1.乳脂肪

乳脂肪是以小球或小液滴状分散在乳浆中,其球径范围为0.1~20μm,平均球径为3~4μm,在乳中的平均含量为3%~5%,是牛乳的主要成分之一。乳脂肪中98%~99%是甘油三酯,还含有约1%的磷脂和少量的甾醇、游离脂肪酸以及脂溶性维生素等。牛乳脂肪为短链和中链脂肪酸,熔点低于人的体温,仅为34.5℃,且脂肪球颗粒小,呈高度乳化状态,所以极易消化吸收。乳脂肪还含有人类必需的脂肪酸和磷脂,也是脂溶性维生素的重要来源,其中维生素A和胡萝卜素含量很高,因而乳脂肪是一种营养价值较高的脂肪。乳脂肪提供的热量约占牛乳总热量的一半,所含的卵磷脂能大幅提高大脑的工作效率。

在显微镜下观察乳脂肪球为圆球形或椭圆球形,表面被一层5~10 nm厚的膜所覆盖,称为脂肪球膜。脂肪球膜主要由蛋白质、磷脂、维生素A、金属及一些酶类构成,同时还有盐类和少量结合水。由于脂肪球含有磷脂与蛋白质形成的脂蛋白配合物,使脂肪球能稳定地存在于乳中。磷脂是极性分子,其疏水基朝向脂肪球的中心,与甘油三酯结合形成膜的内层,磷脂的亲水基向外朝向乳浆,连着具有强大亲水基的蛋白质,构成了膜的外层。脂肪球膜的结构见图3-1-1。脂肪球膜具有保持乳浊液稳定的作用,即使脂肪球上浮分层,仍能保持着脂肪球的分散状态。在机械搅拌或化学物质作用下,脂肪球膜遭到破坏后,脂肪球才会互相聚集在一起。因此,可以利用这一原理生产奶油和测定乳的含脂率。

图3-1-1　脂肪球膜的结构图

1—脂肪　2—结合水　3—蛋白质　4—乳浆

2.乳蛋白质

乳蛋白质是乳中最有价值的部分,约占3.4%,几乎含有全部的必需氨基酸,其消化率远比植物蛋白质高,可高达98%~100%,因而乳蛋白为全价蛋白质。乳中的蛋白质可分为酪蛋白和乳清蛋白两大类,还有少量的脂肪球膜蛋白质。

(1)酪蛋白

酪蛋白是在20℃调节脱脂乳的pH值降至4.6时沉淀的一类蛋白质,大约占乳中蛋白质总量的80%,又称干酪素、酪朊、乳酪素。

①酪蛋白的组成。

酪蛋白是以含磷蛋白质为主体的几种蛋白质的复合体。酪蛋白有α-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白、γ-酪蛋白。酪蛋白中α-酪蛋白含量最高,约占酪蛋白总量的40%,κ-酪蛋白约占酪蛋白总量的15%,α-酪蛋白含磷特别多,所以也可以称为磷蛋白。

②酪蛋白的特性。

纯酪蛋白呈白色,无味、无臭,不溶于水、醇及有机溶剂,而溶于碱液。乳中酪蛋白是个典型的磷蛋白,属于两性电解质,在溶液中既具有酸性也具有碱性。在蛋白酶的作用下酪蛋白可分解成胨、氨基酸。相对于乳清蛋白,酪蛋白热稳定性比较高。

酪蛋白的钙凝固:钙和磷含量直接影响酪蛋白微粒大小,大颗粒酪蛋白胶粒含钙、磷较多。正常乳中钙、磷存在着平衡关系,故复合体较稳定。当加入CaCl2后,破坏了平衡,加热即凝固。受热温度越高,则需要的CaCl2量愈少,且乳清蛋白也凝固。当温度在95℃时,每升乳加1~1.25 g CaCl2,则97%的乳蛋白可被利用(低分子蛋白质,乳清蛋白均被利用)。该法蛋白质的利用率比酸凝固法高5%,比皱胃酶高10%以上。

酪蛋白的酸凝固:牛乳中加酸后pH值达5.2时,磷酸钙先行分离,酪蛋白开始沉淀,继续加酸使pH值达到4.6时,钙又从酪蛋白钙中分离,游离的酪蛋白完全沉淀。在酸凝固时,酸只和酪蛋白酸—钙磷酸钙作用。所以除了酪蛋白外,其对白蛋白、球蛋白都不起作用。在乳中加入盐酸、硫酸、醋酸、乳酸等,调节pH值,使加入的酸与酪蛋白酸钙—磷酸钙起作用,用于生产干酪素。但如果加酸不足或酪蛋白胶粒稳定性不好,则产生的干酪素不纯净,往往包含一部分的钙盐。在工业上,一般使用盐酸生产无灰干酪素。

酪蛋白的酶凝固: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。牛乳在皱胃酶或其他凝乳酶的作用下,稳定体系被破坏而凝固成块。由于凝乳酶使酪蛋白凝胶胶粒表面κ-酪蛋白层溶解,胶粒内部的α-酪蛋白和β-酪蛋白失去胶体保护作用,变为副酪蛋白,在钙的作用下形成不凝性凝块。工业上生产干酪素就是此种酪蛋白,含有较高的灰分。

(2)乳清蛋白

乳清是干酪生产中的一种天然副产品,由于酪蛋白不易被人体吸收利用,酪蛋白从牛乳中被分离出来,剩余的部分被称为乳清,乳清蛋白就存在于乳清之中。乳清蛋白质的营养价值比酪蛋白、大豆浓缩蛋白、鸡蛋蛋白等蛋白质更优越。乳清中主要的蛋白质成分有α-乳清蛋白、β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、蛋白酶胨、血清白蛋白和免疫球蛋白,各具独特的生物活性。

①热不稳定的乳清蛋白。

调节乳清pH值至4.6时,煮沸20 min,发生沉淀的一类蛋白质为热不稳定的乳清蛋白,约占乳清蛋白的81%,包括乳白蛋白和乳球蛋白两类。

②对热稳定的乳清蛋白。

乳清液在pH值为4.6~4.7时,煮沸20 min,不沉淀的蛋白质属于对热稳定的乳清蛋白,主要为蛋白胨,约占乳清蛋白的19%。

乳清蛋白与酪蛋白不同,其粒子分散度高,水合力强,在乳中呈典型的高分子溶液状态,甚至在等电点时仍能保持其分散状态。

(3)脂肪球膜蛋白

脂肪球膜蛋白是吸附于脂肪球表面的蛋白质与酶的混合物,可以用洗涤的方法将其分离出。在细菌性酶的作用下,脂肪球膜蛋白可被分解,这是奶油在贮藏时风味变劣的原因之一。

3.乳糖

乳糖是仅存在于哺乳动物乳汁中一种特有的糖类,也因此得名乳糖。乳糖是一种双糖,是由一分子葡萄糖和一分子半乳糖组成的,在牛奶中的平均含量为4.6%~4.7%。乳糖是婴儿或者动物幼仔在哺乳期营养的主要来源,对于婴儿或者是这些动物幼仔的成长,起到了重要的作用。

一般动物在出生后消化道内分解乳糖的酶最多,其后趋于减少。乳糖在人体中不能直接吸收,需要在乳糖酶的作用下分解才能被吸收。一部分人随着年龄的增长,其体内消化道中呈现缺乏乳糖酶的现象。缺少乳糖分解酶的人群在摄入乳糖后,未被消化的乳糖直接进入大肠,刺激大肠蠕动加快,造成腹鸣、腹泻等症状称乳糖不耐受症。造成该症状的主要原因是乳糖在肠道不被分解直接进入大肠后,使大肠渗透升高,导致水进入肠道管腔,使得大肠中细菌繁殖,产生乳酸和二氧化碳,导致pH值下降,当pH值﹤6.5时,刺激大肠引起腹痛等症状。

在乳品加工中,利用乳糖酶将乳中乳糖进行分解,或利用乳酸菌将乳糖转化为乳酸,可预防乳糖不耐症。

4.乳中无机物

牛乳中的无机物含量为0.35%~1.21%,平均为0.7%左右,含量随饲料、个体健康状态等条件而异。牛乳中的无机物大部分与有机酸或无机酸结合成盐类,其中钠、钾、氯大部分电离成离子,呈溶解状态存在。钙、镁小部分呈离子状态,大部分与酪蛋白、磷酸、柠檬酸结合成胶体状态。磷是酪蛋白、磷脂及有机磷酸酯的成分。

牛乳中无机盐含量虽然很少,但对乳品加工特别是对乳的热稳定性起着重要的作用,牛乳中的盐类平衡,特别是钙离子、镁离子等阳离子与磷酸根离子、柠檬酸根离子等阴离子之间的平衡,对牛乳的稳定性具有非常重要的意义。当受季节、饲料、生理或病理等因素的影响,牛乳发生不正常凝固时,往往是由于钙离子、镁离子过剩,盐类的平衡被打破的缘故。(www.daowen.com)

牛乳中钙的含量较人乳多3~4倍,因此牛乳在婴儿胃内所形成的蛋白凝块相对于人乳而言比较坚硬,不易消化。牛乳中铁的含量为10~90μg/mL,较人乳中少,故人工喂养幼儿时应补充铁。

5.乳中维生素

牛乳中含有几乎所有已知的维生素,特别是维生素B2的含量很丰富,但维生素D含量不高,若作为婴儿食品则应进行强化。

乳中维生素主要从乳牛的饲料中转移而来。因此,为了生产含维生素丰富的牛乳,必须喂维生素丰富的饲料。乳及乳制品中的维生素往往受到乳牛的饲养管理、杀菌及其他加工处理的影响。维生素D、维生素B2、烟酸对热是稳定的,在热处理中不会受到损失,其他的维生素都有不同程度的损失。在生产发酵乳时由于微生物能合成维生素,一些维生素含量增高。例如在酸凝乳、牛乳酒等生产过程中,维生素A、维生素B1、维生素B2增加。

维生素B1及维生素C在日光照射下会受到破坏,所以用褐色避光容器包装乳与乳制品,并避免在日光直射的条件下贮存,以减少维生素的损失。

6.乳中的酶类

乳中存在着各种酶,这些酶在牛乳的加工处理,或乳制品的保存,以及对评定乳的品质方面都有重大影响。乳中的酶有两个来源:一是来自乳腺;二是来源于微生物的代谢产物。乳中的酶类主要为水解酶类和氧化还原酶类。

(1)水解酶类

①脂酶。

脂酶可催化甘油三酯的水解,产物为甘油及脂肪酸。牛乳中的脂酶有两种,一种是吸附于脂肪球膜间的膜脂酶,在末乳、乳房炎乳等异常乳中常出现。另一种是存在于脱脂乳中的大部分与酪蛋白结合的乳浆脂酶,通过均质、搅拌、加温等处理,乳浆脂酶被激活并为脂肪球所吸附,会促进脂肪分解。对常乳来说,影响较大的通常是乳浆脂酶,它除了来自乳腺外,微生物污染也是重要来源。

乳脂肪在脂酶的作用下分解产生游离脂肪酸,从而带来脂肪分解的酸败气味,因此在乳品加工中尽量使其灭活。该酶的稳定性为:71℃,18 s残留活性为15%,88℃,48 s,残留活性为2%。另外,加工过程也能使脂酶增加作用机会,故均质后应及时进行杀菌处理,要避免使用末乳、乳房炎乳等异常乳,并尽量减少微生物污染。

②磷酸酶。

磷酸酶能水解磷酸酯键,释放磷酸基团,是牛乳中原有的酶。牛乳中的磷酸酶主要是碱性磷酸酶,也有少量的酸性磷酸酶。碱性磷酸酶在62.8℃,30 min或72℃,15 s加热后钝化,可作为巴氏杀菌的指示酶。酸性磷酸酶比较耐热,巴氏杀菌一般不能将其灭活。

③蛋白酶。

牛乳中含有非细菌性的蛋白酶,其作用类似于胰蛋白酶,存在于脱脂乳部分。在等电点时与酪蛋白酶在贮藏中复活,对β-酪蛋白有特异作用。蛋白酶具有很强的耐热性,加热至80℃,10 min时被钝化。最适pH值为8.0,能使蛋白质凝固。

(2)氧化还原酶类

①过氧化氢酶。

牛乳中加入H2O2,则游离出分子态氧,这是过氧化氢酶作用的结果。乳中的过氧化氢酶主要来自白细胞的细胞成分,特别在初乳和乳房炎乳中含量较多。牛乳中该酶的活性与乳中体细胞数目有关,体细胞数目越多,其活性越强。所以,利用对过氧化氢酶的测定可判断牛乳是否为乳房炎乳和其他异常乳,此为过氧化氢酶试验。

②过氧化物酶。

过氧化物酶能促使过氧化氢分解产生活泼的新生态氧而使多元酚、芳香胺及某些无机化合物氧化。

乳中的过氧化物酶主要来自白细胞的细胞成分,其数量与细菌无关。过氧化物酶最适pH值为6.8,最适温度为25℃。该酶在H2 O2和硫氰酸盐存在下,对革兰氏阳性菌和阴性菌均具有抑制作用。因此,向牛乳中加入足量的硫氰酸盐和产生的H2O2物质,可显著减少乳中细菌总数,使乳处于一段时间的抑菌状态。

③还原酶。

还原酶是微生物进入乳与乳制品中后,在乳中生存繁殖而分泌的一种具有还原作用的酶。还原酶不是固有的乳酶,可使甲基蓝还原为无色,它是微生物的代谢产物。随着乳中细菌数的增加,还原酶也增加,根据这种原理可判定牛乳的新鲜程度,称为还原酶试验。

7.乳中其他物质

(1)有机酸

乳中的有机酸主要是柠檬酸,平均占0.18%,此外还有微量的乳酸、丙酮酸及马尿酸等。柠檬酸对牛乳的盐类平衡、稳定性、奶油的芳香风味的形成、干酪的质量等方面都具有重要的作用。

(2)细胞成分

乳中所含细胞成分是白细胞、一些红细胞和上皮细胞。牛乳中的细胞数是乳房健康状况的一种标志,也是牛乳卫生品质的指标之一。1 mL正常乳中细胞数一般不超过20万个,乳房炎时白细胞和上皮细胞大大增加。

(3)气体

生乳中存在的气体主要为CO2,其次是氮,氧最少。细菌繁殖后则其他气体如氢气、CH4等也都在乳中产生。牛乳处理时与空气接触后因空气中的氧气及氮气融入牛乳中,使氮、氧的含量增加而CO2的量减少。