乳的化学组成和性质优秀课件

第一章

乳的化学组成和性质第二部分乳与乳制品第一节乳的化学组成第二节乳的物理性质第三节异常乳第一节乳的化学组成乳是哺乳动物分娩后由乳腺分泌的一种白色或微黄色的不透明液体，是由很多物质形成的复杂的分散体系。主要包括水分、脂肪、蛋白质、乳糖、盐类以及维生素、酶类、气体等。其中水是分散剂，其它物质分散于水中。乳中干物质含量约11-13%，干物质含量越高，营养价值越高。一、乳脂肪（3-5%）乳脂肪对牛乳的风味起重要作用。在显微镜下可以看到，乳脂是由漂浮在乳中的大小不同的粒子构成的众多小球。这些小球是脂肪球。脂肪球是乳中最大的颗粒，其直径为0.1～20um，平均直径是3～4um，1ml全乳中有20～40亿个脂肪球。脂肪球平均直径与乳中脂肪含量有关，脂肪含量越高，脂肪球直径越大。脂肪球是乳中最大的，同时也是最轻的颗粒。乳脂肪的化学组成通常认为乳中脂肪成分复杂，甘油三酯是其主要成分，约占乳脂肪的97%～98%，它和极少量的甘油二酯和甘油单酯及游离脂肪酸共存于乳中。乳中的脂肪酸分为三类：第一类为水溶性挥发性脂肪酸，例如丁酸、乙酸等；第二类是非水溶性挥发性脂肪酸，例如十二碳酸等；第三类是非水溶性不挥发性脂肪酸，例如十四碳酸、二十碳酸、十八碳烯酸和十八碳二烯酸等。脂肪酸组成受饲料、营养、环境、季节影响。二、乳蛋白（3-3.5%）牛乳中的蛋白质可分为酪蛋白和乳清蛋白两大类，另外还有少量脂肪球膜蛋白质。1、酪蛋白（Casein）在温度20℃时调节脱脂乳的pH值至4.6时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αs-,κ-,β-和γ-酪蛋白组成，是典型的磷蛋白。四种酪蛋白的区别就在于它们含磷量的多少。（2）酪蛋白的性质酸凝固：当pH达到酪蛋白的等电点4.6时，就会形成酪蛋白凝固。酶凝固：牛乳中的酪蛋白在皱胃酶等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。酪蛋白在皱胃酶的作用下水解为副酪蛋白(Para-casein)，后者在钙离子等二价阳离子存在下形成不溶性的凝块，这种凝块叫做副酪蛋白钙。（2）酪蛋白的性质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。在90℃时加入0.12%～0.15%的CaCl2即可使乳凝固。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。醇凝固：乳酸度较高时，如加入酒精，可使酪蛋白发生凝固——酒精阳性乳。2、乳清蛋白是指溶解分散在乳清中的蛋白质，约占乳蛋白质的18%～20%，可分为热稳定和热不稳定的乳清蛋白两部分。乳清：向牛乳中加入酸（HCl）达到酪蛋白等电点时，酪蛋白沉淀后的上清液。乳稳定乳清蛋白：这类蛋白包括蛋白胑和蛋白胨，约占乳清蛋白的19%。三、乳糖乳糖是哺乳动物乳汁中特有的糖类。牛乳中约含有乳糖4.2%～5.0%，全部呈溶解状态。乳糖是一种双糖，乳糖为D-葡萄糖与D-半乳糖以β-l，4键结合的二糖——乳糖酶分解乳糖。在婴幼儿时期，乳糖是机体主要的碳水化合物来源。乳糖受到乳酸菌作用时会发生分解变化，来自乳酸菌的酶分解乳糖把它们转变成各种酸，其中乳酸最重要，这就是乳变酸时发生的过程，即乳糖的乳酸发酵——生产酸奶。三、乳糖大部分人随着年龄增长，消化道内缺乏乳糖酶不能分解和吸收乳糖，饮用牛乳后会出现呕吐、腹胀、腹泻等不适应症，称乳糖不耐症。乳糖酶缺乏的程度各不相同，因而症状也各异。从连极少量的乳品都不能消化到摄入大量含乳糖食物后引起轻微的胃肠功能紊乱。在乳品加工中利用乳糖酶，将乳中的乳糖分解为葡萄糖和半乳糖；或利用乳酸菌将乳糖转化成乳酸，可预防“乳糖不耐症”。四、乳中的无机盐牛乳中的无机物亦称为矿物质，含量为0.35%～1.21%，平均为0.8%左右，主要有磷、钙、镁、氯、钠、硫、钾等，此外还有一些微量元素。常乳中钙盐和钾盐含量极高，然而，盐的含量不总是恒定的，牛乳中无机物的含量随泌乳期及个体健康状态等因素而异。P180，表2-2-2六、乳中的酶乳中的酶主要来自乳腺和乳中微生物产生的。与乳制品生产相关的酶主要有：水解酶类氧化还原酶类1、水解酶（1）脂酶牛乳中的脂酶至少有两种，一是只附在脂肪球膜间的膜脂酶，它在常乳中不常见，而在末乳、乳房炎乳及其他一些生理异常乳中常出现。另一种是存在于脱脂乳中与酪蛋白相结合的乳浆脂酶。主要作用是分解脂肪，产生游离脂肪酸，脂肪酸氧化，从而产生不良气味。一般生产中需钝化脂酶活性——80-85℃高温处理。（2）磷酸酶磷酸酶的特性是可以把有机磷酸酯分解成磷酸和相应的醇，是乳中的固有酶。如果向乳中加入磷酸酯，再向其中加入能与游离醇发生显色反应的试剂（酚酞磷酸钠），就可以测定乳中磷酸酶的存在。因为试剂颜色的变化可以反映乳中含有磷酸酶。磷酸酶可以经63℃、30min或71～75℃、15～30s加热后可钝化，故可以利用这种性质来检验低温巴氏杀菌法处理的消毒牛乳的杀菌程度是否完全。2、氧化还原酶类（1）过氧化氢酶牛乳中的过氧化氢酶主要来自白血球的细胞成分，特别在初乳和乳房炎乳中含量较多。过氧化氢酶把过氧化氢分解成水和游离氧。通过测量乳中游离氧的量就可以反映乳中过氧化氢酶的含量，也能了解牛奶是否来自健康动物乳房。多种细菌可产生这种酶，而过氧化氢酶经过普通的高温短时间巴氏消毒法（70～72℃，15～30秒）可以被破坏。（2）过氧化物酶过氧化物酶是最早从乳中发现的酶，它能促使过氧化氢分解产生活泼的新生态氧，从而使乳中的多元酚、芳香胺及化合物氧化。过氧化物酶钝化温度和时间大约为76℃、20min，77～78℃、5min，85℃、10s。通过测定过氧化物酶的活性可以判断牛乳是否经过热处理或判断热处理的程度。这项试验叫Storch氏过氧化物酶试验。七、乳中的其它成分有机酸：乳中的有机酸主要是柠檬酸，另外一些发酵产品中含有乳酸。气体：主要为二氧化碳、氧气和氮气等，约占鲜牛乳的5%～7%，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。细胞成分：乳中所含的细胞成分主要是白血球和一些乳房分泌组织的上皮细胞，也有少量红细胞。一、色泽新鲜正常的牛乳呈不透明的乳白色或淡黄色。乳白色是由于乳中的酪蛋白酸钙—磷酸钙胶粒及脂肪球等微粒对光的不规则反射所产生。牛乳中的脂溶性胡萝卜素和叶黄素使乳略带淡黄色，而水溶性的核黄素使乳清呈荧光性黄绿色。二、滋味和气味乳中含有挥发性脂肪酸及其他挥发性物质，这些物质是牛乳滋味和气味的主要构成成分。香味随温度的高低而异，乳经加热后香味强烈，冷却后减弱。乳中羰基化合物，如乙醛、丙酮、甲醛等均与牛乳风味有关。三、乳的酸度酸度是反映乳新鲜度的一个重要指标，一般酸度越高，新鲜度较差，热稳定性差。固有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。乳在微生物的作用下发生乳酸发酵，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。酸度=总酸度=固有酸度+发酵酸度三、乳的酸度乳品工业中酸度是指以标准碱液用滴定法测定的滴定酸度。滴定酸度有多种测定方法和表示形式。我国滴定酸度用吉尔涅尔度简称“oT”（TepHep）或乳酸度（乳酸%）表示。除此以外，酸度还可用氢离子浓度指数（pH）表示。吉尔涅尔度(0T)取10ml牛乳，加入5%的酚酞指示剂0.5ml（大约5滴），以0.1mol/L氢氧化钠溶液滴定，将所消耗的NaOH毫升数乘以10，即中和100ml牛乳所需0.1mol/L氢氧化钠毫升数，消耗1ml为10T。正常牛乳酸度16-180T乳酸度(%)取10mL牛乳，用蒸馏水2：1稀释，用酚酞做指示剂，以0.1mol/L的氢氧化钠滴定。计算公式：正常乳的乳酸度为0.15-0.18%，与16-18oT相当。乳酸（%）=氢氧化钠毫升数×0.009供试牛乳质量（毫升数×密度）×100%pH表示酸度可用氢离子浓度指数(pH)表示，正常新鲜牛乳的pH为6.5～6.7一般酸败乳或初乳的pH在6.4以下，乳房炎乳或低酸度乳pH在6.8以上。但由于乳中的胶体、磷酸盐、柠檬酸盐的缓冲体系，使乳中有时虽乳酸含量有变化，但pH却无明显变化，所以一般乳的酸度都用滴定酸度表示。四、比重和密度D（20℃/4℃）：1.030。牛乳20℃的质量与4℃时同体积水的质量比——密度。D（15℃/15℃）：1.032。牛乳15℃时的质量与同体积同温度下水的质量比——比重。在同温度下乳的密度较比重小0.0019。一般无脂干物质含量越高，相对密度越大，脂肪含量越高，相对密度越小。如初乳D（20℃/4℃）在1.038-1.040之间。四、比重和密度乳品生产中常以0.002的差数进行换算：密度受温度影响，温度每升高或降低l℃实测值就减少或增加0.002。每增加10%的水，D（20℃/4℃）约降低0.003。刚挤出的乳，D（20℃/4℃）比放置2-3h的乳低0.0008-0.0015，因为乳中气体散发，液体脂肪凝固，容积变化及蛋白质水合造成的。所以刚挤出的乳不宜马上测定相对密度。五、热学性质1、冰点牛乳的冰点一般为-0.525～-0.565℃，平均为-0.540℃。可根据冰点变动用下列公式来推算掺水量：X=[(T-T1)÷T]×100式中X——掺水量(%)；T——正常乳的冰点(℃)；T1——被检乳的冰点(℃)。2、沸点牛乳的沸点在101.33kPa（1个大气压）下为100.55℃，乳的沸点受其固形物的含量影响。浓缩到原体积一半时，沸点上升到101.05℃。3、比热牛乳的比热为所含各成分之比的总和。按乳成分百分含量比计算得牛乳的比热约为3.89kJ/（kg·k）六、黏度和表面张力牛乳大致可认为属于牛顿流体。正常乳的黏度为0.00155～0.002Pa·s，牛乳的黏度随温度升高而降低。干物质含量越高，乳的黏度越大。牛乳表面张力在20℃时为0.04～0.06N/cm2。牛乳的表面张力随温度上升而降低，随含脂率的减少而增大。表面张力与脂肪含量直接相关，均质和加工处理都回影响表明张力及产品的加工。七、电学性质乳中含有电解质而能传导电流。牛乳的导电率与其成分，特别是氯离子和乳糖的含量有关。正常牛乳在25℃时，导电率为0.004～0.005西门子(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。氧化还原点位：主要用于乳中微生物检测。第三节异常乳一、异常乳的概念和种类当乳牛受到饲养管理、疾病、气温以及其他各种因素的影响时，乳的成分和性质往往发生变化，这种乳称作异常乳，不适于加工优质的产品。异常乳可分下列几种：生理异常乳化学异常乳病理异常乳微生物污染乳二、异常乳的产生原因和性质1、生理异常乳营养不良乳：饲料不足、营养不良的乳牛所产的乳对皱胃酶几乎不凝固，所以这种乳不能制造干酪。初乳：母牛分娩后一周所分泌的乳叫初乳，呈黄褐色、有异臭、苦味、咸味、黏度大。一般乳清蛋白含量高，灰分含量高，乳糖含量低。末乳：老乳，干奶期前两周所产的乳，脂肪含量下降，其它成分较常乳高，含酯酶多有油脂氧化味。2、化学异常乳（1）酒精阳性乳乳制品工厂收奶，一般用68或70%就酒精进行检验，凡产生絮状凝块的称为酒精阳性乳。①高酸度酒精阳性乳：一般酸度在20oT以上时的乳酒精试验均为阳性，为乳中微生物生长导致酸度升高。②低酸度酒精阳性乳：有的鲜乳虽然酸度低（16oT以下）但酒精试验也呈阳性，所以称作低酸度酒精阳性乳，这可能与饲养管理导致Ca2+、Mg2+离子不平衡有关。③冷冻乳：乳冻结后，酪蛋白变性，遇酒精沉淀。（2）低成分乳乳的成分明显低于常乳，主要受遗传和饲养管理影响。（3）混入异物乳混入异物的乳是指在乳中混入原来不存在的物质的乳。其中，有人为混入异常乳和因预防治疗、促进发育以及食品保藏过程中使用抗生素和激素等而进入乳中的异常乳，还有因饲料和饮水等使农药进入乳中而造成的异常。乳中含有防腐剂、抗菌素时，不宜用作加工的原料乳。（4）风味异常乳造成牛乳风味异常的因素很多通过机体转移或从空气中吸收而来的饲料味酶作用而产生的脂肪分解味挤乳后从外界污染或吸收的牛体味或金属味等。3、微生物污染牛奶如果来自一个卫生良好的奶场，正常含细菌500-1000个/ml，如果清洁、消毒和冷却标准不妥当，则可达到每ml乳中数有百万个细菌。每日对所有挤奶设备进行清洗消毒是决定乳的微生物学质量的最重要的因素。在一般情况下，奶有三个主要的微生物性污染源：一是来自乳房内部；二是来自乳房外部，包括牛体和空气；三是来自挤奶和贮存设备。乳房从健康乳房挤出的奶虽然不经消毒，但所含微生物数量很少。这些微生物主要是一些微球菌和链球菌，它们对奶产量及质量没有明显影响。乳房中微生物多少取决于乳房的清洁程度，许多细菌从乳头端部侵入乳房，由于细菌本身的繁殖和乳房的物理蠕动而进入乳头乳池下部。因此，第一股乳流中微生物的数量最多，随着挤乳的进行乳中细菌含量逐渐减少。所以在挤乳时挤出的第一股乳应废弃。牛体饲料、垫草和粪便是牛体受微生物污染的主要原因，它们是嗜热性腐败微生物的污染载体。如果牛在露天草场上吃草，牛体受污染的水平相对比较低，进行舍饲时，受污染的情况就很严重。典型的嗜热性腐败微生物如肠道病原菌，包括沙门氏菌、弯弧杆菌一般通过粪便污染垫草，进一步污染被毛及乳头。嗜热性腐败微生物可耐过巴氏消毒。所以在挤乳时，应用温水严格清洗乳房和腹部，并用清洁的毛巾擦干。空气挤乳及收乳过程中，鲜乳经常暴露于空气中，因此受空气中微生物污染的机会很多。尤其是牛舍内空气，含有很多的细菌。通常细菌在空气中含量为50~100个/mL，灰尘多时可达10000个/mL，其中以球菌和带芽孢的杆菌居多，此外霉菌的孢子也很多。挤乳用具和乳桶挤奶设备是乳中微生物的来源，也是呈革兰氏阴性的低温腐败细菌的主要来源，主要原因包括管道系统设计制造不良及挤奶前后清洁卫生不彻底。挤乳时所用的乳桶、挤乳机、过滤布和清洗乳房用布，如果清洗消毒不当会成为耐热性细菌的污染源。工作人员人工挤奶时工作人员手臂可以直接污染奶，实际上也许不可能查明以这种方式传入的腐败性微生物的数量。然而，传播病原体的可能性明显存在。这些病原体，或者可以由患有