第九章乳制品加工工艺

第九章乳制品加工工艺 一、基础部分二、巴氏杀菌乳与灭菌乳三、发酵乳与酸乳四、乳粉五、其他

一、基础部分 1.1 牛乳的成分及营养价值 1.1.1 概述牛乳的成分主要包括：水、脂肪、蛋白质、乳糖及灰分等。正常的牛乳中各种成分的组成大体上是稳定的，但受乳牛的品种、个体差异、泌乳期、年龄、饲料、季节、气温、挤奶状况及健康状况等因素影响而有所不同，其中变化最大的是脂肪，其次是蛋白质，乳糖和灰分含量相对比较稳定。

牛乳加工后各组分的名称

1.1.2 乳脂肪 乳脂肪约有99%的成分是甘油三酸酯，其脂肪酸组成随季节的变化有较大的变动，尤其是饲料。 CH2OCOC15H31 CHOCOC3H7 CH2OCO(CH2)7.CH=CH(CH2)7CH3

牛乳脂肪酸的组成： 饱和脂肪酸约占60~70%（软脂酸、硬脂酸和豆酸) 不饱和脂肪酸25~30%（主要是油酸）多不饱和脂肪酸约占4%（亚油酸和亚麻酸） • 乳脂肪的特点：存在一些短链脂肪酸（4、6、8、10个碳原子），丁酸（在其他一般脂肪中不存在）占4%。

短链脂肪酸的重要性： ①它们具有某些显著的特征气味，而这些气味对于形成某些乳制品，尤其是干酪的风味和气味是非常重要的； ②乳脂肪中含有相对丰富的短链脂肪酸，易消化，也可用来鉴别用其他脂肪掺假问题。

物理形式 牛乳是以脂肪球分散在包含非脂乳固体的水相中形成稳定的乳浊液形式存在的，脂肪几乎都是以小脂肪球的形式存在，脂肪球表面被脂肪球膜的蛋白和磷脂包裹着。脂肪球的直径在0.1~20μm范围。在重力作用下，因为乳脂肪和水相之间密度的不同，造成脂肪球的大量上浮，形成稀奶油。

脂肪氧化乳脂肪与空气中的氧、光线、金属铜等接触时，将发生氧化作用，从而产生所谓的脂肪氧化臭。乳脂肪的氧化发生在不饱和脂肪酸的双键位，产生一种令人不愉快的气味。因为乳制品一般不允许使用抗氧化剂，因此必须将加工的乳脂产品，如奶油和无水乳脂的氧化降低到最小程度。乳中存在的细菌，以及将牛乳加热至80℃以上，都有抗氧化作用，后者导致少量硫氢基合化物的形成。脂肪氧化乳脂肪与空气中的氧、光线、金属铜等接触时，将发生氧化作用，从而产生所谓的脂肪氧化臭。乳脂肪的氧化发生在不饱和脂肪酸的双键位，产生一种令人不愉快的气味。因为乳制品一般不允许使用抗氧化剂，因此必须将加工的乳脂产品，如奶油和无水乳脂的氧化降低到最小程度。乳中存在的细菌，以及将牛乳加热至80℃以上，都有抗氧化作用，后者导致少量硫氢基合化物的形成。

非脂乳固体 牛乳总固形物= 脂肪+非脂乳固体非脂乳固体包括：乳中的蛋白质、乳糖、无机盐、维生素和微量含氮化合物。

1.1.3 乳蛋白质 乳蛋白质主要分为酪蛋白和乳清蛋白，两者都是非均一蛋白，定义：在20℃时调节脱脂乳的pH至4.6时从牛乳中沉淀的蛋白质称为酪蛋白；在同样条件下不沉淀的称为乳清蛋白。

牛乳所含有的蛋白总量大约为3.3%(总氮×6.38)，其中酪蛋白2.5%，牛乳所含有的蛋白总量大约为3.3%(总氮×6.38)，其中酪蛋白2.5%，乳清蛋白0.6%，含氮化合物0.2%，属于非蛋白氮（如氨、游离氨基酸、尿素、尿酸、肌酸及膘呤碱等及少量含氮维生素中的维生素态氮）。

牛乳中主要蛋白质的分类

酪蛋白 酪蛋白是一类磷酸蛋白，占牛乳真蛋白的80%左右，五种存在形式：αS1、αS2、β-、κ-和γ-酪蛋白。主要以酪蛋白胶束(酪蛋白分子的聚集体)形式存在的。在酪蛋白胶束中存在一些无机盐，其中最重要的是钙，没有钙，胶束就会解体。酪蛋白胶束中的钙是以钙离子和胶体磷酸钙（见无机盐）的形式存在。一般认为它是由α-和β-酪蛋白组成的、表面覆盖κ-酪蛋白的球形聚集体。

酪蛋白胶束对乳的加工很重要，因为它不稳定，对酪蛋白胶束对乳的加工很重要，因为它不稳定，对 pH值变化非常敏感，通过酸化和凝乳作用会沉淀或凝固。

酶凝乳可分为两个阶段：酪蛋白酶副酪蛋白+乳清月示副酪蛋白胶束凝胶

乳清蛋白 乳清蛋白主要有有β-乳球蛋白、α-乳球蛋白、血清白蛋白、免疫球蛋白和月示胨。球状结构，乳清蛋白不会因为酸化和凝乳作用而沉淀，但加热至 65℃或65℃以上乳清蛋白就会开始变性（除月示胨外）。

1.1.4 乳糖 乳中的糖类，由葡萄糖和半乳糖结合成的双糖。乳糖的结构式 * 游离苷羟基

乳糖的特性： ①它是一种可降解的糖类，当乳受热时会发生美拉德反应。 ②甜度只有蔗糖的1/6。 ③溶解度不大（大约21g/100ml水），浓缩乳制品中会出现结晶。

④溶液中的乳糖以α-型与β-型的平衡混合物形式存在的，当温度超过93.50℃时，过饱和溶液中形成β-乳糖（无水物）结晶；而低于93.50℃时，形成α-含水乳糖结晶。后者存在于乳糖以结晶形式存在的乳制品中。④溶液中的乳糖以α-型与β-型的平衡混合物形式存在的，当温度超过93.50℃时，过饱和溶液中形成β-乳糖（无水物）结晶；而低于93.50℃时，形成α-含水乳糖结晶。后者存在于乳糖以结晶形式存在的乳制品中。

⑤乳糖经乳酸菌发酵产生乳酸。 C12H22O11 2C6H12O6 4C3H6O3 乳糖葡萄糖、半乳糖乳酸 ⑥可以被半乳糖苷酶水解为葡萄糖和半乳糖乳酸菌

1.1.5 无机盐类 牛乳中含有0.8%左右的无机盐，主要以Ca、Mg、K、Na、Cl、PO4、碳酸氢盐和柠檬酸盐的形式存在，还有其他一些微量元素的无机盐存在，如Cu、Zn、Fe。

除了氯化物只以溶液形式存在，乳中主要的无机盐均以两种形式存在：可溶的和胶体的，可溶性的钾、钠和氯化物主要是以离子形式存在，钙、镁小部分呈离子状态，大部分与酪蛋白、柠檬酸、磷酸结合呈胶体状态，磷是磷蛋白（酪蛋白）、磷脂及有机磷酸脂的成分。乳中90%以上的钾和钠是可溶性的，而钙和镁却只有35%是可溶性的。

1.1.6 乳中的维生素 牛乳中含有几乎所有的维生素，特别是VB2含量很丰富，但VD的含量不多。具体：脂溶性维生素（维生素A、D、E、K）水溶性维生素（维生素B1、B2、B6、叶酸、B12、C）

各种维生素的热稳定性不同，VC热敏感性特强，而各种维生素的热稳定性不同，VC热敏感性特强，而 VB2、VA、VD等对热稳定。泌乳期对乳中维生素含量有直接影响，如初乳中VA 及胡萝卜素含量多于常乳中的。

1.1.7 乳中的酶 酶的来源：①乳腺，②来源于微生物的代谢产物。乳中酶的种类很多，但与乳制品生产密切相关的主要有水解酶类及氧化还原酶类。

脂酶膜脂酶和乳浆脂酶，影响较大的是（乳浆）脂酶，来自乳腺和微生物污染。脂酶经80℃/20s可完全钝化。乳脂肪对脂酶的热稳定性有保护作用。乳脂肪在脂酶作用下分解产生游离脂肪酸而带来脂肪分解臭。

磷酸酶碱性磷酸酶经62.8℃/30min或72℃/15s 被钝化，以此可用来检验巴氏杀菌乳杀菌是否彻底。 • 过氧化氢酶主要来自白血球的细胞成分，特别是在初乳和乳房炎乳中。过氧化氢酶试验常作为检验乳房炎乳的手段之一。钝化条件：75℃/20min。

过氧化物酶 主要来自白血球的细胞成分，是固有的乳酶。钝化条件：70℃/150min；75℃/25min； 80℃/2.5s。 • 还原酶还原酶非固有乳酶，是微生物的代谢产物，数量与微生物污染的程度成正比，在微生物检验中常用来判断乳的新鲜程度。 • 蛋白酶耐热性强，80℃/10min可钝化，作用 • 的最适pH8.0，能使蛋白凝固。

1-过氧化氢酶80% 2-酸性磷酸酶99% 3-过氧化物酶 4-黄质氧化酶 5-碱性磷酸酶 6-脂酶

1.1.8 牛乳的营养价值 巴氏杀菌乳提供的营养素（平均值）

1.2牛乳的性质 1.2.1 乳的胶体分散体系

1.2.2 乳的物理化学性质 乳的物理性质是鉴定原料乳质量的重要依据。 • 乳的色泽与光学性质新鲜的牛乳一般呈乳白色或淡黄色。 • 乳的热学性质冰点牛乳冰点-0.53 ~ -0.55℃（平均-0.542℃）。 →乳糖与盐类冰点下降；掺水→冰点回升（掺水10%，冰点↑0.054℃）。掺水量推算公式（仅对酸度在20oT以内的新鲜乳）：w= (t-t’)/ t (100-ws)

沸点在101kPa (1个大气压)下为100.55℃。乳在浓缩过程中沸点继续上升，浓缩至1/2V，沸点约上升到101.05℃。比热容约为3.89kJ/(kg•℃)。乳中主要成分的比热容（kJ/(kg•℃)）：乳脂肪209，乳蛋白质2.09，乳糖1.26，盐类2.93。乳制品的比热容在乳品生产上有很重要的意义。

乳的电学性质 电导（25℃）0.004 ~ 0.005s。氧化还原电势Eh=+0.23 ~ +0.25V。 • 乳的相对密度与密度 • 正常乳的相对密度平均为d= 1.032。 • 正常乳的密度平均为D = 1.030。

乳的粘度与表面张力 （20℃正常乳）η平均为1.75mPa•s。η随温度升高而降低，脂肪及蛋白质对η影响最显著。加工中η也会由于脱脂、杀菌、均质等处理而有所变化。牛乳的表面张力随温度升高而降低，随含脂率的降低而增大。20℃时为0.04~0.06N/m。表面张力与牛乳的气泡性、乳浊液状态、微生物生长、热处理、均质作用、风味等有关。

牛乳的酸度 乳的滴定酸度及pH “滴定酸度”是乳制品生产中最为常用的，我国《乳、乳制品及其检验方法》中规定酸度试验是以滴定酸度为标准的，用OT或乳酸百分率（乳酸%）表示。滴定酸度（OT）定义：以酚酞为指示剂，中和100ml乳所消耗0.1M标准NaOH溶液的毫升数。正常的新鲜牛乳的滴定酸度一般为16~18OT。

0.1mol/LNAOH体积（ml）*0.009 *100％乳酸%= 测定乳样的质量（g） pH是指用H+浓度指数表示的酸度，正常新鲜牛乳的pH为6.4 ~ 6.8，酸败乳或初乳的pH在6.4以下，乳房炎乳或低酸度乳pH在6.8以上。

乳中酸度的来源 刚挤出的新鲜乳的酸度称为固有酸度或自然酸度；挤出后的乳，在微生物作用下由于发酵产酸而升高的酸度为发酵酸度；两者之和为总酸度。原料乳的酸度越高，对热的稳定性越差。 • 乳的热值牛乳的热值为276J/100g

1.2.3牛乳在热处理中的变化 1-加热臭2-过氧化物酶钝化 3-磷酸酶钝化Ⅰ-褐变-酪蛋白凝固 Ⅱ-芽孢菌杀灭 Ⅲ- 杀菌 Ⅳ-结构菌杀灭 Ⅴ-大肠菌群杀灭 Ⅵ-未查明区 ①UHT ②高温瞬时杀菌（ 93.3℃瞬时）③高温短时杀菌（71.7℃/15s） ④短时杀菌⑤低温保持式杀菌⑥1860 年的巴氏杀菌⑦瓶装杀菌

形成薄膜＞40℃出现拉姆斯现象，胶体凝结 • 褐变反应 • 形成乳石

乳蛋白质的热变性 酪蛋白对热比较稳定，乳清蛋白容易发生热变性。酪蛋白在100℃以下加热，其化学性质没有什么变化，但对其物理性质却有明显影响。在乳清蛋白中，α-乳白蛋白、β-乳球蛋白及血清蛋白、免疫球蛋白的热稳定性依次递减。加热30min时，变性温度分别是：免疫球蛋白70℃，血清白蛋白74℃、β-乳球蛋白90℃、γ-乳白蛋白96℃。

β-乳球蛋白加热变性过程图解

酶的钝化 解脂酶80~85℃高温短时或超高温磷酸酶62.8℃/30min或72℃/15s 过氧化氢酶75℃/20min 过氧化物酶70℃/150min 75℃/25min

1.2.4 异常乳 • 生理异常乳主要指初乳和末乳 • 微生物污染乳原料乳被微生物严重污染产生异常变化，最常见的是酸败乳和乳房炎乳。 • 化学异常乳包括低成分乳、低酸度酒精阳性乳、冻结乳、风味异常乳及异物异常乳。

1.3 牛乳中的微生物 1.3.1 牛乳中的微生物种类牛乳中存在是微生物有细菌、酵母和霉菌，以细菌在牛乳贮藏与加工中的意义最为重要。细菌乳酸菌—链球菌属、明串珠菌属、乳酸杆菌属丙酸菌，肠细菌，孢子杆菌，小球菌属，假单胞菌，产碱杆菌属，病原菌

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