第1章乳的基础科学2
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课程名称: 食品工艺学
第一章 乳的基础科学 计划学时:2 授课章节: (第三节 常乳的物理性质,第四节 异常乳)
教学目的和要求:
通过本次课的学习要求掌握正常牛乳的色泽、滋气味、密度、酸度、冰点等物理性质;掌握牛乳物理性质对判断牛乳品质和确定合理加工工艺的作用;掌握异常乳的概念、种类及初乳、乳房炎乳、酒精实验阳性乳的特性。 教学基本内容:
第三节:常乳的物理性质(乳的色泽、滋气味、密度、酸度、冰点)。
第四节:异常乳(异常乳的概念、种类,初乳的特性及加工利用、乳房炎乳、酒精实验阳性乳的特性)。
教学重点和难点:
教学重点:正乳的色泽、滋气味、密度、酸度、冰点及其对判断牛乳品质和确定合理加工工艺的作用;异常乳的概念、种类;初乳的特性及加工利用。
教学难点:牛乳物理性质在牛乳新鲜度鉴别及确定合理加工工艺方面的应用。
授课方式、方法和手段:
授课方式:课堂讲授。授课手段:多媒体教学。授课方法:采用课堂提问、讨论、课堂交流等方法,加强师生互动,调动学生学习积极性,发挥学生学习的主体作用。
思考题:
1. 正常牛乳的色泽、滋气味、密度、酸度、冰点?
2. 牛乳物理性质对判断牛乳品质和确定合理加工工艺的作用?
3. 异常乳的概念、种类?
4. 初乳的特性及加工利用情况?
5. 乳房炎乳、酒精实验阳性乳的特性?
参考资料:
1. 骆承庠主编. 乳与乳制品工艺学. 中国农业出版社,2003.
2. 周光宏主编. 畜产食品加工学. 中国农业大学出版社,2002.
引入新课
回顾上节课主要内容:
上次课主要学习了乳的概念、分类、来源;常乳的化学组成;乳脂肪的构造、特性;乳蛋白质的分类、酪蛋白、乳清蛋白的性质;乳糖的特性;乳中无机物的特点;乳的分散体系等内容。
提问:
1. 牛乳的主要化学成分包括哪些?
2. 乳脂肪、酪蛋白在乳中的存在状态?
3. 乳糖的种类、存在状态及乳糖与乳酸发酵的关系?
4. 试述牛乳的分散体系。
引入新课
上次课主要从分子水平上,学习了乳的一些基础知识,学习基础知识的目的在于应用,那么乳的这些化学成分的性质在乳中是如何体现出来的?这些化学成分的性质对乳制品加工有何作用?如何合理利用这些性质鉴别牛乳的品质,制定乳制品加工的合理的工艺?本次课从乳的物理性质入手,就以上这些问题进行学习,以期为以后学习乳制品加工奠定理论基础。
第三节 常乳的物理性质
一、色泽
正常的新鲜牛乳呈不透明的乳白色或微带黄色。
乳的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荧光性黄绿色。
二、滋味与气味
(一)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。
(二)滋味
纯净的新鲜乳滋味稍甜,这是由于乳中含有乳糖。
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Mg 2+、Ca 2+。
酸味是由柠檬酸及磷酸所产生。
三、酸度
(一)新鲜乳的酸度
刚挤出的新鲜乳的酸度为0.15%~0.18%(乳酸度)或16~18°T(吉尔涅尔酸度)。
(二)酸度的来源
1. 固有酸度(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(发生酸度)
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。
(三)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)
指中和100mL 牛乳所需0.1mol/L氢氧化钠的毫升数。测定时取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:
乳酸=0.1mol/lNaOH毫升数×0.009/供试牛乳质量(g )×100%
3.pH
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。
(四)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. 乳的酸度与与乳的新鲜度有关,常根据乳的酸度判断牛乳的新鲜度。
四、比重和密度
(一)正常牛乳的比重
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1.030~1.032。
(二)正常牛乳的密度
乳的密度是指乳在20℃时的质量与4℃同体积水的质量之比。正常牛乳的密度为1.028~1.030。
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。
(三)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。
1. 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。
2. 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,故非脂干物质含景越高则乳的比重/密度就越大。
(3)乳挤出时间
乳的相对密度在挤乳后1h 内最低,其后逐渐上升,最后可升高0.001左右。
讨论1:乳密度随挤出时间延长而升高的原因。
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。
(4)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。
五、热力学性质
(一)乳的冰点
牛乳的冰点一般为-0.525~-0.565℃,平均为-0.540℃。 讨论2:牛乳的冰点为什么下降?正常情况下牛乳的冰点是否稳定?
导致冰点下降的主要因素是牛乳中的乳糖和盐类。
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。 在乳中掺水可使乳的冰点升高,可根据冰点测定结果,用下列公式来推算掺水量。
W=T-T‘/T×100%
式中:x 为掺水量,%;T 为正常乳的冰点;T 1为被检乳的冰点。
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℃以内。
(二)乳的沸点
牛乳的沸点在101.33kPa (1个大气压)下为100.55℃,乳的沸点
受其固形物含量的影响。浓缩到原体积一半时,沸点上升到101.05℃。
(三)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,由此及乳成分之含量百分比计算得牛乳的比热约为3.89(kJ/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3.94~3.98 kJ/(kg·K) ,稀奶油为3.68~3.77 kJ/(kg·K) ,干酪为2.34~2.51 kJ/(kg·K) ,炼乳为2.18~2.35 kJ/(kg·K) ,加糖乳粉为1.84~2.011 kJ/(kg·K) 。
六、黏度与表面张力
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。
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为了鉴别乳中是否混有其他添加物。
牛乳表面张力在20℃时为0.04~0.06 N /厘米。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。但如果不将脂酶先经加热处理而使其钝化,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。
七、乳的电学性质
(一)乳的导电率
乳中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
+-西门子(S)。乳房炎乳中Na 、Cl 等离子增多,导电率上升。一般导电
率超过0.06西门子(S)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CO 2消失,且磷酸钙沉淀,导电率减低。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。
(二)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B 2,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)。乳经过加热则产生还原性的产物而使Eh 降低,Cu 2+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退色,此原理可应用于微生物污染程度的检验。
八、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n d 20=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。
第四节 异常乳
一、异常乳的概念
异常乳(abnormal milk )是指由于乳牛本身生理、病理以及其它因素(包括人为的因素)的原因造成牛乳的成分和性质发生变化的乳。
二、异常乳的分类
生理异常乳:如初乳、末乳
病理异常乳:如乳房炎乳、其它致病性细菌污染乳。
化学异常乳:如酒精实验阳性乳、低成分乳、冻结乳。
人为异常乳:掺水乳、人为组成牛乳成分乳、添加防腐剂乳、加碱中和乳、提取脂肪乳等。
三、常见异常乳
(一)牛初乳
牛初乳是指牛产犊后1周内所分泌的乳称之为初乳。
一头牛4天内初乳量39~52Kg ,牛犊初乳实际喂养6.7~11.7Kg 。若以220万头计约有8万T 的宝贵初乳资源。
1. 初乳特性
1)感官特性
色泽:黄褐色;(干物质含量高)
风味:异臭、味苦;(矿物质含量高)
组织状态:粘度大。
(2)理化特性
干物质含量高
脂肪、蛋白质(尤其是乳清蛋白)、盐类高(Fe 、Cu 分别是常乳的3~5和6倍);但乳糖低。
酸度较高。
稳定性差、易凝固、不宜作普通乳制品原料,但可作功能食品。
(3)功能特性
含有许多生物活性物质。
免疫因子。
1)免疫球蛋白(简Ig ),是一类具有抗体活性或化学结构与抗体相似的蛋白。对病毒、细菌及真菌感染有强大的防治作用。
2)非特异性蛋白质及免疫调节物质:可调节和刺激多种人体机能,乳铁蛋白(Lf )、乳酸过氧化酶Lp 、黄嘌呤氧化酶。
3)其它具有免疫功能的活性组份;糖蛋白、溶菌酶(LZ )、细胞活素、乳清蛋白。
生长因子:具有促进正常生长和加快伤口愈合,延缓衰老功效。
血小板衍生生长因子、胰岛素样生长因子、转移因子等等。生长激素(GH )、促性腺激素-释放激素(GnRH )及其结合肽(GAP )。
(4)加工特性
热稳定性差。
酸度高。
对热不稳定的乳清蛋白含量高。
加热60~70℃,功能因子失活。
2. 加工原则
保证初乳中热敏性功能组分,尤其Ig 的生物活性(微胶囊技术,低温喷雾干燥,真空冷冻干燥) 。
对初乳组分进行适度的拆分---利用多种技术分离纯化得到高浓度IgG 。
安全卫生。
良好的风味。
食用方便。
较长的保质期。
(二) 酒精实验阳性乳
即用68%、70%、72%、75%的酒精与等量乳混合出现凝块的乳。 低酸度酒精阳性乳:挤奶后不久的乳,其酸度﹤16°T ,但酒精试验呈阳性,往往造成很大损失。
产生的原因:
环境的影响;饲养管理;生理机能的影响;年龄
特点:酸度,Pr, 乳糖, 无机磷酸盐低;
乳清蛋白,Na +,Ca 2+, 胶体Ca 3(PO4) 2高。
耐热性较强,100℃与常乳无区别。130℃比常乳易凝固,故片式杀菌时,易于金属片上产生乳石。
盐类不平衡乳易产生低酸度酒精阳性乳。
(三) 乳房炎乳:
特点:
1. 泌乳量下降10~20%;
2. 酒精实验阳性,风味异常;
3. 细菌数,白血球和上皮细胞增多;
4. 不宜作原料;
5. 对公共健康有威胁。
可通过酪蛋白数、绿糖值来判断。
氯糖值=CI-/乳糖×100
正常值:1.0~3.0,
乳房炎乳﹥3.0。
酪蛋白数=酪蛋白N/总N × 100%
正常79%,
乳房炎乳﹤79%。
总结与巩固
正常的新鲜牛乳呈不透明的乳白色或微带黄色,新鲜牛乳具有乳香味,滋味稍甜。密度为1.028~1.032,酸度为16~180o T 。
一般条件下,乳品工业所测定的酸度就是总酸度。总酸度是固有酸度和发酵酸度之和。我国滴定酸度用吉尔涅尔度(°T)或乳酸度(乳酸%) 来表示。
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。
乳的酸度与与乳的新鲜度有关,常根据乳的酸度判断牛乳的新鲜度。
乳密度受乳的温度、脂肪含量、无脂干物质含量、乳挤出的时间及是否掺假等因素的影响
牛乳的冰点一般为-0.525~-0.565℃,平均为-0.540℃。在乳中掺水可使乳的冰点升高,可根据冰点测定结果,推算掺水量。 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西门子(S)。乳房炎乳中Na +、Cl -等离子增多,导电率上升。一般导电率超过0.06西门子(S)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。
异常乳(abnormal milk )是指由于乳牛本身生理、病理以及其它因素(包括人为的因素)的原因造成牛乳的成分和性质发生变化的乳。
异常乳有:生理异常乳:如初乳、末乳;病理异常乳:如乳房炎乳、其它致病性细菌污染乳;化学异常乳:如酒精实验阳性乳、低成分乳、冻结乳;人为异常乳:掺水乳、人为组成牛乳成分乳、添加防腐剂乳、加碱中和乳、提取脂肪乳等。
牛初乳是指牛产犊后1周内所分泌的乳称之为初乳。初乳黄褐色;异臭、味苦;粘度大;干物质含量高;酸度较高;稳定性差、易凝固、不宜作普通乳制品原料,但含有许多生物活性物质,可作功能食品。
酒精实验阳性乳即用68%、70%、72%、75%的酒精与等量乳混合出现凝块的乳。
低酸度酒精阳性乳:挤奶后不久的乳,其酸度﹤16°T ,但酒精试验呈阳性,往往造成很大损失。
乳房炎乳可通过酪蛋白数、绿糖值来判断。