食品工艺学第一章：乳基础知识

第一章乳的基础知识 讲授内容第一节乳的概念及来源第二节乳的化学组成及性质第三节乳的物理性质第四节异常乳 第一节乳的概念和来源一 乳的概念 乳是哺乳动物分娩后 从乳腺中分泌的一种乳白色或微带黄色的不透明的均一的具有胶体特性的生物学液体 特点 微甜 有特有香气 含有幼畜生长发育的全部营养成分 是哺乳动物出生后 最适于消化吸收的全价食物 第一章乳的基础知识 二 分类1 初乳 产犊后一周的乳 2 末乳 又老乳 干奶期 产奶10月末 11个月初 60 65天 前两周的乳 3 常乳 分娩后一周至干奶前两周的乳 加工原料乳 4 异常乳 成分 性质与常乳不同 三 乳的来源 我国乳的来源主要是奶牛及改良种奶牛 黑白花奶牛 其次奶山羊 牦牛 杂交改良的黄牛和水牛 目前我国用于乳制品加工的原料乳绝大多数是牛乳 荷斯坦牛 荷兰 欧洲奶牛皇后 日产63Kg奶 风吹草低见牛羊 牧草 青贮饲料 中国荷斯坦牛 第二节乳的化学组成与性质 一 牛乳的化学组成水分 87 蛋白质 3 4 牛乳非脂乳固体乳糖 4 8 乳固体 SNF9 灰分 0 8 S13 乳脂肪 F4 上百种化学成分 维生素 酶 气体等 脱脂乳 各成分含量人乳与哺乳动物的乳的成分比较人乳马乳牛乳山羊乳绵羊乳脂肪3 41 23 64 13 9蛋白质1 62 03 43 76 2乳糖6 45 84 64 65 0矿物质0 30 40 80 81 0柠檬酸0 20 20 20 30 2水分88 190 487 486 583 7 正常情况下 牛乳化学成分的含量是稳定的 由于其他因素的影响 品种 个体 泌乳期 季节 饲料等 牛乳的成分会发生变化 变化最大的是乳脂肪 其次是蛋白质 乳糖和灰分基本不变 导电率 冰点 二 牛乳成分的化学性质 一 水分 87 89 1 结合水 boundwater 2 3 蛋白质的亲水基H2O乳糖盐2 游离水 freemoisture 占绝大部分 90 左右 3 结晶水 crystallinewater 存在于结晶性化合物中 如奶粉 炼乳中的乳糖结晶 C12H22O11 H2O 氢键 讨论 乳粉中为什么仍含有2 5 左右的水分 因为有结合水存在 达到绝干状态需要在150 160 高温作用下 或100 105 长时间作用 这种条件下 乳成分破坏 乳糖焦化 蛋白质变性 脂肪氧化 不能食用 二 乳中的气体 牛乳挤出时 100ml乳中大约有7ml气体 其中主要是CO2 其次是O2和N2 在贮存与处理过程中 CO2因逸散而减少 酸度下降 而O2 N2增多 O2导致脂肪氧化 所以牛乳应尽量在密闭容器及管路内输送 贮存及处理 特别要避免在敞口的容器内加热 三 总乳固体 乳干物质 牛常乳中总乳固体含量为11 13 乳脂肪在乳中的变化比较大 因此在实际工作中常用非脂乳固体 无脂干物质 作为指标 乳固体 干物质 含量表明乳的营养价值 在生产中 计算乳制品的生产率 需要用到乳固体 干物质 或非脂乳固体 无脂干物质 总乳固体计算公式 弗莱希曼 Fleschmann T 0 25L 1 2F K式中 T 总乳固体 L 牛乳密度F 脂肪 K 系数 根据各地情况试验求得 中国规定为0 14 四 乳脂质 乳脂质 milklipid 乳脂肪 98 99 类脂 1 2 类脂 磷脂 少量游离脂肪酸及甾醇等 1 乳脂肪 MilkFat ButterFat 乳脂肪是牛乳的主要成分之一 对牛乳风味 起重要作用 乳中乳脂肪的含量一般为3 5 乳脂肪呈微细球状 乳脂肪球 分散于乳中 形成乳浊液 乳脂肪是稀奶油 奶油 全脂奶粉的主要成分 1 乳脂肪球 含量 每ml牛乳中约有20 40亿个脂肪球 大小 受乳牛品种 个体 健康状况 泌乳期 饲料及挤乳情况等因素影响 通常直径约为0 1 10 m 其中以3 m左右者居多 Stokes公式 v v 脂肪球上浮速度g 重力加速度 b 脱脂乳密度 a 脂肪球密度 脱脂乳黏度r 脂肪球的半径 2gr2 b a 9 脂肪球的大小对乳制品加工的意义脂肪球的直径越大 上浮的速度就越快 故大脂肪球含量多的牛乳 容易分离出稀奶油 当脂肪球的直径接近1nm时 脂肪球基本不上浮 讨论1 怎样防止脂肪球上浮 工艺上 均质 破碎脂肪球 贮存期间 搅拌 讨论2 分离乳脂肪时需要均质吗 加工什么产品需要均质 不需要 脂肪球越大 上浮速度越快 越易分离 加工全脂液态乳制品 需要均质 乳脂肪球表面有一层5 10nm厚的膜 称为脂肪球膜 脂肪球膜主要由蛋白质 磷脂 甘油三酸酯 胆甾醇 维生素A 金属及一些酶类构成 同时还有盐类和少量结合水 2 乳脂肪球膜的结构 脂肪球为什么能稳定地存在于乳中 磷脂是极性分子 疏水基朝向脂肪球的中心 和甘油三酸酯结合形成膜的内层 亲水基向外朝向乳浆 连接具有强大亲水基的蛋白质 构成膜的外层 脂肪球膜结构 脂肪球膜具有保持乳浊液稳定的作用 即使脂肪球上浮分层 仍能保持着脂肪球的分散状态 在机械搅拌或化学物质作用下 脂肪球膜被破坏 脂肪球就互相聚结 因此 可以利用这一原理生产奶油和测定乳中的含脂率 3 乳脂肪的化学组成CH2OHR1COOHCH2OCOR1CHOH R2COOHCHOCOR2 3H2OCH2OHR3COOHCH2OCOR3甘油脂肪酸甘油三酸脂 丙三醇 乳中的脂肪酸可分为三类第一类为水溶性挥发性脂肪酸 例如丁酸 乙酸 辛酸和癸酸等 第二类是非水溶性挥发性脂肪酸 例如十二碳酸等 第三类是非水溶性非挥发脂肪酸 例如十四碳酸 二十碳酸 十八碳烯酸和十八碳二烯酸等 4 乳脂肪与其它动植物脂肪的比较1 乳脂肪中含有20种左右的脂肪酸 而其它动物性油脂有5 7种 2 乳脂肪中低级挥发性脂肪酸 C14以下 占14 其中水溶性挥发性脂肪酸达8 其它油脂 1 熔点低 常温下呈液态 柔软 易挥发 加热产生香气 易受光线 氧气 高温 解脂酶 微生物的作用 3 不饱和脂肪酸含量约占44 既不同于坚硬的动物性脂肪 也有别于呈液态的植物油 2 磷脂卵磷脂 脑磷脂 神经鞘磷脂 48 37 1560 磷脂存在脂肪球膜中 经离心分离 约有70 转移至稀奶油中 稀奶油再经搅拌制奶油时 大部分磷脂转移到酪乳中 卵磷脂 脂肪球膜蛋白复合物的主要成分 其存在与脂肪乳浊液稳定有关 五 含氮化合物 含氮化合物 乳蛋白质 95 3 3 5 非蛋白含氮化合物 5 氨游离氨基酸尿素尿酸肌酸嘌呤碱 1 蛋白质种类 酪蛋白 蛋白质 乳清蛋白 脂肪球膜蛋白 乳白蛋白 月示 胨 S 酪蛋白K 酪蛋白 酪蛋白 酪蛋白 乳白蛋白血清白蛋白 乳球蛋白 乳球蛋白 IgG1IgG2IgGMIgGA 免疫球蛋白 2 酪蛋白 Casein 在温度20 时调节脱脂乳的pH至4 6 沉淀的一类蛋白质称为酪蛋白 占乳蛋白总量的80 82 酪蛋白不是单一的蛋白质 而是由 s 和 酪蛋白组成 四种酪蛋白的区别就在于它们含磷量的多少 含磷量对皱胃酶的凝乳作用影响很大 酪蛋白含磷多 故又称磷蛋白 酪蛋白含磷量极少 几乎不能被皱胃酶凝固 在制造干酪时 有些乳常发生软凝块或不凝固现象 就是由于蛋白质中含磷量过少的缘故 1 酪蛋白的存在形式 乳中的酪蛋白形成酪蛋白酸钙 磷酸钙复合体 以胶体悬浮液的状态存在于乳中 其胶体微粒直径在10 300nm之间变化 一般40 160nm占大多数 酪蛋白酸钙 磷酸钙复合体的胶粒大体上呈球形 据佩恩斯 Payens 1966 设想 胶体内部由 酪蛋白的丝构成网状结构 在其上附着 s 酪蛋白 外面覆盖有 酪蛋白 并结合有胶体状的磷酸钙 酪蛋白 酪蛋白具有抑制 s 酪蛋白和 酪蛋白在钙离子作用下的沉淀作用 酪蛋白对胶体起保护作用 使牛乳中的酪蛋白酸钙 磷酸钙复合体胶粒能保持相对稳定的胶体悬浮状态 2 酪蛋白的性质 酸凝固酶凝固钙凝固酪蛋白与糖的反应 酪蛋白的酸沉淀 酸凝固 酪蛋白酸钙 磷酸钙 pH 5 3 酪蛋白酸钙 磷酸钙 pH 4 6 酪蛋白 钙 钙 A 为使酪蛋白沉淀 工业上一般使用盐酸 H2SO4 B 加工酸奶的原理 在乳中微生物作用下 乳中的乳糖分解为乳酸 从而使pH降至酪蛋白的等电点 酪蛋白发生酸沉淀 C 对乳白蛋白 乳球蛋白不起作用 D 生产无灰干酪时 pH必须将至4 6 酪蛋白酸钙 Ca3 PO4 2 2HCl 酪蛋白 2CaHPO4 CaCl2 酪蛋白的凝乳酶凝固 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 酪蛋白酸钙 凝乳酶 副酪蛋白钙 糖肽 凝乳酶皱胃酶 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 乳中的钙和磷呈平衡状态 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 破坏平衡状态 加热时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 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 比酶凝固法约高10 以上 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 使色泽 风味发生变化 如乳粉 乳蛋白粉和其他乳制品在长期贮存中 乳糖与酪蛋白发生反应 产生颜色 风味及营养价值的改变 乳清 Whey 用酸除去脱脂乳中酪蛋白后 剩余的液体就是乳清 乳清蛋白是指溶解分散在乳清中的蛋白质 3 乳清蛋白 条件 乳清蛋白 18 20 热不稳定乳清蛋白 81 热稳定乳清蛋白 蛋白胨 蛋白眎 19 乳白蛋白 68 乳球蛋白 免疫球蛋白 13 乳白蛋白 19 7 乳球蛋白 43 6 血清白蛋白 4 7 1 热不稳定的乳清蛋白质 调节乳清pH4 6 4 7时 煮沸20min 发生沉淀的一类蛋白质为热不稳定的乳清蛋白 热不稳定的乳清蛋白质分乳球蛋白和乳白蛋白 乳白蛋白与乳球蛋白 是指中性乳清中 加饱和硫酸铵或饱和硫酸镁盐析时 呈溶解状态而不析出的蛋白质 属于乳白蛋白 能析出而不呈溶解状态的乳清蛋白即为乳球蛋白 乳白蛋白 乳白蛋白在乳中以微粒分散在乳中 具有保护酪蛋白胶体作用 酪蛋白阻沉剂 加工酸奶时 要保证75 的乳白蛋白变性 因此 常采用90 95 5 10min的杀菌工艺 该类蛋白不含磷 但含丰富的硫 乳球蛋白 初乳中的免疫球蛋白含量比常乳高 乳球蛋白具有抗原作用 故又称为免疫球蛋白 2 热稳定的乳清蛋白 这类蛋白包括蛋白眎和蛋白胨 约占乳清蛋白的19 4 脂肪球膜蛋白质是吸附于脂肪球表面的蛋白质与酶的混合物 其中含有脂蛋白 碱性磷酸酶和黄嘌呤氧化酶等 五 乳糖 lactose 乳中特有的糖 4 8 甜度为蔗糖的1 6 1 结构 C12H22O11 双糖D 葡萄糖 D 半乳糖乳糖2 分类乳糖 乳糖 乳糖 乳糖水合物 乳糖无水物 3 作用 乳糖水解后的半乳糖是形成脑神经重要成分的主要来源 婴儿发育旺盛时期乳糖有重要作用 乳糖与钙的代谢有密切关系 增加钙的吸收 工业生产中 与牛乳酒 马乳酒 酸乳制品的发酵有关 4 乳糖不适应症 lactoseintolerance 乳糖是一种双糖 必需在乳糖酶的作用下才能被消化和吸收 一部分人 特别是有色人种 随着年龄增长 体内不再分泌乳糖酶或分泌不足 不能分解和吸收乳糖 饮用牛乳后出现呕吐 腹胀 腹泻等症状 称为 乳糖不适应症 最新研究表明 乳糖不适应症可造成人体营养吸收不良 减少Ca的摄入 引起骨质疏松症 影响Fe Zn的吸收 造成Fe Zn缺乏并影响小儿脑的发育 乳糖不适应症发病率 乳糖消化不良亚非国家60 90 欧洲2 8 我国3 13岁约80 中国疾控中心调查 讨论 如何降低乳中的乳糖含量 发酵法添加乳糖酶酶解 酶解工艺参数 低乳糖牛乳 六 乳中无机物 矿物质mineral 含量0 8 左右 乳中矿物质大部分与有机酸和无机酸结合成可溶性盐存在 磷酸盐 酪酸盐 柠檬酸盐 牛乳中的钙比人乳高3 4倍 牛乳中的铁比人乳中少 婴儿乳粉应强化 七 各成分在牛乳中存在状态 八 牛乳加工处理后的名称 牛乳加工处理后的名称 牛乳 生酪 凝块 酪蛋白 脂肪 脂溶性维生素 酸 凝乳酶 乳清 煮沸 沉淀 乳白蛋白 乳球蛋白 滤液 乳糖 无机盐 水溶性维生素 奶油 干酪 第三节常乳的物理性质 包括乳的色泽 风味 密度 酸度 冰点 沸点 比热 导电率等 一 牛乳的色泽正常牛乳的色泽 乳白色或微带黄色 白色黄色 脂溶性的胡萝卜素 叶黄素 乳清 黄绿色 水溶性核黄素 维生素B2 脂肪球 酪蛋白酸钙 磷酸钙复合体 二 气味 smell 与滋味 gustation 一 气味新鲜牛乳具有乳香味 乳香味随温度的升高而加强 乳经加热后香味强烈 冷却后减弱 WHY 乳中含有挥发性脂肪酸及其他挥发性物质 羰基化合物 如乙醛 丙酮 甲醛等 注意 异常味 abnormalsmell 牛粪味 鱼腥味 葱姜味 金属味 蒸煮味等 每一个处理过程都必须保持周围环境的清洁 二 滋味 纯净的新鲜乳滋味稍甜 乳中含有乳糖 咸味 Cl 苦味 Mg2 Ca2 酸味 柠檬酸 磷酸等 正常情况下 受乳糖 脂肪 蛋白质等所调和而不易觉察 异常乳能表现出来 如乳房炎乳中氯的含量较高 有浓厚的咸味 三 酸度 acidity P103 一 正常牛乳的酸度16 18oT 乳酸度 0 15 0 17 T 吉尔涅尔酸度 二 酸度的来源 1 固有酸度 自然酸度 主要由乳中的蛋白质 柠檬酸盐 磷酸盐及二氧化碳等酸性物质所造成 来源于 C02占0 01 0 02 乳蛋白占0 05 0 08 磷酸盐占0 06 0 08 柠檬酸盐占0 01 2 发酵酸度 发生酸度 乳糖导致乳的酸度逐渐升高 由于发酵产酸而升高的这部分酸度称为发酵酸度 乳酸菌 乳酸 乳品工业所测定的酸度是总酸度 固有酸度 自然酸度 总酸度发酵酸度 发生酸度 三 酸度的测定方法及表达形式 酸度测定方法 酸碱滴定法 酸度表达形式 吉尔涅尔酸度 T 乳酸度 1 吉尔涅尔酸度 T 1 T的含义是中和100ml牛乳所消耗的0 1mol LNaOH标准溶液的毫升数 实验室测定 取10ml牛乳 以酚酞为指示剂 用0 1mol LNaOH标准溶液进行滴定 滴至溶液颜色呈淡红色 并在30s内不褪色为止 消耗NaOH标准溶液的毫升数乘以10即为乳的吉尔涅尔酸度 T 2 乳酸度 乳酸 乳酸 T 0 009 0 1mol lNaOH溶液的ml 0 009 测定乳样的重量 g 100 四 牛乳酸度的意义1 乳的酸度与乳的热稳定性有关乳的酸度 T 凝固条件18煮沸时不凝固20煮沸时不凝固26煮沸时能凝固28煮沸时凝固30加热至77 时凝固40加热至63 时凝固50加热至40 时凝固6022 时自行凝固6516 时自行凝固 2 乳的酸度与乳的新鲜度有关 根据乳的酸度可判断牛乳的新鲜度 新鲜牛乳的酸度为16 18 T 四 乳密度20 时牛乳的质量与4 时同容积水的质量之比 正常牛乳的密度为 D20 4 1 028 1 032 二 乳密度表示方法 1 用测定值表示 如1 029 2 用 测定值 1 1000表示 如测定值为1 029 则可表示为 29 三 影响乳密度的因素 乳的密度受多种因素的影响 乳的温度脂肪含量非脂乳固体含量乳挤出的时间是否掺假 1 温度 温度升高 测定值下降 温度下降 测定值升高 在10 30 范围内 乳的温度每升高 或降低 1 实测值减少 或增加 0 0002 因此 在测定乳密度时 必须同时测定乳的温度 并进行必要的校正 例1 乳温30 时 测密度为1 027 则20 时密度为 1 027 30 20 0 0002 1 028例2 乳温10 时 测密度为1 029 则20 时密度为 1 029 20 10 0 0002 1 027 2 乳脂肪及非脂乳固体含量 乳脂肪的密度约为0 9250 乳脂肪含量越高则乳的密度越低 非脂乳固体的密度约为1 6150 非脂乳固体含量越高则乳的密度就越大 不同含脂率牛乳的密度 温度曲线 1 脱脂乳 SNF9 0 2 全乳 SNF8 7 F3 0 3 高脂牛乳 SNF8 2 F8 0 密度 3 乳挤出时间 乳的密度在挤乳后1h内最低 其后逐渐上升 最后可升高0 001左右 讨论 为什么乳密度随挤出时间延长而升高 气体的逸散 蛋白质的水合作用及脂肪的凝固使乳的容积发生变化 故不宜在挤乳后立即测密度 4 是否掺假 在乳中掺固形物 由于固形物密度较大 使乳的密度提高 在乳中掺水则乳的密度下降 每掺入10 的水 乳的密度下降3 即0 003 通过测定乳的密度可以判断原料乳是否掺水 五 热学性质1 冰点 freezingpoint 平均 0 542 0 525 0 565 2 沸点 boilingpoint 101 33kPa 1atm 100 55 3 牛乳的比热 牛乳的比热为其所含各成分比热的总和 牛乳中主要成分的比热为 kJ kg K 乳蛋白2 09 乳脂肪2 09 乳糖1 25 盐类2 93 由此及乳成分的含量计算得牛乳的比热约为3 89 kJ kg K 乳和乳制品的比热 在乳品生产过程中常用于加热量和致冷量计算 可按照下列标准计算 六 导电率25 时 0 004 0 005 S 乳房炎乳中Na Cl 等离子增多 导电率上升 一般导电率超过0 06西门子 S 即可认为是患病牛乳 故可应用导电率的测定进行乳房炎乳的快速鉴定 第四节异常乳 一 异常乳的概念二 异常乳的分类三 几种常见的异常乳 一 异常乳 abnormalmilk 的概念 由于乳牛本身生理 病理以及其它因素 包括人为的因素 的原因造成牛乳的成分和性质发生变化的乳 二 异常乳的分类 生理异常乳 如初乳 末乳 病理异常乳 如乳房炎乳 其它致病性细菌污染乳 化学异常乳 如酒精实验阳性乳 低成分乳 冻结乳 人为异常乳 经济异常乳 掺水乳 添加防腐剂乳 加碱中和乳 提取脂肪乳 有害物质乳 三聚氰胺 等 三 常见异常乳 一 初乳牛初乳是指牛产犊后1周内所分泌的乳 一头牛4天内初乳量39 52Kg 实际喂养牛犊初乳6 7 11 7Kg 2006年我国奶牛存栏1400万头 中国奶业统计资料 2007 11 28 约有37 8万T宝贵的初乳资源 目前整个初乳行业每年以超过30 的速度在增长 其市场容量从前年的2个亿跃升至目前的5个亿 业内专家认为 我国牛初乳行业正在迎来收获期 中国国产牛初乳原料的应用不到5 牛初乳产品和原料应用相比西方发达国家都只是刚起步 假如将牛初乳应用到所有牛奶产品中 将可以增加100个亿的市场容量 1 初乳特性 1 感官特性色泽 黄褐色 乳固体含量高 风味 异臭 味苦 矿物质含量高 组织状态 粘度大 2 理化特性 乳固体含量高 14 4 脂肪 4 3 蛋白质 5 0 尤其是乳清蛋白 盐类含量高 0 9 Fe Cu分别是常乳的3 5倍和6倍 乳糖含量低 酸度较高 稳定性差 易凝固 不宜作普通乳制品原料 但可作功能食品 3 功能特性 含有许多生物活性物质 免疫因子1 免疫球蛋白 简Ig 是一类具有抗体活性或化学结构与抗体相似的蛋白 对病毒 细菌及真菌感染有强大的防治作用 2 非特异性蛋白质及免疫调节物质 可调节和刺激多种人体机能 乳铁蛋白 Lf 乳酸过氧化酶Lp 黄嘌呤氧化酶 3 其它具有免疫功能的活性组份 糖蛋白 溶菌酶 LZ 细