课件：乳的成分与性质解析.ppt

2019/8/13,1,第二章 乳的成分与性质 第一节 牛乳的成分及营养价值 基本组成：乳脂肪、乳蛋白、乳糖、矿物质、维生素、乳中的酶类 第二节 牛乳的性质 密度/相对密度、电学性、依学性、粘度与表面张力、酸度、乳的色泽与光学性、热值,乳品工艺学 Dairy Technology,2019/8/13,2,第一节 牛乳的成分及营养价值,一、 概述 定义 乳是哺乳动物分娩后从乳腺分泌的一种白色或稍带黄色的不透明液体。 牛乳的主要成分： 水water、脂肪fat、蛋白质protein、乳糖lactose、 无机盐salts、维生素vitami、酶类enzymes。,2019/8/13,3,牛乳组成,87.1%，85.388.7%,0.7%，0.570.83%,4.0%，2.55.5%,4.6%，3.85.3%,3.3%，2.34.4%,2019/8/13,4,影响因素： 正常的牛乳中各种成分的组成大体上是稳定的，但受乳牛的品种、个体差异、泌乳期、年龄、饲料、季节、气温、挤奶状况及健康状况等因素影响而有所不同，其中变化最大的是脂肪，其次是蛋白质，乳糖和灰分含量相对较稳定。,2019/8/13,5,牛乳加工后各组分的名称,2019/8/13,6,两个概念： 正常乳：乳牛产犊7d以后挤出的乳，其成分与性质稳定，从这时开始一直持续到乳牛下一次产犊的泌乳期前所产的乳。 异常乳：指在泌乳期中，由于生理、病理及其他因素的影响，其成分与性质发生了变化的乳。 异常乳分类： 生理异常乳：包括营养不良乳、初乳和末乳。 化学异常乳：包括低成分乳、酒精阳性乳、冻结乳、风味异常乳及异物异常乳。 微生物污染乳：原料乳被微生物严重污染产生异常变化，最常见的是酸败乳。 病理异常乳：乳房炎乳、其他病牛乳。,2019/8/13,7,二、 乳脂肪 milk fat 干物质：乳中除水之外的物质，又称为全乳固体(TS)，包括脂肪和非脂乳固体(SNF)，非脂乳固体包括乳中的蛋白质、乳糖、无机盐、维生素和微量含氮化合物。 组成：乳脂肪主要是甘油三酯(98%99%)、少量的磷脂(0.2%1.0%)、甾醇等(0.25%0.4%)。 CH2OCOR1 CHOCOR2 CH2OCOR3 牛乳脂肪酸的组成: 饱和脂肪酸 约占6070%（软脂酸、硬脂酸和豆酸) 不饱和脂肪酸 2530%（主要是油酸） 多不饱和脂肪酸约占4%（亚油酸和亚麻酸）,2019/8/13,8,乳脂肪的特点： 组成乳脂肪的脂肪酸种类多（400多种）。 富含短链脂肪酸(C4:0C10:0个碳原子)，占总脂肪酸的1520%，丁酸占4%(C4:0在其他一般脂肪中不存在，乳中丁酸含量可以作为鉴定在奶油中混杂其他脂肪的指标)。 短链脂肪酸的重要性： 具有某些显著的特征气味，而这些气味对于形成某些乳制品，尤其是干酪的风味和气味非常重要； 乳脂肪中含有相对丰富的短链脂肪酸，易消化，也可用来鉴别用其他脂肪掺假。 饱和脂肪酸含量较高，约为70%，碘值较低。 含较多的中长链脂肪酸和少量酮酸和羟酸。 牛乳脂肪酸的组成呈现明显的季节性。,2019/8/13,9,物理形式 牛乳是以脂肪球分散在包含非脂乳固体的水相中形成稳定的乳浊液形式存在的，脂肪几乎都是以小脂肪球的形式存在，脂肪球表面被脂肪球膜的蛋白和磷脂包裹着。 脂肪球的直径在0.120m。在重力作用下，因为乳脂肪和水相之间密度的不同，造成脂肪球大量上浮。,2019/8/13,10,脂肪氧化 乳脂肪与空气中的氧、光线、金属铜等接触，发生氧化作用 脂肪氧化臭，产生一种令人不愉快的气味。 乳制品一般不允许使用抗氧化剂，因此必须将加工的乳脂产品，如奶油和无水乳脂的氧化降低到最小程度。乳中存在的细菌、将牛乳加热至80以上，都有抗氧化作用，后者导致少量硫氢基合化物的形成。,2019/8/13,11,三、 乳蛋白质 milk protein 主要分为酪蛋白casein和乳清蛋白whey protein，两者都是非均一蛋白. 在20时调节脱脂乳的pH至4.6时从牛乳中沉淀的蛋白质称为酪蛋白；在同样条件下不沉淀的为乳清蛋白。 牛乳所含有的蛋白总量约为3.3%(总氮6.38) ，其中 酪蛋白2.5%(0.4%9.5%)， 乳清蛋白0.6%(0.5%5.7%)， 含氮化合物0.2%，属于非蛋白氮(如氨、游离氨基酸、尿素、尿酸、肌酸及膘呤碱等及少量含氮维生素中的维生素态氮)。,2019/8/13,12,酪蛋白 是一类磷酸蛋白，约占牛乳真蛋白的80%， 五种存在形式：S1、S2、-、-和- 主要以酪蛋白胶束(酪蛋白分子的聚集体)形式存在的。在酪蛋白胶束中存在一些无机盐，其中最重要的是钙，没有钙，胶束就会解体。酪蛋白胶束中的钙是以钙离子和胶体磷酸钙的形式存在。一般认为它是由-和-酪蛋白组成的、表面覆盖-酪蛋白的球形聚集体。 酪蛋白胶束对乳的加工很重要(不稳定，对pH值变化非常敏感，通过酸化和凝乳作用会沉淀或凝固)。,2019/8/13,13,凝乳可分为两个阶段： 酪蛋白 酶 副酪蛋白+乳清眎 副酪蛋白胶束 凝胶 亚胶束 伸出的链 磷酸钙 酪蛋白 磷酸根 图2-4酪蛋白胶粒的亚胶粒模型,2019/8/13,14,酪蛋白的性质,酪蛋白的酸沉淀 酪蛋白胶粒对pH值的变化很敏感。当脱脂乳的pH值降低时，酪蛋白胶粒中的钙与磷酸盐就逐渐游离出来。当pH值达到酪蛋白的等电点4.6时，就会形成酪蛋白沉淀。酪蛋白的酸凝固过程以盐酸为例表示如下：,2019/8/13,15,酪蛋白酸钙Ca3(PO4)22HCl酪蛋白2CaHPO4CaCl2 由于加酸程度不同，酪蛋白酸钙复合体中钙被酸取代的情况也有差异。实际上乳中酪蛋白在pH5.25.3时Ca3(PO4)2先行分离就发生沉淀，这种酪蛋白沉淀中含有钙；继续加酸而使pH值达到4.6时，Ca2+又从酪蛋白钙中分离，游离的酪蛋白完全沉淀。 为使酪蛋白沉淀，工业上一般使用盐酸。同理，如果由于乳中的微生物作用，使乳中的乳糖分解为乳酸，从而使pH值降至酪蛋白的等电点时，同样会发生酪蛋白的酸沉淀。,2019/8/13,16,酪蛋白的凝乳酶凝固 牛乳中的酪蛋白在凝乳酶的作用下会发生凝固，工业上生产干酪就是利用此原理。酪蛋白在凝乳酶的作用下变为副酪蛋白(Paracasin)，在钙离子存在下形成不溶性的凝块，这种凝块叫作副酪蛋白钙，其凝固过程如下： 酪蛋白酸钙皱胃酶副酪蛋白钙+糖肽皱胃酶,2019/8/13,17,盐类及离子对酪蛋白稳定性的影响 乳中的酪蛋白酸钙-磷酸钙胶粒容易在氯化钠或硫酸铵等盐类饱和溶液或半饱和溶液中形成沉淀，这种沉淀是由于电荷的抵消与胶粒脱水而产生。,2019/8/13,18,酪蛋白酸钙-磷酸钙胶粒，对于其体系内二价的阳离子含量的变化很敏感。钙或镁离子能与酪蛋白结合，而使粒子形成凝集作用。故钙离子与镁离子的浓度影响着胶粒的稳定性。钙和磷的含量直接影响乳汁中的酪蛋白微粒的大小，也就是大的微粒要比小的微粒含有较多量的钙和磷。,2019/8/13,19,由于乳汁中的钙和磷呈平衡状态存在，所以鲜乳中酪蛋白微粒具有一定的稳定性。当向乳中加入氯化钙时，则能破坏平衡状态，因此在加热时使酪蛋白发生凝固现象。试验证明，在90时加入0.12%0.15%的CaCl2即可使乳凝固。 利用氯化钙凝固乳时，如加热到95时，则乳汁中蛋白质总含量97%可以被利用，而此时氯化钙的加入量以每升乳1.001.25g为最适宜。采用钙凝固时，乳蛋白质的利用程度一般要比酸凝固法高5%，比皱胃酶凝固法约高10%以上。,2019/8/13,20,酪蛋白与糖的反应 具有还原性羰基的糖可与酪蛋白作用变成氨基糖而产生芳香味及其色素。 蛋白质和乳糖的反应，在乳品工业中的特殊意义在于：乳品（如乳粉、乳蛋白粉和其他乳制品）在长期贮存中，由于乳糖与酪蛋白发生反应产生颜色、风味及营养价值的改变。,2019/8/13,21,工业用干酪素由于洗涤不干净，贮存条件不佳，同样也能发生这种变化。炼乳罐头也同样有这种反应过程，特别是含转化糖多时变化更明显。由于酪蛋白与乳糖的反应，发现产品变暗并失去有价值的氨基酸，如：赖氨酸失去17%；组氨酸失去17%；精氨酸失去10%。由于这三种氨基酸是无法补偿的，因此发生这种情况时，不仅使颜色、气味变劣，营养价值也有很大损失。,2019/8/13,22,乳清蛋白 -主要存在形式：-乳白蛋白、 -乳球蛋白、血清白蛋白、免疫球蛋白和眎胨。 -球状结构，乳清蛋白不会因为酸化和凝乳作用而沉淀，加热至65或65以上就会开始变性（除眎胨外）。,2019/8/13,23,四、 乳糖 lactose 在牛乳中，乳糖是主要的碳水化合物，牛乳中乳糖的含量为4.8% (人乳中为6.7%)，占牛乳中总糖的99.8%(占牛乳中总糖的95%)。 乳糖是由葡萄糖和半乳糖结合成的还原性双糖，存在-乳糖和-乳糖两种同分异构体(图2-10，P27)。,2019/8/13,24,乳糖的特性： 是一种可降解的糖类，受热会发生美拉德反应。 甜度只有蔗糖的1/6。 溶解度不大（21.6g/100ml水），浓缩乳制品中会出现结晶。 溶液中的乳糖以-型与-型的平衡混合物形式存在的，当温度超过93.5时，过饱和溶液中形成-乳糖（无水物）结晶；而低于93.5时，形成-含水乳糖结晶。后者存在于乳糖以结晶形式存在的乳制品中。,2019/8/13,25, 乳糖经乳酸菌发酵产生乳酸 C12H22O11 乳酸菌 2C6H12O6 4C3H6O3 乳糖 葡萄糖、半乳糖 乳酸 可以被半乳糖苷酶水解为葡萄糖和半乳糖 C12H22O11 乳糖酶 C6H12O6 + C6H12O6 乳糖 葡萄糖 半乳糖 乳糖不耐症,2019/8/13,26,五、 盐类 salts,牛乳中含有0.8%左右的无机盐。 主要以Ca、Mg、K、Na、Cl、PO4、碳酸氢盐和柠檬酸盐的形式存在，还有其他一些微量元素的无机盐存在，如Cu、Zn、Fe。 存在形式：可溶的和胶体（氯化物只以溶液形式存在）。 可溶性的钾、钠和氯化物主要是以离子形式存在。 钙、镁小部分呈离子状态，大部分与酪蛋白、柠檬酸、磷酸结合呈胶体状态，磷是磷蛋白（酪蛋白）、磷脂及有机磷酸脂的成分。 乳中90%以上的钾和钠是可溶性的，而钙和镁却只有35%是可溶性的。,2019/8/13,27,六、 乳中的维生素 vitamin 牛乳中含有几乎所有的维生素，特别是VB2丰富，VD的含量不多。 具体： 脂溶性维生素（VA、D、E、K） 水溶性维生素（VB1、B2、B6、 B12、叶酸、VC） 各种维生素的热稳定性不同，VC热敏感性特强，VB2、VA、VD等对热稳定。 泌乳期对乳中维生素含量有直接影响，如初乳中VA及胡萝卜素含量多于常乳。,2019/8/13,28,七、 乳中的酶 enzymes,来源：乳腺，来源于微生物的代谢产物。 乳中酶的种类很多，与乳制品生产密切相关的主要有水解酶类及氧化还原酶类。 脂酶Lipase 膜脂酶和乳浆脂酶，影响较大的是（乳浆）脂酶，来自乳腺和微生物污染。 脂酶经80/20s可完全钝化。乳脂肪对脂酶的热稳定性有保护作用。乳脂肪在脂酶作用下分解产生游离脂肪酸而带来脂肪分解臭。,2019/8/13,29,磷酸酶Phosphatase 碱性磷酸酶经62.8/30min或72/15s被钝化，可用来检验巴氏杀菌乳杀菌是否彻底（磷酸酶试验, P436）。 过氧化氢酶Catalase 主要来自白血球的细胞成分，特别是在初乳和乳房炎乳中。过氧化氢酶试验常作为检验乳房炎乳的手段之一。钝化条件：75/20min。,2019/8/13,30,过氧化物酶Peroxidase 主要来自白血球的细胞成分，是固有的乳酶。钝化条件：70/150min；75/25min；80/2.5s。 (P436) 还原酶deoxidiase 还原酶非固有乳酶，是微生物的代谢产物，数量与微生物污染的程度成正比，在微生物检验中常用来判断乳的新鲜程度。 蛋白酶proteinase 耐热性强，80/10min可钝化，最适pH8.0，能使蛋白凝固。,2019/8/13,31,1-过氧化氢酶80% 2-酸性磷酸酶99% 3-过氧化物酶 4-黄质氧化酶 5-碱性磷酸酶 6-脂酶,2019/8/13,32,八、 牛乳的营养价值 巴氏杀菌乳提供的营养素（平均值）,2019/8/13,33,第二节 牛乳的性质,一、 乳的胶体分散体系 乳是包含真溶液、高分子溶液、胶体悬浮液、乳浊液及过渡态的复杂的分散体系,2019/8/13,34,二、 乳的理化性质Physical properties,乳的物理性质是鉴定原料乳质量的重要依据。 乳的相对密度与密度density 正常乳的密度平均为 = 1.030。 正常乳的相对密度平均为 = 1.032。 乳的电学性质 电导 （ 25）0.004 0.005s。 氧化还原电势 Eh=+0.23 +0.25V。,2019/8/13,35,乳的依学性 *冰点freezing point -0.55-0.512(平均-0.522或-0.540) 乳糖与盐类 冰点下降； 掺水 冰点回升（掺水10%，冰点0.054） *沸点boiling point 在101kPa (1个大气压)下为100.55。乳在浓缩过程中沸点继续上升，浓缩至1/2V，沸点约上升到101.05。 *比热容specific heat 约为3.89kJ/(kg)。 乳中主要成分的比热容（kJ/(kg)）：乳脂肪209，乳蛋白质2.09，乳糖1.26，盐类2.93。（乳制品的比热容在乳品生产上有很重要的意义）,2019/8/13,36,粘度viscidity与表面张力surface tension -（20正常乳）平均为1.75mPas。随温度升高而降低，脂肪及蛋白质对影响最显著。加工中也会由于脱脂、杀菌、均质等处理而有所变化。 -牛乳的表面张力随温度升高而降低，随含脂率的降低而增大。20时为0.040.06N/m。表面张力与牛乳的气泡性、乳浊液状态、微生物生长、热处理、均质作用、风味等有关。 乳的色泽与光学性质 新鲜牛乳一般呈乳白色或淡黄色。 其颜色主要是由于酪蛋白胶粒和脂肪球对可见光的散射作用产生的。,2019/8/13,37,牛乳的酸度acidity 乳的滴定酸度及pH “滴定酸度”是乳制品生产中最为常用的，我国乳、乳制品及其检验方法中规定酸度试验是以滴定酸度为标准的，用oT或乳酸%表示。 滴定酸度titration acidity（oT）： 以1%酚酞为指示剂，中和100ml乳所消耗的0.1000mol/L标准NaOH溶液的毫升数。正常新鲜牛乳的滴定酸度：1618 oT。 乳酸% = *100%,2019/8/13,38,pH是指用H+浓度指数表示的酸度 -正常新鲜牛乳的pH=6.46.8 -酸败乳或初乳的pH