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1、第四节 牛乳成分的化学性质,一、水分,结合水：约占2-3%，以H键和蛋白质的亲水基或和乳糖及某些盐类结合存在乳粉（喷雾干燥或滚筒干燥时，保留的3%的水分）膨胀水：存在胶粒结构的亲水胶体内，影响因素为：中性盐类、酸度、温度以及凝胶的挤压程度结晶水：存在于结晶化合物中，当生产奶粉、炼乳以及乳糖等产品，乳糖含有一分子的结晶水,二、乳中的气体,新鲜牛乳中以CO2为最多，N2次之，O2最少牛乳在冷却过程中多使用表面冷却器，可除去不愉快气味，同时使乳中CO2减低，酸度下降1T,三、乳脂肪,是乳中可用醚类提取出来的全部脂肪部分，是重要成分之一牛乳中脂肪球的直径0.1-10 m,平均3 m脂肪的组成：乳脂肪甘
2、油三酸酯类，占97-99%磷脂类固醇类脂溶性维生素类,（一）甘油三酸酯类,1. 乳脂肪与其他动植物油脂的比较1）乳脂肪中含有20种左右的脂肪酸，而其他油脂仅含有5-7种2）含低级（碳14个以下）挥发性脂肪酸达14%，其中水溶性挥发性脂肪酸达8%，其他油脂不足1%3）奶油熔点低，25-38，在口腔中可融化，质体较柔软4）乳中不饱和脂肪酸的复合体是由亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸所组成，为必需脂肪酸,1）易氧化 脂肪与氧、光线、金属接触时，氧化产生哈败；工艺上，避免使用铜、铁设备和容器，应使用不锈钢设备2）易水解 含低级脂肪酸比较多，即使稍微水解也会产生带刺激性的酸败味 水解起因于乳本身的解脂酶和外界
3、污染的微生物酶,2. 乳脂肪的理化特性,3. 乳脂肪球的构造及其存在状态1）乳脂肪以脂肪球的形式存在于乳中2）在乳品加工中脂肪球的大小有重要意义脂肪球平均直径为3-5 m，实验证明直径小于0.2 m的脂肪球不能分离出来，而大于6-10 m的脂肪球很容易分离。在制作饮用乳和乳粉时，需要均质3）乳在冷却时，乳脂肪结晶，不再是乳浊液，而是悬浊液（固体颗粒）4）由于脂肪球表面存在一层由卵磷脂和蛋白质等所构成的薄膜，可保证乳脂肪乳浊液和悬浊液的稳定性,（二）磷脂类,由甘油、脂肪酸、磷酸和含氮物组成乳中含有三种磷脂，即卵磷脂、脑磷脂和神经鞘磷脂对乳意义最大的为卵磷脂，它是构成脂肪球膜的主要成分脂肪球在乳中
4、呈乳浊状而不易互相结合的原因，就是因为它的周围有磷脂蛋白质膜的存在,卵磷脂的作用：是形成脂肪球膜的主要成分对婴儿大脑发育有促进作用具有良好的乳化剂效能（喷涂卵磷脂生产速溶乳粉）,卵磷脂的性质： 白色蜡状物质，易被氧化分解和被微生物分解，迅速变暗。分解时由胆碱形成三甲胺，具有鱼腥味脑磷脂 由甘油、硬脂酸、油酸、磷酸和胆胺所组成，含量0.189% 磷脂类易于氧化，应避免空气、光和高温的影响,脑磷脂,卵磷脂有和两种异构体，其结构式如下：,（三） 甾醇类,含量很低（7-17mg/100ml)，但在生理上有重大意义。如麦角甾醇经紫外线照射后具有维生素D的特性,四、 碳水化合物乳糖,乳汁中碳水化合物主要是
5、乳糖，占总量的99.8%以上乳糖是一种从乳腺分泌的特有的化合物，其他动植物组织中不含乳糖在牛乳中约含4.5%，占干物质的38-39%乳糖是一种还原性双糖，由一分子D-葡萄糖和一分子D-半乳糖组成乳糖有三种异构体，即-含水乳糖， -无水乳糖和 -乳糖,乳糖的三种异构体,-含水乳糖 低于93时结晶出来的乳糖，常温时最稳定，存在变旋光度现象，稳定在+55.3，此时-含水乳糖： -乳糖=1：1.65 -无水乳糖 -含水乳糖以120-130加热时失去结晶水而成为-无水乳糖；不稳定，吸湿性很强, -乳糖 高于93时结晶出来的乳糖；溶于水中时，与-含水乳糖一样， - ， -的比例成为平衡状态 比-含水乳糖甜
6、味略强，溶解度也比较高,三种不同的溶解度,最初溶解度： -乳糖的溶解度最终溶解度： - ， -的比例达到平衡超溶解度：过饱和状态，但有很大的结晶趋势,图1 炼乳结晶曲线,三种不同的溶解度,乳糖(Lactose)的分解和乳糖不耐症,乳糖在乳糖酶（Lactase)的作用下分解成单糖，经微生物分解成酸和其他成分。双糖类中乳糖最难利用。乳糖为双糖，难溶于水，在消化器官内经乳糖酶作用而水解后才能被吸收，如果乳糖被直接注射于血管或皮下，则从尿中排出。,婴儿体内乳糖酶活力大，可以在乳粉中强化乳糖；母乳化乳粉，乳糖占50%以上随年龄的增长，成人体内酶活力下降，对乳糖的消化力下降，导致腹胀、呕吐等乳糖不适症所采
7、用的方法有：1.在乳浓缩前加入耐高温乳糖酶进行生产；2.药店出售乳糖酶药片，喝前1h加入到乳中； 3.对于轻度乳糖不耐症病人，可喝酸奶,乳糖的代谢机理,乳糖在乳酸菌的作用下部分分解为葡萄糖和半乳糖，葡萄糖又代谢为乳酸。半乳糖的大部分不被分解而存在于发酵乳中。乳糖被摄取后在胃中不消化，它在小肠黏膜上皮细胞中的乳糖酶作用下被分解利用。,若人体缺乏乳糖酶，将表现为腹泻、呕吐等乳糖不耐症。由于发酵乳中的乳糖被部分分解，缺乏乳糖酶的人食用后不再表现为乳糖不耐症，或仅有轻微表现。乳糖的分解产物葡萄糖作为人体的能源被利用或以糖原的形式贮存起来。半乳糖被肠道、肝脏吸收，变为脑和神经组织的部分成分，到达小肠下部
8、则成为肠道菌群的营养物质。,乳糖的性质和作用,乳糖远较麦芽糖、蔗糖难溶于水在乳糖酶的作用下分解成单糖，经微生物分解成酸和其他成分，意义很大乳糖水解后所产生的半乳糖是形成脑神经中重要成分（糖脂质）的主要来源，在婴儿发育期，有重要作用；一部分乳糖被送至大肠中，由于乳酸菌的作用生成乳酸，而抑制其他有害细菌的繁殖，对防止婴儿下痢也有很大作用乳糖对钙的代谢有密切关系，此外对于防止肝脏脂肪的沉积也有重要作用,五、乳蛋白质,图2 常乳中含氮物分布图,（一）酪蛋白,1.定义 牛乳含氮物中，在pH4.6沉淀的部分2. 酪蛋白的分类1）-casein:包括 钙不溶性：s1s5钙可溶性： -和 -casein2）
9、-casein:A1，A2，A3，B，C，D等3） -casein4） -casein 不受凝乳酶的凝固作用，故凝固后留存在乳清中,3.酪蛋白的性质,3.1 物理特性典型的含磷蛋白质（P：0.8%)白色无味物质是形成牛乳乳白色乳状的主要成分比重1.25-1.31，不溶于水，不溶于酒精等有机溶剂，可溶于碱，可用来提纯酪蛋白在蛋白酶的作用下分解热稳定性高（热凝固大于140/30min属于两性电解质NH3+RCOO-,酪蛋白胶束的结构酪蛋白以酪蛋白酸钙-磷酸钙胶体颗粒形式存在于乳中颗粒的大小、形状和数量直径30-300 nm，球状，以80-120 nm居多数，数量5-15*1012个/ml牛乳构造：
10、Payens模型， Waugh模型 总之，酪蛋白酸钙-磷酸钙复合体胶粒所以能保持相对稳定的胶体悬浊液状态，与-酪蛋白的胶体保护作用分不开,图3 Payen 的酪蛋白胶束结构模型,酪蛋白的构造,图4 Waugh 的酪蛋白胶束结构模型,3.2 化学特性胶粒的动力稳定性颗粒表面带有负电荷一层水膜,对盐类离子的稳定性 对钙、镁离子很敏感但： -casein敏感性减弱 钠、钾离子钙、镁离子铝离子,酪蛋白的性质（4）酪蛋白的钙凝固,由于乳汁中钙和磷呈平衡状态存在，酪蛋白颗粒具有一定的稳定性，当加入氯化钙时，破坏平衡状态，加热时发生凝固0.01NCaCl2,经加热后会使酪蛋白凝固，温度越高用量越省：90加入
11、0.12-0.15%的CaCl2即可凝固乳清蛋白一同凝固，几乎比酸法高5%，比皱胃酶法越高10%以上钙法沉淀的蛋白质中含有大量的钙和磷，在有价值的矿物质上也优越得多,2-3ml牛乳+72%中性酒精，等量混合如果乳稳定，表明乳中颗粒表明带大量负电荷，是新鲜牛乳；否则，不新鲜72%酒精，不发生沉淀，表明牛乳16-18T一般高酸性乳、初乳、乳房炎乳都会发生酒精凝固,加醇凝固,普通牛乳pH值大约6.6,以酪蛋白酸钙的形式存在于乳中盐酸凝固：,酪蛋白酸钙 Ca3(PO4)2,+2HCl酪蛋白+2Ca(H2PO4)2+CaCl2,干酪素（食品添加剂）,（可溶于乳清中）,酪蛋白的酸凝固,等电点沉淀的酪蛋白不
12、含钙，但在pH5.2-5.3时酪蛋白就开始沉淀，钙尚未除去，因此加酸要充足，并进行繁杂的洗涤处理制造无灰干酪素，工业上一般使用盐酸：脱脂乳加热（34-35C） 加稀盐酸pH4.6-4.8,凝块沉淀，除1/2乳清加酸至pH4.2 （形成细而软的颗粒，切勿过多）洗涤过滤脱水粉碎干燥粉碎分级,酪蛋白的酸凝固（2）,酪蛋白的硫酸沉淀： Ca酪蛋白+H2SO4酪蛋白 +CaSO4 +Ca(H2PO4)2乳酸发酵： Ca酪蛋白+乳酸 酪蛋白 +乳酸钙+Ca (H2PO4)2（自然发酵） 晒干 奶酪（含脂肪），含钙盐 因为乳酸能使酪蛋白形成硬的凝块，并且稀乳酸及其盐类不溶解酪蛋白，因此是最适合沉淀酪蛋白的酸
13、,酪蛋白的酶凝固,常用的酶 皱胃酶（牛犊第四胃中）：用于干酪制造（胃蛋白酶（成年动物或人）：发生不良的分解反应）微生物凝乳酶木瓜蛋白酶,作用原理：, -酪蛋白 凝乳酶副 -酪蛋白+糖肽糖肽分子量约为6000-8000副 -酪蛋白比 -酪蛋白 对Ca2+敏感，形成“钙桥”，而凝固，本身对钙不稳定的s 和 -酪蛋白失去保护而与Ca2+接触，通过形成钙桥而凝固,乳清蛋白,乳清蛋白（1）,定义：在pH4.6时，仍分散在乳清中的蛋白质其粒子水合能力强，具高度分散性，在乳中呈典型的高分子溶液，甚至在等电点时仍保持分散状态分为对热稳定和对热不稳定的乳清蛋白，对热稳定的部分为多肽,如果将乳清调整pH为4.6-
14、4.7,煮沸20min，则对热不稳定的乳清蛋白分离出来，其中含白蛋白和球蛋白白蛋白：乳清在中性状态时，加入饱和(NH4)2SO4 或饱和MgSO4溶液进行盐析时，仍呈溶解状态而不析出的蛋白质又分为-乳白蛋白，-乳球蛋白和血清白蛋白,乳清蛋白（2）,球蛋白：乳清在中性状态时，加入饱和(NH4)2SO4 或饱和MgSO4溶液进行盐析时，析出而不呈溶解状态的乳清蛋白质.分为真球蛋白和假蛋白两种，与乳的免疫性有关，具有抗原作用，故亦称免疫球蛋白；初乳中含量比常乳中高，犊牛中从中获得大部分抗体,乳清蛋白小结（3）,乳清蛋白不耐热，在生产要尽量加以保护乳清蛋白在碱性条件下加热，发生氨基酸缩合反应，产物对人体肾脏有害在酸性条件下加热，溶解度较好，在含乳饮料中呈稳定状态（用脱盐乳清粉来配制酸性含乳饮料）,六、乳中的矿物质,表1 乳中的矿物质,乳中矿物质的意义,钙、磷等成分在营养上有重要意义盐类的构成及其状态对乳的物理化学性质有很大影响，加工时，盐类的平衡成为重要问题乳中某些金属尤其是铜和铁促进贮藏的乳制品产生异常气味,
