二乳的化学成分及其性质

二、乳的化学成分及其性质 （三）乳糖 (Lactose) 是哺乳动物乳汁中特有的糖类。牛乳中 约含有乳糖 4.6% 4.7%，全部呈溶解状 态。乳糖为 D-葡萄糖与 D-半乳糖以 -1， 4键结合的二糖，又称为 1,4- 半乳糖苷 葡萄糖。因其分子中有羰基，属还原糖。 乳糖有 -乳糖和 -乳糖两种异构体。 -乳 糖很易与一分子结晶水结合，变为 -乳 糖水合物（ -Lactose Monohydrate），所 以乳糖实际上共有三种构型。 甜炼乳中 的乳糖大部分呈结晶状态，结晶的大小 直接影响炼乳的口感，而结晶的大小可 根据乳糖的溶解度与温度的关系加以控 制。 -乳糖及 -乳糖在水中的溶解度也随温度而 异 。 -乳糖溶解于水中时逐渐变成 -型 。 因 为 -型乳糖较 -型乳糖易溶于水 ， 所以乳糖 最初溶解度并不稳定 ， 而是逐渐增加 ， 直至 -型与 -型平衡为止 。 乳中除了乳糖外还含有少量其他的碳水化合物 。 例如在常乳中含有极少量的葡萄糖 、 半乳糖 。 另外 ， 还含有微量的果糖 、 低聚糖 、 巳糖胺 。 一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， 称其为乳糖不耐症。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 )乳中的无机物 牛乳中的无机物 （ Inorganic Salts） 亦 称为矿物质 ， 是指除碳 、 氢 、 氧 、 氮以 外的各种无机元素 ， 主要有磷 、 钙 、 镁 、 氯 、 钠 、 硫 、 钾等 。 此外还有一些微量 元素 。 通常牛乳中无机物的含量为 0.35% 1.21%， 平均为 0.7%左右 。 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 。 牛乳中主要无机物含量 见表 5-2。 表 5-2 牛乳中的主要无机成分的含量 （ mg/100mL牛乳） 项目 钾 钠 钙 镁 磷 硫 氯 牛乳 158 54 109 14 91 5 99 乳中的矿物质大部分以无机盐或有机盐 形式存在。其中以磷酸盐、酪酸盐和柠 檬酸盐存在的数量最多。钠的大部分是 以氯化物、磷酸盐和柠檬酸盐的离子状 态存在。而钙、镁与酪蛋白、磷酸和柠 檬酸结合，一部分呈胶体状态，另一部 分呈溶解状态。磷是乳中磷蛋白和磷脂 的成分。 牛乳中的盐类含量虽然很少，但对乳品加工， 特别是对热稳定性起着重要作用。牛乳中的盐 类平衡，特别是钙、镁等阳离子与磷酸、柠檬 酸等阴离子之间的平衡，对于牛乳的稳定性具 有非常重要的意义。当受季节、饲料、生理或 病理等影响，牛乳发生不正常凝固时，往往是 由于钙、镁离子过剩，盐类的平衡被打破的缘 故。此时，可向乳中添加磷酸及柠檬酸的钠盐， 以维持盐类平衡，保持蛋白质的热稳定性。生 产炼乳时常常利用这种特性。 乳与乳制品的营养价值 ， 在一定程度上受矿物质的影 响 。 以钙而言 ， 由于牛乳中的钙的含量较人乳多 3 4 倍 ， 因此牛乳在婴儿胃内所形成的蛋白凝块相对人乳 比较坚硬 ， 不易消化 。 为了消除可溶性钙盐的不良影 响 ， 可采用离子交换的方法 ， 将牛乳中的钙除去 50%， 从而使凝块变得很柔软 ， 便于消化 。 但在加工上如缺 乏钙时 ， 对乳的加工特性就会发生不良影响 ， 尤其不 利于干酪的制造 。 牛乳中铁的含量为 10 90g/100ml， 较人乳中少 ， 故 人工哺育幼儿时应补充铁 。 （五）乳中的维生素 牛乳含有几乎所有已知的维生素。牛乳 中的维生素包括脂溶性维生素 A、 D、 E、 K和水溶性的维生素 B1、 B2、 B6、 B12、 C 等两大类。牛乳中的维生素，部分来自 饲料中的维生素，如维生素 E；有的要靠 乳牛自身合成，如 B族维生素。 （六）乳中的酶类 牛乳中酶类的来源有三个： 乳腺分泌； 挤乳后由于微生物代谢生成； 由于白血球崩坏而生成。牛乳中的酶 种类很多，但与乳品生产有密切关系的 主要为水解酶类和氧化还原酶类。 1.水解酶类 脂酶 牛乳中的脂酶 （ Lipase） 至少有两种 ， 一是只附在脂肪球膜间的膜脂酶 （ Membrane Lipase） ， 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 （ Plasma Lipase） 。 脂酶的分子量一般为 7000 8000，最适作用温 度为 37 ，最适 pH9.0 9.2。钝化温度至少 80 85 。钝化温度与脂酶的来源有关。来源 于微生物的脂酶耐热性高，已经钝化的酶有恢 复活力的可能。乳脂肪在脂酶的作用下水解产 生游离脂肪酸，从而使牛乳带上脂肪分解的酸 败气味（ Acid Flavor），这是乳制品，特别是 奶油生产上常见的缺陷。为了抑制脂酶的活性， 在奶油生产中，一般采用不低于 80 85 的高 温或超高温处理。 另外，加工过程也能使脂酶增加其作用 机会。例如均质处理，由于破坏脂肪球 膜而增加了脂酶与乳脂肪的接触面，使 乳脂肪更易水解，故均质后应及时进行 杀菌处理；其次，牛乳多次通过乳泵或 在牛乳中通入空气剧烈搅拌，同样也会 使脂酶的作用增加，导致牛乳风味变劣。 磷酸酶 牛乳中的磷酸酶（ Phosphatase）有两种： 一种是酸性磷酸酶， 存在于乳清中；另 一种为碱性磷酸酶，吸附于脂肪球膜处。 其中碱性磷酸酶的最适 pH值为 7.6 7.8， 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。 蛋白酶 牛乳中的蛋白酶分别来自乳本身和污染的微生 物 。 乳中蛋白酶多为细菌性酶 ， 细菌性的蛋白 酶使蛋白质水解后形成蛋白胨 、 多肽及氨基酸 。 其中由乳酸菌形成的蛋白酶在乳中 ， 特别是在 干酪中具有非常重要的意义 。 蛋白酶在高于 75 80 的温度中即被破坏 。 在 70 以下时 ， 可以稳定地耐受长时间的加热；在 37 42 时 ， 这种酶在弱碱性环境中作用最大 ， 中性及 酸性环境中作用减弱 。 2.氧化还原酶 主要包括过氧化氢酶 、 过氧化物酶和还 原酶 。 过氧化氢酶 牛乳中的过氧化氢酶 （ Catalase） 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 。 所 以 ， 利用对过氧化氢酶的测定可判定牛 乳是否为乳房炎乳或其它异常乳 。 经 65 /30min加热 ， 过氧化氢酶的 95 会 钝化；经 75 ,20min加热 ， 则 100 钝化 。 过氧化物酶 过氧化物酶（ Peroxidase）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、 芳香胺及某些化合物氧化。过氧化物酶 主要来自于白血球的细胞成分，其数量 与细菌无关，是乳中固有的酶。 过氧化物酶作用的最适温度为 25 ，最 适 pH值是 6.8,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。 但经过 85 /10s处理后的牛乳 ,若在 20 贮藏 24h或 37 贮藏 4h，会发现已钝化的 过氧化物酶重新复活的现象。 还原酶 上述几种酶是乳中固有的酶 ， 而还原酶 则是挤乳后进入乳中的微生物的代谢产 物 。 还原酶 （ Reductase） 能使甲基蓝还 原为无色 。 乳中的还原酶的量与微生物 的污染程度成正相关 ， 因此可通过测定 还原酶的活力来判断乳的新鲜程度 。 （七）乳中的其他成分 除上述成分外，乳中尚有少量的有机酸、 气体、色素、细胞成分、风味成分及激 素等。 1.有机酸 乳中的有机酸主要是柠檬酸等 。 在酸败 乳及发酵乳中 ， 在乳酸菌的作用下 ， 马 尿酸可转化为苯甲酸 。 乳中柠檬酸的含量 0.07% 0.40%，平均 为 0.18%，以盐类状态存在。 除了酪蛋 白胶粒成分中的柠檬酸盐外，还存在有 分子、离子状态的柠檬酸盐，主要为柠 檬酸钙。柠檬酸对乳的盐类平衡及乳在 加热、冷冻过程中的稳定性均起重要作 用。同时，柠檬酸还是乳制品芳香成分 丁二酮的前体。 2.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。 3.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 红血球 。 牛乳中的细胞含量的多少是衡 量乳房健康状况及牛乳卫生质量的标志 之一 ， 一般正常乳中细胞数不超过 50万 个 mL。 第二节 乳中各成份的分散状态 乳中含有多种化学成份 ， 其中水是分散 剂 ， 其它各种成份如脂肪 、 蛋白质 、 乳 糖 、 无机盐等呈分散质分散在水中 ， 形 成一种复杂的具有胶体特性的生物学液 体分散体系 ,见图 5-3。 一、呈乳浊液与悬浮液状态分 散在乳中的物质 分散质粒子的直径在 0.1m以上的液体可分乳浊液和悬 浊液两种 。 分散质是液体的则属于乳浊液 。 牛乳的脂 肪在常温下呈液态的微小球状分散在乳中 ， 球的直径 平径 3m左右 ， 可以在显微镜下明显地看到 ， 所以牛乳 中的脂肪球即为乳浊液的分散质 。 如将牛乳或稀奶油进行低温冷藏 ， 则最初是液态的脂 肪球凝固成固体 ， 即成为分散质为固态的悬浮液 。 用 稀奶油制造奶油时 ， 需将稀奶油在 5 10 左右进行成 熟 ， 使稀奶油中的脂肪球从乳浊态变成悬浮态 。 这在 制造奶油时 ， 是一项重要的操作过程 。 二、呈乳胶态与悬浮态分散在 乳中的物质 粒子的直径自 0.1m至 1nm的称为胶态 （ Colloid） 。 胶态的分散体系也称为胶 体溶液 （ Colloidal Solution） 。 胶体 溶液中的分散质叫做胶体粒子 ， 乳中属 于胶态的有乳胶态和胶体悬浮态 。 分散质是液体或者即使分散质是固体， 但粒子周围包有液体皮膜都称为乳胶体。 分散在牛乳中的酪蛋白颗粒，其粒子大 小大部分为 5 15nm，乳白蛋白的粒子为 1.5 5nm，乳球蛋白的粒子为 2 3nm， 这些蛋白质都以乳胶体状态分散。此外， 脂肪球中凡在 0.1m以下的也称乳胶体， 牛乳中二磷酸盐、三磷酸盐等磷酸盐的 一部分，也以悬浮液胶体状态分散于乳 中。 三、呈分子或离子状态（溶质） 分散在乳中的物质 凡粒子直径在 1nm以下 ， 形成分子或离子 状态存在的分散系称为真溶液 。 牛乳中 以分子或离子状态存在的溶质有磷酸盐 的一部分和柠檬酸盐 、 乳糖及钾 、 钠 、 氯等 。 第三节 乳的物理性质 乳的物理性质对选择正确的工艺条件 ， 鉴定乳的品质具有重要的意义 。 下面分 别简述牛乳的主要物理性质 。 一、乳的色泽及光学性质 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萤光性黄绿色。 牛乳的折射率由于有溶质的存在而比水 的折射率大 ， 但在全乳脂肪球的不规则 反射影响下 ， 不易正确测定 。 由脱脂乳 测得的较准确 ， 折射率为 =1.344 1.348， 此值与乳固体的含量有比例关 系 ， 由此可判定牛乳是否掺水 。 二、乳的滋味与气味 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、气味的主要构 成成分。 这种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。牛乳除了原 有的香味之外很容易吸收外界的各种气味。所 以挤出的牛乳如在牛舍中放置时间太久会带有 牛粪味或饲料味，贮存器不良时则产生金属味， 消毒温度过高则产生焦糖味。所以每一个处理 过程都必须注意周围环境的清洁以及各种因素 的影响。 新鲜纯净的乳稍带甜味，这是由于乳中 含有乳糖。乳中除甜味外，因其中含有 氯离子，所以稍带咸味。常乳中的咸味 因受乳糖、脂肪、蛋白质等所调和而不 易觉察，但异常乳如乳房炎乳中氯的含 量较高，故有浓厚的咸味。乳中的苦味 来自 Mg2+、 Ca2+，而酸味是由柠檬酸及 磷酸所产生。 三、乳的酸度和氢离子浓度 刚挤出的新鲜乳若以乳酸度计 ， 酸度为 0.15 0.18 （ 16 18 OT） ， 固有酸 度或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 ， 其中来源于 CO2占 0.01%-0.02% （ 2 3 OT） ， 乳蛋白占 0.05%-0.08% （ 3 4 OT） ， 柠檬酸盐占 0.01%和磷酸 盐 0.06% 0.08%部分 （ 10 12 OT） 。 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 。 固有 酸度和发酵酸度之和称为总酸度 。 一般 条件下 ， 乳品工业所测定的酸度就是总 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）来表示。 1吉尔涅尔度（ 0T） 取 10mL牛乳，用 20ml蒸馏水稀释，加入 0.5的酚酞指示剂 0.5mL，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 oT。 2 乳酸度（乳酸） 用乳酸量表示酸度时 ， 按上述方法测定 后用下列公式计算： 乳酸 (%)= 100 比重毫升数供试牛乳重量 毫升数 ()( 0 . 0 0 9 Na OH 0 . 1 m o l / L g 3 pH值 酸度可用氢离子浓度指数 （ pH值 ） 表示 ， 正常新鲜牛乳的 pH值为 6.5 6.7， 一般 酸败乳或初乳的 pH值在 6.4以下 ， 乳房炎 乳或低酸度乳 pH值在 6.8 以上 。 滴定酸度可以及时反映出乳酸产生的程 度 ， 而 pH值则不呈现规律性的关系 ， 因 此生产中广泛地采用测定滴定酸度来间 接掌握乳的新鲜度 。 乳酸度越高 ， 乳对 热的稳定性就越低 。 四、乳的比重和密度 15 时 ， 正常乳的比重平均为 1.032；在 20 时正常乳的密度平均为 1.030。 在同 温度下乳的密度较比重小 0.0019， 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 1 实测 值就减少或增加 0.0002。 乳的相对密度在挤乳后 1h内最低，其后 逐渐上升，最后可大约升高 0.001左右， 这是由于气体的逸散、蛋白质的水合作 用及脂肪的凝固使容积发生变化的结果。 故不宜在挤乳后立即测试比重。 五、乳的热学性质 1 乳的冰点 牛乳的冰点一般为 - 0.525 -0.565 ， 平均为 -0.540 。 牛乳中的乳糖和盐类是导致冰点下降的 主要因素 。 正常的牛乳其乳糖及盐类的 含量变化很小 ， 所以冰点很稳定 。 可根 据冰点变动用下列公式来推算掺水量： 式中： x-掺水量（）； T-正常乳的冰点； T1 被检乳的冰点 酸败的牛乳其冰点会降低，所以测定冰点必 须要求牛乳的酸度在 20 T 以内。 1001 T TTX 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 牛乳的比热为其所含各成分之比的总和。 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，由此及乳成分之含量百分比 计算得牛乳的比热约为 3.89kJ 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：牛乳为 3.94 3.98k kg.k， 稀奶油为 3.68 3.77k kg.k，干酪为 2.34 2.51k /kg k,炼乳为 2.18-2.35k kg.k，加糖乳粉为 1.84 2.011k kg.k。