乳品工艺学-第二章乳物理化学性质及异常乳

1、上节总结-绪论乳品安全是一把利剑。我国人均乳占有量 仅为世界平均水平的1/3。我国乳品业整体较落后，需要向着“一体化”的方向发展。随着单独二胎政策的放开，我国乳制品会有一个较大的发展。第二章：乳的物理化学性质第二章：乳的物理化学性质乳品工艺学本章目录 2.1 乳的化学组成及性质 2.2乳的物理性质 2.3异常乳第一节：乳的化学组成及性质 乳的基本组成成分干物质 乳成分的分散特征 乳成分的化学性质（一）水分 （二）气体 （三）脂肪 （四）乳糖 （五）蛋白质（六）酶类 （七）维生素（八）无机盐一、乳的基本组成成分干物质 乳品行业中一般将牛乳成分分为水分和乳干物质两大部分，而乳干物质又分为脂质和无脂

2、干物质。 将乳干燥到恒重时所得到的残渣叫乳的干物质。牛的常乳中干物质含量为10.5%14.5%，除干燥时水和随水蒸气挥发的物质以外，干物质中含有乳的全部成分。 乳中干物质的含量随乳成分的百分含量而变，尤其是乳脂肪在乳中的变化比较大，因此在实际工作中常用无脂干物质作为指标。 干物质实际上表明乳的营养价值，在生产中计算乳制品的生产率时，都需要用到干物质（或无脂干物质）。 弗莱希曼（Fleschmann）将乳的比重、含脂率和干物质含量之间建立起关系。由此计算出干物质和无脂干物质的含量。 下面是一个比较简单的计算公式： T=0.25L+1.2FK 式中：T-干物质% ，比如12 F-脂肪% ，比如4

3、L-牛乳比重计最后两位读数（小数点后第二位和第三位比如1.032则为32） K-系数（根据各地情况试验求得，中国轻工业部标准规定为0.14）牛乳中的主要化学成分v乳糖，脂质，蛋白，矿物质乳糖，脂质，蛋白，矿物质人乳中的主要化学成分v哺乳动物乳汁中天然存在的游离寡糖以及存在于乳蛋白上的哺乳动物乳汁中天然存在的游离寡糖以及存在于乳蛋白上的N-糖链统称为乳汁寡糖，糖链统称为乳汁寡糖，简称简称“乳寡糖乳寡糖” 。人乳中的寡糖称为人乳寡糖（。人乳中的寡糖称为人乳寡糖（Human milk oligosaccharides ，HMO），牛乳和猪乳中的寡糖分别称为牛乳寡糖（，牛乳和猪乳中的寡糖分别称为牛乳寡

4、糖（BMO）和猪乳寡糖（）和猪乳寡糖（PMO）。）。人乳和牛乳的比较v乳糖，寡糖乳糖，寡糖含量高含量高v酪蛋白，矿酪蛋白，矿物质含量高物质含量高二、乳成分的分散特征二、乳成分的分散特征乳状态的复杂性 从物理化学角度来考虑，牛乳是一种复杂的分散系，脂肪球以乳浊液存在，蛋白以胶体状态、大分子状态存在，盐类与乳糖以分子或离子态存在。 在加工中，我们必须掌握乳成分彼此之间的规律。比如加工奶油和干酪时，要破坏胶体体系，生产鲜奶、炼乳时要保持胶体体系。不同放大倍数下乳中物质的存在状态 乳 乳浆 乳清乳乳浆乳清乳浆乳清乳浊液：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1001000

5、0nm。此外，乳中含有的少量气体部分以分子态溶于乳中，部分经搅动后在乳中呈泡沫状态。显微镜可见，静置、离心便可分离出来。胶体悬浮液：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（酪蛋白胶粒）。胶粒直径约为30800nm， 平均为100 nm。超显微镜可观察，需用超滤、高速离心才能分离出来。高分子溶液：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。超显微镜可观察，需用超滤、超速离心才能分离出来。真溶液：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。用显微镜看不到，用

6、过滤、静置、离心不能分离出来。三、乳成分的化学性质三、乳成分的化学性质三、乳成分的化学性质 （一）水分 （二）气体 （三）乳脂肪 （四）乳糖 （五）乳蛋白质 （六）乳中酶类 （七）乳中维生素 （八）乳中的无机物和盐类（一）水分（一）水分（一）水分 水分是乳中的主要组成部分，约占87%89%。乳中水分又可分为自由水、结合水、膨胀水和结晶水。 自由水是乳中主要水分，即一般的常水，具有常水的性质，而结合水、膨胀水和结晶水则不同，在乳中具有特别的性质和作用。1.结合水 结合水约占2%3%，以氢键和蛋白质的亲水基或与乳糖及某些盐类结合存在。 有两个特点：无溶解其它物质的特性（不能作为溶质的溶剂而使用），

7、在通常水结冰的温度下并不结冰，冰点在-40。2.结晶水 结晶水存在于结晶性化合物中。当生产奶粉、炼乳以及乳糖等产品而使乳糖结晶时，我们就可以发现含结晶水的乳制品，即乳糖中含有1分子的结晶水（C12H22O11 H2O）。实际上结晶水也属于结合水。2.结晶水 比如说：乳粉在加工过程中，由于在喷雾干燥中时间太短，在乳粉中乳糖以非结晶状态存在，但是乳粉在相对湿度、温度都较高的环境中储存时，乳粉吸收水分使得水分活度大于0.4时，亚稳定状态的非结晶乳糖转化为比较稳定的结晶乳糖。 在乳粉颗粒表面形成结晶体，产生聚集团块，同时结晶形象会大大降低乳粉溶解时的复原性，其转化为不可逆转过程。3. 膨胀水 膨胀水存

8、在于乳制品的凝胶粒结构的亲水性胶体内，由于胶粒膨胀程度不同，膨胀水的含量也就各异，而影响膨胀程度的主要因素为中性盐类、酸度、温度以及凝胶的挤压程度。水与乳品稳定性 水分活度水分活度 是指系统中水分存在的状态，即水分的结合程度（游离程度）。水分活度是对系统中水的能量的测量，水分活度值越高，结合程度越低；水分活度值越低，结合程度越高。水分活度数值用Aw表示的。（1）美拉德反应-非酶褐变 乳是一种天然的含蛋白质丰富的食品，同时它还含有大量的还原糖。在几乎所有的乳制品中都不希望有美拉德反应发生。在一定组成成分和温度条件下，乳的褐变反应速率受到Aw的影响。在低Aw时，加速了褐变反应，而在较高Aw时，使褐

9、变反应速度降低。乳糖结晶也会加速乳粉的褐变。（2）脂类氧化 脂类氧化是高脂乳制品的一大缺陷。在低Aw时，氧化速率随Aw增加而降低；而在Aw相对高时反应速率又会增大。在低Aw时，水具有抗氧化作用，这是由于水对中间产物过氧化氢具有缔合作用并且对有催化作用的金属离子可发生水合作用。（二）气体 主要为二氧化碳、氧气 和氮气等，约占鲜牛乳的5%7%（v/v），其中二氧化碳最多，氧最少。在挤乳及贮存过程中，二氧化碳由于逸出而减少，而氧、氮则因与大气接触而增多。牛乳中氧的存在会导致维生素的氧化和脂肪的变质，所以牛乳在输送、贮存处理过程中应尽量在密闭的容器内进行。（二）气体 刚挤出的牛乳含气量较高，其中以二氧

10、化碳为最多，氮次之，氧最少，所以乳品生产中的原料乳不能用刚挤出的乳检测其密度和酸度。因为此时不准确，要等到物质稳定后再测定。（三）乳脂肪 乳脂肪乳脂肪 乳脂肪(Milk Fat or Butter Fat)是牛乳的主要成分之一，对牛乳风味起重要的作用，在乳中的含量一般为3.5%4.5%。乳脂肪不溶于水，呈微细球状分散于乳中，形成乳浊液。典型的乳脂肪结构 乳脂质中约有97%99%的成分是乳脂肪，还含有约1%的磷脂和少量的甾醇、游离脂肪酸、脂溶性维生素等。 乳脂肪是中性脂肪，是由一个分子的甘油和三个分子相同或不同的脂肪酸所组成，形成甘油三酸酯的混合物。乳脂肪的最新报道 近年来，乳脂肪中生理活性物质

11、，如共轭亚油酸、丁酸等的作用已得到人们的关注，并且发现乳脂肪是人类膳食中共轭亚油酸最丰富的天然来源。对于人体免疫调节、抗癌、降血脂及防治心血管疾病有重要作用。共轭亚油酸是亚油酸的同分异构体。大量的科学研究证明，共轭亚油酸具有:1 抗肿瘤抗肿瘤2 抗氧化3 抗动脉粥样硬化4 提高免疫力5 提高骨骼密度6 防治糖尿病7 能降低动物和人体胆固醇以及甘油三酯8 还可以降低动物和人体脂肪、增加肌肉强烈强烈抑制癌细胞的增殖，诱导它们分化与凋亡1.乳脂肪球及乳脂肪球膜 乳中脂肪是以微小脂肪球的状态分散于乳中，呈一种水包油型的乳浊液。 脂肪球表面被脂肪球膜包裹着，使脂肪在乳中保持稳定的乳浊液状态，并使各个脂肪

12、球独立地分散于乳中。 脂肪球的直径平均为3m，大部分在4m以下，10m以上的很少。1ml牛乳中含有21094109个脂肪球固体，带有不同熔点的结晶脂肪液体脂肪乳脂肪球的剖面图 由于脂肪的相对密度为0.93，乳在静置时，脂肪球将逐渐上浮而形成稀奶油层。脂肪球的上浮速度与脂肪球半径的平方成正比2.乳脂肪的脂肪酸组成和含量 乳脂肪的脂肪酸组成受饲料、营养、环境等因素的影响而变动，尤其是饲料会影响乳中脂肪酸的组成。 一般，夏季放牧期间乳脂肪中不饱和脂肪酸含量升高，而冬季舍饲期不饱和脂肪酸含量降低，所以夏季加工的奶油其熔点比较低。乳脂肪可以分为三类 水溶性、挥发性脂肪酸：相对来说含量特别高，为8%，这类

13、乳脂风味良好且易于消化，如丁酸等，而其他脂肪含1%。 不溶性、挥发性饱和脂肪酸：月桂酸。 不溶性、非挥发性脂肪酸：十四烷酸、十八烷酸、十八碳烯酸等。和占脂肪总量的90%以上，对奶油的熔点、凝固点起决定性作用。乳脂肪的组成复杂，在低级脂肪酸（14个碳以下）中甚至检出了醋酸，另一方面也发现有C20C26的高级饱和脂肪酸。一般天然脂肪中含有的脂肪酸绝大多数是碳原子为偶数的直链脂肪酸，而在牛乳脂肪中已证实含有C9C23的奇数碳原子脂肪酸，也发现有带侧链的脂肪酸，带有特殊营养保健功能。乳脂肪的不饱和脂肪酸主要是油酸，约占不饱和脂肪酸总量的70%左右,不饱和脂肪酸还有棕榈酸、豆蔻酸、亚麻酸和丁酸等。3.乳

14、脂肪的特性 （1）一般特性 乳脂肪中短链低级挥发性脂肪酸含量达14%左右，其中水溶性挥发脂肪酸含量高达8%（如丁酸、己酸、辛酸、葵酸等），而其它动植物油中不过1%，因此乳脂肪具有特殊的香味和柔软的质体，是高档食品的原料乳脂肪易受光、空气中的氧、热、金属铜、铁作用而氧化，从而产生脂肪氧化味。乳脂肪易在解脂酶及微生物作用下而产生水解，水解结果使酸度升高。由于乳脂肪含低级脂肪酸较多，尤其是含有酪酸（丁酸），故即使轻度水解也能产生特别的刺激性气味，即所谓的脂肪分解味。乳脂肪易吸收周围环境中的其它气味，如饲料味、牛舍味、柴油味及香脂味等等。乳脂肪在5以下呈固态，11以下呈半固态，40以上呈液态。主要是脂

15、蛋白脂酶，与酪蛋白缔合，平时在脂肪球膜外，一旦膜破坏，酶与脂肪接触，引起脂肪水解，释放出脂肪酸分子，产生酸败。3.乳脂肪的特性 （2）乳脂肪的理化常数 归纳理化特点： 水溶性脂肪酸值高 碘价低 挥发性脂肪酸较其他脂肪多 不饱和脂肪酸少 皂化价比一般脂肪高碘价越高，脂肪越软 4.磷脂 5.甾醇（四）乳糖（Lactose） 乳中碳水化合物主要是乳糖，还有少量葡萄糖、半乳糖、低聚糖(双歧因子)。 我们重点介绍乳糖，占99.8%。1.乳糖简介乳糖很易与一分子结晶水结合，变为乳糖水合物，所以乳糖实际上共有三种形态乳糖实际上共有三种形态。 兔乳含乳糖最少（约1.8%），马乳最多（约7.6%），人乳含量为5

16、.5%8%。牛乳为4.4-5.2%。 乳牛患乳房炎后，乳糖含量减少。因为乳糖与Na+、K+、Cl-等维持着渗透压，乳糖含量与Cl-浓度存在负相关。所以我们可用氯糖数反映乳房的健康状况。2.乳糖的结构2.乳糖的结构2.乳糖的结构3.乳糖溶解度 1.1.最初溶解度：最初溶解度：将乳糖投入水中，即刻有部分乳糖溶解，达到饱和状态时，就是乳糖的溶解度。 2.2.最终溶解度：最终溶解度：将乳糖最初溶解液的溶液振荡或搅拌，乳糖可转化成乳糖，仍可溶解，而最后达到的饱和点就是乳糖的最终溶解度，是乳糖与乳糖平衡时的溶解度，是二者综合的溶解度。 3.3.过饱和溶解度：过饱和溶解度：将上面饱和乳糖溶液于饱和温度以下冷

17、却时，将成为过饱和溶液，此时如果冷却操作比较缓慢，则结晶不会析出，而形成过饱和状态。乳糖的溶解度随温度乳糖的溶解度随温度的升高而增高。的升高而增高。4.乳糖不适症4.乳糖不适症存在问题：1乳糖水解后甜度增加。2作用时间长，需要过夜。3成本较高。（五）乳蛋白质酪蛋白与乳清蛋白牛乳中酪蛋白与乳清蛋白比例约为牛乳中酪蛋白与乳清蛋白比例约为8080：2020（质量比），（质量比），二者在特性上主二者在特性上主要区别如下：要区别如下：pH4.6时，酪蛋白沉淀，乳清蛋白不沉淀，是分离二者的基础。Ca2+存在时，凝乳酶可水解酪蛋白并使其凝固，乳清蛋白不凝固。酪蛋白在高温下很稳定，如pH6.7下，100加热2

18、4h，酪蛋白不凝固；乳清蛋白热稳定性差，90、10min热处理可使其全部变性。酪蛋白中含有磷酸基团，平均含磷0.85%，乳清蛋白不含磷。酪蛋白中的磷酸基团赋予了酪蛋白许多独特性质。酪蛋白含硫量低0.8%，硫主要以甲硫氨酸形式存在，有少量半胱氨酸和胱氨酸。乳清蛋白含硫量比较高1.7%，主要以半胱氨酸、胱氨酸存在，此外还有甲硫氨酸。酪蛋白是在乳腺中合成的，自然界其他地方不存在，而乳清蛋白中乳白蛋白、乳球蛋白是在乳腺中合成的，其他蛋白如血清白蛋白及免疫球蛋白是来自血液的转移。酪蛋白胶束与亚酪蛋白胶束 酪蛋白属于两性电解质，它在溶液中既具有酸性也具有碱性，也就是说它能形成两性离子。当酪蛋白在碱性介质中

19、与甲醛反应时，则生成亚甲基衍生物。（美拉德反应）牛第四胃中所含的一种酶能使乳汁凝固。酶凝固与酸凝固不同点：酶凝固时钙和磷酸盐并不从酪蛋白微球中游离出来。上节总结 乳浊液，胶体悬浮液，高分子溶液，真溶液。上节总结 脂肪球膜：卵磷脂-蛋白质复合物1-脂肪 2-磷脂类 3-蛋白质 4-乳浆上节总结 酪蛋白：s1-CN， s2-CN， -CN，-CN。酪蛋白酸钙-磷酸钙复合体。乳中蛋白s1 - 酪蛋白s2 - 酪蛋白 酪蛋白 酪蛋白（一）（三）（二）概念：乳清在中性状态时，加人饱和硫酸铵或饱和硫酸镁进行盐析时，仍呈溶解状态而不析出的蛋白质。5.对热稳定的乳清蛋白 牛乳中除酪蛋白和乳清蛋白外，还有一些蛋白质称为