第二章-乳的化學(xué)組成第一頁，共46頁。第一節(jié)乳中各種成分的分散狀態(tài)1.乳中各種成分的分散狀態(tài)

乳是動物出生后短時間內(nèi)唯一的食物，其中含有水分、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、無機鹽、磷脂類、維生素、酶、免疫體、色素、氣體及動物體所需要的各種微量成分。從化學(xué)觀點看，乳是各種物質(zhì)的混合物，但實際上，它是一種復(fù)雜的具有膠體（colloid）特性的生物化學(xué)液體。所以也可以說，乳是一種復(fù)雜的分散系，在分散劑——水中，有以分子及離子狀態(tài)分散在其中的乳糖及鹽類，有成乳濁態(tài)（液）及懸浮狀態(tài)分散在其中的蛋白質(zhì)；還有一部分以乳濁液（emulsion）及懸浮液（suspension）狀態(tài)分散在乳中的脂肪。這些分散在分散劑——水中的成分（脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖、無機鹽）都稱為分散相或分散質(zhì)。第一頁第二頁，共46頁。真溶液膠體懸浮液高分子溶液乳濁液乳的分散體系乳糖、水溶性鹽類、水溶性維生素

乳白蛋白及乳球蛋白

酪蛋白

乳脂肪

第二頁第三頁，共46頁。1.1真溶液

乳中的乳糖、水溶性鹽類、水溶性維生素等呈分子或離子態(tài)分散于乳中，形成真溶液，其微粒直徑小于或接近1nm。

1.2高分子溶液

乳白蛋白及乳球蛋白呈大分子態(tài)分散于乳中，形成典型的高分子溶液，其微粒直徑為15~50nm。1.3膠體懸浮液

酪蛋白在乳中形成酪蛋白酸鈣-磷酸鈣復(fù)合體膠粒，從其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及分散度來看，它處于一種過渡狀態(tài)，一般把它列入膠體懸浮液的范疇。膠粒直徑為30~800nm，平均為100nm。1.4乳濁液

乳脂肪是以脂肪球的形式分散于乳中，形成乳濁液。脂肪球直徑為100~10000nm。此外，乳中還有的少量氣體部分以分子態(tài)溶于乳中，部分經(jīng)攪動后在乳中呈泡沫狀態(tài)。第三頁第四頁，共46頁。第二節(jié)乳中各種成分的含量1.正常牛乳的主要成分及含量

正常的牛乳，其中各種成分的含量大致是穩(wěn)定的，因此我們可以根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)來辨別乳的好壞。但當(dāng)受到各種因素的影響時，比如品種、個體、年齡、泌乳期、飼料、季節(jié)、氣溫、擠乳及牛體健康狀況等，其含量在一定范圍內(nèi)有所變動。

第四頁第五頁，共46頁。成分變動范圍（%）平均含量（%）成分變動范圍（%）平均含量（%）水分83~8985.7有機酸鹽0.1~0.50.3總干物質(zhì)11~1712.5灰分0.6~0.850.7脂肪2.7~6.03.8酶——磷脂0.02~0.080.05維生素A0.01~0.080.03固醇0.01~0.060.03維生素D——含氮化合物（3~4）維生素E0.05~0.250.15酪蛋白2.2~4.02.7維生素B10.03~0.060.05白蛋白0.2~0.60.4維生素B20.1~0.20.15球蛋白及其他蛋白質(zhì)0.05~0.20.2維生素C0.5~3.52.0非蛋白含氮物0.02~0.080.1維生素PP0.1~0.20.15乳糖4.0~5.64.7色素0.01~0.050.2無機鹽0.5~0.90.65氣體3~15ml7ml圖2-1牛乳的主要成分及其平均含量

第五頁第六頁，共46頁。2.牛乳加工處理后的名稱第六頁第七頁，共46頁。第三節(jié)乳的理化特性1.乳成分的化學(xué)性質(zhì)

1.1水分約占87~89%。其中溶解有有機質(zhì)、礦物質(zhì)和氣體等。可分為游離水（膨脹水）、結(jié)合水和結(jié)晶水等。1.2氣體CO2、N2、O2等。CO2為最多、N2次之、O2最少。一般乳中氣體的總量約為乳容積的5.7-8.6%。

第七頁第八頁，共46頁。1.3干物質(zhì)將牛乳干燥到恒重時所得到的殘渣叫做乳的干物質(zhì)。干物質(zhì)含量為11-13%，除隨水蒸氣揮發(fā)的物質(zhì)外，干物質(zhì)中含有乳的全部營養(yǎng)成分如脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖、維生素、無機鹽等。乳中干物質(zhì)的數(shù)量，隨乳成分的百分含量而變，尤其是乳脂肪在乳成分中是一個比較不穩(wěn)定的成分，對干物質(zhì)數(shù)值變化影響很大，因此在實際工中常用無脂干物質(zhì)作為指示。

計算公式：T=0.25L+1.2F±K式中：T-干物質(zhì)含量%F-脂肪含量%L-牛乳比重計讀數(shù)K—系數(shù)（根據(jù)各地條件，試驗求得）第八頁第九頁，共46頁。1.4乳脂肪

乳脂肪的組成與構(gòu)造中性脂肪形態(tài)存在。溶有磷脂、甾醇、色素及脂溶性維生素等。乳脂肪是由一個甘油分子與三個脂肪酸所組成的甘油酯的混合物，其中最主要的為甘油三酸酯：CH2O[H]RCO[OH]CH2OCOR

CHOH+R1COOH→CHOCOR1+3H2O

CH2OHR2COOHCH2OCOR2

甘油脂肪酸乳脂肪

脂肪酸分為以下三類:

第一類，是水溶性揮發(fā)性脂肪酸，其代表為丁酸、已酸、辛酸和葵酸。

第二類，是非水溶性揮發(fā)性脂肪酸，其代表為十二葵酸。

第三類，是非水溶性不揮發(fā)性脂肪酸，其代表為十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸、二十烷酸、十八碳烯酸和十八碳二烯酸。第九頁第十頁，共46頁。

比重和折射率:在15℃時與同溫度同體積水之比。

酸價:用KOH中和1g油脂中游離脂肪酸時，所需KOH的

質(zhì)量毫克。

皂化價：指皂化1g脂肪酸所消耗KOH的毫升數(shù)。

碘價：指100g脂肪中使不飽和脂肪酸轉(zhuǎn)化為飽和脂肪酸

所需的碘克數(shù)。

水溶性揮發(fā)性脂肪酸值:是指中和5g脂肪，蒸餾出來的

揮發(fā)性脂肪酸所消耗的0.1N堿溶液的容積毫米。

波連斯克值:是指以中和5g脂肪中所含非水溶性揮發(fā)性

脂肪酸所消耗的0.1N堿溶液的毫升數(shù)。

基爾希納值:是指100g脂肪中非水溶性脂肪酸的總數(shù)。

乳脂肪的理化指標(biāo)及特性第十頁第十一頁，共46頁。乳脂肪的特點

乳脂肪中短鏈低級揮發(fā)性脂肪酸含量達14%左右。乳脂肪易受光和、空氣中的氧、熱、金屬銅、鐵作用而氧化，從而發(fā)生脂肪氧化味。乳脂肪易在解酯酶及微生物作用下而發(fā)生水解，水解結(jié)果使酸度升高。乳脂肪易吸收周圍環(huán)境中的其他氣味，如飼料味、牛舍味、柴油味及香脂味等等。乳脂肪在5℃以下呈固態(tài)，11℃以下呈半固態(tài)。第十一頁第十二頁，共46頁。影響乳脂肪理化指標(biāo)的因素

乳脂肪的理化指標(biāo)，可能和平均值有很大的差異。這是因為乳腺在合成乳脂肪時，成分及性質(zhì)受許多因素的影響，其中最主要的因素是飼料、外界條件、牲畜的生理狀態(tài)和泌乳期等。第十二頁第十三頁，共46頁。乳脂肪球及脂肪球膜

乳中脂肪是以微小脂肪球的狀態(tài)分散于乳中，呈一種水包油型乳濁液。脂肪球表面被脂肪球膜包裹著，使脂肪在乳中保持穩(wěn)定的乳濁液狀態(tài)，并使各個脂肪球獨立地分散于乳中。脂肪球的表面存在有以層由卵磷脂和蛋白質(zhì)等所構(gòu)成的薄膜。第十三頁第十四頁，共46頁。測定脂肪的原則由于乳脂肪的乳濁態(tài)相當(dāng)穩(wěn)定，所以測定乳脂肪時，首先應(yīng)把脂肪球膜加以破壞，這一點可以借助于醇、酸、堿等化學(xué)處理方法來達到破壞脂肪球膜的目的。第十四頁第十五頁，共46頁。1.5磷脂類及甾醇

磷脂類：按其化學(xué)成分來看很接近脂肪。它由甘油、脂肪酸、磷酸和含氮物組成。甾醇：乳中含有少量的甾醇類，以游離狀態(tài)存在，其中主要為膽甾醇（C27H45OH）。第十五頁第十六頁，共46頁。1.6乳糖

乳糖是哺乳動物乳腺特有的產(chǎn)物，在動物其他器官中不存在。乳糖是一種雙糖，在水解時生成葡萄糖和半乳糖。牛乳中約含4.5%，占總干物質(zhì)的38~39%。乳糖的甜味較蔗糖弱，在水中的溶解度比蔗糖差。乳糖分類α乳糖β乳糖α乳糖水合物α乳糖無水物第十六頁第十七頁，共46頁。乳糖不適癥乳糖需經(jīng)位于小腸粘膜上皮細(xì)胞的?-半乳糖苷酶水解成半乳糖和葡萄糖后才能被人體吸收利用。乳糖不耐癥是由于小腸粘膜上乳糖酶活力較低所致，乳糖得不到水解，小腸內(nèi)乳糖濃度提高，使?jié)B透壓增高，從而導(dǎo)致進入腸腔內(nèi)的水分含量提高，其產(chǎn)生的癥狀是腹部壓力增高、氣脹、腹痛和腹瀉。絕大多數(shù)哺乳動物出生之后小腸粘膜乳糖酶活性較高，可以消化吸收來自母乳或其他乳制品的乳糖，斷乳之后，乳糖酶活性隨年齡增長逐漸下降，到成人之后其酶活性僅為正常嬰兒水平的5%~10％，并發(fā)展成為乳糖不耐癥。第十七頁第十八頁，共46頁。乳糖的生理功能乳糖能為機體提供能量。乳糖可促進鈣的吸收。整腸作用。參與細(xì)胞組成和細(xì)胞活動。促進智力發(fā)育。乳糖在脂肪代謝上具有一定作用。對糖尿病患者的作用。第十八頁第十九頁，共46頁。乳中的其他碳水化合物乳中除了乳糖外還含有少量碳水化合物。其中已被證實的有葡萄糖、果糖、低聚糖和己糖。第十九頁第二十頁，共46頁。1.7蛋白質(zhì)

乳蛋白（4.3%）：酪蛋白（83%）乳白蛋白（12%）乳球蛋白（4%）多肽等牛乳中最有價值的成分乳清蛋白

第二十頁第二十一頁，共46頁。1.7.1酪蛋白牛乳含氮物中，在pH4.6沉淀的部分為酪蛋白。酪蛋白是乳中一大類蛋白質(zhì)的總稱。酪蛋白很容易形成含有幾種不同類型分子的聚合物。由于酪蛋白分子上存在大量親水基和憎水基以及電離化基團，因此由酪蛋白形成的分子聚合物十分特殊，該分子聚合物由數(shù)百乃至數(shù)千個單個分子構(gòu)成，并且形成膠體溶液，這種結(jié)構(gòu)使得脫脂乳帶有藍(lán)白色的色澤。這一分子混合物是酪蛋白膠束，大小在0.4μm。第二十一頁第二十二頁，共46頁。酪蛋白的組成酪蛋白以膠束狀態(tài)存在于乳中，是以含磷蛋白質(zhì)為主要的幾種蛋白質(zhì)的復(fù)合體。酪蛋白分為：α-酪蛋白和β-酪蛋白。α-酪蛋白鈣不溶性（αs-酪蛋白）鈣可溶性κ-酪蛋白γ（λ）-酪蛋白β-酪蛋白分為A1、A2、A3、Bαs1αs2αs3…..第二十二頁第二十三頁，共46頁。酪蛋白的性質(zhì)牛乳酪蛋白是以酪蛋白膠束狀態(tài)而存在，另外再與磷酸鈣形成復(fù)合體，稱為酪蛋白磷酸鈣。其中含酪蛋白酸鈣95.2%，磷酸鈣4.8%。在電子顯微鏡中觀察，基本形成直徑為30-300nm的球狀。第二十三頁第二十四頁，共46頁。酪蛋白膠束的結(jié)構(gòu)酪蛋白膠束的結(jié)構(gòu)酪蛋白膠束的結(jié)構(gòu)，許多學(xué)者提出各自的理論。Payen(1966)認(rèn)為，酪蛋白中的β-酪蛋白以細(xì)絲狀態(tài)形成網(wǎng)目結(jié)構(gòu)。并將αs-酪蛋白包圍；另外，在其外側(cè)有κ-酪蛋白。Waugh（1970）認(rèn)為，αs-酪蛋白成玫瑰花的放射狀聚合，各個玫瑰花形的αs-酪蛋白由鈣進行凝集，外側(cè)由κ-酪蛋白覆蓋，以防止進一步凝集。因此成為穩(wěn)定的膠體狀態(tài)存在于乳中。第二十四頁第二十五頁，共46頁。亞酪蛋白膠束的結(jié)構(gòu)圖亞酪蛋白膠束

有三種酪蛋白：αs-酪蛋白、κ-酪蛋白和?-酪蛋白，每種酪蛋白有2~4種遺傳性變異體，變異體間的差別僅為幾個氨基酸的不同。事實上，這三種蛋白質(zhì)一般有1個或2個含有羥基的氨基酸與磷酸發(fā)生酯化，磷酸能與鈣、鎂或其他鹽在分子內(nèi)或分子間發(fā)生鍵合。κ-酪蛋白伸長鏈磷酸基憎水核第二十五頁第二十六頁，共46頁。酪蛋白與酸堿的反應(yīng)酪蛋白屬于兩性電解質(zhì)，它在溶液中既具有酸性也具有堿性，也就是說它能形成兩性離子。當(dāng)酪蛋白與酸發(fā)生反應(yīng)時，酪蛋白本身具有堿的作用，于是酪蛋白與酸結(jié)合生成酸性酪蛋白。當(dāng)酪蛋白中加入堿時，則酪蛋白具有酸的作用。酪蛋白與堿結(jié)合生成一種鹽，形成一種近乎透明的溶液。第二十六頁第二十七頁，共46頁。酪蛋白與醛反應(yīng)酪蛋白除與酸堿能起作用外，并可與醛基反應(yīng)。但由于所處環(huán)境不同，其性質(zhì)也有區(qū)別。當(dāng)酪蛋白在弱酸介質(zhì)中與甲醛反應(yīng)時，則形成亞甲基橋，可將兩個分子的酪蛋白連接起來。當(dāng)酪蛋白在堿性介質(zhì)中與甲醛反應(yīng)時，則生成亞甲基衍生物。第二十七頁第二十八頁，共46頁。酪蛋白與糖的反應(yīng)自然界中的全糖、葡萄糖、轉(zhuǎn)化糖等與酪蛋白作用后變成氨基糖而產(chǎn)生芳香味。這作用也表現(xiàn)于產(chǎn)生色素方面，可使食品具有一種顏色如黑色素。酪蛋白與乳糖的反應(yīng)，在乳制品工業(yè)中具有特殊的指導(dǎo)意義。乳品（如乳粉、乳蛋白粉和其他乳制品）在長期貯存中，乳糖與酪蛋白發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生顏色、風(fēng)味及改變營養(yǎng)價值。在貯存中如有氧存在時，則能加速這種變化。因此貯存乳粉應(yīng)保持在真空狀態(tài)。第二十八頁第二十九頁，共46頁。酪蛋白的酸凝固牛乳中的酪蛋白以酪蛋白酸鈣的形式存在。當(dāng)加入酸時，酪蛋白酸鈣的鈣被酸奪取，漸漸地生成游離的酪蛋白，達到等電點時，鈣完全被分離，游離的酪蛋白凝固而沉淀。第二十九頁第三十頁，共46頁。酪蛋白的皺胃酶凝固犢牛第四胃中所含的一種酶能使乳汁凝固，這種酶通常稱為皺胃酶。如果沒有這種酶時，乳在胃中經(jīng)過后即行流失無法消化，所以皺胃酶有使乳汁從液體變?yōu)槟龎K，并發(fā)生收縮作用而排除乳清的作用。一般認(rèn)為，皺胃酶在酪蛋白的磷酸酰胺鍵水解時起接觸作用。磷酸酰胺鍵的斷裂并不同時發(fā)生磷酸的分離，因為皺胃酶沒有磷酸酯酶的活性，而是當(dāng)酪蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)楦崩业鞍缀?，分子的一端產(chǎn)生游離胍基和另一端游離磷酸基。第三十頁第三十一頁，共46頁。皺胃酶的凝乳原理皺胃酶與酪蛋白的專一性結(jié)合使牛乳凝固。皺胃酶對酪蛋白的凝固可分為兩個過程：①酪蛋白在皺胃酶的作用下，形成副酪蛋白，此過程稱為酶性變化；②產(chǎn)生的副酪蛋白在游離鈣的存在下，在副酪蛋白分子間形成“鈣橋”，使副酪蛋白的微粒發(fā)生團聚作用而產(chǎn)生凝膠體，此過程稱為非酶變化。第三十一頁第三十二頁，共46頁。酪蛋白的鈣凝固鈣和磷的含量直接影響乳汁中酪蛋白微粒的大小，也就是大的微粒要比小的微粒含有較多量的鈣和磷。由于乳汁中的鈣和磷呈平衡狀態(tài)存在，所以鮮乳中的酪蛋白微粒具有一定的穩(wěn)定性。當(dāng)向乳中加入氯化鈣時，則能破壞平衡狀態(tài)，因此在加熱時使酪蛋白發(fā)生凝固現(xiàn)象。第三十二頁第三十三頁，共46頁。1.8乳清蛋白向乳中加酸達到酪蛋白的等電點時，酪蛋白沉淀出來，而其他蛋白質(zhì)則仍留在乳清中，如果將乳清煮沸，并同時調(diào)整pH為4.6~4.7，則乳清蛋白也就沉淀出來，其中包括白蛋白、球蛋白等。乳清蛋白白蛋白：α-乳白蛋白（19%）、β-乳白蛋白、血清白蛋白

球蛋白：β-乳球蛋白（48%）、免疫球蛋白（8%）其他：乳鐵蛋白、過氧化物酶、溶菌酶、酪蛋白聚肽、脂肪球膜蛋白、生長因子等。第三十三頁第三十四頁，共46頁。β-乳球蛋白乳球蛋白是必需氨基酸和支鏈氨基酸的極好來源，具有很強的與松香油和脂肪酸結(jié)合的結(jié)合段，一般被用作功能性配料使用。據(jù)最近在北卡羅來納州大學(xué)的東南乳品研究中心進行的研究顯示，β-乳球蛋白能夠?qū)χ苄誀I養(yǎng)素如維生素A和維生素E進行預(yù)結(jié)合，從而促進了人們的吸收。利用凝膠功能和包水性作為添加劑,用于甜點、調(diào)料和涂抹性食品中。第三十四頁第三十五頁，共46頁。α-乳白蛋白

α-乳白蛋白是一種唯一能結(jié)合鈣的乳清蛋白成分。最近的研究發(fā)現(xiàn)，它可能具有抗癌功能。此外，由于從牛奶分離出來的乳白蛋白在氨基酸比例和結(jié)構(gòu)方面，以及在功能特性上與人乳都非常相似。第三十五頁第三十六頁，共46頁。乳鐵蛋白乳鐵蛋白在牛奶中的平均質(zhì)量濃度為0.1g/L；在乳清蛋白產(chǎn)品中，其質(zhì)量濃度可高達30-100g/L。其活性包括：抗細(xì)菌性，抑制游離基形成，調(diào)節(jié)人體鐵質(zhì)轉(zhuǎn)移，促進細(xì)胞生長并提高免疫能力，促進雙歧桿菌增殖，并可作為抗氧化劑。

第三十六頁第三十七頁，共46頁。生長因子生長因子是一組乳清成分的統(tǒng)稱。已經(jīng)證實，這些生長因子能夠在慢性、非治療傷口如糖尿病潰瘍的傷口修復(fù)時促進細(xì)胞生長。同時，乳清生長因子提取物也可應(yīng)用于治療腸道疾病和修補傷口。在最近的一項研究中發(fā)現(xiàn)，攝入乳清蛋白能減少因化學(xué)藥物療法而誘發(fā)對小腸的損害，表明其可進行治療腸道粘液癥的臨床試驗。第三十七頁第三十八頁，共46頁。乳清蛋白的突出功能特性成膠性。攪打起泡性新型乳化性涂層性微膠束化第三十八頁第三十九頁，共46頁。乳清蛋白的應(yīng)用在焙烤食品中的應(yīng)用在酸奶中的應(yīng)用在于酪生產(chǎn)中的應(yīng)用在冰淇淋生產(chǎn)中的應(yīng)用在配方食品中的應(yīng)用第三十九頁第四十頁，共46頁。1.8乳中酶

乳中的酶也稱為生物催化劑。乳中存在各種酶，其來源有兩種：一種是由乳腺所分泌，另一種