《乳品物理化学性质》PPT课件.ppt

第二章 乳的物理化学性质,乳的物理与化学特性,乳的组成和结构 概述 乳脂肪 乳蛋白质 乳糖 维生素 矿物质,乳的物理特性 密度 粘度 冰点 酸平衡 光学性质,第一节 概述,乳的大致组成 7.3% water (range of 85.5% - 8.7%) 3.9 % milkfat (range of 2.4% -5.5%) 8.8% solids-not-fat (range of 7.9 - 10.0%):,protein 3.25% （3/4 casein） lactose 4.6% minerals 0.65% - Ca, P, citrate, Mg, K, Na, Zn, Cl, Fe, Cu, sulfate, bicarbonate, many others acids 0.18% - citrate, formate, acetate, lactate, oxalate enzymes - peroxidase, catalase, phosphatase, lipase gases - oxygen, nitrogen vitamins - A, C, D, thiamine, riboflavin, others,乳的胶体分散体系 真溶液：乳中的乳糖、水溶性盐类、水溶性维生素等呈分子或离子态分散于乳中，形成真溶液，其微粒直径小于或接近1nm 高分子溶液：乳白蛋白及乳球蛋白呈大分子态分散于乳中，形成典型的高分子溶液，其微粒直径约为1550nm,胶体悬浮液：酪蛋白在乳中形成酪蛋白酸钙磷酸钙复合体胶粒，胶粒直径约为30800nm 乳浊液：乳脂肪是以脂肪球的形式分散于乳中，形成乳浊液。脂肪球直径约为10010000nm,第二节 乳脂肪性质及其结构,乳脂肪的化学性质 乳脂肪的物理特性 乳脂肪球的结构 乳脂肪的功能特性,乳 脂 肪 的 化 学 性 质,乳脂肪约占乳成分的2.4%-5.5%，平均3.4%。 乳脂肪中主要是甘油酸三酯，约为总脂肪的93.8%。其结构为甘油为骨架，每个甘油分子上结合着三分子的脂肪酸。脂肪酸组成如下：,长链脂肪酸,C14 - 肉豆蔻酸（myristic） 11% C16 - 棕榈酸 （palmitic） 26% C18 - 硬脂酸 （stearic） 10% C18:1 - 油酸 （oleic） 20%,短链脂肪酸（11%）,C4 - 丁酸（butyric*） C6 - 己酸（caproic） C8 - 辛酸（caprylic） C10 - 癸酸（capric）,乳中的饱和脂肪酸主要是myristic, palmitic, and stearic，占牛乳脂肪的三分之二 不饱和脂肪酸中含量最多的是油酸。 丁酸为乳脂肪中特有脂肪酸，丁酸易在脂酶作用下从甘油骨架上分解下来，然后氧化产生酸败味,此外，乳脂中还含有1的磷脂和少量的甾醇、游离脂肪酸和脂溶性维生素。 磷脂主要存在于脂肪球膜中，而甾醇主要存在于脂肪球中心。,乳脂肪特性,乳 脂 肪 的 物 理 特 性,密度20时为915kg/m3 折光系数 (589 nm) i为 1.462 ，其数值随温度升高而降低。 水中溶解度为20 时为 0.14% (w/w) ，且随温度升高而降低。 热导20 时为 0.17 J/ m.s. K 比热 40 C时为 2.1kJ kg(-1) K(-1) 电导率is 10(-12) ohm(-1) cm(-1) 介电常数为 3.1 熔点为37 ,脂 肪 结 构,95%以上的乳脂肪以球状存在于乳中，形成一种O/W乳浊液，脂肪球的直径0.1-15um,平均为3um 脂肪球表面附着着厚度为8-10nm的膜状结构。,脂肪球膜结构,脂肪球膜由蛋白质、磷脂、高熔点甘油三酸酯、甾醇、维生素、金属离子、酶类及结合水构成。其中起主要作用的是卵磷脂-蛋白复合物有层次地排列在脂肪和乳浆的界面上。,脂肪球膜的内侧为磷脂层，其疏水基朝向脂肪球中心，并吸附着高熔点的甘油三酸酯，形成膜的最内侧。磷脂层间还夹着甾醇与维他命A，磷脂的亲水基朝向外侧，并连接着具有强大亲水基的蛋白质，构成膜的外层，表面结合着大量结合水，从而形成了脂相到水相的过渡。,乳 脂 肪 的 聚 集,Coalescence ：乳脂肪不可逆的聚集，发生了脂肪球膜的破裂和重新形成 Flocculation: 乳脂肪可逆的聚集，没有脂肪球膜的破裂 partial Coalescence,第 三 节,蛋白质的性质和结构,蛋白质概述,Primary structure Secondary structure Tertiary structure Globular protein Fibrous protein,乳 蛋 白 的 组 成,蛋白质占牛乳含量的2.83.8，其中酪蛋白含量最高（76），其次为乳清蛋白（18），NPN为6%。 酪蛋白：当乳pH为4.6时，沉淀部分蛋白 乳蛋白：PH5.0时，在加入乙酸钠和乙酸的乳中沉淀部分,酪 蛋 白,酪蛋白占乳蛋白质的80%，pH为4.6时，可以沉淀。 酪蛋白为结合蛋白，酪蛋白丝氨酸残基磷酸化。酪蛋白中结合的钙离子与磷酸呈正比。 酪蛋白含有大量的脯氨酸残基，脯氨酸抑制形成紧密结构 酪蛋白不含有二硫键,酪蛋白的分类（casein）,alpha(s1)-casein alpha(s2)-casein: -casein: kappa-casein: -casein：,s1-casein,分子量为23，000道，199氨基酸残基，17个脯氨酸残基 。 包含全部脯氨酸残基的两个疏水区被一个含有全部8个磷酸基团之中的7个。 s1-casein在较低钙离子浓度下可以沉淀。,s2-casein,N-端存在负电荷，而C-端存在正电荷 此种酪蛋白在低浓度钙离子条件下也可以沉淀,-Casein,N端含有很高的电荷，C端存在疏水区， -Casein具有洗涤剂一样的两性基团。 此种蛋白质的凝聚沉淀受温度的影响，20时可以聚集，而在4不能凝聚。,-Casein,对钙离子引起的凝聚具有抵抗性，可以起到稳定其他酪蛋白的作用。 凝乳酶可以断开-Casein Phe105-Met106之间的肽键，将酪蛋白分为疏水的Para-Casein和亲水的酪蛋白巨肽,酪蛋白胶束结构,酪蛋白以胶束的存在可以携带大量的磷酸钙，为哺乳动物幼畜提供丰富的钙源 酪蛋白胶束在胃内能形成凝快，提高消化吸收率,酪蛋白胶束结构假说,酪蛋白的亚胶束假说 此种假说是20年前由Walstra and Jenness提出的。,亚胶束模式,整个酪蛋白胶束是由亚胶束构成的。 亚胶束是由10-100个酪蛋白分子聚集而成。酪蛋白胶束中存在两类亚胶束：一种为含有-Casein的，一种为不含-Casein的亚胶束。,每个亚胶束含有一个疏水内核，外部覆盖一层亲水层，亲水层是由-Casein极性部分组成，-Casein的酪蛋白巨肽起到毛发层的作用。 在亚胶束外部的亲水层上结合着胶体磷酸钙,酪蛋白亚胶束学说不被乳品科学家广泛接受，其反驳证据有以下几点： 在乳中没有发现亚胶束结构的存在 酪蛋白结构应该更开放、更具有流动性，可能应象“一碗意大利面”样的结构。 现已证实磷酸钙分布于整个胶束中，如果酪蛋白胶束是有多个亚胶束组成，磷酸钙应分布于亚胶束的内部和外部,酪蛋白胶束开放结构假说,Carl Holt and co-workers假说 酪蛋白胶束为一球形，高度水合的球形粒子。 粒子中心多肽链部分折叠与磷酸钙一起形成纳米级的簇。 粒子外部形成一个毛发层，对胶束提供电荷和空间上的稳定性。,胶 体 磷 酸 钙,胶体磷酸钙通过共价结合和静电引力在胶束中起着连接亚胶束的作用，,影响酪蛋白胶束稳定的因素,Role of Ca+: H Bonding: Disulphide Bonds: Hydrophobic Interactions: Electrostatic Interactions: van der Waals Forces:,Salt content: pH: Temperature: Heat Treatment: Dehydration: Steric stabilization:,1 钙 离 子,没有钙离子存在，就没有胶体磷酸钙的存在，也就不会有胶束结构 钙离子过高，提高了钙离子的活度和胶体磷酸钙的浓度，不利于酪蛋白胶束的稳定存在,2.pH,降低pH首先导致胶体磷酸钙的溶解和胶束比体积的降低，更低的pH（小于5.5）可导致酪蛋白胶束增大，胶束的融合，这是大多数胶体磷酸钙已经失去，继续降低pH，酪蛋白开始沉淀。接近4.6等电点时，沉淀下来的是酪蛋白，而不是酪蛋白胶束,3温 度,接近0时，要完成酪蛋白胶束的凝聚非常困难。较低的温度会产生细微的、更疏松的凝结物和柔软的凝胶,4 热 处 理,对乳进行热处理达到使大部分乳清蛋白与酪蛋白结合这样一个程度时，就改变了胶束的行为。胶束的融合在pH5.5以下时非常少，在4.5附近获得较为坚实的凝胶,此外，亲水胶体和一些表面活性剂也可以改善酪蛋白胶束的稳定性。在此不在介绍,酪蛋白胶束的聚沉,酪蛋白胶束的酶凝固 酪蛋白胶束的酸凝 酪蛋白胶束的热凝 酪蛋白胶束的成熟凝固,酪蛋白胶束的酶凝固,凝乳酶或皱胃酶是酪蛋白胶束酶凝的主要用酶。 凝乳的第一步：凝乳酶或皱胃酶打开Phe(105)-Met(106)之间的肽键，产生可溶的酪蛋白巨肽（CMP)和副kappa-casein 凝乳第二步：由于kappa-casein分解，毛发层受到影响，亚胶束之间的空间斥力降低，亚胶束相互靠近。同时pH降低，静电荷减少，静电斥力降低，酪蛋白产生凝固,酪蛋白胶束的酸凝固,pH值降低，接近酪蛋白等电点，静电斥力降低 在酸性介质中，矿物质溶解性增强，存在于酪蛋白胶束中的Ca+和磷酸进入水相，酪蛋白胶束不完整，产生凝固,酪蛋白的热凝固,酪蛋白在沸点以上的温度下会产生不可逆的凝固。 加热过程中，乳中盐类的缓冲能力发生改变，释放出二氧化碳，产生有机酸，磷酸三钙和酪蛋白磷酸盐在释放出的H+作用下凝固,酪蛋白胶束的成熟凝固,酪蛋白胶束的成熟凝固是影响如浓缩乳和UHT乳保质期的主要因素 成熟凝固是灭菌乳在几星期和几个月储存后，产品出现粘度增加，伴随着肉眼可见沉淀物的出现，酪蛋白出现不可逆的凝固，形成空间三维网状结构。 此凝固机理至今不祥，只有一些假设,乳清蛋白（Whey protein),乳清蛋白的定义 乳清蛋白的分类 乳清蛋白的用途,乳清蛋白定义,原料乳中除去了在pH4.6等电点处成电的酪蛋白之外，留下的蛋白质统称为乳清蛋白，约占乳蛋白质的1820。 乳清蛋白水合能力强，分散度高，在乳中呈典型的高分子溶液状态，甚至在等电点时仍能保持分散状态。,乳清蛋白种类, -Lactoglobulins ：18000Da，162氨基酸残迹，约占乳清蛋白的43.6，含两个分子内二硫键，和一个自由硫醇。 形态包括天然状态下存在的以非共价键连接的二聚体，当达到等电点（3.5-5.2）附近二聚体进一步聚合形成八聚体，pH低于3.4时，解离成单体。,alpha-Lactalbumins: 14000Da，123氨基酸残迹，占乳清蛋白的19.7，含8个半胱氨酸，全部形成分子内二硫键。含4个色氨酸。 此蛋白具有排列紧密的二级结构和球形的三级结构。 牛血清蛋白 (BSA) 免疫球蛋白 (Ig).,乳 中 的 酶,脂蛋白脂肪酶：分解乳脂肪为甘油和游离脂肪酸，产生脂肪分解臭。此酶主要存在于乳浆中且大部分与酪蛋白结合，8020s可以完全钝化。 蛋白质溶酶:可分解 -casein 和as2-casein，热稳定性强，可使 UHT乳和灭菌乳产生苦味，在干酪成熟中具有重要作用。,碱性磷酸酶：经62.8，30min或72，15s加热钝化，可检验巴氏杀菌乳杀菌是否彻底 过氧化氢酶：主要来自白血球的细胞成分，在初乳和乳房炎乳中含量较多，可用来检验乳房炎乳,乳 糖,乳糖占乳的4.8 - 5.2% , 干物质52% , 和乳清固体的70% 乳糖是有一分子半乳糖和一分子葡萄糖通过 1，4键构成,乳糖异构体及其平衡, 乳糖水合物 乳糖无水物 乳糖,乳糖营养及其乳糖不耐症,乳糖营养: 为人体提供热能来源 乳糖在胃中不能被消化吸收，可直达肠道，在乳糖酶的作用下分解为葡萄糖和半乳糖被吸收。 半乳糖是构成脑及神经组织的糖脂质的一种成分，对婴儿智力的发育有重要意义,乳糖能促进人体肠道内某些乳酸菌的生长，能抑制腐败菌的生长，有助于肠的蠕动作用。 乳酸的生成有利于钙的吸收，能防止佝偻病的发生。,乳糖不耐症,一部分人随着年龄的增长，消化道内会却反乳糖酶，不能分解和吸收乳糖，饮用牛乳后出现腹痛、腹泻等症状，这就是乳糖不耐症。 有色人种的乳糖不适应症比较普遍，美国黑人中10岁以下儿童有40%对乳糖不适应，亚洲人也很多。,乳糖不耐症的原因,乳糖不耐症的原因是由于肠道内没有乳糖酶分解乳糖，乳糖直接进入大肠后，使大肠的渗透压增高，大肠黏膜把水分吸收至大肠中去，由于大肠中细菌的繁殖而产生乳酸和二氧化碳，使pH降至6.5以下，从而刺激大肠引起腹痛等症状。,乳中维生素,牛乳中含有几乎所有已知的维生素，特别是VB2含量很丰富，但VD含量不多，若作为婴儿食品应给予强化。 牛乳中维生素的热稳定性不同，有的对热稳定，如VA，D，B1等，有的热敏感性特强，如VC等。,乳中的微量元素,牛乳中含有很多微量元素，微量元素的营养有重要作用，但是牛乳中的铁比母乳中少，作为婴儿食品时有必要予以强化,乳的物理化学性质,乳的热学性质 乳的电学性质 乳的相对密度与密度 乳的粘度与表面张力 乳的酸度 乳的热值,乳的热学性质,冰点：牛乳冰点的平均值为-0.53-0.55，平均为-0.542。 作为溶质的乳糖与盐类使冰点下降的主要原因。 牛乳中掺水可导致冰点回升，掺水10%，冰点约上升0.054,沸点 乳的沸点在10kPa下约为100.55。乳在浓缩过程中沸点继续上升，浓缩到原体积的一半时，沸点约上升到101.05。 比热容 一般牛乳的比热容约为3.89kj/kg.，,乳的电学性质,电导：乳中含有电解质，25时牛乳的电导率为0.004-0.005S。一般电导率超过0.006S，即可认为是病牛乳。 氧化还原电位：一般牛乳的氧化还原电位为0.23-0.25V，微生物污染后随着氧的消耗和产生还原性代谢产物，使氧化还原电位降低。,乳的相对密度与密度,乳的相对密度：乳在15时的质量与同容积同温度下水的质量之比，用d1515表示。正常乳的相对密度为1.032。 乳的密度：乳在20时的质量与同容积水在4下的质量之比，用D204表示。正常乳的相对密度为1.030。 同温度下，相对密度与密度相差很小，一般用0.002进行换算。,牛乳的酸度,乳的滴定酸度:滴定酸度有多种表示方式，我国滴定酸度用吉尔涅尔度表示，简称（oT）；或用乳酸百分率（乳酸）表示。 oT：以酚酞为指示剂，中和100ml乳所消耗0.1mol/L氢氧化钠溶液的毫升数。如消耗18ml即为18 oT。正常