第二章-乳的化学组成

第二章-乳的化学组成第一页，共46页。第一节乳中各种成分的分散状态1.乳中各种成分的分散状态

乳是动物出生后短时间内唯一的食物，其中含有水分、蛋白质、脂肪、碳水化合物、无机盐、磷脂类、维生素、酶、免疫体、色素、气体及动物体所需要的各种微量成分。从化学观点看，乳是各种物质的混合物，但实际上，它是一种复杂的具有胶体（colloid）特性的生物化学液体。所以也可以说，乳是一种复杂的分散系，在分散剂——水中，有以分子及离子状态分散在其中的乳糖及盐类，有成乳浊态（液）及悬浮状态分散在其中的蛋白质；还有一部分以乳浊液（emulsion）及悬浮液（suspension）状态分散在乳中的脂肪。这些分散在分散剂——水中的成分（脂肪、蛋白质、乳糖、无机盐）都称为分散相或分散质。第一页第二页，共46页。真溶液胶体悬浮液高分子溶液乳浊液乳的分散体系乳糖、水溶性盐类、水溶性维生素

乳白蛋白及乳球蛋白

酪蛋白

乳脂肪

第二页第三页，共46页。1.1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。

1.2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，其微粒直径为15~50nm。1.3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，从其结构、性质及分散度来看，它处于一种过渡状态，一般把它列入胶体悬浮液的范畴。胶粒直径为30~800nm，平均为100nm。1.4乳浊液

乳脂肪是以脂肪球的形式分散于乳中，形成乳浊液。脂肪球直径为100~10000nm。此外，乳中还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。第三页第四页，共46页。第二节乳中各种成分的含量1.正常牛乳的主要成分及含量

正常的牛乳，其中各种成分的含量大致是稳定的，因此我们可以根据这一标准来辨别乳的好坏。但当受到各种因素的影响时，比如品种、个体、年龄、泌乳期、饲料、季节、气温、挤乳及牛体健康状况等，其含量在一定范围内有所变动。

第四页第五页，共46页。成分变动范围（%）平均含量（%）成分变动范围（%）平均含量（%）水分83~8985.7有机酸盐0.1~0.50.3总干物质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维生素A0.01~0.080.03固醇0.01~0.060.03维生素D——含氮化合物（3~4）维生素E0.05~0.250.15酪蛋白2.2~4.02.7维生素B10.03~0.060.05白蛋白0.2~0.60.4维生素B20.1~0.20.15球蛋白及其他蛋白质0.05~0.20.2维生素C0.5~3.52.0非蛋白含氮物0.02~0.080.1维生素PP0.1~0.20.15乳糖4.0~5.64.7色素0.01~0.050.2无机盐0.5~0.90.65气体3~15ml7ml图2-1牛乳的主要成分及其平均含量

第五页第六页，共46页。2.牛乳加工处理后的名称第六页第七页，共46页。第三节乳的理化特性1.乳成分的化学性质

1.1水分约占87~89%。其中溶解有有机质、矿物质和气体等。可分为游离水（膨胀水）、结合水和结晶水等。1.2气体CO2、N2、O2等。CO2为最多、N2次之、O2最少。一般乳中气体的总量约为乳容积的5.7-8.6%。

第七页第八页，共46页。1.3干物质将牛乳干燥到恒重时所得到的残渣叫做乳的干物质。干物质含量为11-13%，除随水蒸气挥发的物质外，干物质中含有乳的全部营养成分如脂肪、蛋白质、乳糖、维生素、无机盐等。乳中干物质的数量，随乳成分的百分含量而变，尤其是乳脂肪在乳成分中是一个比较不稳定的成分，对干物质数值变化影响很大，因此在实际工中常用无脂干物质作为指示。

计算公式：T=0.25L+1.2F±K式中：T-干物质含量%F-脂肪含量%L-牛乳比重计读数K—系数（根据各地条件，试验求得）第八页第九页，共46页。1.4乳脂肪

乳脂肪的组成与构造中性脂肪形态存在。溶有磷脂、甾醇、色素及脂溶性维生素等。乳脂肪是由一个甘油分子与三个脂肪酸所组成的甘油酯的混合物，其中最主要的为甘油三酸酯：CH2O[H]RCO[OH]CH2OCOR

CHOH+R1COOH→CHOCOR1+3H2O

CH2OHR2COOHCH2OCOR2

甘油脂肪酸乳脂肪

脂肪酸分为以下三类:

第一类，是水溶性挥发性脂肪酸，其代表为丁酸、已酸、辛酸和葵酸。

第二类，是非水溶性挥发性脂肪酸，其代表为十二葵酸。

第三类，是非水溶性不挥发性脂肪酸，其代表为十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸、二十烷酸、十八碳烯酸和十八碳二烯酸。第九页第十页，共46页。

比重和折射率:在15℃时与同温度同体积水之比。

酸价:用KOH中和1g油脂中游离脂肪酸时，所需KOH的

质量毫克。

皂化价：指皂化1g脂肪酸所消耗KOH的毫升数。

碘价：指100g脂肪中使不饱和脂肪酸转化为饱和脂肪酸

所需的碘克数。

水溶性挥发性脂肪酸值:是指中和5g脂肪，蒸馏出来的

挥发性脂肪酸所消耗的0.1N碱溶液的容积毫米。

波连斯克值:是指以中和5g脂肪中所含非水溶性挥发性

脂肪酸所消耗的0.1N碱溶液的毫升数。

基尔希纳值:是指100g脂肪中非水溶性脂肪酸的总数。

乳脂肪的理化指标及特性第十页第十一页，共46页。乳脂肪的特点

乳脂肪中短链低级挥发性脂肪酸含量达14%左右。乳脂肪易受光和、空气中的氧、热、金属铜、铁作用而氧化，从而发生脂肪氧化味。乳脂肪易在解酯酶及微生物作用下而发生水解，水解结果使酸度升高。乳脂肪易吸收周围环境中的其他气味，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。第十一页第十二页，共46页。影响乳脂肪理化指标的因素

乳脂肪的理化指标，可能和平均值有很大的差异。这是因为乳腺在合成乳脂肪时，成分及性质受许多因素的影响，其中最主要的因素是饲料、外界条件、牲畜的生理状态和泌乳期等。第十二页第十三页，共46页。乳脂肪球及脂肪球膜

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，并使各个脂肪球独立地分散于乳中。脂肪球的表面存在有以层由卵磷脂和蛋白质等所构成的薄膜。第十三页第十四页，共46页。测定脂肪的原则由于乳脂肪的乳浊态相当稳定，所以测定乳脂肪时，首先应把脂肪球膜加以破坏，这一点可以借助于醇、酸、碱等化学处理方法来达到破坏脂肪球膜的目的。第十四页第十五页，共46页。1.5磷脂类及甾醇

磷脂类：按其化学成分来看很接近脂肪。它由甘油、脂肪酸、磷酸和含氮物组成。甾醇：乳中含有少量的甾醇类，以游离状态存在，其中主要为胆甾醇（C27H45OH）。第十五页第十六页，共46页。1.6乳糖

乳糖是哺乳动物乳腺特有的产物，在动物其他器官中不存在。乳糖是一种双糖，在水解时生成葡萄糖和半乳糖。牛乳中约含4.5%，占总干物质的38~39%。乳糖的甜味较蔗糖弱，在水中的溶解度比蔗糖差。乳糖分类α乳糖β乳糖α乳糖水合物α乳糖无水物第十六页第十七页，共46页。乳糖不适症乳糖需经位于小肠粘膜上皮细胞的ß-半乳糖苷酶水解成半乳糖和葡萄糖后才能被人体吸收利用。乳糖不耐症是由于小肠粘膜上乳糖酶活力较低所致，乳糖得不到水解，小肠内乳糖浓度提高，使渗透压增高，从而导致进入肠腔内的水分含量提高，其产生的症状是腹部压力增高、气胀、腹痛和腹泻。绝大多数哺乳动物出生之后小肠粘膜乳糖酶活性较高，可以消化吸收来自母乳或其他乳制品的乳糖，断乳之后，乳糖酶活性随年龄增长逐渐下降，到成人之后其酶活性仅为正常婴儿水平的5%~10％，并发展成为乳糖不耐症。第十七页第十八页，共46页。乳糖的生理功能乳糖能为机体提供能量。乳糖可促进钙的吸收。整肠作用。参与细胞组成和细胞活动。促进智力发育。乳糖在脂肪代谢上具有一定作用。对糖尿病患者的作用。第十八页第十九页，共46页。乳中的其他碳水化合物乳中除了乳糖外还含有少量碳水化合物。其中已被证实的有葡萄糖、果糖、低聚糖和己糖。第十九页第二十页，共46页。1.7蛋白质

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

第二十页第二十一页，共46页。1.7.1酪蛋白牛乳含氮物中，在pH4.6沉淀的部分为酪蛋白。酪蛋白是乳中一大类蛋白质的总称。酪蛋白很容易形成含有几种不同类型分子的聚合物。由于酪蛋白分子上存在大量亲水基和憎水基以及电离化基团，因此由酪蛋白形成的分子聚合物十分特殊，该分子聚合物由数百乃至数千个单个分子构成，并且形成胶体溶液，这种结构使得脱脂乳带有蓝白色的色泽。这一分子混合物是酪蛋白胶束，大小在0.4μm。第二十一页第二十二页，共46页。酪蛋白的组成酪蛋白以胶束状态存在于乳中，是以含磷蛋白质为主要的几种蛋白质的复合体。酪蛋白分为：α-酪蛋白和β-酪蛋白。α-酪蛋白钙不溶性（αs-酪蛋白）钙可溶性κ-酪蛋白γ（λ）-酪蛋白β-酪蛋白分为A1、A2、A3、Bαs1αs2αs3…..第二十二页第二十三页，共46页。酪蛋白的性质牛乳酪蛋白是以酪蛋白胶束状态而存在，另外再与磷酸钙形成复合体，称为酪蛋白磷酸钙。其中含酪蛋白酸钙95.2%，磷酸钙4.8%。在电子显微镜中观察，基本形成直径为30-300nm的球状。第二十三页第二十四页，共46页。酪蛋白胶束的结构酪蛋白胶束的结构酪蛋白胶束的结构，许多学者提出各自的理论。Payen(1966)认为，酪蛋白中的β-酪蛋白以细丝状态形成网目结构。并将αs-酪蛋白包围；另外，在其外侧有κ-酪蛋白。Waugh（1970）认为，αs-酪蛋白成玫瑰花的放射状聚合，各个玫瑰花形的αs-酪蛋白由钙进行凝集，外侧由κ-酪蛋白覆盖，以防止进一步凝集。因此成为稳定的胶体状态存在于乳中。第二十四页第二十五页，共46页。亚酪蛋白胶束的结构图亚酪蛋白胶束

有三种酪蛋白：αs-酪蛋白、κ-酪蛋白和ß-酪蛋白，每种酪蛋白有2~4种遗传性变异体，变异体间的差别仅为几个氨基酸的不同。事实上，这三种蛋白质一般有1个或2个含有羟基的氨基酸与磷酸发生酯化，磷酸能与钙、镁或其他盐在分子内或分子间发生键合。κ-酪蛋白伸长链磷酸基憎水核第二十五页第二十六页，共46页。酪蛋白与酸碱的反应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。当酪蛋白与酸发生反应时，酪蛋白本身具有碱的作用，于是酪蛋白与酸结合生成酸性酪蛋白。当酪蛋白中加入碱时，则酪蛋白具有酸的作用。酪蛋白与碱结合生成一种盐，形成一种近乎透明的溶液。第二十六页第二十七页，共46页。酪蛋白与醛反应酪蛋白除与酸碱能起作用外，并可与醛基反应。但由于所处环境不同，其性质也有区别。当酪蛋白在弱酸介质中与甲醛反应时，则形成亚甲基桥，可将两个分子的酪蛋白连接起来。当酪蛋白在碱性介质中与甲醛反应时，则生成亚甲基衍生物。第二十七页第二十八页，共46页。酪蛋白与糖的反应自然界中的全糖、葡萄糖、转化糖等与酪蛋白作用后变成氨基糖而产生芳香味。这作用也表现于产生色素方面，可使食品具有一种颜色如黑色素。酪蛋白与乳糖的反应，在乳制品工业中具有特殊的指导意义。乳品（如乳粉、乳蛋白粉和其他乳制品）在长期贮存中，乳糖与酪蛋白发生反应，产生颜色、风味及改变营养价值。在贮存中如有氧存在时，则能加速这种变化。因此贮存乳粉应保持在真空状态。第二十八页第二十九页，共46页。酪蛋白的酸凝固牛乳中的酪蛋白以酪蛋白酸钙的形式存在。当加入酸时，酪蛋白酸钙的钙被酸夺取，渐渐地生成游离的酪蛋白，达到等电点时，钙完全被分离，游离的酪蛋白凝固而沉淀。第二十九页第三十页，共46页。酪蛋白的皱胃酶凝固犊牛第四胃中所含的一种酶能使乳汁凝固，这种酶通常称为皱胃酶。如果没有这种酶时，乳在胃中经过后即行流失无法消化，所以皱胃酶有使乳汁从液体变为凝块，并发生收缩作用而排除乳清的作用。一般认为，皱胃酶在酪蛋白的磷酸酰胺键水解时起接触作用。磷酸酰胺键的断裂并不同时发生磷酸的分离，因为皱胃酶没有磷酸酯酶的活性，而是当酪蛋白转变为副酪蛋白后，分子的一端产生游离胍基和另一端游离磷酸基。第三十页第三十一页，共46页。皱胃酶的凝乳原理皱胃酶与酪蛋白的专一性结合使牛乳凝固。皱胃酶对酪蛋白的凝固可分为两个过程：①酪蛋白在皱胃酶的作用下，形成副酪蛋白，此过程称为酶性变化；②产生的副酪蛋白在游离钙的存在下，在副酪蛋白分子间形成“钙桥”，使副酪蛋白的微粒发生团聚作用而产生凝胶体，此过程称为非酶变化。第三十一页第三十二页，共46页。酪蛋白的钙凝固钙和磷的含量直接影响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较多量的钙和磷。由于乳汁中的钙和磷呈平衡状态存在，所以鲜乳中的酪蛋白微粒具有一定的稳定性。当向乳中加入氯化钙时，则能破坏平衡状态，因此在加热时使酪蛋白发生凝固现象。第三十二页第三十三页，共46页。1.8乳清蛋白向乳中加酸达到酪蛋白的等电点时，酪蛋白沉淀出来，而其他蛋白质则仍留在乳清中，如果将乳清煮沸，并同时调整pH为4.6~4.7，则乳清蛋白也就沉淀出来，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：乳铁蛋白、过氧化物酶、溶菌酶、酪蛋白聚肽、脂肪球膜蛋白、生长因子等。第三十三页第三十四页，共46页。β-乳球蛋白乳球蛋白是必需氨基酸和支链氨基酸的极好来源，具有很强的与松香油和脂肪酸结合的结合段，一般被用作功能性配料使用。据最近在北卡罗来纳州大学的东南乳品研究中心进行的研究显示，β-乳球蛋白能够对脂溶性营养素如维生素A和维生素E进行预结合，从而促进了人们的吸收。利用凝胶功能和包水性作为添加剂,用于甜点、调料和涂抹性食品中。第三十四页第三十五页，共46页。α-乳白蛋白

α-乳白蛋白是一种唯一能结合钙的乳清蛋白成分。最近的研究发现，它可能具有抗癌功能。此外，由于从牛奶分离出来的乳白蛋白在氨基酸比例和结构方面，以及在功能特性上与人乳都非常相似。第三十五页第三十六页，共46页。乳铁蛋白乳铁蛋白在牛奶中的平均质量浓度为0.1g/L；在乳清蛋白产品中，其质量浓度可高达30-100g/L。其活性包括：抗细菌性，抑制游离基形成，调节人体铁质转移，促进细胞生长并提高免疫能力，促进双歧杆菌增殖，并可作为抗氧化剂。

第三十六页第三十七页，共46页。生长因子生长因子是一组乳清成分的统称。已经证实，这些生长因子能够在慢性、非治疗伤口如糖尿病溃疡的伤口修复时促进细胞生长。同时，乳清生长因子提取物也可应用于治疗肠道疾病和修补伤口。在最近的一项研究中发现，摄入乳清蛋白能减少因化学药物疗法而诱发对小肠的损害，表明其可进行治疗肠道粘液症的临床试验。第三十七页第三十八页，共46页。乳清蛋白的突出功能特性成胶性。搅打起泡性新型乳化性涂层性微胶束化第三十八页第三十九页，共46页。乳清蛋白的应用在焙烤食品中的应用在酸奶中的应用在于酪生产中的应用在冰淇淋生产中的应用在配方食品中的应用第三十九页第四十页，共46页。1.8乳中酶

乳中的酶也称为生物催化剂。乳中存在各种酶，其来源有两种：一种是由乳腺所分泌，另一种