化学家园

牛奶的组成、腐败与保鲜

                                      

老少皆宜的营养佳品———牛奶，被誉为“人类的保姆”。每天都坚持喝一些牛奶会使我们延年益寿。现在，我们能够很方便地购买到已经包装好的鲜牛奶，甚至可以开袋即饮。其实，牛奶在作为液体饮料或制成各种奶制品之前，通常要经过加工处理，以对其进行保鲜，而不是直接被拿来饮用或制成奶制品。为什么要对牛奶进行保鲜处理呢? 进行这样的处理通常采取哪些措施呢? 为了回答这些问题，我们要先来了解一下牛奶的组成，再看一看如果我们不对牛奶进行保鲜处理，牛奶会发生怎样的变化。

1 牛奶的组成

牛奶的营养极其丰富，含有各种蛋白质、氨基酸、脂肪、乳糖、柠檬酸盐以及钙等矿物质。在100 g 全脂牛乳中平均含有蛋白质3. 2 g ，脂肪3. 3 g ，Ca 元素119μg ，P 元素93μg ，等等。如此多的养分对人类的健康大有益处，但是对细菌等微生物也是如此。因为牛奶湿度高，pH 近乎中性，又富含微生物繁殖所需的营养，很容易成为微生物理想的营养基和繁殖地。鲜牛奶中一旦有细菌开始滋生繁殖，其中的各种养分在这些微生物的作用下就会发生一系列变化，牛奶也不再新鲜，最后腐败变质。牛奶中既可发生人们所希望的对人们有用的变化，也可发生人们不希望的对健康有害的变化。

2 牛奶中的变化

由微生物引起的牛奶腐败变质包括许多种类的反应。刚从健康奶牛体中流出的鲜奶几乎不含任何细菌而且也不易繁殖细菌。然而，牛奶一旦流出牛体与外界接触，就立即被污染了。土壤和空气中的细菌可乘机而入，挤奶工人的手、挤奶器、装牛奶的容器和奶制品工厂中的设备等等也都是污染源。当牛奶到达牛奶厂的时候，1 mL 牛奶可含107个细菌。随着细菌的繁殖，牛奶中一系列的变化便开始了。

2. 1 牛奶中乳糖的变化(牛奶的酸变)

在细菌的作用下，牛奶中的糖类物质- 乳糖可被转变成乳酸。这是因为牛奶中的绝大部分细菌都含有能分解乳糖的酶，使乳糖经一系列的分解反应最终变为乳酸。例如：乳糖杆菌中含有乳糖酶，可将乳糖分解为D - ( + ) - 葡萄糖和D - ( + ) - 半乳糖；这些单糖随即又被其他的酶转变为葡萄糖- 6 - 磷酸酯，后者又依次被其他8 种酶、经过10 个反应转化为丙酮酸。这个系列反应过程称为Emden - Meyeohof - Parnass( EMP) 糖解过程。这个过程在细菌的新陈代谢和动植物肌肉的有氧、厌氧呼吸过程中起着重要作用，同样也是食物腐败变质的主要途径之一。

牛奶酸变的最后一个过程是丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下氢化生成乳酸。

随着乳酸的生成，牛奶的pH 不断下降，这将影响到牛奶中的蛋白质。鲜牛奶中含有3 大类蛋白质：酪蛋白、球蛋白和白蛋白。酪蛋白呈球状，与Ca 、无机磷酸盐、Mg 和柠檬酸盐结合成酪蛋白胶粒，以悬乳液状态存在于牛奶中。随着pH 的下降，酪蛋白中与Ca 、磷酸盐结合的化学键会发生断裂，使酪蛋白的溶解度下降。当pH 大约为5. 2 时，酪蛋白开始凝聚并沉淀出来。这个现象叫牛奶的凝结。与此同时，球蛋白和白蛋白仍溶解在剩下的浆液中。

虽然细菌的繁殖使牛奶的pH 降低且出现凝结现象，但牛奶中的细菌并不喜欢酸性环境。低pH 的酸性环境抑制了细菌的繁殖，因此牛奶中不再有乳酸产生。尽管如此，这时我们看到的牛奶已经变成凝块和浆液的酸性混合物了。

尽管牛奶的酸变通常是人们所不喜欢的，但并不总是这样。如果恰当地控制牛奶酸变的条件，则可将此过程转变为对人类有益的事情。当牛奶中的微生物主要都是乳酸生产者- 乳酸菌时，酸化了的牛奶是很稳定的，因为除了乳糖外，牛奶中的其他成分，如蛋白质和脂肪等并未发生变化。所以在过去使牛奶酸化曾被普遍当做储存牛奶的一种方法，现在许多国家仍在使用这种方法。酸牛奶不但易保存，其中的乳酸菌对人类还有很好的保健作用，因为乳酸菌有调节肠胃、增强免疫力、防癌和降低胆固醇等功效，是极佳的饮料。

在酸奶的起源地高加索地区，饮用酸奶的居民普遍长寿。此外，牛奶酸化后析出的凝块还可制得香喷喷的奶酪。今天，我们用同样的微生物反应来生产各种液体或固体奶制品，只不过在生产过程中可根据所需要的奶制品的口味和质地来主动地、选择性地加入相应的那种乳酸菌，因为不同种类的乳酸菌会使牛奶产生不同的味道。

如果牛奶中除含乳酸菌外，还有大量其他的耐酸杂菌，如一些酵母、霉菌等，那么牛奶的变化便不会就此停止。除乳酸外，牛奶中还要有许多其他的最终产物，如：乙醇、乙醛、乙酸、丙酮、CO₂ 、一些高级醇、高级酸和羰基化合物等等。比起酸变来，这类变质可是从来都不令人愉快的，因为这些杂菌不但对人类的健康有害，它们的许多中间产物或最终产物也是有毒物质。这些杂菌在牛奶中所引起的变化主要有蛋白质和脂肪的变化。

2. 2 牛奶中蛋白质的变化

牛奶中蛋白质的变化即蛋白质的微生物降解反应。首先，蛋白质被牛奶中细菌的酶分解为各种氨基酸的混合物，然后这些氨基酸再进一步被分解为各种有机酸、醛、醇和其他无机小分子物质。反应的主要机理是各种氨基酸先被氧化脱氨(转移NH₂基) ，再脱羧(移去CO₂) 。以亮氨酸为例：

如果这些氨基酸在生物降解的过程中直接发生脱羧的反应则会释放出胺类物质，含有S 元素的氨基酸如蛋氨酸和半胱氨酸还会释放出H₂S。这些反应产生的胺、H₂S 等物质不仅有毒，还有一股难闻的味道，这就是我们通常所说的腐臭味。

2. 3 牛奶中脂肪的变化

牛奶中脂肪的变化也是发生微生物降解反应。牛奶中的许多微生物都含有能分解脂肪的酶。脂肪分解的第一步是脂肪在脂肪酶的催化作用下水解，产生甘油二脂，后者再进一步水解生成甘油脂，最后生成甘油(丙三醇) 。在上述的每一步中，都伴随着游离脂肪酸的生成。

牛奶中脂肪酸的碳链长度从C₄ (丁酸) 到C₁₈ (碳酸和油酸) ，这些游离脂肪酸有一股干酪或肥皂的味道。

第二步是脂肪酸在脂肪氧化酶，尤其是不饱和脂肪酶的氧化裂解作用下，生成碳链长度为C₄～C₁₄的醛，释放出一种强烈的蛤喇的味道。

即使没有细菌中所含的酶的作用，脂肪也能氧化分解，只是速度极慢而已。

通过以上叙述，我们已经清楚地认识到为什么要对牛奶进行保鲜处理了。那么通常采用什么保鲜方法呢?

3 牛奶的保鲜方法

欲保鲜就要对牛奶进行消毒，以消灭致腐的微生物。目前消毒的方法主要有2 种，即巴氏消毒法和超高温瞬时灭菌法。

3. 1 巴氏消毒法

巴氏消毒法是指在100 ℃以下进行批式消毒杀菌，如85 ℃杀菌15 s ，或75 ℃杀菌30 s 等。牛奶经巴氏消毒后并非无菌，极少数耐热细菌仍能存活，所以需迅速冷却，经无菌包装后立即冷藏以防细菌繁殖。冷藏温度通常为2 ℃至6 ℃，时间不超过24 h 。

巴氏消毒能破坏一些脂酶和其他天然酶类，维生素可能稍有破坏，但营养价值无重大影响。

经巴氏消毒后的牛奶到消费者手里之前，在常温下只要放4 h 就会变质。所以消费者在选购时一定要注意包装袋上的生产日期。

3. 2 超高温瞬时灭菌法

超高温瞬时灭菌法是指在140 ℃～150 ℃的条件下灭菌2 至3 s ，这样能把牛奶中的微生物全部杀死，而营养却因加热时间短而得以保存。牛奶经超高温瞬时灭菌后立即进行无菌包装，保质期大大增长，可直接饮用，为生活带来极大方便。目前超市中的鲜奶大多为这种牛奶，有的甚至采用了高科技生产的避光保鲜膜进行包装，常温下保质期可达30 天。

如果不喜欢喝凉的开袋即饮的鲜奶，可将其放到开水里温一温。但千万别煮开太久，因为加热煮沸时间过长，不仅破坏了维生素，还造成蛋白质凝聚和钙质沉淀，白白浪费了营养。

随着科技的进步，更加新鲜的“绿色牛奶”逐渐走入我们的生活。“绿色牛奶”是指来自无污染的奶源，即奶牛的饲料不使用抗生素、生长激素等添加剂，经过符合绿色食品生产操作的加工，不添加任何防腐剂、甜蜜素的牛奶。

清楚牛奶的致腐原因，了解牛奶的保鲜方法，选择新鲜的牛奶，让我们的身体更加健康。

（作者：巫平松 石中亮 陈尚东，沈阳化工学院 110142，原文为《牛奶的保鲜》）

【作者: 长空星雨】【访问统计:】【2008年01月23日 星期三 12:46】【注册】【打印】