岗位职责_乳品工业手册

努力了的才叫梦想，不努力的就是空想！如果你一直空想的话，无论看多少正能量语录，也赶不走满满的负能量！你还是原地踏步的你，一直在看别人进步。1牛乳的生产始于6000 年前或更早。现在的乳业用畜是野生动物经驯化而来。在几千年的历史长河中，未驯化的动物分布在不同纬度和经度的自然界中，数度经历了自然界严酷的环境。事实上，世界各处都有人们起始饲养动物，通常是选择多用途的草食性动物，从动物身上，人们获取乳、肉及服装等以满足自己的需要。选择草食动物是因为它们比食肉动物更安全并易于饲养。草食动物也不与人类直接争夺营养源，因为它们吃草，而人类自己不能。第一章第一章第一章牛乳的生产乳品加工手册/ 第1 章2驯养的草食动物除了马和驴之外都是反刍动物。反刍动物食量很大，进食速度也很快，之后再反刍已食入的食物。现在，这样的动物一直保留下来用于乳的生产，而乳一直是人类食物的基础组成部分。世界上最广泛用于生产乳的动物是乳牛，它们分布在各大洲并几乎在所有的国家都能见到。然而，还有一些动物是不能被忘的，它们所产的乳是当地居民重要的动物蛋白及其它营养的重要来源。其中绵羊是重要的产乳动物，尤其对于地中海地区国家和亚洲的很多地区显得尤为重要。世界上绵羊总数超过十亿头，它们是乳及肉类生产的主要来源。有绵羊往往就有山羊。在一些乳、肉生产缺乏地区，山羊的作用是不容忽视的。绵羊和山羊是廉价、高质量蛋白质的重要来源，并主要生存在因气候、（地形）、经济、技术或社会的因素所限，不能开发更为精细的蛋白质生产系统的地区。表1-1所示为不同品种的动物所产乳的组成成份，然而表上所绘数据为平均值，因为任何品种的乳的组份受许多因素诸如品种、饲养和气候等等的影响。 青年牛在两岁龄前配种(自然或人工受精) 孕期为九个月 产犊后乳牛有10 个月的产乳期 产犊后12 个月乳牛再次配种 经产犊5 次后，乳牛被淘汰表1-1不同品种的动物所产乳的组成成份动物蛋白质酪乳清脂肪 碳水灰分总量 蛋白 蛋白 化合物人1.2 0.5 0.7 3.8 7.0 0.2马2.2 1.3 0.9 1.7 6.2 0.5乳牛3.5 2.8 0.7 3.7 4.8 0.7水牛4.0 3.5 0.5 7.5 4.8 0.7山羊3.6 2.7 0.9 4.1 4.7 0.8绵羊5.8 4.9 0.9 4.9 4.5 0.8牛乳乳是幼小哺乳动物出生后最初阶段的唯一食物。乳中的物质既提供能量，又提供了生长所需的基础营养。乳中还含有保护幼小动物免受感染的多种抗体。哺育一头小牛约需1000 升牛乳，这是以前母牛为哺育每头小牛的产乳量。自从人类使用乳牛为自己服务以来，情况发生了巨变。乳牛育种的结果，是每一次产犊后，乳牛产奶量平均可达6000 升或更高，是早期产奶量的6 倍，有些乳牛产奶量可高达14，000 升或更高。乳牛必须在产犊后才开始泌乳。青年牛在78 月龄达到性成熟，但通常要到1518 月龄才开始配种。母牛孕期为265300 天，随不同牛的品种各有差异，因此，一个青年牛在22.5 岁时才能产第一胎。乳品加工手册/ 第1 章3乳腺乳池延伸到乳头部分称为乳头乳池，乳头的末端是一条11.5cm 长的乳道，在挤乳间歇期间，乳道由括约肌控制闭合，以防止乳汁外溢及外界细菌的侵入。整个乳房交织着血管和淋巴管，分布在腺泡周围的毛细血管将来自心脏的血液中的营养物质提供给乳房的泌乳细胞, 用于乳的合成。输送完营养物质的血液经毛细血管流入静脉，并回流到心脏。每天流经乳房的血液有90000升，每800900 升血液生成1 升牛乳。当乳腺泡泌乳时，其内压上升。如果乳没有被挤出，内压达到一定程度时，泌乳就会停止。压力的增加迫使少量乳进入较大的乳导管，并进入乳腺乳池。然而大部分乳依然贮存在腺泡内和细小的乳导管内。由于这些毛细乳导管太细，所以乳无法自流通过。在挤奶时，腺泡周围的肌细胞能起到挤压作用，使乳进入较大的乳导管中。见图1.2。1432图.1.1 乳房的剖面图1 乳腺乳池2 乳头乳池3 乳头管4 乳腺泡在黑水的爱尔兰村一头名叫BigBertha 的乳牛死于1993 年12 月13 日，它可能是世界上寿命最长的乳牛，它活了49 岁。其主人Mr.Jerome Olearg声称若其不死，1994 年3 月15 日将是该母牛50 岁的生日。每天有90000 升血液流经乳房，每合成1升乳约需流经800900升血液。图.1.2 腺泡中乳的排出乳的分泌乳是从母牛乳房中分泌出来的。母牛的乳房是一个由纵隔分成左右两部分的半球状器官；每半部分又由一条较浅的横隔一分为二，每四分之一的乳房有一个乳头和单独的乳腺，从理论上讲，每一头乳牛可以产生四种不同质量的牛乳。图1.1 所示为乳房的剖面图。乳房由含有泌乳细胞的乳腺组成。乳腺被包围在肌肉组织中，并与乳房结成一体，使乳房在受到踢动或撞击时得到保护、免受伤害。乳腺含有大量被称为腺泡的微小囊状组织（约二十亿个）。真正的泌乳细胞位于腺泡的内壁上，8120个腺泡结为一组，通过细微的乳导管送到较大的乳导管，然后输入位于乳头上方的乳腺乳池，乳腺乳池能贮存乳房中30%的乳。乳品加工手册/ 第1 章4手工挤奶世界上的很多农场至今仍如几千年前一样进行手工挤奶。通常每天母牛都由同一挤奶员挤奶，母牛听到熟悉的准备挤奶的声音就会迅速受到刺激和排乳。当母牛有了排乳反射后，挤奶开始，最初从乳头中排出的一些奶应倒掉，因为这些乳中含有大量的细菌。挤奶员通过肉眼仔细观察这一部分乳是否有变化来判定母牛有否病变。挤奶时要同时挤对角线两侧的乳头，用一只手挤出一个乳头的乳汁，然后放松压力使乳汁流入乳池，此时另一只手可挤压另一个乳头。这样两个乳头可交替地挤奶。用此方法将乳挤干后，挤奶员可以再挤另外的两个乳头，直至全部乳房被挤完为止。奶被挤进奶桶中，通过滤网除去杂质，倒入容量为3050 升的奶桶存放。随后将奶桶冷却，并低温贮存以备运到乳品厂。冷却通常要采用冷水浸没或冷水喷淋的方式。图.1.3 挤奶需58 分钟图.1.4 乳经过滤并冷却挤奶为了引起乳房排奶，乳牛首先要释放一种称为催产素（Oxytocin）的激素到血液中去。这种激素分泌并贮存于脑下部的脑下垂体腺里。当母牛在适当的刺激下预备挤奶时，一个刺激信号送到垂体腺，并使贮存于垂体中的催产素释放出来。现代化牛场的奶牛没有随身的犊牛，但习惯于挤奶时其它刺激如声音、气味和感觉等。在开始准备挤奶前1 分钟，催产素开始起作用，引起肌细胞压迫腺泡。在乳房中产生用手可以感觉得到的压力这被认为是排乳反射。在此压力作用下，乳被排送到乳池，再经挤奶机的吸乳杯或手工挤压排出乳汁。排乳反射随着催产素在血液中的不断稀释、减弱而逐渐消失，在58 分钟后彻底结束。因此挤奶要在这一时间段内完成，如果想延长挤奶“挤干”乳汁，就会造成对乳房不必要的扭拉，从而激怒母牛，导致挤奶困难。泌乳周期小牛在刚出生前，母牛的乳房就开始泌乳，因此小牛一降生，母牛就可以哺乳。整个哺乳期约300 天，这一时间周期称为泌乳期。母牛一般在产犊后12 月又进入发情期。在整个泌乳期，牛乳的生产量逐渐下降并在约300 天后，产量下降至高峰产奶量的1525%。在此阶段，挤奶停止，进入非泌乳期。母牛产后最初分泌的乳汁称为初乳，初乳与常规牛乳在组成成份和性质上均存在较大差异。详细内容见第二章。通常一头母牛可连续五年产乳，在第一个泌乳期产奶量多少要略低一些。乳品加工手册/ 第1 章5农场牛乳的冷却牛乳离开乳房时的温度约为37，健康母牛挤出的鲜奶事实上是无菌的，但是当乳一离开乳房就必须防止细菌污染。能使牛乳腐败的微生物到处都是乳房上、挤奶员手上、空气的灰尘颗粒和水滴中，褥草和谷壳上、牛毛上和土壤中。由此污染的牛乳必须经过过滤。机械挤奶在中型以上的农场通常使用类似图1.5 所示的挤奶机挤奶。挤奶机利用真空原理把乳从乳头中吸出。该设备由一个真空泵，一个作为乳采集器的真空容器、与真空容器由软管连接的吸乳杯和一个交替地对吸杯施以真空和常压的脉冲器组成。吸乳杯由一个被称为吸杯套筒的橡皮内管和一个不锈钢外管组成。在吸奶过程中，吸乳杯的吸杯套筒内维持0.5bar（50% 真空）的压力。 脉冲室（在套管和外管之间）通过脉冲器的作用交替地接受真空和大气压，由此在吸奶阶段，乳从乳头中吸出，进入真空容器，然后压力转为常压，进入按摩阶段，原奶线被挤压停止吸奶，乳从腺胞流入乳池，随后进行另一吸奶阶段，反复如此，见图1.6 所示。在按摩阶段使乳头放松是必要的，这样可避免乳头充血和充液。充血和充液引起的疼痛，可导致奶牛停止排奶，挤奶和按摩间的脉冲变化每分钟约为40-60 次。与爪形集流器联接的4 个吸奶杯套在乳头上。在挤奶时，吸奶动作交替出现于左、右乳头，或者有时为前侧乳头和远侧乳头。乳从乳头吸到真空容器或到一个真空输送管道。在挤奶中如果一个吸奶杯脱落，系统会自动关闭阀门以防止污物被吸入系统中。挤奶完毕后，将奶桶（真空容器）送到贮奶室，倒入贮奶罐内或特殊贮奶罐中冷却。为了减轻繁重的送奶劳动，可以安装一管道系统用真空直接把奶从吸奶杯送到贮奶室，如图1.8，在大、中型农场普遍采用这种系统。采用这一系统，牛奶挤出后沿着一个封闭的系统将乳直接从母牛身上收集到贮奶室的奶罐中。从细菌学角度出发，这是一大优点。然而，管道系统的设计要避免因空气泄漏而导致对牛奶有损害的搅动。机械挤奶系统也可以使用CIP 清洗系统。图.1.7 在将吸乳杯套上乳头前，对牛乳房进行清洗和按摩使牛准备排乳 图1.5. 机械挤奶设备图.1.6 一个吸奶杯的机械挤奶过程aa乳品加工手册/ 第1 章6要生产高质量的牛乳，应特别注意卫生。然而，尽管采取各种预防措施仍不可能使牛乳中完全无菌。事实上乳是细菌繁殖的最好培养基它含有细菌所需的各种营养物。所以细菌一旦进入牛乳，它们就立刻开始繁殖。但另一方面，天然乳中含有一些天然抑菌物质，这些物质保护牛乳在离开乳房的一段时间内免受细菌干扰，同时使乳中已感染的微生物需要一段时间去适应新的环境，然后才开始生长。除非把牛乳迅速冷却，否则牛乳会很快由微生物导致腐败，这些微生物在37左右生长繁殖旺盛。因此，乳挤出后应迅速冷却至4左右。在此温度下微生物活力很低。但在贮存过程中如果温度回升，细菌又会开始繁殖，因此良好的冷却条件是很重要的。图1.9 显示了不同温度下细菌的繁殖速度在一定环境条件下，如农场水/电不足或乳量太小不值得投资时，乳应集中送到收奶中心。农场冷却设备用奶桶向乳品厂送奶的农场使用喷淋式或浸入式冷却器，在喷淋式冷却器中，不断循环的冷却水喷淋在奶桶外侧以保持牛乳冷却。浸入式冷却器由一个置于奶桶中下部的盘管组成。冷却水通过盘管循环，使乳降温到所需温度。（可见图1.9 和图1.20） 在使用机械挤奶的农场，乳收集在特制的罐中，见图1.11，这些大小不同的奶罐内部都设有冷却设备，保证乳在规定时间要求内冷却到冷却温度。这些奶罐通常也备有自动清洗设备以确保高标准的卫生状态。在特大型农场及收奶中心，大量的乳（超过5000L）必须从37快速冷却到4，在贮罐内的冷却的方式已不适用。在此情况，这些罐主要用来保持要求的贮存温度；冷却主要由与输送管道相连接的热交换器完成。图1.12所示为这样一个系统。图.1.9 鲜奶中不同温度下细菌的繁殖率图.1.10牛乳离开牛体后应立即冷却至4或4以下百万细菌/ml小时图.1.8管道式挤奶系统的一般流程1 真空泵2 真空管线3 牛奶冷却罐4 牛奶管线图.1.11用于牛奶冷却和贮存的直冷罐乳品加工手册/ 第1 章7图.1.12 大型农场备有从37速冷到4的带有换热器的挤奶设备。图.1.13 4下鲜奶中细菌生长当手工挤奶时，所有的用具一定要用合适的洗涤剂和毛刷进行人工清洗。机械挤奶装置通常配有循环清洗系统(CIP)，系统带有操作说明以及关于合适清洗剂和消毒剂的推荐。Mo/ml日乳品加工手册/ 第1 章往乳品厂送奶的频率在以前，农场早、晚两次将乳送到乳品厂。那时乳品厂和农场的距离不远。但随着乳品厂规模扩大和数量的减少，它们的收奶范围增大，并且从农场到乳品厂的平均距离增加，这意味着收奶间隔时间越长了。隔日收一次奶的情况很常见，每隔三或四天收一次奶的情况也存在。乳应在封闭系统中被良好处理以减少被污染的危险，乳挤出后就应立即冷却到4，并保持在此温度直到加工。所有与乳接触的设备需彻底清洗与消毒。两次收奶的间隔时间太长，乳会出现质量问题，一些微生物如嗜冷菌在下能够生长和繁殖。这些微生物主要存在于土壤和水中，因此保证清洗用水的高卫生质量是很重要的。嗜冷菌可以在4贮存的乳中生长。经过4872 小时的驯化期，生长进入对数生长期，如图1.13，其结果导致脂防和蛋白质分解，使乳制品产生异味并危害产品质量。在定期收奶的情况下必须考虑这一现象，如果收奶间隔长是不可避免的，则建议应将乳冷却到23。清洗与消毒由设备导致乳细菌污染的程度很大；与乳相接触的任何设备表面都可能是潜在的污染源。因此对设备进行细致的清洗和消毒是非常重要的。“The critical age” 临界线8产量与泌乳期不同作者提供的产量和泌乳期数据表明，不同品种的绵羊以及同一品种的绵羊产量和泌乳期差别很大。每天每只绵羊的0.42.3kg 的产量数据和100260 天泌乳期的数据大致被认做平均最高和最低值。羊群规模据估计，在其他条件等同时，每8-10 头绵羊产乳量与一头母牛相当。 因此，对于集约家庭农场，羊群规模在150200 头比较合适，羊群规模达到300-400 就是一个产乳单元。 一个大型合作社可拥有数千只绵羊，但乳用数量不应超过1200头，因为挤奶是一件体力劳动密集型工作。挤奶设备的效率和操作间的处理是非常重要的，同样重要的还有管理质量和地理条件。 羊群中的每只绵羊可使用五年，其孕期约5个月，大多数品种绵羊平均每年产羔1-1.5只在贫困地区平均不到1只。幼母绵羊长到1213月龄间可以配种。乳的分泌产乳绵羊的泌乳与其它家畜相同。绵羊乳的成份也与其它动物的乳汁成份相类似。所不同的仅是乳组份的百分比，通常随家用动物品种不同、同一种动物的不同品种、或同一品种之间及个体之间、和泌乳期间的不同而变化。 绵羊在产下小羊后最初几天内所产的乳称初乳。初乳中干固物的含量可高达40%，含有最重要的蛋白质，-乳白蛋白和-乳球蛋白的量可达16%或更高。初乳期通常持续34 天，此期间初乳成份逐渐变化，越来越接近于正常乳。初乳不能做为加工原料，不应输送到乳品厂。从表1.1 可见，羊奶在重要组份上比牛乳要高，在干固物上比牛乳要高约30%.乳脂肪绵羊乳中脂肪球直径范围为0.5-25 m，但大部分落在38 m之间，是牛乳脂肪球的近两倍大。绵羊乳脂肪中所含辛酸和癸酸量较牛乳中略多一些，故而绵羊乳制品带有特殊的滋味和气味。图.1.14 典型的绵羊乳头，最理想的应是乳头在乳房半部的最低点绵羊奶（ewe）在众多的绵羊品种中很难确定谁是乳用品种，除非是专门饲养用于产乳的品种。有些饲养品种主要是用于产肉和羊毛，但也有时用于产乳。确有一些饲养品种被认为是产乳绵羊，但受绵羊生存条件的限制，每一泌乳期它们的产奶量大多不超过100kg，而另一方面，有些肉用品种的产奶量可达150-200kg。然而，有些品种因高产奶量和良好的产奶能力被归为产奶品种。这些品种包括法国的Lacanue，德国的East Friesian，近东地区的Awassi 和在罗马尼亚、匈牙利和保加利亚的Tsigaya。有报道称East Friesian 和Awassi 品种产乳量可达500-650kg。乳品加工手册/ 第1 章9蛋白质绵羊乳是典型的“酪蛋白乳“，其酪蛋白含量平均为4.5%，而乳清蛋白仅占1%左右。这样从组份上说，绵羊乳中酪蛋白与乳清蛋白的比例与牛乳不同，对应为82:18 和80:20。绵羊乳的一些特性由于非脂干固物含量高，所以绵羊乳的比重为1.0321.040，基于较高含量的蛋白质，其酸度也较高并在9.612SH 间波动，（牛乳约6.57.2SH）通常pH 值在6.5 到6.8 之间（牛乳6.5 到6.7）。挤奶应注意到母牛和母绵羊在产奶量上的差别是巨大的，母牛的一个乳房可分为四个部分，每一部分有一个乳头并通常是向下垂直的；母绵羊的乳房分为两半，每一半有一个乳头。通常乳牛挤奶很容易，无论是手工或机械挤奶，但给绵羊挤奶要别扭得多，因为许多品种和个体的绵羊的乳头是水平取向的。一个理想的绵羊乳房应该是乳头在乳房半部的最低点，图1.14 所示为不同绵羊乳房形状的一些例子。一些品种的绵羊的乳池存乳量很小（图1.15），因此挤奶的结果很大程度上取决于排乳反射作用的好坏上。与母牛相同，泌乳是由激素、催产素和刺激引起并导致肌细胞压迫腺泡的过程。这一过程使乳房产生压力，一种称为排乳反射的现象。绵羊的排乳反射仅为很短一段时间，最高两分钟（与乳牛的8分钟相比），这取决于品种和所处的泌乳阶段，因此绵羊的挤奶时间段相应很短。手工挤奶在一些小型家庭农场，手工挤乳似乎是很常见的方法，挤奶效率很大程度上取决于排乳反射，下面挤奶效果的例子可以说明这一点。一个好挤奶员每小时可以给20-40 头排乳反射很慢的绵羊挤奶（Lacaune 品种），而同一个挤奶员每小时可以给40-100 头排乳反射快的绵羊(Manech 品种)挤奶。 图.1.16奶桶式挤奶系统 1 具有脉冲器的奶桶 2 真空管道线 3 用于冷却和贮存的奶罐 4 真空泵 5 吸乳杯清洗接口312431245乳品加工手册/ 第1 章 图.1.15绵羊乳房的半剖面图 1 蜂窝状组织 2 乳房管 3 乳池 4 真空泵 5 乳头管10机械挤奶在拥有150头母绵羊以上的农场通常装备机械挤奶系统以取代繁重的手工挤奶工作。然而并非所有的挤奶机械对母绵羊都适用。母绵羊挤奶机的工作原理与前述乳牛挤奶机类似。最常见的几种挤奶机的类型是奶桶式，管道式和可运动式，见图1.16、1.17和1.18。在奶桶式挤奶机上装有真空系统并且奶桶可移动。每一个奶桶可装1520升乳，并可由人工送至贮罐。在奶桶盖上装有脉冲器或脉冲转播器，盖子上的止回阀保证了奶桶中的空气可以被吸出。每一个操作人员可以持有一至三个这样的挤奶捅挤奶，一个使用两个挤奶桶的操作人员，通常每小时可以挤70头母绵羊，这种类型的挤奶机适用于不超过140 头的小羊群的挤奶。使用管道式挤奶装置，输奶管线可以安装在挤奶间中或高或低的位置上。挤奶能力取决于挤奶间的设计。移动式挤奶设备适用于小型羊群在户外挤奶，以及必须在不同地方给母绵羊挤奶的情况，这一装置的挤奶能力与奶桶式装置类似。上述设备由一个完善的真空系统，动力系统（电源或燃料发动机），吸奶杯及可容纳2050L的储乳容器和脉冲系统组成，全部系统装置在一个两轮车上。挤奶时，两轮车放在4 到8 只母羊后面，车的两个支架朝外，吸奶杯从母羊的背后套在羊乳房上。乳的冷却挤奶后有效冷却是防止细菌生长的最好方式。有很多种的冷却系统可供使用，选择哪一种取决于乳产量，当然该设备也能用于牛乳和山羊奶的冷却。图.1.18 移动式挤奶设备图.1.17 管道式挤奶系统1 输奶管线2 真空管线3 终止部分4 用于贮存或冷却的奶罐5 真空泵6 吸乳杯清洗接口312456乳品加工手册/ 第1 章11一种“罐内式”冷却器如图1.19 所示适用于产量较小者。使用直接入罐挤奶设备的生产者非常喜欢这种带有冷却水设备的冷却器。一种“浸入式”冷却器是设计用来给奶桶及奶罐中的乳进行直接冷却。压缩机挂在墙上。如图1.20。蒸发器装在浸入部件的最低端。浸入式冷却器也可用于间接冷却，例如用于冷却隔热槽中的水，然后将运输用奶桶浸入冷却水中将奶冷却。可供使用的可浸入式冷却的保温罐有固定式和移动式两种类型，见图1.21。当路面条件不允许用罐车运输时，可使用移动式罐将乳送到一个合适收奶的收奶点。移动式罐易于运输并因此适用于野外挤奶。直冷罐（图1.11）也可用于乳的冷却贮存。图.1.19“罐内式”冷却器可以安置在各式奶桶顶部图.1.20 浸入式冷却器直接安装在奶桶上清洗与消毒乳的细菌污染主要源于不清洁的设备，任何与乳接触的不清洁表面都是引起污染的潜在根源。用刷子手工清洗是常见的清洗方式。机械挤奶设备通常使用“循环清洗”，清洗液通过加真空和/或泵在系统内循环。挤奶设备的生产商会对清洗和消毒使用的适宜的清洗剂和消毒剂以及适当的温度条件提出要求。山羊奶山羊可能是最早被驯养的反刍动物。山羊最早源于亚洲，现已遍布全球。山羊是非常能吃苦的动物，它们能在其它动物难于生活地方生存。不同于绵羊，山羊不是群居动物。山羊的品种极多， 很难确定哪一种是乳用品种。然而瑞士品种（Saana,Toggenberg,Chamois）已被成功地筛选出来并繁殖用于产乳。这些羊被输送到世界各地以提高当地品种的山羊的产奶量。乳品加工手册/ 第1 章图.1.21农场保温罐可以在野外收奶并且容易运送到制冷区域12在此要提到非乳用品种Cashmere和Agora羊，它们所产的羊毛是非常著名的。产量与泌乳期良好管理的产奶基地，一头山羊在每个泌乳期可产400-900kg 奶。泌乳期从200 天至300 天不等。艰苦的、繁重的手工挤奶工作可用挤奶机代替，但是使用机械化挤奶对最小产量有要求。对于一个家庭式山羊挤奶设备来说，需要40120 头山羊达到可接受的水平，企业则需要稍大量的山羊，如200 到1000头，然而无论是紧张或轻松的挤奶操作还是家庭规模或企业规模，都不仅需要适当的挤奶机设备，而且需要有效的管理、饲养和育种计划。乳的分泌山羊泌乳与其它哺乳动物相似，其成份组成与其它乳一样，受许多因素的影响，表1.1中所给数据是近似值。第一印象是这些数据似乎表明山羊奶与牛乳相似。然而山羊乳中酪蛋白与乳清蛋白的比例约75:25，而牛乳的比例是80:20，较高的乳清蛋白含量使山羊乳对加热较为敏感。山羊乳的pH 值通常在6.56.7。挤奶母山羊像母绵羊一样，有一个分成两半的乳房，如图1.22。每一半有一个乳头，与母绵羊相比，母山羊的乳头通常长在每一半乳房的最低点，因此手工挤奶和机械挤奶都相对容易完成。山羊的排乳反射能够持续14分钟，这取决于泌乳期阶段和品种，这意味着挤奶时间大致相同。手工挤奶山羊挤奶以手工挤奶为主。机械挤奶，冷却和贮存对于有大量山羊的农场，机械挤奶可使工作更容易些。前述有关绵羊的挤奶机械，乳的冷却，清洗和贮存大部分也适用于山羊。图.1.22 山羊乳房的形状图.1.22 山羊乳房的泌乳1 蜂窝状组织2 乳房管3 乳池4 乳头管1432乳品加工手册/ 第1 章13乳中主要成份是：水、乳脂肪、乳蛋白质、乳糖和矿物质（无机盐类），乳还含有其它微量成份，例如：色素、酶类、维生素和磷脂（具有与脂肪相似性质的物质），以及气体。乳中除去水和气体之外的物质称为干物质（DS）或乳的总固形物含量。乳的组成非常复杂，为了叙述乳中各种成份和它们在各种加工处理过程中所受的影响，有必要借助于化学术语，因此，本章乳品化学将从一些基本化学概念开始。乳品化学第二章第二章乳品加工手册/ 第2 章14化学基本概念原子原子是自然界所有物质的最小组成单元，由同类原子组成的物质称为元素。现已知元素有100 多种，例如氧、铜、氢、铁，但是大部分天然存在的物质都是由几种不同元素组成，例如：空气是氧气、氮气、二氧化碳和其它稀有气体的混合物，而水是氢和氧的化合物。原子核由质子和中子组成，如图2.1。质子带一个正电荷，中子是电中性的。绕核运动的电子所带的电荷与一个质子相同，但电性相反。一个完整的原子含有电量相同，电性相反的同等数量的质子和电子，所以整个原子是电中性的。原子非常小(图2.1)，一个小铜币中的原子就相当于一千兆年中的秒数，即使如此，一个原子还包含着大部分空间，如果我们把核的直径定义为1，那么整个原子的直径大约为10000。离子一个原子可能失掉或得到一个或多个电子，此时的原子已不再呈电中性，它是离子，如果离子中的电子多于质子，则它是带负电荷的，如果是失去一个或数个电子则带正电。正电离子和负电离子总是同时出现，如在液体中是阳离子（带正电荷）和阴离子（带负电荷）或以固态盐的形式出现。普通食盐是由钠（Na）和氯（Cl）离子构成，其化学式为NaCl（氯化钠）。分子相同或不相同的原子能够结合为较大的粒子分子，大量的分子组合生成固态物质，例如铁和二氧化硅分子, 也可形成液体，例如水（H2O），或者形成气体，如H2（氢气）。如果构成物质的元素主要是碳、氢、氮，则该物质称为有机物，如从有机体细胞中产生的物质。如乳酸（C3H6O3），其分子式表明，该分子由3 个碳原子、6 个氢原子和3 个氧原子组成。分子中的原子数可能相差很大，有的分子只有两个原子相连而成，也有由数百个原子组成的分子图2.2与原子相比，原子核实在太小了，如果把它放大成一个网球，那么外电子层的半径可达325m图2.3 一个水分子的三种表达方式图2.4 一个乙醇分子的三种表达方式图2.1 原子核由原子和中子组成有机物中一些元素符号C 碳N 氮Cl 氯Na 钠H 氢O 氧I 碘P 磷K 钾S 硫乳品加工手册/ 第2 章电子质子中子原子核直径1直径10 000电子15有机物： 主要由碳、氢、氧构成无机物： 由其它元素构成乳的基本性质乳中包括87%的水和13%干物质，这些干物质或悬浮或溶解于水中，取决于这些物质在水相中的不同分散系统。定义乳状液： 一种液体以液滴形式悬浮于另一种液体中。乳是乳脂肪分散到水中的乳状液，奶油是水分散到乳脂肪之中，被细微分散的相称为分散相，另一个称为连续相。胶体溶液： 当物质以从真溶液（如糖分散在水中）到悬浊液（如白垩分散在水中）的中间状态存在时称胶体溶液或胶体悬浊液。胶体的典型特征为： 粒子直径很小 带电荷 与水分子之间具有亲和能力乳中的清蛋白是一种胶体溶液， 而酪蛋白是一种胶体悬浊液一些物质，如盐类通过改变水的结合程度，破坏胶体系统的稳定性，并因此使蛋白质的溶解能力下降；一些因素如加热，能够引起乳清蛋白分子结构伸展，使蛋白质之间互相反应结合；或如酒精，可以使蛋白质颗粒脱水而失去稳定性。表2.2乳中粒子大小粒子大小(mm) 典型粒子10-210-3 脂肪球10-410-5 酪蛋白球10-510-6 乳清蛋白10-610-7 真溶液中的乳糖，盐类图2.5当乳、稀奶油转变为奶油时，是从水包油型转变成油包水型图2.6通过电镜可以清楚观察到乳蛋白质表2.1乳的理化状态平均值（%） 水包油型乳状液胶体溶液真溶液水份87.0脂肪4.0 x蛋白质3.5 x乳糖4.7 x矿物质0.8 x乳品加工手册/ 第2 章16中和反应导致了盐的形成。当盐酸（HCl）与氢氧化钠（NaOH） 溶液混合时，两者起反应生成氯化钠（NaCl）和水（H2O）。由盐酸形成的盐类称为氯化物，其它类也同样以参与反应的酸类命名，如柠檬酸形成柠檬酸盐，硝酸生成硝酸盐等等。扩散存在于溶液中的粒子离子、分子或者胶体粒子在力的作用下从高浓度区域移动到低浓度区域称为扩散，其扩散作用一直延续到整个溶液均匀为止，此时全溶液浓度一致。图2.10 pH7 的碱性溶液真溶液： 当水中或其它液体中溶入一些物质，形成的液体即为真溶液。它可分为： 非离子溶液：当乳糖溶入水中，其分子结构无大变化 离子溶液：当食盐溶于水中时，Na+ 和Cl- 会分散在水中，形成电解液。溶液的酸度当一种酸（例如盐酸HCl）与水混合时，它会释放出H+，带一个正电荷，这些H+ 迅速与水分子结合，形成水合氢离子（H3O+）。当把一种碱（一种金属的氧化物或氢氧化物）加入水中，可形成一种碱或强碱溶液，当该碱溶解时，释放出氢氧根离子（OH-）。 含有相等数量的OH- 和H3O+ 的溶液为中性，如图2-8。 溶液中的OH- 比H3O+ 多，则为碱性，如图2.9。 溶液中的H3O+ 比OH- 多，则为酸性, 如图2.10。pH 值溶液的酸度是以H+浓度来决定的，但实际上各种溶液的情况相差甚远。pH符号用来表示H+浓度，在数学上,pH是用克分子浓度表示的以10为底数的H+浓度的负对数，即pH=-LogH+下表所示为25时的pH 值pH7 碱性溶液pH=7 中性溶液pH7 酸性溶液中和作用 当酸、碱混合时， OH- 和H3O+ 发生反应，生成水。如果酸碱比例适当，那么得到的混合物是中性的，既没有剩余的H+，也没有剩余的OH-，pH=7。此反应为中和反应，其化学反应式为H3O+ + OH- = H2O + H2O乳品加工手册/ 第2 章17糖分子渗透膜相1 渗透膜相2水半渗透膜相1 半渗透膜相2糖分子水糖浴解在咖啡中就是扩散作用的一个实例，糖能够在热饮料中迅速溶解，糖分子的扩散作用一直维持到在整个杯子内部分布均匀为止。扩散速率取决于粒子的速度，而粒子的速度又取决于温度、粒子大小及溶液各部分之间的浓度差。图2.11所示表明了过程的原理，U形管被渗透膜分成两个部分，左边注入水，右边注入蔗糖溶液，蔗糖分子可通过渗透膜，经过一段时间的扩散，膜两边的糖浓度趋于相等。渗透渗透表现为透过适宜的膜，纯水自动流向某一水溶液、或水自动从低浓度向高浓度溶液流动。通过一个简单实例可以说明渗透现象（如图2.12 所示），U形管被半透膜分成两个部分，左隔段注入水、右隔段注入糖溶液，而糖分子不能通过半透膜。结果是水分子可以通过半透膜进入糖溶液，并将其稀释为一个较低浓度，此过程即称为渗透。随着糖溶液被稀释，其右隔段体积增加，溶液表面上升，如图2.22 所示，溶液作用于半透膜上的流体静压a大于另一侧的水的流体静压，在这种不平衡状态下，在液体较高的静压下，水分子开始朝反方向扩散。当水在半透膜两侧的扩散作用相等时，体系达到平衡。如果一开始就对糖溶液加压，那么穿过半透膜进入糖溶液的水分子将会减少，为不使水分子扩散到糖溶液中，防止浓度改变所需的流体静压称为溶液的渗透压。反渗透如果加在糖溶液上的压力大于渗透压，糖溶液中的水分子将会向水中扩散，从而增大了糖溶液的浓度（图2.13 所示）。在实际生活中此作用应用于浓缩，此现象即称为反渗透。渗析渗析是借助浓度差为驱动力，把溶液中的大粒子从小粒子中分离出来的一种技术。例如：将蛋白质从盐中分离出来。把待处理的溶液放在薄膜的一侧，溶剂（水）放在另一侧，薄膜上微孔的直径只允许小的盐分子通过，而蛋白质分子不能通过。见图2.14扩散速率随着浓度差而变化，所以如果经常更换薄膜一侧的溶液，就可以提高渗透速率。乳的成份乳中各种主要成份的含量因乳牛的品种不同、或相同品种不同个体之间不同，其差别很大。因此只能列出几种变量范围，如表2-3。图2.11 通过渗透膜，糖分子与水分子以相反方向扩散直至两边溶液浓度相等图2.12糖分子太大，不能通过半透膜，小的水分子能够通过半透膜，“a”为溶液的渗透压图2.13如果糖溶液上的压力大于渗透压，水分子扩散而使溶液被浓缩图2.14薄膜的一侧，大分子由于小分子的通过而被浓缩aa乳品加工手册/ 第2 章相1 相2柱塞反压力高于a水蛋白质盐渗透膜18图2.15 牛乳的视图图2.16如果将牛乳静置，脂肪将会上浮并在表层形成稀奶油层图2.17乳脂肪的组份，球径在0.120m，平均值为34 m除了总固形物之外，术语非脂乳固体（SNF）常用于描述乳的成份，SNF是指除脂肪之外的总固形物含量。依表2.3 所提供的数字，SNF的平均含量为常乳的pH 值通常在6.56.7 之间，平均为6.6，相应的测定温度为25。表2.3乳中各种成分的含量主要成分变化范围(%) 平均值(%)水85.589.5 87.5总固形物10.514.5 13.0乳脂肪2.56.0 3.9乳蛋白质2.95.0 3.4乳糖3.65.5 4.8矿物质0.60.9 0.813.0-3.9=9.1%，脂肪球脱脂乳稀奶油层脱脂乳三酸甘油酯甘油酸二酯脂肪酸固醇胡罗卜素维生素：A,D,E,K磷脂脂蛋白脑苷类蛋白质核酸酶金属水乳脂肪乳和稀奶油都是水包油型的乳浊液：乳脂肪是以小球或小液滴状分散在乳浆中，如图2.15。其球径从0.120 m(1m=0.001mm)，平均球径34m每毫升牛乳中，大约有150 亿个脂肪球。每一个乳脂肪球外包一层薄膜，厚度约5-10nm(1nm=10-9m)。脂肪球被膜完整包住。膜的构成相当复杂。乳脂肪组成包括：三酸甘油酯（主要组份）、甘油酸二酯、单酸甘油酯、脂肪酸、固醇、胡罗卜素（脂肪中的黄色物质）、维生素（A、D、E、K）和其余一些痕量物质。乳脂肪球的外观如图2.17 所示。球膜组成包括：磷脂、脂蛋白、脑苷类、蛋白质、核酸、酶、痕量元素（金属）和结合水。应注意的是脂肪球膜的组成和厚度都不是不变的，因为球膜的成份总是与周围乳浆物质不断进行交换。由于乳脂肪球不仅是乳中最大的粒子，而且是最轻的粒子（15.5时比重为0.93g/cm3），所以当乳在奶桶中静置一段时间，乳脂肪倾向于浮在乳的表层,如图2.16。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层较慢。在一种叫做凝聚素的蛋白质作用下，乳脂肪因凝聚作用而加快了上浮，这种状态下的上浮速度要比单个脂肪球上浮得快，这种凝聚作用很容易因加热，机械作用而破坏，在65/10min 或75/2min 加热条件下，该凝聚素即失活。乳脂肪的化学结构当乳从母牛乳房37体温离开时，乳脂肪是液态的，这意味着其形状很容易因外界机械处理而改变。例如：经过泵输送、管道输送等，但是脂肪不会从脂肪球膜中溢出。乳品加工手册/ 第2 章19所有的脂肪都属于酯类物质。酯是醇和酸的化合物。乳脂肪是一种被称为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，约90%的乳脂肪是脂肪酸参与构成的酯。脂肪酸分子是由一个烃基长链和一个羧基（C O O H ）组成的（分子式为RCOOH），在饱和脂肪酸分子中，碳原子以单键相连接，在不饱和脂肪酸分子中，碳氢链上有一个或多个双健。每一个甘油分子都能够结合三个脂肪酸分子。由于这三个脂肪酸分子不一定相同，所以乳中有大量不同种类的甘油酯。表2-4 列出了乳脂肪甘油酯中的主要脂肪酸。乳脂肪的特征是含有相对大量的丁酸和己酸。图2.18 乳脂肪的剖视图图2.19乳脂肪是各种脂肪酸和甘油的化合物图2.20 硬脂酸和油酸的分子式和结构式乳脂肪的溶点如表2-4所示，乳中四种含量最丰富的脂肪酸是肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸和油酸。在室温下，前三种脂肪酸是固态，后一种是液态，如引用的数字所示，不同的脂肪酸的相对量变化很大，进而影响脂肪的硬度。脂肪中高熔点的脂肪酸含量高，例如棕榈酸含量高，则脂肪的硬度大；反之，脂肪酸中低熔点的脂肪酸含量多，例如油酸含量多，则脂肪软些。测定每一种脂肪酸的数量是科研方面的工作，在实际中只需测出一个或几个能够说明乳脂肪结构情况的常数或者指数即可。表2-4乳脂肪酸的种类脂肪酸占脂肪酸总量(%) 熔点() 原子数H C O饱和脂肪酸丁酸3.0-4.5 -7.9 8 4 2己酸1.3-2.2 -1.5 12 6 2辛酸0.8-2.5 +16.5 16 8 2酸1.8-3.8 +31.4 20 10 2月桂酸2.0-5.0 +43.6 24 12 2肉豆蔻酸7.0-11.0 +53.8 28 14 2棕榈酸25.0-29.0 +62.6 32 16 2硬脂酸7.0-13.0 +69.3 36 18 2不饱和脂肪酸油酸30-40 +14.0 34 18 2亚油酸2.0-3.0 -5.0 32 18 2亚麻酸1.0 -5.0 30 18 2花生四烯酸1.0 -49.5 32 20 2乳品加工手册/ 第2 章室温下为液态室温下为固态室温下为液态固体，带有不同熔点的结晶脂肪液体脂肪硬脂酸的分子式油酸的分子式硬脂酸的结构式油酸的结构式脂肪酸脂肪酸脂肪酸甘 油 甘 油 甘 油硬脂酸油酸揆丁酸丁酸丁酸丁酸20图2.21 碘值在一年内的变化。（瑞典），其值大小与脂肪中油酸的含量有关。图2.22脂肪结晶是一种放热反应，即一种放热的化学反应。脂肪结晶曲线是基于NMR分析法而制得的。碘值具有相同碳原子和氢原子数，但所具单键和双键不同的脂肪酸，其性质是完全不同的。在描述其特性的方法中，最重要而被广泛使用的是脂肪的碘值（IV），它表示脂肪酸能够结合碘的百分数。碘能够与不饱和脂肪酸的双键结合，由于在不饱和脂肪酸中油酸占比例最大，它在室温下是液态，因此碘值主要是油酸含量的衡量指标，也是脂肪软硬程度的衡量指标。乳油的碘值通常在2426之间，这种变动取决于奶牛的饲料。夏季的青饲料使油酸含量增加，故而夏季的乳脂肪是软的（碘值高）。某些浓缩饲料，例如葵花籽饼和亚麻籽饼，也可以导致乳脂肪的软化，但椰子饼和棕榈饼以及菜类的茎叶可使乳脂肪硬些。这样就可以通过选择适当的饲料来控制乳脂肪的软硬度，为了生产硬度最佳的奶油，碘值应介于3237 之间。折射率在脂肪中，不同的脂肪酸数量也影响光线的折射率，所以通常用光测定脂肪的折射率，然后用来计算碘值。这是快速测定脂肪硬度的方法。折射率通常在4046 之间。核磁共振振（NMR NMR）除了测定折射率之外，还可以通过核磁共振（NMR）测定饱和脂肪与非饱和脂肪的比率，如果有必要，可以通过一个转换值将NMR 值转换为碘值。NMR 法还应用于探测脂肪结晶过程中的结晶度，1979 年至1981 年间在瑞典玛尔默SMR（瑞典乳业联合会）的实验室中，通过实验得出：40%稀奶油温度从60降到5，其脂肪结晶需要很长时间，至少需要2 小时，脂肪结晶总数达65%。还发现，达到5，2 分钟后，只有1520%的脂肪发生结晶，通常乳脂的NMR 值在3041 之间。脂肪结晶在整个脂肪结晶过程中，脂肪球处于十分敏感状态，并且极易因即使很柔和的机械处理所破坏。碘值月份高熔点脂肪酸含量高的脂肪硬低熔点脂肪酸含量高的脂肪软结晶脂肪放热伴随热变化的化学反应(熔解热)放热反应冷却乳品加工手册/ 第2 章21羧基氨基酸氨基酸通过电子显微镜观察，脂肪以单分子层圆形辐射状进行结晶，如图2.22，在同一时间分级发生。故而高熔点的甘油酸三酯在表层首先形成结晶。因为结晶脂肪的比容比液态脂肪的比容低，球内张力升高，造成在结晶过程中脂肪球特别不稳定、易破裂。结果是液态脂肪球被释放到乳浆中，导致自由脂肪与未破裂脂肪球沾结成团（在奶油生产中也有相同现象）。脂肪结晶产生溶解热，使温度略有升高（40%含脂率的稀奶油从60冷却到78，在脂肪结晶过程中能提高34的温度）。不管生产什么类型的奶油时，一定要记住乳脂肪的这一重要特性。乳中的蛋白质蛋白质是食物中的基础组份，我们食入的蛋白质经肝脏和消化系统的