～60s，发酵温度为25～35℃。
步骤(4)中所述的发酵优选发酵至发酵液中的乙醇含量小于1g/l。
步骤(4)中所述的喷淋的流速优选为10l/s。
步骤(4)中所述的含有醋酸杆菌的填料中的醋酸杆菌含量优选为1.0×1012cfu/g。
步骤(3)中所述的残留带壳带核果肉在制备果脯、果酱中的应用。
一种荔枝发酵型饮料，通过所述的制备方法得到。
所述的荔枝发酵型饮料乙醇含量小于1g/l，富含原花青素。
一种荔枝发酵型饮料的制备设备，包括箱体，多个上下分层设置在箱体内的微生物填料层，带有多个喷淋头的喷淋系统，无菌空气分布系统；
多个喷淋头设置在箱体内的顶部，每层微生物填料层上均设有多个空气分布器，每个空气分布器均安装在无菌空气分布系统的出口处，每层微生物填料层所在的箱体的侧壁上设有温控装置，箱体底部的侧壁上设有出口管，箱体的顶部设有出气管；
微生物填料层包括填料，附着于填料的微生物，固定在箱体侧壁上的网状架体；填料放置在网状架体上，空气分布器插在填料上。
多个微生物填料层上下等距分层设置，喷淋系统包括总喷淋管、与总喷淋管相通的纵向喷淋管、与纵向喷淋管相通的多根横向喷淋管；每根横向喷淋管上等距分布有喷淋头，所有的喷淋头矩形阵列分布在箱体内的顶部，所有的横向喷淋管位于箱体内的顶部。
无菌空气分布系统包括总无菌管、与总无菌管相通的分支无菌管路；每层微生物填料层的网状架体上均设有一支分支无菌管路，分支无菌管路上均匀分布有多个出口，分支无菌管路的每个出口处均安装空气分布器，所有的空气分布器呈矩形阵列分布。
优选的，所述空气分布器垂直等距固定在微生物填料层的网状架体上，使供氧充分、无死角；空气分布器上向四周开有空气分布孔。
制备设备还包括无菌水管和蒸汽管，无菌水管和蒸汽管均与总无菌管相通。
微生物填料层中的填料厚度与空气分布器等高。
出气管上设有液体冷凝回流装置。
优选的，所述微生物填料层中的填料的直径5～10mm；所述的填料优选为聚氨酯泡沫颗粒、改性玉米芯、多孔陶瓷、微孔玻璃、改性竹炭中的至少一种。
所述的微生物优选为醋酸杆菌。
所述的荔枝发酵型饮料的制备设备的使用方法，具体包括如下步骤：
(1)准备工作：由喷淋系统(3)中的总喷淋管从微生物培养液容器中移取微生物培养液通过喷淋头进行喷淋；在此过程中无菌空气分布系统(5)工作，为微生物填料层的微生物提供氧气；温控装置(2)工作，保持箱体(1)内温度稳定；出口管(7)将收集到的微生物培养液部分回流到微生物培养液容器中，其余部分灭菌处理；微生物培养液容器补入与灭菌处理微生物培养液等量的新鲜微生物培养基，以此循环使微生物增殖，完成准备工作；
(2)发酵：喷淋系统(3)中的总喷淋管抽取荔枝果汁发酵液通过喷淋头喷淋至微生物填料层(4)中进行发酵。
步骤(1)中所述的温度优选为28℃～33℃；进一步优选为32℃。
步骤(1)中的循环若干次使微生物增殖优选为循环直至微生物填料层中的微生物含量达到1.0×1012cfu/g。
步骤(1)中所述的出口管(7)将收集到的微生物培养液部分回流到微生物培养液容器中，其余部分灭菌处理的操作优选为将收集到的微生物培养液的3/4回流到微生物培养液容器中，其余1/4进行灭菌处理。
所述的荔枝发酵型饮料的制备设备的使用方法，还可以先对所述的荔枝发酵型饮料的制备设备进行消毒灭菌处理，具体操作步骤为：依次从无菌水管(8)和蒸汽管(11)通入无菌水进行清洗，通入蒸汽对所述的荔枝发酵型饮料的制备设备进行消毒灭菌。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1.本发明提供一种荔枝发酵型饮料的制备工艺，将完整荔枝鲜果进行简单处理，带核、带壳发酵，快速获得含丰富原花青素的荔枝发酵饮料，工艺简单，操作性强，生产效率高，易于实现工业化生产。
2.本发明还提供了一种荔枝发酵型饮料制备设备，可有效实现一级发酵与二级发酵有机配合，显著缩短了获得乙醇含量符合要求的荔枝发酵液，并有效防止功效物质原花青素的损失，可获得含丰富原花青素的荔枝发酵饮料。
附图说明
图1是本发明的荔枝发酵型饮料的制备工艺流程图；其中21清洗、吹干；22压破；23一级发酵；24二级发酵；25调配、巴杀、灌装。
图2是二级发酵箱的结构示意图。
图3为本发明的空气分布器与微生物填料层架体结构示意图。
图4是喷淋系统的结构示意图。
其中，零部件和对应的标号如下：
1是箱体；2是温控装置；3是喷淋系统；4是微生物填料层；5是无菌空气分布系统；6是出气管；7是出口管；8是无菌水管；9是空气分布器；10是液体冷凝回流装置；11是蒸汽管；3-1是总喷淋管，3-2是纵向喷淋管，3-3是横向喷淋管。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种荔枝发酵型饮料的制备设备，包括箱体，多个上下分层设置在箱体内的微生物填料层，带有多个喷淋头的喷淋系统，无菌空气分布系统。箱体内有多个微生物填料层，多个微生物填料层从上往下依次布置，微生物填料层具有至少两层。多个喷淋头均匀设置在箱体内的顶部，每层微生物填料层上均设有多个空气分布器，无菌空气分布系统有多个出口，每个空气分布器均安装在无菌空气分布系统的每个出口处，每层微生物填料层所在的箱体的侧壁上设有温控装置，箱体底部的侧壁上设有出口管，箱体的顶部设有出气管。出气管上设有液体冷凝回流装置，液体冷凝回流装置可以让液体回流至箱体内。
微生物填料层包括填料，附着于填料的微生物，固定在箱体侧壁上的网状架体。填料放置在网状架体上，空气分布器插在填料上，微生物填料层中的填料厚度与空气分布器等高，空气分布器上向四周开有空气分布孔，即空气分布器的四周开有空气分布孔。
多个微生物填料层上下等距分层设置，喷淋系统包括总喷淋管、与总喷淋管相通的纵向喷淋管、与纵向喷淋管相通的多根横向喷淋管。总喷淋管连接在纵向喷淋管上，然后所有的横向喷淋管连接在纵向喷淋管上。每根横向喷淋管上等距分布有喷淋头，所有的喷淋头矩形阵列分布在箱体内的顶部，所有的横向喷淋管位于箱体内的顶部。
无菌空气分布系统包括总无菌管、与总无菌管相通的分支无菌管路。每层微生物填料层的网状架体上均设有一支分支无菌管路，分支无菌管路上均匀分布有多个出口，分支无菌管路的每个出口处均安装空气分布器，分支无菌管路的出口即是无菌空气分布系统的出口，所有的空气分布器呈矩形阵列分布。
制备设备还包括无菌水管和蒸汽管，无菌水管和蒸汽管均与总无菌管相通。
所述的制备设备的使用方法如下：
由喷淋系统(3)中的总喷淋管从微生物培养液容器中移取微生物培养液通过喷淋头进行喷淋；在此过程中无菌空气分布系统(5)工作，为微生物填料层的微生物提供氧气；温控装置(2)工作，保持箱体(1)内温度稳定；出口管(7)将收集到的微生物培养液部分回流到微生物培养液容器中，其余部分灭菌处理；微生物培养液容器补入与灭菌处理微生物培养液等量的新鲜微生物培养基，以此循环使微生物增殖，完成准备工作；
所述的制备设备完成准备工作后，可进行发酵步骤：喷淋系统(3)中的总喷淋管抽取荔枝果汁发酵液通过喷淋头喷淋至微生物填料层(4)中进行发酵。
所述的荔枝发酵型饮料的制备设备的使用方法，还可以先对所述的荔枝发酵型饮料的制备设备进行消毒灭菌处理，具体操作步骤为：依次从无菌水管(8)和蒸汽管(11)通入无菌水进行清洗，通入蒸汽对所述的荔枝发酵型饮料的制备设备进行消毒灭菌。
实施例2
本实施例所用的二级发酵箱如图2所示，二级发酵箱即实施例1提及的一种荔枝发酵型饮料的制备设备，包含箱体、温控装置、喷淋系统、微生物填料层、无菌空气分布系统、出气管、出口管。所述微生物填料层包含填料、附着于填料的微生物及网状架体；所述微生物填料层具有至少两层，等距离设置于箱体内。所述无菌空气分布系统包含总无菌管、分支无菌管路、空气分布器。喷淋头位于箱体内顶部；所述温控装置位于箱体侧面；所述出气管位于箱体顶部侧边，出气管上设置有液体冷凝回流装置；所述出口管位于箱体底部侧面。
醋酸杆菌培养液的制备：将醋酸杆菌acetobactersp.cicc20441(购自中国工业微生物菌种管理保藏中心)在发酵罐中进行醋酸杆菌培养，获得醋酸杆菌菌含量为1.0×108cfu/ml的200l醋酸杆菌培养液。
二级发酵箱准备工作：在箱体(1)的两个底面积均为0.25m2微生物填料层(4)分别装填直径5～10mm的聚氨酯泡沫颗粒，体积均为0.05m3，聚氨酯泡沫颗厚度为0.2m，与空气分布器(9)等高。依次从无菌水管(8)和蒸汽管(11)通入无菌水进行清洗，通入蒸汽对设备进行消毒灭菌。由喷淋系统(3)中的总喷淋管及喷淋头移取一级发酵罐中培养好的200l醋酸杆菌培养液进行喷淋，喷淋速率0.5l/s。在此过程中无菌空气分布系统(5)工作，按通气量:填料体积＝1:1(v:v)通入无菌空气气流，即两个0.05m3微生物填料层，通气量则为0.1m3/min；空气分布器(9)为围绕四周的附着在聚氨酯泡沫颗粒填料上的醋酸杆菌提供氧气，空气分布器(9)等距分布做到供氧充分、无死角；温控装置(2)工作，保持箱体(1)内温度为32℃，达到醋酸杆菌的最优增殖温度；出口管(7)将收集到的醋酸杆菌培养液3/4(体积比)回流到一级发酵罐中，其余1/4(体积比)醋酸杆菌培养液灭菌处理后丢弃。一级发酵罐补入1/4(体积比)新鲜醋酸杆菌培养基(葡萄糖100.0g，酵母提取物10.0g，caco320.0g，蒸馏水1.0l，ph6.8)，以此循环直至聚氨酯泡沫颗填料中的醋酸杆菌含量达到1.0×1012cfu/g，完成二级发酵箱的准备工作。
取去枝、无溃烂、无虫害的荔枝完整新鲜果1吨进行果子的表面清洗和表面吹干；将获得的干净荔枝完整新鲜果置于轻压设备上，进行荔枝壳的压破，轻压过程，荔枝果肉、荔枝果核不压破；将轻压处理后的荔枝果置于一级发酵罐中，加入质量体积15％葡萄糖，2小时后按添加量0.5％(质量比)加入酿酒酵母(saccharomycescerevisiaeatcc204508，购自广东省微生物菌种保藏中心)和植物乳杆菌(lactobacillusplantarumatcc14917，购自广东省微生物菌种保藏中心)按质量比2:1混合的混合菌剂一，30℃密封静置发酵培养20小时。抽取一级发酵罐中果汁发酵液580l以10l/s的速度由喷淋系统(3)中的总喷淋管及喷淋头喷淋入已完成准备工作的二级发酵箱中，果汁发酵液液体与微生物填料层(4)中附着在聚氨酯泡沫颗粒填料上的醋酸杆菌充分接触，果汁中一级发酵产生的乙醇被醋酸杆菌吸收转化为乙酸，在短短的58s时间内快速获得乙醇含量小于1.0g/l的荔枝发酵液，喷淋发酵过程发酵液中原花青素含量不变。将获得的二级发酵液加入质量体积10％的低聚果糖(保龄宝生物股份有限公司生产)调配，调配液进行90℃30s巴杀，之后在洁净区进行灌装，获得荔枝发酵型饮料成品。
实施例3
实施例3直接使用实施例2中已经做好准备工作的二级发酵箱。
取去枝、无溃烂、无虫害的荔枝完整新鲜果1吨进行果子的表面清洗和表面吹干；将获得的干净荔枝完整新鲜果置于轻压设备上，进行荔枝壳的压破，轻压过程，荔枝果肉、荔枝果核不压破；将轻压处理后的荔枝果置于一级发酵罐中，加入质量体积4％蔗糖，5小时后按添加量0.5％(质量比)加入假丝酵母(candidatropicalisatcc750北纳生物菌种保藏中心)和保加利亚乳杆菌(lactobacillusbulgaricusiffi6047北纳生物菌种保藏中心)按质量比2:1混合的混合菌剂一，35℃密封静置发酵培养12小时。抽取一级发酵罐中果汁发酵液565l以10l/s的速度由喷淋系统(3)中的总喷淋管及喷淋头喷淋入二级发酵箱中，果汁发酵液液体与微生物填料层(4)中附着在聚氨酯泡沫颗粒填料上的醋酸杆菌充分接触，果汁中一级发酵产生的乙醇被醋酸杆菌吸收转化为乙酸，在短短的56.5s时间内快速获得乙醇含量小于1.0g/l的荔枝发酵液，喷淋发酵过程发酵液中原花青素含量不变。将获得的发酵液加入质量体积50％的低聚异麦芽糖(山东百龙创园生物科技股份有限公司生产)调配，调配液进行90℃30s巴杀，之后在洁净区进行灌装，获得荔枝发酵型饮料成品。
实施例4
实施例4中除生物填料层(4)装填的填料为直径5～10mm的多孔陶瓷外，其余准备工作同实施例2。
取去枝、无溃烂、无虫害的荔枝完整新鲜果1吨进行果子的表面清洗和表面吹干；将获得的干净荔枝完整新鲜果置于轻压设备上，进行荔枝壳的压破，轻压过程，荔枝果肉、荔枝果核不压破；将轻压处理后的荔枝果置于一级发酵罐中，加入质量体积8％混合糖，混合糖为葡萄糖:果糖按质量比1:1混合得到，3小时后按质量比0.5％加入混合菌剂一，混合菌菌剂一为酿酒酵母(saccharomycescerevisiaeatcc204508广东省微生物菌种保藏中心):假丝酵母(candidatropicalisatcc750北纳生物菌种保藏中心):保加利亚乳杆菌(lactobacillusbulgaricusiffi6047北纳生物菌种保藏中心):植物乳杆菌(lactobacillusplantarumatcc14917广东省微生物菌种保藏中心)按质量比2:2:1:1混合，20℃密封静置发酵培养18小时。抽取一级发酵罐中果汁发酵液577l以10l/s的速度由喷淋系统(3)中的总喷淋管及喷淋头喷淋入二级发酵箱中，果汁发酵液液体与微生物填料层(4)中附着在多孔陶瓷填料上的醋酸杆菌充分接触，果汁中一级发酵产生的乙醇被醋酸杆菌吸收转化为乙酸，在短短的57.7s时间内快速获得乙醇含量小于1.0g/l的荔枝发酵液，喷淋发酵过程发酵液中原花青素含量不变。将获得的发酵液加入质量体积25％的红糖调配，调配液进行90℃30s巴杀，之后在洁净区进行灌装，获得荔枝发酵型饮料成品。
对比例
取去枝、无溃烂、无虫害的荔枝完整新鲜果1吨进行果子的表面清洗和表面吹干；将获得的干净荔枝完整新鲜果置于轻压设备上，进行荔枝壳的压破，轻压过程，荔枝果肉、荔枝果核不压破；将压破的荔枝果置于一级发酵罐中，加入质量体积15％葡萄糖，2小时后按添加量0.5％(质量比)加入酿酒酵母(saccharomycescerevisiaeatcc204508广东省微生物菌种保藏中心)和植物乳杆菌(lactobacillusplantarumatcc14917广东省微生物菌种保藏中心)按质量比2:1混合的混合菌剂一，30℃密封静置发酵培养20小时。抽取一级发酵罐中果汁发酵液581l于普通发酵罐中，按果汁发酵液中醋酸杆菌菌含量终浓度为3.5×107cfu/ml接种醋酸杆菌(acetobactersp.cicc20441中国工业微生物菌种管理保藏中心)于32℃进行二级发酵直至果汁发酵液中乙醇含量小于1.0g/l。将获得的发酵液加入质量体积20％的蔗糖调配，调配液进行90℃30s巴杀，之后在洁净区进行灌装，获得荔枝发酵型饮料成品。
效果实施例
对实施例2～4、对比例中的中间发酵产品及荔枝发酵型饮料成品的参数指标进行检测。
其中，乙醇含量的检测方法参照文献刘涛,韦仕静,任杰,等.桑葚汁多菌种发酵过程主要成分及抗氧化性的变化[j].食品工业科技,2017,38(19):131-141.中的“1.2.4发酵过程中葡萄糖、果糖、乙醇和有机酸含量变化”进行；原花青素含量的检测方法参照文献邓梅.荔枝壳贮藏过程中原花青素的稳定性及其胆固醇代谢调节作用[d].福建农林大学,2015.中的“2.2.4总原花青素含量的测定”进行；结果如表1所示。
表1
从表1结果可以看出，本发明的制备工艺有效实现一级发酵与二级发酵有机配合，显著缩短了获得乙醇含量符合要求的荔枝发酵液的时间，工艺简单，操作性强，生产效率得到了大幅度地提高。同时，本发明的制备工艺有效防止功效物质原花青素的损失，大大提高了荔枝发酵饮料中的原花青素含量。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。