乳的物理特性包括乳的色泽、气味、比重、黏度、冰点、沸点、比热、表面张力、折射率、导电性等许多内容。这些性质不仅在辨别乳的质量方面是一些必要的因素,同时在弄清牛乳加工中所产生的变化和检查牛乳及乳制品的质量及掺杂方面(如加水、脱脂、掺混其他物质)也是一些必要的依据。现将常用的几项物理特性介绍如下。

1.牛乳的色泽

新鲜的牛乳是一种白色呈稍带黄色的不透明液体,颜色决定于乳的成分,例如白色是由脂肪球、酪蛋白酸钙、磷酸钙等对光的反射和折射所产生,白色以外的颜色是由核黄素(乳清中)、叶黄素和胡萝卜素(乳脂肪中)所组成。酪蛋白酸钙在一般pH值下为白色,酪蛋白酸钾或钠为透明色。

胡萝卜素主要来源于青料中,它溶于脂肪而不溶于水,是牛乳带有微黄色的原因。乳分离出稀奶油或由稀奶油制成奶油时,胡萝卜素即随脂肪进入稀奶油或奶油中,这也是稀奶油带黄色的原因。冬季饲料中的胡萝卜素含量低,所以奶油的颜色也就较浅。牛乳中胡萝卜素含量的多少与牛的品种也有很大的关系。核黄素即维生素B2,是一种水溶性的色素,呈黄绿色。

2.乳的滋味与气味

(1)气味

新鲜牛乳具有乳香味,这种香味随温度的升高而加强,乳经加热后香味强烈,冷却后减弱。牛乳气味的主要构成成分是乳中含有的挥发性脂肪酸及其他挥发性物质。乳中羰基化合物,如乙醛、丙酮、甲醛等均与牛乳风味有关。

牛乳除固有的香味之外,还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;储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保持周围环境的清洁,以避免各因素的影响。

(2)滋味

纯净新鲜乳滋味稍甜,这是由于乳中含有乳糖的缘故。乳中因含有氯离子而稍带咸味,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+。酸味则是由柠檬酸及磷酸所产生。

3.酸度

(1)酸度的来源

①固有酸度(自然酸度)。

刚挤出的新鲜乳的酸度为0.15%~0.18%(乳酸度)或16~18°T(吉尔涅尔度),这种酸度与贮存过程中因微生物繁殖所产生的乳酸无关,因此这种酸度被称为自然酸度或固有酸度。这种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构成,其中来源于C02占0.01%~0.02%(2~3°T),乳蛋白占0.05%~0.08%(3~4°T),柠檬酸盐占0.01%,磷酸盐占0.06%~0.08%(10~12°T)。

②发酵酸度。

乳在微生物的作用下乳糖发酵产生乳酸,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。

(2)酸度的测定方法

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(°T)或乳酸度(乳酸%)来表示。

①吉尔涅尔度(°T)。

吉尔涅尔度(°T)是指以酚酞为指示剂,中和100 mL牛乳所需消耗0.1 mol/L氢氧化钠的毫升数。测定时取10 mL牛乳,用20 mL蒸馏水稀释,加入0.5%的酚酞指示剂0.5 mL,以0.1 mol/L氢氧化钠溶液滴定,将所消耗的NaOH毫升数乘以10,即为乳样的酸度数(°T)。

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:

式中:B——中和乳样的酸所消耗的0.1 mol/L氢氧化钠溶液的体积,mL;

F——0.1 mol/L氢氧化钠的校正系数;

0.009——乳酸换算系数,即1 mL 0.1 mol/L氢氧化钠能结合0.009 g乳酸。

③pH值。

酸度可用氢离子浓度的负对数(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值反映的为乳的表观酸度,两者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。

(3)酸度的意义

①乳的酸度与乳的热稳定性有关,乳酸度越高,乳对热的稳定性就越低。

②乳的酸度与乳的新鲜度有关,常根据乳的酸度判断牛乳的新鲜度。(www.daowen.com)

4.比重和密度

(1)牛乳的比重

比重是指某物质的质量与同温度同容积水的质量之比。乳的比重是指乳在15℃时的质量与同温度下同体积水的质量之比。正常牛乳的比重为1.028~1.032。

(2)牛乳的密度

①密度。

密度是指一定温度下单位容积的质量。乳的密度是指乳在20℃时的质量与4℃同体积水的质量之比。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。

②影响乳密度的因素。

乳的比重和密度受多种因素的影响,如乳的温度、脂肪含量、无脂干物质含量、乳挤出的时间及是否掺假等。

温度:乳的比重/密度受乳温度的影响较大,温度升高则测定值下降,温度下降则测定值升高。在10~30℃范围内,乳的温度每升高或降低1℃,实测值减少或增加0.002。因此,在乳比重/密度的测定中,必须同时测定乳的温度,并进行必要的校正。

乳脂肪及非脂干物质含量:乳脂肪的比重较低,约为0.9250,所以乳脂肪越高则乳的比重/密度越低;与此相反,非脂干物质的比重较大,约为1.6150,故非脂干物质含量越高则乳的比重/密度就越大。

乳挤出时间:乳的相对密度在挤乳后1 h内最低,其后逐渐上升,最后可升高0.001左右。乳密度随挤出时间延长而升高,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。

是否掺假:在乳中掺固形物,由于比重较大,往往使乳的比重提高,这也是一些掺假者的主要目的之一。在乳中掺水则乳的比重下降,通常每掺入10%的水,乳的比重/密度下降3°(即0.003)。因此,在乳的验收过程中通过测定乳的比重/密度可以判断原料乳是否掺水。

5.热力学性质

(1)乳的冰点

牛乳的冰点一般为-0.565~-0.525℃,平均为-0.540℃。导致冰点下降的主要因素是牛乳中的乳糖和可溶性盐类。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。酸败牛乳的冰点会降低,所以测定冰点时要求牛乳的酸度必须在20°T以内。因此,通常可根据牛乳的冰点来检验乳的质量,并可以根据牛乳冰点的变动来推算牛乳中的掺水量。

(2)乳的沸点

牛乳的沸点在101.33 kPa(1个大气压)下为100.17℃,其变化范围为100~101℃。乳的沸点受其固形物含量的影响,总固形物含量高,沸点也会稍上升。

(3)乳的比热

牛乳的比热为其所含各成分之比热的总和。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,由此得到乳成分含量百分比计算的牛乳比热约为3.89(kJ/kg·K)。

6.黏度与表面张力

(1)黏度

牛乳大致可认为属于牛顿流体。正常乳的黏度为0.0015~0.002 Pa·s,牛乳的黏度随温度升高而降低。在乳的成分中,脂肪及蛋白质对黏度的影响最显著,随着含脂率、乳固体的含量增高,黏度也增高。初乳、末乳、病牛乳的黏度都比正常乳高。在加工中,黏度受脱脂、杀菌、均质等操作的影响。

(2)表面张力

液体的表面张力就是使表面分子维持聚集的力量。牛乳的表面张力与牛乳的起泡性、乳浊状态、微生物的生长发育、热处理、均质作用及风味等有密切关系。测定表面张力的目的是鉴别乳中是否混有其他添加物。牛乳表面张力在20℃时为0.046~0.0475 N/m。牛乳的表面张力随温度上升而降低,随含脂率下降而增大。乳经均质处理,脂肪球表面积增大,由于表面活性物质吸附于脂肪球界面处,从而增加了表面张力。但如果不先将脂酶加热处理使其钝化,均质处理会使脂肪酶活性增加,使乳脂水解生成游离脂肪酸,使表面张力降低。表面张力与乳的起泡性有关,加工冰激凌或搅打发泡稀奶油时希望有浓厚而稳定的泡沫形成,但运送乳、净化乳、稀奶油分离、杀菌时则不希望形成泡沫。

7.乳的电学性质

(1)导电率

乳中因含有电解质而具有导电性。牛乳的导电率与其成分,特别是氯离子和乳糖的含量有关。正常牛乳在25℃时,导电率为0.004~0.005 S/cm。乳房炎乳中Na+、Cl-等离子增多,导电率上升。一般导电率超过0.006 S/cm即可认为是患病牛乳,故可应用导电率的测定进行乳房炎乳的快速鉴定。

脱脂乳中由于妨碍离子运动的脂肪已被除去,因此导电率比全乳增加。将牛乳煮沸时,由于CO2消失,且磷酸钙沉淀,导电率降低。乳在蒸发过程中,干物质含量在36%~40%以内时导电率增高,此后又逐渐降低。因此,在生产中可以利用导电率来检查乳的蒸发程度及调节真空蒸发器的运行。

(2)氧化还原电位

乳中含有很多具有氧化还原作用的物质,如维生素B2,维生素C,维生素E,酶类,溶解态氧、微生物代谢产物等,乳中进行氧化还原反应的方向和强度取决于这类物质的含量。氧化还原电位可反映乳中进行的氧化还原反应的趋势,一般牛乳的氧化还原电位(Eh)为0.23~0.25伏特(V)。乳经过加热产生还原性的产物而使Eh降低,Cu2+存在可使Eh增高。牛乳如果受到微生物污染,随着氧的消耗和还原性代谢产物的产生,可使其氧化还原电位降低;当与甲基蓝,刃天青等氧化还原指示剂共存时可使其褪色,此原理可应用于微生物污染程度的检验。

8.折射率

由于有溶质的存在,牛乳的折射率比水的折射率大,但在全乳中因有脂肪球的不规则反射影响,不易正确测定。由脱脂乳测得的较准确,折射率为n20 d=1.334~1.348,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。