生物技术应用于饮料生产，可以在资源利用、产品开发、改进生产工艺以及提高产品质量等方面发挥巨大作用。
发酵乳酸饮料
乳酸发酵食品(活性乳)日益受到消费者青睐。发酵乳是利用微生物对乳的乳酸发酵作用而制得的乳制品，所用的乳酸菌品种繁多，主要包括乳酸链球菌、乳脂链球菌、双歧杆菌、嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、乳酪乳杆菌、瑞士乳杆菌、乳酸乳杆菌等数种乳酸菌。发酵乳含有许多营养成分，如乳糖、半乳糖、蛋白质、脂类、乳酸、葡萄糖、呈味物质、芳香物质、SOD、细胞壁外多糖、抗生物质、乳酸菌增殖因子及乳酸菌等。这些物质对维持肠道内菌群平衡，促进人体健康具有十分重要的作用。
1、结构与生物功能
发酵乳营养价值很高，它比鲜乳易于吸收，并能改善肠道菌群，调节胃肠功能，是一种很有价值的保健食品，在增强人体健康方面起到了食疗的作用
（1）营养功能
牛乳经乳酸菌发酵后其营养成分得到改善并有生物活性物质形成。牛乳含有碳水化合物、蛋白质、乳脂类物质、维生素与矿物质等。
①碳水化合物 乳糖是乳中存在的唯一碳水化合物，经发酵后，其中20％～30％变成乳酸，乳糖利用率为20％～30％，剩下的乳糖由肠道乳糖酶等继续作用。另外，新鲜的发酵乳中存在乳糖酶活性，促进乳糖的分解，因此乳糖不适应症者可安心食用。营养和生理的功效主要有提高保存性、增加爽口的风味、抑制有害微生物、促进胃的蠕动和胃液分泌、提高对Ca、P等的吸收利用等。菌体多糖可作为抗肿瘤活性的主要物质之一。发酵过程产生的有机酸类，如醋酸、酪酸、苯甲酸、柠檬酸等还能起到收敛止泻的生理作用。
②蛋白质发酵作用可使乳蛋白变成微细的凝乳粒，易被人体消化吸收；酪蛋白发生一定程度的降解，故发酵乳中总氨基酸和肽的含量比牛乳中多出几倍；容易受消化酶的作用，易于吸收。发酵乳比牛乳的生物价要高5．9％，其必需氨基酸，如缬氨酸及丙氨酸等的含量也比牛乳高。
③乳脂类物质 发酵过程中产生少量的游离脂肪酸，而且脂肪的结构发生变化，故易于消化吸收。
④维生素和矿物质 牛乳在加工成发酵乳后，其维生素A的含量基本无变化，而维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12及叶酸等可由乳酸菌和双歧杆菌合成。矿物质以K、P较多，Fe、1较少。Ca2+可促进乳酸菌在肠道中的附着。
（2）改善肠道菌群的作用
研究证实，人体内肠道细菌的种类，如厌气性葡萄球菌、粪链球菌、大肠菌群、乳酸菌、嗜酸乳杆菌、双歧杆菌等的数目随年龄的增长而变化。由于人的消化、内分泌、免疫等生理功能随年龄的增长逐渐下降，导致大多数以前占优势的双歧杆菌等有益菌群数量大减甚至消失，而大肠杆菌和链球菌大量增加，产气夹膜梭菌、葡萄球菌和变形杆菌等有害微生物明显增多，甚至占优势，即出现所谓肠道菌群失调。有害菌产生的肠毒素、细菌毒素、肠内菌群腐败等可引起病原性疾病。因此设法增加人体内有益菌的数量，使微生物尽量保持平衡，对保持人体健康，预防疾病具有十分重要的作用。
增加肠道内双歧杆菌、嗜酸乳杆菌等有益菌的数目，是调整肠道菌群失调的有效途径。发酵乳具有较强的抗菌活性，抑制有害菌的生长，使乳酸菌占优势。嗜酸乳杆菌、双歧杆菌等耐酸能力强，能适应内脏器官中的生态和环境条件，进入肠道后可以在肠道内附着繁殖，其作用尤其突出。这些菌在肠道内能代谢适应产生乳酸等物质，使肠道内pH下降，从而抑制肠道球菌、牛痘、脊髓灰质炎病毒和生孢菌的作用，维持肠道有益菌群的活性。在发酵过程中产生的有机酸、H2O2以及抗生物质对G+菌、G-菌及其他一些致病菌的抗菌作用也很明显。双歧杆菌具有防止便秘，预防和治疗细菌性下痢，维持肠内菌正常平衡及合成维生素B族等功能，能利用其他细菌不能利用的寡糖类物质作为它的生长促进因子。
（3）调整和预防肠道疾病
乳酸菌具有很强的β-半乳糖苷酶活力，牛乳经发酵后，乳糖利用率可达30％左右。尽管很多乳酸菌无法抵抗胃酸液和胆汁内脱氧胆酸强有力的杀菌作用而不能通过胃进入肠道，但β-半乳糖苷酶这种孢内酶通过胃液时可以保存其活力而进入肠道。
肠道系统紊乱以及消化液分泌不足时，腐败菌能使蛋白质形成氨、胺类、酚类、吲哚及硫化氢等物质，这些物质对细胞有毒性，需要在肝脏中用酸解毒，以葡萄糖醛酸盐、硫酸盐等形式从尿中排出。如果这些物质在肝脏中不能及时解毒，将导致肝功能紊乱，循环系统失调，进而产生贫血、癌症、下痢等各种疾病。通过发酵乳调整肠道菌群，使腐败有毒物质大大减少，可以达到预防治疗肝病的目的和效果。
（4）降低胆固醇
对于高胆固醇的人来说，血清胆固醇的大量减少意味着心脏病危险的大大减少。肠道菌群可以影响血清胆固醇的水平。乳酸菌细胞有抑制胆固醇的作用，保持血清中低胆固醇是由于发酵乳能削弱生物体内胆固醇的合成能力。
Gilliand等人在含有胆固醇的培养基中进行培养试验得出：随着胆汁酸生成，培养基内胆固醇含量大大下降，而菌体内胆固醇含量却大大增加，说明微生物细胞能较好地吸收胆固醇，通过微生物代谢有利于胆固醇转化为胆酸及胆汁酸排出体外。
（5）抗肿瘤作用
一些乳酸菌具有抗肿瘤作用和抗诱变能力，发酵乳具有抗肿瘤效果也有不少报道，如嗜酸乳杆菌可以产生某些物质，抑制肿瘤细胞的增殖。乳酸菌抑制肿瘤发生，主要有以下几方面：
调整肠道内菌群，抑制有害菌过量生成，同时降低各种有害物质(致癌诱变剂)的浓度，减少肿瘤发生几率。
乳酸菌培养物具有抗诱变能力，如1987年发现的保加利亚乳杆菌细胞壁中的抗肿瘤物质Blastolysin。Hosoda等人试验了几种发酵乳杆菌(瑞士乳杆菌、保加利亚乳杆菌、乳酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌和链球菌)，发现这些发酵乳杆菌的每一个培养物都具有一定的抗MNNG(N-甲基—N′，-硝基-N-亚硝基胍)诱变的能力，嗜酸乳杆菌的某一亚种(LA2)抑制MNNG诱变作用能力高达77％。证明乳酸菌发酵乳的营养和疗效作用。
肠道中三种酶，即β-葡萄糖醛酸糖苷酶，偶氮还原酶和硝酸还原酶的活力与致癌物的形成直接有关，因为这3种酶都可以把肠道中的致癌剂前体转化成致癌物，它们活力的降低就意味着致癌物形成机率的减小。在Goldin和Gor'bach的研究中，饲喂鼠被注射二甲胺(DMH)后，对照组每天用肉汤加0．4ml牛乳饲喂，控制组用肉汤加嗜酸乳杆菌(1010个细菌／0．4m1)饲喂，7周后发现控制组3种酶的活力明显低于对照组。
用发酵乳中乳酸菌菌体、细胞壁成分及胞外多糖物质进行饲喂试验，发现具有抑制癌细胞增殖效果。动物实验也发现了类似的效果。
（6）预防衰老延长寿命
生物体衰老学说之g 就是由自由基及其诱导的氧化反应引起生物膜损伤和交联键的形成，使酶反应活性下降，细胞损害。自由基活性越强，则细胞损伤作用越厉害。发酵乳中有SOD和SOD样物质，且具有谷胱甘肽合成活性及维生素B、维生素C的协同抗氧化作用，活化物质与过氧化自由基反应起到延长过氧化反应的作用，阻止老化发生。
双歧杆菌属于专性厌氧菌，以双歧杆菌为首的肠道有益菌也被广泛用于发酵乳生产。双歧杆菌属(Bifidoacferium)可分为24种，其中存在于人体中的有：两歧双歧杆菌(Bifidoacferium bifidum)、青春双歧杆菌(Bifido adolescentis)、婴儿双歧杆菌(Bifido infantis)、短双歧杆菌(Bifidlo Breve)、长双歧杆菌(Bifido longum)。婴儿肠道内以婴儿双歧杆菌和短双歧杆菌为主，成人肠道内缺此2种。
丹麦汉森公司的乳制品发酵剂的研究和生产水平处于世界领先地位。
2、乳酸发酵食品生产工艺
由于乳酸发酵的食品有许多特点，被广泛应用于食品及医药方面。
（1）乳酸食品的特点
乳酸菌食品是含有蛋白质、低分子糖、矿物质等多种营养物质的食品原料，经过乳酸发酵所得到的多种食品，其中包括酸菜、酱类、香肠、奶酪、酸凝乳、果奶等等。其中乳酸菌饮料是最典型的和意义最大的乳酸食品，且在我国发展很快。
乳酸菌食品经过发酵，首先转化低分子糖为乳酸，使食品酸性增加；然后在乳酸菌所产生蛋白酶的作用下，食品中蛋白质水解成易被人体吸收的氨基酸；较长时间的发酵也会水解脂肪及其他物质，并转化为香味成分而使制品具有特殊的风味。酶的作用也有利于分解酯类，降低胆固醇含量。
活菌性乳酸食品，含有大量的乳酸菌活体。乳酸菌对人体生理意义较大。杀菌型乳酸菌食品不含乳酸菌活体。两者都不应检验出有害致病菌。
（2）乳酸菌在食品及医药上的作用
乳酸发酵，提高了食品的贮藏性能，延长了保质期；乳酸发酵产生特殊风味，口感也有所改善；产生乳酸抑制肠道腐败菌的繁殖，促进肠蠕动，防止便秘；捉高了钙、磷、铁的利用率；乳糖转化为半乳糖，有助于儿童脑及神经系统的发育；蛋白质分解为低分子肽及氨基酸等，有利于消化吸收；乳酸菌分解乳糖，易于吸收，对乳糖不耐症患者，能够进食牛奶；提高宿主的免疫力，增强抗病能力；乳酸菌及其制品有降低胆固醇，抑制癌细胞的生长，防老化和防癌作用。
植物蛋白饮料
以大豆为代表的植物蛋白原料中，含有较高的蛋白质、维生素、矿物质和其他营养成分，特别是由于大豆中不含胆固醇，而含有大量的亚油酸和亚麻酸，长期食用不会造成血管壁胆固醇的沉积。以豆乳为主的植物蛋白饮料，由于营养丰富、风味优良，加之原料来源充足，近年来有了较快的发展。
发酵型植物蛋白饮料加入少量奶粉或某些可供乳酸菌利用的糖类作为发酵促进剂，经乳酸菌发酵而成，既保留了植物蛋白饮料的营养成分，又利用乳酸菌的作用产生了宜人的酸味和其他风味物质，还可部分脱除植物蛋白原料中的某些异味。乳酸菌还对植物蛋白进行适度降解，提高了植物蛋白的营养价值。发酵型植物蛋白饮料兼有植物蛋白饮料和乳酸菌饮料的双重特点。
豆奶饮料是一种理想的植物蛋白饮料，通过乳酸菌对其进行发酵作用，可以进一步改善产品的品质。所选用的乳酸菌有保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌等。在工业化生产中，豆奶基质添加8％蔗糖、3％乳糖和发酵促进剂KH2PO4、柠檬酸钠等，可以较好地进行豆奶的乳酸菌发酵。
果胶酶是指分解果胶质的多种酶的总称，可分为两大类：解聚酶和果胶酯酶(简称PE)。果胶酶在食品工业中应用广泛，尤其适用于葡萄、苹果、草莓、山楂等多种水果的加工，也是饮料工业中有效的澄清剂。
目前研究和应用较多的是真菌果胶酶和细菌果胶酶。使用的产酶菌有酱油曲霉、日本曲霉、金黄曲霉、丰塞卡曲霉，黑曲霉等。黑曲霉As3．316菌株是国际公认用于食品的安全微生物。
黑曲霉所产生的果胶酶复合物不仅组分安全，而且具有的性质使之适宜应用于食品，所以国内外多把它作为生产果胶酶的酶源。
β-葡聚糖是一种黏性多糖，也是半纤维素的重要组成部分，它由葡萄糖单位以β-1，4键连接而成。发酵剂未来的发展趋势是朝着浓缩发酵剂或干剂发展。
生物保健饮料基料
保健食品中具有生理活性的物质被称为生物活性成分，它们可以起到增强和发挥人的机体功能，消除或预防疾病生理的调节作用。保健食品是根据不同人群的健康需要，以天然食物为基础，强化和减少某些营养成分，或加入经安全性评价具有保健功能的中草药物，或用“既是食品又是药品”的基料加以调配的食品。这类食品除了具有营养安全和感官上满足人们特别嗜好的基本特征外，还具有一定调节和改善人体生理与病理功能的作用，也就是说，保健食品同时具有食品的三种功能。
保健食品是食品的一个大类，生物技术应用于保健饮料，就是通过生物技术这一手段，研究开发出适合于饮料生产的生理活性成分，并成功地应用到饮料生产中去。
例如，福寿仙天然营养口服液是一种保健饮料，它以蘑菇多糖、银耳多糖、茯苓多糖等复合多糖为主要原料，加入枸杞、桑椹、罗汉果等名贵中药和天然复合氨基酸及7种维生素和Zn、Se、Sr、Mg、Mn等8种矿物质，经科学配方精制而成。复合多糖的相对分子量达20万～100万。产品具有独特的保健功效，主要是调节人体生理机能，提高人体细胞免疫力和体液免疫力，降低人体过氧化脂质三大作用。
下面对生产保健饮料的基料，膳食纤维素、活性多糖、多不饱和脂肪酸、活性肽和活性蛋白质、低聚糖和多元醇、醇及酚类、磷脂类物质及其他活性物质等作简要介绍。
1、膳食纤维素
膳食纤维素(Dietary fibre)包括食物中所含的纤维素、半纤维素、木质素、果胶等。有些既不能被人体自身的消化酶分解，也不能被肠道微生物所分解，如纤维素和木质素。但半纤维素和一些杂多糖可以被肠道微生物分解。按照世界卫生组织(WHO)的提法，膳食纤维是指“木质素与不能被人体消化道分泌的消化酶所消化的多糖的总称”，这里主要是指植物性物质，如纤维素、半纤维索、木质素、戊聚糖、果胶和树胶等。但也有人主张膳食纤维应包括动物性的甲壳质、壳聚糖等。此外，还有人提出膳食纤维可包括人工化学修饰的某些物质，如甲基纤维素、羧甲基纤维素和藻酸丙二醇酯等。
对膳食纤维在营养学上的意义尚有争论，但已经明确，缺少膳食纤维素是引起便秘、胆结石、结肠癌等疾病的原因之一。摄取一定量的膳食纤维素对缓解肥胖、降低血糖和胆固醇、预防糖尿病和肠道疾病有一定的作用。
有报道已研究出新一代水溶性纤维素一由葡萄糖无规则键合的聚合物，分子中结合少量山梨糖醇和柠檬酸，热量利用率很低，非常适合在饲料中使用。此外，利用农副产品加工过程中的副产物(如果皮或渣)生产的膳食纤维素粉剂或胶囊已走向市场。
2、活性多糖
活性多糖主要包括来自某些微生物和藻类以及其他一些天然植物中的多糖。大量研究表明，香菇、猴头菇、灵芝等大型食用或药用真菌中的多糖组分，具有提高人体免疫能力的作用；某些藻类(如螺旋藻)和其他一些天然植物多糖具有很强的抗癌活性。
3、多不饱和脂肪酸
在营养学上有重要意义的多不饱和脂肪酸主要有二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid，简称EPA)。二十二碳六烯酸(docosahexenoica cid，简称DHA)、γ-亚麻酸(γ-linoleicAcid，简称GLA)等。大量研究表明，多不饱和脂肪酸等必需脂肪酸对生物膜组织功能的正常发挥和某些生理调节物质(如前列腺素)的合成都有重要影响。人体内缺乏上述必需脂肪酸，将会导致多个生理系统的异常，许多疾病如心脏病、动脉硬化症以及智力发育迟缓等，都与体内多不饱和脂肪酸的供应不足有关。月苋草油、米糠油、鱼油及小球藻小都富含不饱和脂肪酸。
4、活性肽和活性蛋白质
活性肽和某些具有特殊作用的蛋白质是一类重要的生理活性物质，它们具有普通肽和蛋白质所没有的特殊生理功能。主要的活性肽和活性蛋白质包括：谷胱甘肽、降压肽、酪蛋白磷酸多肽、免疫球蛋白、可控制胆固醇的蛋白质等。
（1）谷胱甘肽
谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸通过肽键缩合而成的三肽化合物，它存在不几乎所有的动、植物中。面包酵母和某些家禽、家畜中的含量较高。主要生理功能是在体内与有机化合物、重金属元素以及药物的结合，起到排泄及解毒的作用；清除人体内过多的自由基，保持生物膜免遭损伤，从而延缓动脉硬化和肌体衰老，对酒精性脂肪肝有缓解作用。
（2）降压肽
它通过抑制血管紧张素转换酶的活力而使血压降低。主要由生乳酪蛋白、鱼肉蛋白、玉米蛋白等经酶水解制得，具有较高的安全性。
（3）酪蛋白磷酸肽(case in phosphopeptide，简称CPP)
具有将小肠中的矿物质钙保持在溶解状态的能力，以利于小肠对钙的吸收，可起到促进儿童骨骼发育和牙齿生长，预防和改善骨质疏松症，有促进骨折患者康复等生理功能。一般由牛乳酪蛋白酶解制得。
（4）免疫球蛋白
具有抗体活性或者具有类似抗体化学结构的球蛋白，它在提高人体的免疫力，增强对各种疾病的抵抗力方面发挥着重要作用。一般可从血液或牛乳中分离得到。
（5）可控制胆固醇的蛋白
胆固醇是维持正常生命活动的必需物质，但超过一定范围时，就会引起动脉硬化等病变。大豆蛋白不仅是优良的蛋白质资源，而且可降低血液中胆固醇的含量。作用机理是通过促进肠内胆固醇排泄至体外而发挥其生理功能。
5、低聚糖和多元糖醇
低聚糖由2～10个单糖通过糖苷键联结而成，相对分子量约为300～2000。某些种类具有重要生理功能，例如，低聚果糖、低聚麦芽糖、低聚半乳糖等，具有改善血液中胆固醇含量、防止龋齿以及作为双歧杆菌增殖因子等作用。
6、醇及酚类
引人注目的有谷维醇、二十八烷醇、茶多酚等。谷维醇主要存在于米糠及米胚芽中，是胆固醇、三萜烯醇及其酯类化合物的总称，已被确认有多种生理功能。二十八烷醇主要存在于小麦胚芽油、米糠油和葡萄表皮中，具有增强人的体力和耐久力、促进基础代谢的功能。茶多酚存在于茶叶中，为多酚基化合物的总称，包括儿茶酚胺和表儿茶酚等，其主体物质是多种儿茶酚和黄酮类物质。茶多酚具有控制血液中胆固醇和血压上升、预防心血管系统疾病、防癌抗癌等多种功能。
7、磷脂类物质
应用较多的是大豆磷脂和蛋黄磷脂。磷脂在食品中常用作表面活性剂和抗氧化剂，可改善血清脂质的代谢，预防动脉硬化，对人体健康有重要意义。大豆磷脂是从大豆中分离出来的混合脂质，以磷脂酰胆碱(即卵磷脂)、磷脂酰乙醇胺(即脑磷脂)、磷脂酰肌醇为主要成分的磷脂混合物。蛋黄磷脂是以卵磷脂和脑磷脂为主要成分的磷脂混合物。
8、乳酸菌
包括双歧杆菌在内的多种乳酸菌是人和动物肠道内很重要的一类有益菌。很久以前人们就认识到乳酸菌有益于人体健康，特别是双歧杆菌的营养保健功能近年来引起人们的极大关注，它具有以下功效：可抑制肠道病原菌和腐败菌的生长，维持肠道正常菌群的平衡，具有防止便秘和其他胃肠障碍的整肠功能；在肠道内合成维生素，并提高钙的可吸收性；降低血液中的胆固醇水平，有利于防治高血压；增强人体免疫功能，预防抗生素类物质的毒副作用，并且有抗肿瘤活性。
9、可清除自由基的物质
自由基与人类的健康和疾病密切相关，生物体内自由基过多或不足都对肌体不利。氧自由基会破坏肌体细胞，引起各种疾病并促进肌体衰老。在正常的生理状况下，人体内存在着一套防御机制，有一套完整的清除体内自由基的体系，使自由基的浓度保持在适当的水平。超氧化物歧化酶(SOD)具有显著的清除氧自由基的作用。动物血液和某些植物组织中富含SOD。
10、其他活性物质
皂苷类物质和黄酮类化合物的保健功能已为人们所热悉，如人参皂苷、银杏黄酮和大豆黄酮等。此外，保健饮料中尚有添加维生素(常见的有Vc、VA、VE及β-胡萝卜素等)和人体必需微量元素(常见的有Zn、Fe、Se、Ge、Cr3+和Ca等)，强化普通食品以达到营养相对全面且带有保健功能的目的。