Tamime and Robinson's yoghurt : science and technology,3rd ed

Preface to third edition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii Preface to second edition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv Preface to first edition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvi 1 Historical background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Evolution of the process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3 Diversity of fermented milks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4 Patterns of consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.5 Methods of production and classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2 Background to manufacturing practice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2 Preliminary treatment of the milk base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2.1 Milk as a raw material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2.2 Separation of cellular material and other contaminants present in milk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.2.3 Milk reception and storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3 Standardisation of fat content in milk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4 Standardisation of the solids-not-fat content in milk . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.4.1 Traditional process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.4.2 Addition of milk powder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.4.3 Addition of buttermilk powder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.4.4 Addition of whey powder and/or whey protein concentrates . 25 2.4.5 Addition of casein powder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.4.6 Concentration by vacuum evaporation (VE) . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.4.7 Concentration by membrane filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.4.8 Addition of non-milk protein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4.9 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Contents 2.5 Addition of stabilisers/emulsifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.5.1 General background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.5.2 Miscellaneous properties and conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.6 Addition of sweetening agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.6.1 General introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.6.2 Types of carbohydrate sweetener . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.7 Addition of miscellaneous compounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.7.1 Penicillinase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.7.2 Preservatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.7.3 Minerals, vitamins and/or fatty acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 2.8 Homogenisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 2.8.1 Effects on milk constituents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.8.2 Aspects of processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.9 Heat treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.9.1 Destruction of microorganisms/pathogens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.9.2 Production of stimulatory/inhibitory factors . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 2.9.3 Changes in physicochemical properties of milk . . . . . . . . . . . . . 73 2.9.4 Processing effects on the physical properties of the gel . . . . . 79 2.9.5 Novel or emerging techniques for the processing of the milk base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 2.10 Fermentation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2.10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2.10.2 Starter organisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 2.10.3 Gel formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 2.11 Cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 2.11.1 One-phase cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 2.11.2 Two-phase cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 2.12 Addition of fruit/flavouring/colouring ingredients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.12.1 Fruits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.12.2 Flavouring agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 2.12.3 Colouring matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 2.13 Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 2.13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 2.13.2 Functions of packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 2.13.3 Types of packaging materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 2.13.4 Comparative studies on the permeability of different yoghurt packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 2.13.5 Migration of monomers and other compounds . . . . . . . . . . . . . . 115 2.13.6 Tamper-evident packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 2.13.7 Aluminium foil lids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 2.13.8 Sterilisation of packaging materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 2.13.9 Outer or shipping container . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 2.14 Refrigerated cold storage, transport and distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 2.14.1 The cold store . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 2.14.2 During transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 2.14.3 The retail shop and the consumer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 2.15 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 2.16 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 vi Contents 3 Processing plants and equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 3.1 Home or small-scale production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 3.1.1 Miscellaneous systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 3.1.2 Packaging system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 3.2 Medium-scale production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 3.2.1 Hand-operated vat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 3.2.2 Multi-purpose vat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 3.2.3 Mini dairy science and technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 3.2.4 Small-scale packaging machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 3.3 Large-scale production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 3.3.1 Milk reception, handling and storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 3.3.2 Standardisation of fat content in milk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 3.3.3 Fortification of milk solids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 3.3.4 Homogenisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 3.3.5 Heat treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 3.3.6 Fermentation/incubation of the milk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 3.3.7 Cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 3.3.8 Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 3.3.9 Miscellaneous fittings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 3.3.10 Fruit handling and mixing units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 3.3.11 Filling machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 3.3.12 Miscellaneous handling, chill cooking and refrigerated cold storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 3.4 Mechanisation of yoghurt production and plant design . . . . . . . . . . . . . . 254 3.5 Continuous yoghurt production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 3.5.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 3.5.2 The NIZO process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 3.5.3 Recent developments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 3.6 Automation/process control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 3.6.1 Levels of automation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 3.6.2 Area/department 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 3.6.3 Area/department 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 3.6.4 Area/department 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 3.6.5 Area/department 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 3.6.6 Area/department 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 3.6.7 Area/department 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 3.6.8 Management information system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 3.6.9 System architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 3.6.10 System security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 3.6.11 Traceability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 3.6.12 In-line monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 3.7 Building design, maintenance and services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 3.7.1 General background and introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 3.7.2 Location of a dairy plant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 3.7.3 Layour of a dairy plant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 3.7.4 Design and construction of dairy buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 3.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 3.9 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 Contents vii 4 Plant cleaning, hygiene and effluent treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 Cleaning aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 4.1 Primary aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 4.2 Principles of the cleaning process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 4.3 Factors involved in the selection and performance of a detergent . . . 293 4.3.1 Type/range of detergents used in the yoghurt industry . . . . . . 293 4.3.2 Type of soiling matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 4.3.3 Water hardness and quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 4.3.4 Miscellaneous factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 4.4 Cleaning methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 4.4.1 Manual checking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 4.4.2 Cleaning-in-place (CIP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 4.4.3 Miscellaneous cleaning methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 4.5 Factors influencing the efficiency of cleaning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 4.5.1 Type of soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 4.5.2 Method of cleaning adopted . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 4.5.3 Contact time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 4.5.4 Concentration of detergent solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 4.5.5 Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 4.5.6 Flow rate or velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 4.5.7 Acid wash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 4.5.8 Plant design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 4.5.9 Chemical composition of a detergent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 4.6 Specific cleaning and sterilisation operations of yoghurt processing equipment and utensils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 Sterilisation aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 4.7 Fundamentals of the sterilisation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 4.8 Methods of sterilisation and/or sanitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 4.8.1 Heat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 4.8.2 Chemical agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 4.8.3 Filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 4.8.4 Irradiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 4.8.5 Spraying, fogging or fumigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 4.8.6 Hand hygiene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 4.8.7 Foot-bath . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 4.8.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 4.9 Kinetics and mechanisms of microbial destruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 4.10 Means of assessing the sanitary condition of the processing plant . . . 331 4.10.1 Physical examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 4.10.2 Chemical examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 4.10.3 Bacteriological examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 Effluent treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 4.11 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 4.12 Nature of pollution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 4.13 Methods of effluent treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 4.14 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 viii Contents 5 Traditional and recent developments in yoghurt production and related products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 5.2 Standard commercial yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 5.3 Yoghurt made from different mammalian milks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 5.3.1 Goat's milk yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 5.3.2 Sheep's milk yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 5.3.3 Buffalo's milk yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 5.3.4 Camel's milk yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 5.3.5 Mare's milk yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 5.3.6 Ass's fermented milk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 5.4 Pasteurised/UHT/long-life/heat shock yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 5.4.1 Technology of manufacture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 5.4.2 Processing effects on the properties of the product . . . . . . . . . . 364 5.5 Drinking yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 5.5.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 5.5.2 Processing aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 5.5.3 Other beverage products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 5.5.4 Carbonated yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 5.6 Lactose hydrolysed yoghurt (LHY) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 5.7 Concentrated/strained yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 5.7.1 Introduction and nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 5.7.2 Processing methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 5.7.3 Miscellaneous properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 5.7.4 Microstructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 5.7.5 Related products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 5.8 Frozen yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 5.8.1 Background, standards and marketing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 5.8.2 Technology of manufacture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 5.8.3 Related products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 5.9 Dried yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 5.9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 5.9.2 Processing methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 5.9.3 Kishk and related products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 5.10 Health-promoting yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 5.11 Fat-substitutes yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 5.12 Vegetable oil yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417 5.13 !-3 Enriched oil yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419 5.14 Chemically acidified yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419 5.15 Soy-milk yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 5.16 Transglutaminase (Tg-ase) yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 5.17 Miscellaneous yoghurt products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 5.18 Future developments and conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429 5.19 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429 6 Microbiology of yoghurt and related starter cultures . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468 6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468 6.1.1 Historical background and classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469 6.1.2 Modification of starter cultures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481 Contents ix 6.1.3 Potential genetic modifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483 6.2 Characteristics of growth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484 6.2.1 Milk as a medium for microbial growth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484 6.2.2 Associative growth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485 6.3 Factors causing slow growth of starter cultures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489 6.3.1 Compounds that are naturally present in milk . . . . . . . . . . . . . . . 489 6.3.2 Effect of incubation temperature and inoculation rate . . . . . . . 490 6.3.3 Mastitis milk and somatic cell count . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490 6.3.4 Hydrogen peroxide (H2O2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 6.3.5 Antibiotic residues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492 6.3.6 Detergent and disinfectant residues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496 6.3.7 Environmental pollution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497 6.3.8 Bacteriophages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498 6.3.9 Bacteriocins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505 6.3.10 Miscellaneous factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508 6.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511 6.5 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511 7 Biochemistry of fermentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535 7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535 7.2 Carbohydrate metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535 7.2.1 Homolactic fermentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536 7.2.2 Heterolactic fermentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538 7.2.3 Lactase activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539 7.2.4 Production of lactic acid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540 7.2.5 Production of exopolysaccharides (EPS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543 7.2.6 Production of flavour compounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551 7.3 Protein metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559 7.3.1 Constituent compounds of the milk protein molecule . . . . . . . 560 7.3.2 Proteolytic enzymes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561 7.3.3 Proteolysis by the yoghurt and related organisms . . . . . . . . . . . 561 7.3.4 Products of proteolysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570 7.4 Lipid/fat metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574 7.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574 7.4.2 Changes in the level of free and esterified fatty acids . . . . . . . 576 7.4.3 Changes in the level of volatile fatty acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577 7.5 Vitamin metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579 7.5.1 General background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579 7.5.2 Biosynthesis of folic acid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582 7.5.3 Biosynthesis of niacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583 7.5.4 Biosynthesis of vitamin B 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584 7.6 Miscellaneous changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585 7.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587 8 Preservation and production of starter cultures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608 8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608 8.2 Methods of starter culture preservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609 8.2.1 Liquid starters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610 8.2.2 Dried starters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611 x Contents 8.2.3 Frozen starters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 618 8.3 Technology of cell biomass production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622 8.3.1 Growth characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622 8.3.2 Concentration of the cell biomass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623 8.4 Production systems of starter cultures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626 8.4.1 Introductory remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626 8.4.2 Simple microbiological techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627 8.4.3 Mechanically protected systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 628 8.4.4 pH control systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633 8.4.5 Bacteriophage resistant/inhibitory medium (BRM/BIM) . . . . . 633 8.5 Developments in inoculation systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634 8.5.1 Automatic inoculation system (AISY) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634 8.5.2 In-line inoculation with freeze-dried or frozen concentrated culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635 8.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638 8.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639 9 Nutritional value of yoghurt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646 9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646 9.2 Carbohydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647 9.2.1 Available carbohydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647 9.2.2 Unavailable carbohydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649 9.2.3 Exopolysaccharides (EPS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650 9.3 Protein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651 9.4 Lipids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652 9.5 Vitamins and minerals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653 9.5.1 Yoghurt cultures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .