乳品化學(xué)課件

乳品化學(xué)乳中的主要成份

乳中主要成份是：水、乳脂肪、乳蛋白質(zhì)、乳糖和礦物質(zhì)（無機(jī)鹽類），乳還含有其它微量成份，例如：色素、酶類、維生素和磷脂（具有與脂肪相似性質(zhì)的物質(zhì)），以及氣體。

乳中除去水和氣體之外的物質(zhì)稱為干物質(zhì)（DS）或乳的總固形物含量。乳的基本性質(zhì)

乳中包括87%的水和13%干物質(zhì)，這些干物質(zhì)或懸浮或溶解于水中，取決于這些物質(zhì)在水相中的不同分散系統(tǒng)。

膠體溶液：當(dāng)物質(zhì)以從真溶液（如糖分散在水中）到懸濁液（如白堊分散在水中）的中間狀態(tài)存在時(shí)稱膠體溶液或膠體懸濁液。膠體的典型特征為：1、粒子直徑很小2、帶電荷3、與水分子之間具有親和能力

乳中的清蛋白是一種膠體溶液，而酪蛋白是一種膠體懸濁液

一些物質(zhì)，如鹽類通過改變水的結(jié)合程度，破壞膠體系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并因此使蛋白質(zhì)的溶解能力下降；一些因素如加熱，能夠引起乳清蛋白分子結(jié)構(gòu)伸展，使蛋白質(zhì)之間互相反應(yīng)結(jié)合；或如酒精，可以使蛋白質(zhì)顆粒脫水而失去穩(wěn)定性。

真溶液：當(dāng)水中或其它液體中溶入一些物質(zhì)，形成的液體即為真溶液。它可分為：

1、非離子溶液：當(dāng)乳糖溶入水中，其分子結(jié)構(gòu)無大變化

2、離子溶液：當(dāng)食鹽溶于水中時(shí)，Na+和Cl-會(huì)分散在水中，形成電解液。溶液的酸度

當(dāng)一種酸（例如鹽酸HCl）與水混合時(shí)，它會(huì)釋放出H+，帶一個(gè)正電荷，這些H+迅速與水分子結(jié)合，形成水合氫離子（H3O+）。

當(dāng)把一種堿（一種金屬的氧化物或氫氧化物）加入水中，可形成一種堿或強(qiáng)堿溶液，當(dāng)該堿溶解時(shí)，釋放出氫氧根離子（OH-）。pH值

溶液的酸度是以H+濃度來決定的，但實(shí)際上各種溶液的情況相差甚遠(yuǎn)。pH符號(hào)用來表示H+濃度，在數(shù)學(xué)上,pH是用克分子濃度表示的以10為底數(shù)的H+濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，即pH=-Log[H+]

下表所示為25℃時(shí)的pH值乳脂肪

乳和稀奶油都是水包油型的乳濁液：乳脂肪是以小球或小液滴狀分散在乳漿中。

其球徑從0.1～20μm(1μm=0.001mm)，平均球徑3～4μm每毫升牛乳中，大約有150億個(gè)脂肪球。

由于乳脂肪球不僅是乳中最大的粒子，而且是最輕的粒子（15.5℃時(shí)比重為0.93g/cm3），所以當(dāng)乳在奶桶中靜置一段時(shí)間，乳脂肪傾向于浮在乳的表層。脂肪球上浮速度遵循斯托克斯(Stokes)定律，其中小的脂肪球形成稀奶油層較慢。在一種叫做凝聚素的蛋白質(zhì)作用下，乳脂肪因凝聚作用而加快了上浮，這種狀態(tài)下的上浮速度要比單個(gè)脂肪球上浮得快，這種凝聚作用很容易因加熱，機(jī)械作用而破壞，在65℃/10min或75℃/2min加熱條件下，該凝聚素即失活。乳脂肪的化學(xué)結(jié)構(gòu)

當(dāng)乳從母牛乳房37℃體溫離開時(shí)，乳脂肪是液態(tài)的，這意味著其形狀很容易因外界機(jī)械處理而改變。例如：經(jīng)過泵輸送、管道輸送等，但是脂肪不會(huì)從脂肪球膜中溢出。所有的脂肪都屬于酯類物質(zhì)。

酯是醇和酸的化合物。乳脂肪是一種被稱為三酸甘油酯的不同脂肪酸酯的混合物，三酸甘油酯是甘油和脂肪酸的化合物，約90%的乳脂肪是脂肪酸參與構(gòu)成的酯。

脂肪酸分子是由一個(gè)烴基長(zhǎng)鏈和一個(gè)羧基（COOH）組成的（分子式為RCOOH），在飽和脂肪酸分子中，碳原子以單鍵相連接，在不飽和脂肪酸分子中，碳?xì)滏溕嫌幸粋€(gè)或多個(gè)雙健。每一個(gè)甘油分子都能夠結(jié)合三個(gè)脂肪酸分子。由于這三個(gè)脂肪酸分子不一定相同，所以乳中有大量不同種類的甘油酯。乳中的蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是食物中的基礎(chǔ)組份，我們食入的蛋白質(zhì)經(jīng)肝臟和消化系統(tǒng)的作用，被分解為較簡(jiǎn)單的化合物，這些化合物再被送到身體的細(xì)胞，成為構(gòu)成細(xì)胞蛋白質(zhì)的物質(zhì)。發(fā)生在活的有機(jī)體中的大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)都是由活性蛋白質(zhì)?酶來控制的。

蛋白質(zhì)是由被稱作氨基酸的較小的單位組成的大分子物質(zhì)。一個(gè)蛋白質(zhì)分子由一個(gè)或多個(gè)有一定順序的氨基酸鏈組成，一個(gè)蛋白質(zhì)分子通常包含有100～200個(gè)氨基酸，但也有小于100、大于200個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)分子。氨基酸

氨基酸是一個(gè)氨基酸分子模型及由其構(gòu)成的蛋白質(zhì)分子模型，其特點(diǎn)是既含一個(gè)弱堿性的氨基（NH2），又含有一個(gè)弱酸性的羧基（COOH）。蛋白質(zhì)由一些特殊的氨基酸構(gòu)成：氨基酸，即氨基和羧基都與一個(gè)碳原子相連接，即α－碳。

氨基酸屬于在堿性介質(zhì)中酸性電離，而在酸性介質(zhì)中顯堿性電離的物質(zhì)。這類物質(zhì)稱為兩性電離或兩性電解質(zhì)。因此氨基酸可以如下三種形式出現(xiàn)：

1在堿性溶液中的負(fù)電荷形式。

2正、負(fù)電荷相等。

3在酸性溶液中的正電荷形式。

氨基酸用于構(gòu)成蛋白質(zhì)大約有20多種，在乳蛋白質(zhì)中可見到18種。

從營(yíng)養(yǎng)角度來說，20多種氨基酸中有8種（對(duì)于嬰兒有9種）氨基酸是非常重要的，這8種氨基酸人體自身不能合成。由于這些氨基酸對(duì)維持正常代謝非常必要，因此必須由食物來提供。這些氨基酸被稱為必需氨基酸，乳蛋白質(zhì)中含有全部的必需氨基酸。

常乳的pH值為6.6，蛋白質(zhì)分子顯示凈負(fù)電。同性電荷的排斥作用使得蛋白質(zhì)分子保持獨(dú)立。乳蛋白質(zhì)的分類

乳中含有幾百種蛋白質(zhì)，多數(shù)含量較少，根據(jù)蛋白質(zhì)的化學(xué)或物理性質(zhì)和其生理功效可有各種不同的分類方式。古老的方式是將其分為：酪蛋白、乳白蛋白和乳球蛋白。

乳清蛋白這一名稱常用于代表乳漿蛋白質(zhì)，但這一名稱應(yīng)專用于干酪加工過程中產(chǎn)生的乳清中的乳蛋白質(zhì)。除了乳漿蛋白，乳清蛋白還包括酪蛋白碎片。在乳清中，一些乳漿蛋白的濃度低于其在乳中的濃度。這是因?yàn)樵诟衫抑谱鲞^程中，巴氏殺菌處理導(dǎo)致蛋白質(zhì)熱變性的結(jié)果。在乳中的蛋白質(zhì)可因其特性上和存在形式的最大差別分為三大類，酪蛋白在乳漿蛋白仍形成溶液時(shí)，易于以許多形式從乳中沉淀出來；而脂肪球膜蛋白正如其名，是附著于脂肪球表面的蛋白質(zhì)。只有一些機(jī)械處理，如攪打稀奶油制做奶油時(shí)才會(huì)被剝離下來。酪蛋白的沉淀

酪蛋白的特性之一，是其具有沉淀的能力。由于形成膠束的酪蛋白分子的復(fù)雜的自然屬性，使其可由多種沉淀劑導(dǎo)致沉淀。應(yīng)注意到，以膠束形式存在的酪蛋白沉淀的適宜條件與非膠束形式存在的酪蛋白沉淀如酪蛋白酸鈣的適宜條件相差很遠(yuǎn)。酸沉淀

如果在乳中加酸，或者讓產(chǎn)酸菌在乳中生長(zhǎng)，pH下降，這將在兩方面改變酪蛋白環(huán)境。首先是膠束中的膠體磷酸鈣溶解出來并電離化，這些鈣離子可穿透酪蛋白分子結(jié)構(gòu)，生成內(nèi)部極強(qiáng)的鈣鍵。其次，溶液的pH值降低，達(dá)到酪蛋白的等電點(diǎn)。乳清蛋白乳清蛋白是乳漿蛋白質(zhì)的另一種說法。如果通過一些沉淀的方法，比如添加一些無機(jī)酸使得酪蛋白從脫脂乳中除去，那些存留在溶液中的蛋白質(zhì)即為乳漿蛋白質(zhì)。乳清蛋白受熱時(shí)，一部分清蛋白變性，其沉淀物附著在酪蛋白上，由于會(huì)阻礙凝乳酶進(jìn)入并降低切斷酪蛋白長(zhǎng)鏈的能力和鈣鍵連接能力，高溫加熱過的牛乳產(chǎn)生的凝塊不會(huì)象常規(guī)干酪凝塊那樣釋放出乳清。這是因?yàn)樵诶业鞍追肿觾?nèi)部或分子之間形成的酪蛋白鈣橋太少。一般而言，乳清蛋白特別是α-乳白蛋白具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，其氨基酸組成非常接近最佳生理組成。乳清蛋白產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。蛋白質(zhì)變性

當(dāng)pH值和溫度改變不超出蛋白質(zhì)的承受限值，蛋白質(zhì)可以維持其生理功效。但當(dāng)溫度超出其結(jié)構(gòu)的自然允許最大值時(shí)，蛋白質(zhì)就會(huì)變性。當(dāng)環(huán)境酸度、堿度、光照射或激烈攪拌時(shí)，上述現(xiàn)象會(huì)發(fā)生，蛋白質(zhì)變性并失去其溶解性。發(fā)生蛋白質(zhì)變性時(shí)，其生物活性降低。酶作為一種蛋白質(zhì)，酶的催化能力在蛋白質(zhì)變性時(shí)活力降低，其原因是蛋白質(zhì)分子鍵受破壞，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。變性較弱時(shí)，蛋白質(zhì)尚可恢復(fù)到其最初狀態(tài)，恢復(fù)生理功能。然而，在很多情況下，變性都是不可逆的，例如煮熟的雞蛋是無法恢復(fù)到新鮮狀態(tài)的。乳糖乳糖是僅在乳中發(fā)現(xiàn)的一種糖類，屬碳水化合物類。牛乳中的維生素

牛乳中含有很多種維生素，其中為人所周知的有A、B1、B2、C和D,維生素A和D溶于脂肪或脂類溶劑中，其余為水溶性。

牛乳是維生素的良好來源，缺乏維生素會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)缺乏性疾病。牛乳中的無機(jī)鹽

牛乳中含有許多種無機(jī)鹽，其總量不超過1%。無機(jī)鹽或溶解于乳漿中，或存在于酪蛋白化合物中，最重要的鹽類有鈣、鈉、鉀和鎂鹽，它們分別以磷酸鹽、氯化物、檸檬酸鹽和酪蛋白酸鹽的形式存在。在普通牛乳中，鉀鹽和鈣鹽是最豐富的，但牛乳中所含鹽類是不穩(wěn)定的，泌乳末期和乳?；既榉垦讜r(shí)，乳中的NaCl增加，并使乳帶有一種咸味，此時(shí)其它鹽類相對(duì)減少。牛乳中的其它成分

牛乳中也常含有體細(xì)胞（白血球或白細(xì)胞），來自健康牛體的牛乳，體細(xì)胞含量一般應(yīng)低于200000個(gè)/毫升，但體細(xì)胞數(shù)達(dá)到400000個(gè)/毫升也可接受。

牛乳中還含有氣體，剛擠出的乳中氣體含量5-6%，在運(yùn)輸過程中氣體含量數(shù)值高達(dá)容積量10%，其中大部分是CO2、N2和O2，這些氣體以如下三種形式存在于乳中。

1、溶解在牛乳中。

2、與牛乳鍵合且無法分離出來。

3、以分散相分散在牛乳中。

在牛乳的加工中，分散的和溶解的氣體是一個(gè)嚴(yán)重問題，如果氣體含量過高，將導(dǎo)致乳焦糊在加熱器表面上。牛乳及其成份的變化貯存過程中的變化

在貯存期間，牛乳中的脂肪和乳蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，這些變化通常包括兩種：氧化和脂解。這兩種反應(yīng)的產(chǎn)物能產(chǎn)生異味，主要是出現(xiàn)在乳和奶油中。脂肪的氧化

牛乳的脂肪氧化導(dǎo)致一種“金屬味道”，而在奶油中則導(dǎo)致一種油膩味。氧化作用發(fā)生在不飽和脂肪酸的雙健上，卵磷脂最為敏感，乳及乳制品中的鐵鹽和銅鹽及溶解氧都會(huì)加速產(chǎn)生“金屬味道”的過程，光照亦會(huì)如此，特別是陽光直接照射或者是熒光管的光線。

如下分子式，從理論上來講一個(gè)單質(zhì)氧（O2）可以將一個(gè)CH-基團(tuán)直接氧化生成一個(gè)過氧化氫物。蛋白質(zhì)氧化

當(dāng)光照牛乳時(shí)，蛋氨酸在維生素B2和維生素C的共同參與下，轉(zhuǎn)化生成為甲巰基丙醛，一種被稱為“日曬味”的主要原因歸結(jié)為3-巰基甲基丙醛的濃度。盡管牛乳中蛋氨酸含量不是很多，但是作為乳蛋白質(zhì)的組份之一，蛋氨酸的分解勢(shì)必導(dǎo)致可察覺出的異味。導(dǎo)致日曬味的原因包括如下：1、光敏性（日光或人造光，特別是熒光）。2、照射時(shí)間。3、乳的自然特性：均質(zhì)乳比非均質(zhì)乳對(duì)光照更敏感。4、包裝材料，不透明的包裝，例如塑料或紙包裝在自然條件下具有較好的避光效果。脂類分解

脂肪分解為丙三醇和游離脂肪酸被稱為脂類分解，脂類分解產(chǎn)生一種脂肪腐敗的滋味，這是由于在乳中出現(xiàn)的低分子的游離脂肪酸（丁酸和己酸）而引起的。脂類分解是因脂解酶的作用而引起的，特別是在高溫貯存時(shí)這種作用更會(huì)加速。但是，脂解酶本身無法破壞脂肪球膜，當(dāng)脂肪球膜被破壞以后，該酶才能分解脂肪產(chǎn)生脂肪酸。在常見的乳品加工中，脂肪球膜受破壞的機(jī)會(huì)很多，例如：泵奶、攪拌和過度振動(dòng)。因此，未經(jīng)巴氏殺菌的牛乳應(yīng)避免過度攪拌，因?yàn)檫@一操作有可能使脂解酶分解脂肪作用的可能性大大升高，從而使牛乳產(chǎn)生敗味。為避免之，可采用高溫巴氏殺菌將脂解酶失活，這樣可以完全破壞原生酶，但是細(xì)菌酶的耐熱能力較強(qiáng)，既使UHT處理也不能使其完全失活。（UHT即超高溫滅菌，135-150℃或更高,保溫?cái)?shù)秒。）

熱處理對(duì)牛乳的影響

牛乳在乳品廠進(jìn)行熱處理可以消滅任何可能存在的致病菌。熱處理也會(huì)引起牛乳在成份上的變化，加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，變化越大。在一定限度內(nèi)，時(shí)間和溫度可以互相平衡，瞬間高溫加熱與低溫長(zhǎng)時(shí)間加熱可以具有相同的效果。因此在熱處理時(shí)必須考慮到溫度與時(shí)間的配合。乳脂肪

牛乳經(jīng)過135℃以上的加熱，蛋白質(zhì)沉淀在脂肪球表面上，形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得脂肪球增密，滲透性降低。因此，對(duì)含脂率較高的乳制品進(jìn)行超高溫處理時(shí)，要求均質(zhì)操作設(shè)在滅菌之后。乳蛋白質(zhì)

牛乳中的主要蛋白質(zhì)是酪蛋白，在正常的pH值、無機(jī)鹽及蛋白質(zhì)含量的條件下，通常不會(huì)因加熱而變性。

另一方面，乳清蛋白特別是占乳清蛋白總量50%的β-乳球蛋白，其熱敏性較強(qiáng)，當(dāng)在65℃加熱時(shí)，就開始變性，在90℃溫度下保持5分鐘則幾乎全部變性。

κ-酪蛋白的被屏障影響了牛乳中酶的凝乳能力，因?yàn)樵诟衫疑a(chǎn)中，凝乳酶有在κ-酪蛋白某固定點(diǎn)位的切斷作用。固定的保溫條件下，巴氏殺菌的加熱溫度越高，得到的凝塊越軟，這一點(diǎn)在生產(chǎn)半硬和硬質(zhì)干酪時(shí)是不希望發(fā)生的，因此生產(chǎn)干酪用的原料乳應(yīng)避免巴氏殺菌，或者至少不超過72℃，保溫15-20秒。

在發(fā)酵乳制品（例如酸奶等）中，90-95℃保溫3-5秒的熱處理可使乳清蛋白質(zhì)變性并與酪蛋白反應(yīng)，這一過程有助于防止脫水收縮，提高黏度，使發(fā)酵乳制品的質(zhì)量得以提高。

牛乳經(jīng)過75℃保溫20-60秒即開始帶有“蒸煮味”，這是由于β-乳球蛋白和其它一些含硫蛋白質(zhì)受熱釋放出一些含硫化合物造成的。酶類

牛乳中的酶類可以因加熱而被鈍化，根據(jù)酶的種類，其各自鈍化溫度不同。有些細(xì)菌，其中假單胞菌亞種經(jīng)常被做為能導(dǎo)致鮮奶和加熱后的牛乳在低溫貯存時(shí)能夠引起乳變質(zhì)的菌群的例證來說明，這些菌多是能夠產(chǎn)生耐熱的蛋白分解或脂類分解酶，而這些酶的活性通過巴氏殺菌和超高溫處理后，僅有很小部分被抑制。乳糖

牛乳中的乳糖比在干燥狀態(tài)下的乳糖更易發(fā)生變化。100℃以上加熱時(shí)，乳糖與蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致生成棕色。這一系列的反應(yīng)起因于氨基酸的氨基與乳糖的羰基之間的反應(yīng)，被稱為美拉德反應(yīng)或褐變，其結(jié)果是使制品棕色化、滋味改變，以及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低，特別是作為必需氨基酸之一的賴氨酸含量的降低。維生素

維生素C對(duì)熱最敏感，特別是在有空氣和某些金屬存在的情況下更甚,然而在板式換熱器中的巴氏殺菌處理中，維生素C實(shí)際并未受損失。在溫和的熱處理中，其它維生素的損失也很少或無損失。無機(jī)鹽

牛乳中的無機(jī)鹽中，僅有酪蛋白膠束上的磷酸鈣受熱影響。當(dāng)加熱到75℃以上時(shí)，因表面失水而形成不溶性正磷酸鈣，由此會(huì)對(duì)生產(chǎn)干酪產(chǎn)生損害，所以，熱處理的程度要非常仔細(xì)地選擇。牛乳的物理性質(zhì)感官：牛乳的不透明性是由于含有脂肪、蛋白質(zhì)和某些