牛乳的化学成分
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《焙烤工业实用手册》第89页（4568字）
牛乳是多种物质组成的混合物，化学成分主要有水、脂肪、蛋白质、乳糖、矿物质、维生素和酶等。牛乳的化学成分受牛的品种、个体、泌乳期、育龄、饲料、季节、气温、挤奶情况及健康状态等因素的影响而异，其中变化最大的是脂肪，其次是蛋白质，乳糖和矿物质则相对比较稳定。
牛乳的主要成分见表1－2－1。
表1－2－1 牛乳的主要成分
(一)水分
水是牛乳的主要成分，是乳中其他成分的分散介质，在牛乳中的水有两种存在形式。
1．游离态
游离态的水为游离水，也称自由水。乳中绝大部分水是以游离状态存在的，这种水在常压下即可沸腾，但由于牛乳中的水溶解了可溶性糖分、无机盐和维生素等，而使沸点稍高一些。在牛乳加工中，游离水很容易除去。
2．结合水
在乳中以化学力与其他成分如蛋白质结合的水为化学结合水，简称结合水。结合水与蛋白质亲水基团的氢键结合，其结合力较大，在加工中不易除去。它在常压下，100℃时并不汽化，0℃时也不结冰。在特别的干燥箱内也需在105℃温度下，烘2～3h方可除去。乳中水分起着便于饮用，溶解可溶性物质，分散不溶性物质，易于消化和吸收的作用。
3．结晶水
结晶水是按定量比例作为分子组成成分而与乳中的其他物质相结合的水分，它同物料的结合最稳定。α－乳糖水合物就是含有一个分子水的乳糖晶粒。
(二)乳蛋白质
1．乳蛋白质的组成
一般原料乳中含有3．3%～3．5%乳蛋白质，它是重要的营养物质。
乳蛋白质是乳中主要含氮物质，包括酪蛋白及乳清蛋白质，还有少量脂肪球膜蛋白质。乳清蛋白质中含有对热不稳定的各种乳白蛋白及乳球蛋白；另有对热稳定的
和胨。除了蛋白质之外，尚有少量非蛋白态氮，如氨、游离氨基酸、尿素、尿酸、肌酸及嘌呤碱等。
2．酪蛋白(Casein)
当脱脂乳用酸调节其pH为4．6(等电点)，温度为20℃时沉淀的蛋白质为酪蛋白。酪蛋白是乳蛋白中最丰富的一类蛋白质，占乳蛋白质的80%～82%。事实上，酪蛋白并不是单一的蛋白质，而是由α－、β－、γ－等酪蛋白组成。在乳中，酪蛋白以酪蛋白酸钙－磷酸钙复合形态存在。酪蛋白是制造干酪和干酪素的主要原料。
酪蛋白能与钙、磷等无机离子结合成酪蛋白胶粒，以胶体悬浮液的状态存在于牛乳中。酪蛋白胶粒对pH的变化很敏感，调节脱脂乳的pH，酪蛋白胶粒中的钙离子与磷酸盐逐渐游离出来，pH到达酪蛋白的等电点时，酪蛋白沉淀。另外，由于微生物的作用，乳中的乳糖分解为乳酸，当乳酸量足以使pH达到酪蛋白的等电点时，同样可发生酪蛋白的酸沉淀，这就是牛乳的自然酸败现象。
3．乳清蛋白(Lacto albumin)
原料乳除去酪蛋白之后，仍留在乳中的蛋白质统称为乳清蛋白质，占乳蛋白质的18%～20%。乳清蛋白质还可分为热稳定和热不稳定两种。
对热不稳定的乳清蛋白质，是在乳清的pH为4．6～4．7时，经20min煮沸后，沉淀析出的蛋白质，约占乳清蛋白质的81%。包括乳白蛋白和乳球蛋白两种。
乳清在中性条件下，加饱和硫酸铵或饱和硫酸镁进行盐析时，呈溶解状态而不析出的蛋白质属于乳白蛋白。约占乳清蛋白质的68%。乳白蛋白又分为α－乳白蛋白、β－乳球蛋白、血清白蛋白，其中含量最多的是β－乳球蛋白。
乳清在中性条件下，加饱和硫酸铵或饱和硫酸镁进行盐析时，能析出的蛋白质即为乳球蛋白。约占乳清蛋白质的13%。乳球蛋白又分为真球蛋白和假球蛋白。
对热稳定的乳清蛋白质有
和胨，约占乳清蛋白质的19%。此外，还有一些脂肪球膜蛋白质，是吸附于脂肪球表面的蛋白质和酶类的混合物，含有脂蛋白、碱性磷酸酶和黄质氧化酶等。
乳清蛋白质有很高的营养价值和生理功能，但牛乳中酪蛋白含量多、乳清蛋白含量少，与人乳的组成正好相反。为使乳制品的蛋白质组成接近于人乳，可以利用乳清蛋白质来调整牛乳组成成分，生产出高质量的婴儿营养乳粉和其他营养食品。
人们可以将乳清浓缩、干燥、分离成各种成分，如蛋白质、乳糖、矿物质、脂肪及它们的复合物，作为食品加工用原料。目前常用的乳清制品有乳清粉和乳清浓缩蛋白(WPC)。
乳清是作为干酪工业副产品而产生的，它是在干酪和干酪素制造中从牛乳或脱脂乳中通过分离而得到的液体物质。
4．乳蛋白质的营养价值
乳蛋白质属于完全蛋白质，大约含有20种以上的氨基酸，包括人体必需的氨基酸。牛乳中必需氨基酸的含量见表1－2－2。
表1－2－2 牛乳中必需氨基酸的含量
从牛乳蛋白质的氨基酸组成来看，牛乳蛋白质的营养价值非常高，是一种非常经济的优质蛋白质来源。
(三)乳脂肪(Milk fat)
乳中含有3%～5%的脂质，它具有很复杂的成分和结构，比其他天然脂肪复杂得多。乳脂肪不仅与乳的风味有密切关系，而且是稀奶油、奶油、干酪、乳粉等的主要成分。乳脂肪能溶于低极性的有机溶剂，不溶于水，而以脂肪球状态分散于乳浆中形成乳浊液。
乳脂肪的脂肪酸组成与一般脂肪有明显差别。乳脂肪的脂肪酸种类远较一般脂肪多，已发现乳脂肪的脂肪酸多达60余种。乳脂肪中的脂肪酸可分为三类：
(1)水溶性、挥发性脂肪酸，其代表为丁酸、己酸、辛酸和癸酸。它们赋予乳脂肪以特有风味和柔润的质体，且易于消化吸收。
(2)非水溶性、挥发性脂肪酸。其代表为月桂酸。
(3)非水溶性、不挥发性脂肪酸。主要有豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、油酸、亚油酸等。
乳脂肪除了含有低级饱和脂肪酸外，还含有C20～C26的高级饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸中主要是油酸，约占不饱和脂肪酸总量的70%。
乳中的脂肪呈极细小的球体，均匀地分布在乳汁中，脂肪球的外面包有一层乳清或蛋白质薄膜。乳脂肪球的直径通常为0．1～10μm，平均为3μm左右。脂肪球的大小与乳脂肪芳香和消化率有密切关系。一般来说，大脂肪球芳香味浓，但消化率不如小脂肪球。
乳脂肪在15℃时相对密度为0．935～0．943，熔点为27～34℃，低于人的体温，同时乳脂肪本身已形成很好的乳化状态，因而含有乳及乳制品的面包、饼干和糕点消化率高。任何一种食用脂肪，被人体消化吸收率的高低，其熔点是最重要的因素。脂肪的熔点与脂肪分子碳链长短及饱和度有关，碳链越短、或不饱和度越大，其脂肪熔点越低，消化率也就越高。
(四)乳糖(Lactos)
乳中所含糖类的98．8%以上是乳糖，此外，还有极少量的葡萄糖、果糖、半乳糖等。牛乳中乳糖含量为4．6%～4．7%。乳糖是哺乳动物乳汁中特有的糖类，其甜度为蔗糖的1／6左右。
乳糖是一种具有还原性的双糖，它是由D－葡萄糖与D－半乳糖以β－1，4苷键结合成的双糖，亦称为1，4－半乳糖苷葡萄糖。
乳糖有α型和β型两种异构体，而α－乳糖又有含结晶水和不含结晶水之分。常见的是α型含水乳糖。这种乳糖在常温下相当稳定，较一般糖难溶于水。乳糖的水溶液加热至100～130℃时分解产生微棕色，这是因为乳糖吸收氧放出二氧化碳的缘故。
乳糖易为乳酸菌分解，乳糖可分解产生乳酸。牛乳在空气中经较长时间放置还会产生大量气泡，并有酿酒气味，这是由于牛乳污染了酵母菌，使乳糖发酵所致，生成乙醇和二氧化碳。
乳糖对婴幼儿的智力发育非常重要，乳糖能促进脑苷和黏多糖类物质的生成，这些物质是构成脑细胞的必要成分。此外，乳糖能促进肠道内乳酸菌的生长。乳酸的形成，可以促进婴幼儿对钙等物质的吸收。
在婴幼儿的消化道内，能分解乳糖的乳糖酶最多。但随着年龄的增长，有些人消化道内呈现缺乏乳糖酶的现象，不能分解和吸收乳糖，而引起人体的肠鸣和腹泻，称为“乳糖不适应症”。对此可在乳中加入乳糖酶来解决。可见，在焙烤食品中加入乳品或乳糖的同时加入乳糖酶，则可以促进人们对乳糖的消化吸收，防止佝偻病。
(五)矿物质
牛乳中矿物质含量在0．7%～0．75%，主要有磷、钙、镁、氯、钠、硫、钾等矿物元素，以及一些微量元素如铁、锌、硼等。矿物元素对机体特别是婴幼儿成长是必需的，尽管机体对它的需要量并不大，但却是必不可少的。牛乳中矿物质之间，特别是钙、镁阳离子与磷酸根、柠檬酸根阴离子之间保持着一定比例的平衡关系。矿物质可保持乳蛋白质有较高的热稳定性。
(六)维生素
牛乳中维生素十分丰富，几乎含有所有已知的维生素。特别是维生素B2含量很丰富，但维生素D含量却不多，若作为婴儿食品时应予强化。