乳的化學(xué)組成

關(guān)于乳的化學(xué)組成第1頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)乳中各種成分的分散狀態(tài)1.乳中各種成分的分散狀態(tài)

乳是動物出生后短時間內(nèi)唯一的食物，其中含有水分、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、無機鹽、磷脂類、維生素、酶、免疫體、色素、氣體及動物體所需要的各種微量成分。從化學(xué)觀點看，乳是各種物質(zhì)的混合物，但實際上，它是一種復(fù)雜的具有膠體（colloid）特性的生物化學(xué)液體。所以也可以說，乳是一種復(fù)雜的分散系，在分散劑——水中，有以分子及離子狀態(tài)分散在其中的乳糖及鹽類，有成乳濁態(tài)（液）及懸浮狀態(tài)分散在其中的蛋白質(zhì)；還有一部分以乳濁液（emulsion）及懸浮液（suspension）狀態(tài)分散在乳中的脂肪。這些分散在分散劑——水中的成分（脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖、無機鹽）都稱為分散相或分散質(zhì)。第2頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三真溶液膠體懸浮液高分子溶液乳濁液乳的分散體系乳糖、水溶性鹽類、水溶性維生素

乳白蛋白及乳球蛋白

酪蛋白

乳脂肪

第3頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三1.1真溶液

乳中的乳糖、水溶性鹽類、水溶性維生素等呈分子或離子態(tài)分散于乳中，形成真溶液，其微粒直徑小于或接近1nm。

1.2高分子溶液

乳白蛋白及乳球蛋白呈大分子態(tài)分散于乳中，形成典型的高分子溶液，其微粒直徑為15~50nm。1.3膠體懸浮液

酪蛋白在乳中形成酪蛋白酸鈣-磷酸鈣復(fù)合體膠粒，從其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及分散度來看，它處于一種過渡狀態(tài)，一般把它列入膠體懸浮液的范疇。膠粒直徑為30~800nm，平均為100nm。1.4乳濁液

乳脂肪是以脂肪球的形式分散于乳中，形成乳濁液。脂肪球直徑為100~10000nm。此外，乳中還有的少量氣體部分以分子態(tài)溶于乳中，部分經(jīng)攪動后在乳中呈泡沫狀態(tài)。第4頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)乳中各種成分的含量1.正常牛乳的主要成分及含量

正常的牛乳，其中各種成分的含量大致是穩(wěn)定的，因此我們可以根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)來辨別乳的好壞。但當(dāng)受到各種因素的影響時，比如品種、個體、年齡、泌乳期、飼料、季節(jié)、氣溫、擠乳及牛體健康狀況等，其含量在一定范圍內(nèi)有所變動。

第5頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三成分變動范圍（%）平均含量（%）成分變動范圍（%）平均含量（%）水分83~8985.7有機酸鹽0.1~0.50.3總干物質(zhì)11~1712.5灰分0.6~0.850.7脂肪2.7~6.03.8酶——磷脂0.02~0.080.05維生素A0.01~0.080.03固醇0.01~0.060.03維生素D——含氮化合物（3~4）維生素E0.05~0.250.15酪蛋白2.2~4.02.7維生素B10.03~0.060.05白蛋白0.2~0.60.4維生素B20.1~0.20.15球蛋白及其他蛋白質(zhì)0.05~0.20.2維生素C0.5~3.52.0非蛋白含氮物0.02~0.080.1維生素PP0.1~0.20.15乳糖4.0~5.64.7色素0.01~0.050.2無機鹽0.5~0.90.65氣體3~15ml7ml圖2-1牛乳的主要成分及其平均含量

第6頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三2.牛乳加工處理后的名稱第7頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三第三節(jié)乳的理化特性1.乳成分的化學(xué)性質(zhì)

1.1水分約占87~89%。其中溶解有有機質(zhì)、礦物質(zhì)和氣體等。可分為游離水（膨脹水）、結(jié)合水和結(jié)晶水等。1.2氣體CO2、N2、O2等。CO2為最多、N2次之、O2最少。一般乳中氣體的總量約為乳容積的5.7-8.6%。

第8頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三1.3干物質(zhì)將牛乳干燥到恒重時所得到的殘渣叫做乳的干物質(zhì)。干物質(zhì)含量為11-13%，除隨水蒸氣揮發(fā)的物質(zhì)外，干物質(zhì)中含有乳的全部營養(yǎng)成分如脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖、維生素、無機鹽等。乳中干物質(zhì)的數(shù)量，隨乳成分的百分含量而變，尤其是乳脂肪在乳成分中是一個比較不穩(wěn)定的成分，對干物質(zhì)數(shù)值變化影響很大，因此在實際工中常用無脂干物質(zhì)作為指示。

計算公式：T=0.25L+1.2F±K式中：T-干物質(zhì)含量%F-脂肪含量%L-牛乳比重計讀數(shù)K—系數(shù)（根據(jù)各地條件，試驗求得）第9頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三1.4乳脂肪

乳脂肪的組成與構(gòu)造中性脂肪形態(tài)存在。溶有磷脂、甾醇、色素及脂溶性維生素等。乳脂肪是由一個甘油分子與三個脂肪酸所組成的甘油酯的混合物，其中最主要的為甘油三酸酯：

CH2O[H]RCO[OH]CH2OCOR

CHOH+R1COOH→CHOCOR1+3H2O

CH2OHR2COOHCH2OCOR2

甘油脂肪酸乳脂肪

脂肪酸分為以下三類:

第一類，是水溶性揮發(fā)性脂肪酸，其代表為丁酸、已酸、辛酸和葵酸。

第二類，是非水溶性揮發(fā)性脂肪酸，其代表為十二葵酸。

第三類，是非水溶性不揮發(fā)性脂肪酸，其代表為十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸、二十烷酸、十八碳烯酸和十八碳二烯酸。第10頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三

比重和折射率:在15℃時與同溫度同體積水之比。

酸價:用KOH中和1g油脂中游離脂肪酸時，所需KOH的

質(zhì)量毫克。

皂化價：指皂化1g脂肪酸所消耗KOH的毫升數(shù)。

碘價：指100g脂肪中使不飽和脂肪酸轉(zhuǎn)化為飽和脂肪酸

所需的碘克數(shù)。

水溶性揮發(fā)性脂肪酸值:是指中和5g脂肪，蒸餾出來的

揮發(fā)性脂肪酸所消耗的0.1N堿溶液的容積毫米。

波連斯克值:是指以中和5g脂肪中所含非水溶性揮發(fā)性

脂肪酸所消耗的0.1N堿溶液的毫升數(shù)。

基爾希納值:是指100g脂肪中非水溶性脂肪酸的總數(shù)。

乳脂肪的理化指標(biāo)及特性第11頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三乳脂肪的特點

乳脂肪中短鏈低級揮發(fā)性脂肪酸含量達14%左右。乳脂肪易受光和、空氣中的氧、熱、金屬銅、鐵作用而氧化，從而發(fā)生脂肪氧化味。乳脂肪易在解酯酶及微生物作用下而發(fā)生水解，水解結(jié)果使酸度升高。乳脂肪易吸收周圍環(huán)境中的其他氣味，如飼料味、牛舍味、柴油味及香脂味等等。乳脂肪在5℃以下呈固態(tài)，11℃以下呈半固態(tài)。第12頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三影響乳脂肪理化指標(biāo)的因素

乳脂肪的理化指標(biāo)，可能和平均值有很大的差異。這是因為乳腺在合成乳脂肪時，成分及性質(zhì)受許多因素的影響，其中最主要的因素是飼料、外界條件、牲畜的生理狀態(tài)和泌乳期等。第13頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三乳脂肪球及脂肪球膜

乳中脂肪是以微小脂肪球的狀態(tài)分散于乳中，呈一種水包油型乳濁液。脂肪球表面被脂肪球膜包裹著，使脂肪在乳中保持穩(wěn)定的乳濁液狀態(tài)，并使各個脂肪球獨立地分散于乳中。脂肪球的表面存在有以層由卵磷脂和蛋白質(zhì)等所構(gòu)成的薄膜。第14頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三測定脂肪的原則

由于乳脂肪的乳濁態(tài)相當(dāng)穩(wěn)定，所以測定乳脂肪時，首先應(yīng)把脂肪球膜加以破壞，這一點可以借助于醇、酸、堿等化學(xué)處理方法來達到破壞脂肪球膜的目的。第15頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三1.5磷脂類及甾醇

磷脂類：按其化學(xué)成分來看很接近脂肪。它由甘油、脂肪酸、磷酸和含氮物組成。甾醇：乳中含有少量的甾醇類，以游離狀態(tài)存在，其中主要為膽甾醇（C27H45OH）。第16頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三1.6乳糖

乳糖是哺乳動物乳腺特有的產(chǎn)物，在動物其他器官中不存在。乳糖是一種雙糖，在水解時生成葡萄糖和半乳糖。牛乳中約含4.5%，占總干物質(zhì)的38~39%。乳糖的甜味較蔗糖弱，在水中的溶解度比蔗糖差。乳糖分類α乳糖β乳糖α乳糖水合物α乳糖無水物第17頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三乳糖不適癥

乳糖需經(jīng)位于小腸粘膜上皮細胞的?-半乳糖苷酶水解成半乳糖和葡萄糖后才能被人體吸收利用。乳糖不耐癥是由于小腸粘膜上乳糖酶活力較低所致，乳糖得不到水解，小腸內(nèi)乳糖濃度提高，使?jié)B透壓增高，從而導(dǎo)致進入腸腔內(nèi)的水分含量提高，其產(chǎn)生的癥狀是腹部壓力增高、氣脹、腹痛和腹瀉。絕大多數(shù)哺乳動物出生之后小腸粘膜乳糖酶活性較高，可以消化吸收來自母乳或其他乳制品的乳糖，斷乳之后，乳糖酶活性隨年齡增長逐漸下降，到成人之后其酶活性僅為正常嬰兒水平的5%~10％，并發(fā)展成為乳糖不耐癥。第18頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三乳糖的生理功能乳糖能為機體提供能量。乳糖可促進鈣的吸收。整腸作用。參與細胞組成和細胞活動。促進智力發(fā)育。乳糖在脂肪代謝上具有一定作用。對糖尿病患者的作用。第19頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三乳中的其他碳水化合物乳中除了乳糖外還含有少量碳水化合物。其中已被證實的有葡萄糖、果糖、低聚糖和己糖。第20頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三1.7蛋白質(zhì)

乳蛋白（4.3%）：酪蛋白（83%）乳白蛋白（12%）乳球蛋白（4%）多肽等牛乳中最有價值的成分乳清蛋白

第21頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三1.7.1酪蛋白

牛乳含氮物中，在pH4.6沉淀的部分為酪蛋白。酪蛋白是乳中一大類蛋白質(zhì)的總稱。酪蛋白很容易形成含有幾種不同類型分子的聚合物。由于酪蛋白分子上存在大量親水基和憎水基以及電離化基團，因此由酪蛋白形成的分子聚合物十分特殊，該分子聚合物由數(shù)百乃至數(shù)千個單個分子構(gòu)成，并且形成膠體溶液，這種結(jié)構(gòu)使得脫脂乳帶有藍白色的色澤。這一分子混合物是酪蛋白膠束，大小在0.4μm。第22頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三酪蛋白的組成酪蛋白以膠束狀態(tài)存在于乳中，是以含磷蛋白質(zhì)為主要的幾種蛋白質(zhì)的復(fù)合體。酪蛋白分為：α-酪蛋白和β-酪蛋白。α-酪蛋白鈣不溶性（αs-酪蛋白）鈣可溶性κ-酪蛋白γ（λ）-酪蛋白β-酪蛋白分為A1、A2、A3、Bαs1αs2αs3…..第23頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三酪蛋白的性質(zhì)牛乳酪蛋白是以酪蛋白膠束狀態(tài)而存在，另外再與磷酸鈣形成復(fù)合體，稱為酪蛋白磷酸鈣。其中含酪蛋白酸鈣95.2%，磷酸鈣4.8%。在電子顯微鏡中觀察，基本形成直徑為30-300nm的球狀。第24頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三酪蛋白膠束的結(jié)構(gòu)酪蛋白膠束的結(jié)構(gòu)

酪蛋白膠束的結(jié)構(gòu)，許多學(xué)者提出各自的理論。Payen(1966)認(rèn)為，酪蛋白中的β-酪蛋白以細絲狀態(tài)形成網(wǎng)目結(jié)構(gòu)。并將αs-酪蛋白包圍；另外，在其外側(cè)有κ-酪蛋白。Waugh（1970）認(rèn)為，αs-酪蛋白成玫瑰花的放射狀聚合，各個玫瑰花形的αs-酪蛋白由鈣進行凝集，外側(cè)由κ-酪蛋白覆蓋，以防止進一步凝集。因此成為穩(wěn)定的膠體狀態(tài)存在于乳中。第25頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三亞酪蛋白膠束的結(jié)構(gòu)圖亞酪蛋白膠束

有三種酪蛋白：αs-酪蛋白、κ-酪蛋白和?-酪蛋白，每種酪蛋白有2~4種遺傳性變異體，變異體間的差別僅為幾個氨基酸的不同。事實上，這三種蛋白質(zhì)一般有1個或2個含有羥基的氨基酸與磷酸發(fā)生酯化，磷酸能與鈣、鎂或其他鹽在分子內(nèi)或分子間發(fā)生鍵合。κ-酪蛋白伸長鏈磷酸基憎水核第26頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三酪蛋白與酸堿的反應(yīng)酪蛋白屬于兩性電解質(zhì)，它在溶液中既具有酸性也具有堿性，也就是說它能形成兩性離子。當(dāng)酪蛋白與酸發(fā)生反應(yīng)時，酪蛋白本身具有堿的作用，于是酪蛋白與酸結(jié)合生成酸性酪蛋白。當(dāng)酪蛋白中加入堿時，則酪蛋白具有酸的作用。酪蛋白與堿結(jié)合生成一種鹽，形成一種近乎透明的溶液。第27頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三酪蛋白與醛反應(yīng)酪蛋白除與酸堿能起作用外，并可與醛基反應(yīng)。但由于所處環(huán)境不同，其性質(zhì)也有區(qū)別。當(dāng)酪蛋白在弱酸介質(zhì)中與甲醛反應(yīng)時，則形成亞甲基橋，可將兩個分子的酪蛋白連接起來。當(dāng)酪蛋白在堿性介質(zhì)中與甲醛反應(yīng)時，則生成亞甲基衍生物。第28頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三酪蛋白與糖的反應(yīng)自然界中的全糖、葡萄糖、轉(zhuǎn)化糖等與酪蛋白作用后變成氨基糖而產(chǎn)生芳香味。這作用也表現(xiàn)于產(chǎn)生色素方面，可使食品具有一種顏色如黑色素。酪蛋白與乳糖的反應(yīng)，在乳制品工業(yè)中具有特殊的指導(dǎo)意義。乳品（如乳粉、乳蛋白粉和其他乳制品）在長期貯存中，乳糖與酪蛋白發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生顏色、風(fēng)味及改變營養(yǎng)價值。在貯存中如有氧存在時，則能加速這種變化。因此貯存乳粉應(yīng)保持在真空狀態(tài)。第29頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三酪蛋白的酸凝固牛乳中的酪蛋白以酪蛋白酸鈣的形式存在。當(dāng)加入酸時，酪蛋白酸鈣的鈣被酸奪取，漸漸地生成游離的酪蛋白，達到等電點時，鈣完全被分離，游離的酪蛋白凝固而沉淀。第30頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三酪蛋白的皺胃酶凝固犢牛第四胃中所含的一種酶能使乳汁凝固，這種酶通常稱為皺胃酶。如果沒有這種酶時，乳在胃中經(jīng)過后即行流失無法消化，所以皺胃酶有使乳汁從液體變?yōu)槟龎K，并發(fā)生收縮作用而排除乳清的作用。一般認(rèn)為，皺胃酶在酪蛋白的磷酸酰胺鍵水解時起接觸作用。磷酸酰胺鍵的斷裂并不同時發(fā)生磷酸的分離，因為皺胃酶沒有磷酸酯酶的活性，而是當(dāng)酪蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)楦崩业鞍缀?，分子的一端產(chǎn)生游離胍基和另一端游離磷酸基。第31頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三皺胃酶的凝乳原理皺胃酶與酪蛋白的專一性結(jié)合使牛乳凝固。皺胃酶對酪蛋白的凝固可分為兩個過程：①酪蛋白在皺胃酶的作用下，形成副酪蛋白，此過程稱為酶性變化；②產(chǎn)生的副酪蛋白在游離鈣的存在下，在副酪蛋白分子間形成“鈣橋”，使副酪蛋白的微粒發(fā)生團聚作用而產(chǎn)生凝膠體，此過程稱為非酶變化。第32頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三酪蛋白的鈣凝固

鈣和磷的含量直接影響乳汁中酪蛋白微粒的大小，也就是大的微粒要比小的微粒含有較多量的鈣和磷。由于乳汁中的鈣和磷呈平衡狀態(tài)存在，所以鮮乳中的酪蛋白微粒具有一定的穩(wěn)定性。當(dāng)向乳中加入氯化鈣時，則能破壞平衡狀態(tài)，因此在加熱時使酪蛋白發(fā)生凝固現(xiàn)象。第33頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三1.8乳清蛋白

向乳中加酸達到酪蛋白的等電點時，酪蛋白沉淀出來，而其他蛋白質(zhì)則仍留在乳清中，如果將乳清煮沸，并同時調(diào)整pH為4.6~4.7，則乳清蛋白也就沉淀出來，其中包括白蛋白、球蛋白等。乳清蛋白白蛋白：α-乳白蛋白（19%）、β-乳白蛋白、血清白蛋白

球蛋白：β-乳球蛋白（48%）、免疫球蛋白（8%）其他：乳鐵蛋白、過氧化物酶、溶菌酶、酪蛋白聚肽、脂肪球膜蛋白、生長因子等。第34頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三β-乳球蛋白

乳球蛋白是必需氨基酸和支鏈氨基酸的極好來源，具有很強的與松香油和脂肪酸結(jié)合的結(jié)合段，一般被用作功能性配料使用。據(jù)最近在北卡羅來納州大學(xué)的東南乳品研究中心進行的研究顯示，β-乳球蛋白能夠?qū)χ苄誀I養(yǎng)素如維生素A和維生素E進行預(yù)結(jié)合，從而促進了人們的吸收。利用凝膠功能和包水性作為添加劑,用于甜點、調(diào)料和涂抹性食品中。第35頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三α-乳白蛋白

α-乳白蛋白是一種唯一能結(jié)合鈣的乳清蛋白成分。最近的研究發(fā)現(xiàn)，它可能具有抗癌功能。此外，由于從牛奶分離出來的乳白蛋白在氨基酸比例和結(jié)構(gòu)方面，以及在功能特性上與人乳都非常相似。第36頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三

乳鐵蛋白

乳鐵蛋白在牛奶中的平均質(zhì)量濃度為0.1g/L；在乳清蛋白產(chǎn)品中，其質(zhì)量濃度可高達30-100g/L。其活性包括：抗細菌性，抑制游離基形成，調(diào)節(jié)人體鐵質(zhì)轉(zhuǎn)移，促進細胞生長并提高免疫能力，促進雙歧桿菌增殖，并可作為抗氧化劑。

第37頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三生長因子生長因子是一組乳清成分的統(tǒng)稱。已經(jīng)證實，這些生長因子能夠在慢性、非治療傷口如糖尿病潰瘍的傷口修復(fù)時促進細胞生長。同時，乳清生長因子提取物也可應(yīng)用于治療腸道疾病和修補傷口。在最近的一項研究中發(fā)現(xiàn)，攝入乳清蛋白能減少因化學(xué)藥物療法而誘發(fā)對小腸的損害，表明其可進行治療腸道粘液癥的臨床試驗。第38頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三乳清蛋白的突出功能特性

成膠性。攪打起泡性新型乳化性涂層性微膠束化第39頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三乳清蛋白的應(yīng)用在焙烤食品中的應(yīng)用在酸奶中的應(yīng)用在于酪生產(chǎn)中的應(yīng)用在冰淇淋生產(chǎn)中的應(yīng)用在配方食品中的應(yīng)用第40頁，講稿共46頁，2023年5月2日，星期三1.8乳中酶

乳中的酶也稱為生物催化劑。乳中存在各種酶，其來源有兩種：一種是由乳腺所分泌，另一種是落入乳中的微生物繁殖所產(chǎn)生的。水解酶：脂酶、蛋白酶、