動物產品學--乳品

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贸派轰和
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1 生資院碩專班食品加工特論 (3 學分 ) 乳品加工吳輔祐教授國立宜蘭大學生物技術與動物科學系 blog 1

2 綱要 1. 乳品營養疏水小胜肽過敏 2. 牛乳組成 -- 乳脂乳糖乳清蛋白酪蛋白 3. 羊人乳及其保健 4. 乳品加工 -- 鮮乳調味乳 Cream Butter Ice Cream Cheese 發酵乳煉乳乳粉 2

3 1. 乳品營養 a. 提供完全的營養 --- 各種動物之乳最適合其幼兒的需要 Baby 成長需蛋白質與鈣磷, 同等重要高品質蛋白質由乳清蛋白提供鈣磷由酪蛋白提供, 故其蛋白質品質非完美 3

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5 寒帶動物乳中脂肪高, 提供高能量以禦寒海豹 (seal) 出生一二星期, 從母乳攝取高能量, 快速堆積體脂肪, 以禦寒及未來一個月能獨立攝食 5

6 各種動物乳組成與生長速度之關係動物生長愈快, 乳中蛋白質與灰分愈高 6

7 b. 疏水性小胜肽 β 酪蛋白分解產生 : a. ACE (angiotensin converting enzyme) inhibitor-- 降血壓 b. β-casomorphin ( 酪蛋白嗎啡 ) c. 初乳素 -- 防阿茲海默症的 Aβ 聚集乳源 PRP 抑制血腦屏障之 RAGE 與 Aβ 結合 7

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9 c. 牛乳過敏 : 約有 1% 的人對牛乳蛋白過敏, 主要是 αs1- 酪蛋白和 β- 乳球蛋白牛乳白蛋白 (albumin, BSA) 中 17 個胺基酸與人胰臟 β-cell p69 膜蛋白相同 epitope, 昜引起自體免疫的第一型糖尿病雖仍有爭議, 安全考量, 感冒免疫活躍時暫不喝牛乳 9

10 2. 牛乳組成 1. 酒精不安定乳 --- 酒精試驗 :70% 酒精與牛乳等量混合, 如沈澱則不及格主因牛乳 ph 低酪蛋白膠粒帶負電少, 且鈣游離出而不安定 10

11 2. 低酸度酒精不安定乳 --- 牛乳 ph 正常但酒精試驗仍陽性加熱成豆花早期經驗 : 大都與飼養管理不當有關主因 :18hr 未擠乳,tight junction 閉鎖不全,Plasmin ( 纖維蛋白溶解酵素 ) 滲漏至乳中, 分解酪蛋白 11

12 乳脂 98% 為三酸甘油酯, 其餘為磷脂酯 Vit A D E K 膽固醇等分泌時脂肪球外包細胞膜, 可保護脂肪不被脂解酶分解 milk fat globule membrane (MFGM)-- 三層磷脂質膜, 內包三酸甘油酯 12

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15 乳糖 --- 只於乳腺合成乳糖合成酵素含 A B 蛋白 B 蛋白為 α- 乳白蛋白, 使半乳糖連接至葡萄糖而成乳糖乳糖為半乳糖以 β-1,4 與葡萄糖連結, 為還原糖, 須乳糖酶 (Lactase) 分解乳糖酶於 baby 動物活性高, 長大不需要而退化 15

16 乳糖不耐症 --- 西方人基因變異優勢而保留, 成人仍有乳糖酶活性東方人長大後乳糖酶活性少, 偶而喝多量牛奶, 乳糖不被分解吸收, 排至大腸, 受細菌分解產酸刺激腸壁, 並增加滲透壓, 因而下痢腸道細菌之乳糖酶可誘導製造, 如繼續喝牛奶, 大都可改善 16

17 低乳糖牛乳基因重組熱安定 β-galactosidase 共價連結於 chitosan stable at 4 for 6 weeks 牛乳 70 流速 1.3 ml/min 反應 40 min 可分解 50% 乳糖 ;2 hr 可分解 80% 乳糖 (Chen et al., J. Dairy Sci. 92:491) 乳糖不耐症者可忍受 <15 克乳糖無或輕微症狀 (Usai-Satta et al., 2012) 17

18 半乳糖血症 --- 嬰兒不能將半乳糖代謝為葡萄糖, 主要為缺磷酸半乳糖尿甘醯轉移酶 (galactose-1-phosphate uridyl-transferase ), 會白內障痴呆嬰兒不能喝任何乳, 改喝調配豆奶青春期後肝臟有 UDP 半乳糖焦磷解酶, 可以代謝 18

19 乳清蛋白牛乳 ph4.6 沈澱後之上清液 1.β- 乳球蛋白 (βlactoglobulin) --- 佔乳清蛋白之 50% 分子量 18KD, 含 -SH 基, 牛乳蛋白中最易受熱變性 : 分子間以 -S-S- 互相聚集而沉澱與 κ-casein 形成雙硫鍵, 減少膠粒表面疏水性, 有助於膠粒之熱安定性, 為預 19

20 2.α- 乳白蛋白 (α-lactalbumin) --- 佔乳清蛋白之 20% 分子量 16KD, 含 4 對 -S-S- 鍵, 而無 -SH 基, 對熱較安定為乳糖合成酵素之 B 蛋白 20

21 酪蛋白生理功能為結合鈣磷提供初生動物骨骼生長所需, 故胺基酸品質不如乳清蛋白酪蛋白含多量的 Pro ( 破壞 α 螺旋 ) Gln ( 形成氫鍵阻礙 βsheet), 故分子呈流線狀含多量疏水性胺基酸, 形成疏水性結合 Ser 磷酸化而與鈣磷奈米小粒結合 21

22 αs1 酪蛋白 199 胺基酸 23KD,17 個 Pro 均勻散佈於分子, 無 Cys 分子中間兩個磷酸中心, 兩端疏水結合 3 個結合區可成網狀, 有助結構安定人乳無, 羊乳 18%, 牛乳 50% 故牛乳酪蛋白膠粒較安定 22

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24 β- 酪蛋白 209 胺基酸 24.5KD, 無 Cys N 端 1 個磷酸中心, 另端疏水區 2 個結合區只能成線狀 β- 酪蛋白之親水性部分易受酵素分解而產生 γ- 酪蛋白 24

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26 κ- 酪蛋白 169 胺基酸, 18KD, 含 2 游離 Cys, 加熱與 β- 乳球蛋白之 Cys 鍵結 N 端疏水,C 端糖化親水, 磷酸基很少, 故不受 Ca +2 沉澱單結合區為結構終結者大都在膠粒表面 26

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28 酪蛋白膠粒 (Casein micelle) 為球形, 多孔, 表面有毛狀凸起層, 分子量約 6 億, 直徑約 140nm αs1 愈少, 或 β 愈多, 酪蛋白膠粒愈大 κ 愈多膠粒愈小酪蛋白的磷酸中心與鈣磷小粒 (nanocluster) 結合 28

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33 3. 羊 ( 人 ) 乳及其保健 1 羊乳中低鏈脂肪酸較牛乳多, 有益減重, 但水解易產生異味 2 羊乳脂肪球較牛乳小 ;αs1 酪蛋白少而凝乳較軟較易消化 3 羊乳缺葉酸, 為羊乳的主要缺點葉酸為提供甲基供合成之輔酶, 缺少易得貧血症 33

34 4 羊乳為頂泌式 (Apocrine) 分泌 -- 乳細胞頂部破裂, 含較多囊泡與細胞質牛乳為局部式 (Merocrine) 分泌 34

35 5 新發現之人 ( 羊 ) 乳機能性成分 : a. 人乳含 EGF--- 促進腸道細胞生長 b. PAF-AH--- 減少過敏 c. 細胞膜上之寡糖 --- 騙病菌促進雙岐桿菌生長防腸毒素下痢 d. Lactadherin( 乳黏素 )--- 防輪狀病毒 e. Lactoferrin( 乳鐵素 )--- 防病菌病毒 35

36 4. 乳品加工 --- 鮮乳工廠設計注意受乳殺菌產品動線, 避免污染 milk safety (6:32 min) 36

37 一受乳 : 牧場生乳冷卻至 4 以下, 個別或集乳車運至工廠二檢查 : 受乳室感官之風味外觀檢查酒精試驗比重 (1.028~1.032) 抗生素快檢乳溫檢驗室 --- 乳脂率無脂固形物細菌數塵埃檢查 37

38 三淨化 : 過濾或離心除去異物四貯乳 : 2 大型貯乳槽, 輕微攪拌避免乳脂上浮五標準化 : 調整乳脂率強化成份 ( 維生素 D) 等 38

39 六均質淨化後預熱至 65, 以均質機均質脂肪球由 1~10um 降至 1um, 細胞膜改為蛋白質膜, 不再上浮 39

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41 七殺菌或滅菌 : a. LTLT (Low Temperature Long Time) 保持殺菌法巴斯德殺菌法低溫殺菌 63 30min b. HTST (High Temperature Short Time) 高溫短時間殺菌法速溫殺菌 73 15sec 可破壞 lipase, 但 plasmin 仍有活性, 需 80 10min 41

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44 c. UHT (Ultra High Temperature) 超高溫滅菌法 132 2sec ( 羊乳較不安定, 用 120 以下 ) 80 預熱數分鐘,β 乳球蛋白與 κ 酪蛋白結合, 增加牛乳熱安定性 44

45 d. 瓶裝滅菌法裝瓶後於 min 單槽高壓滅菌釜高塔 (10 公尺 ) 連續式 ( 台農牛乳 ) 高溫加熱久, 梅納反應較多, 明顯較褐色, 生物價由生乳 92 降為 88 45

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47 八充填 : 玻璃瓶塑膠瓶覆膜紙 Tetra Pak( 瑞典 ) Pure Pak( 美國 ): 包裝紙覆蓋鋁箔 PE 浸過 H 2 O 2, 卷成筒狀, 加熱 H 2 O 2 氣化成無菌環境, 滅菌乳於內充填後密封 47

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50 調味乳 50% 生乳鮮乳保久乳,4~8% 蔗糖, 調味料 (1% 可可粉或 3~6% 果汁 ) 需濃稠者可加 0.2~0.4% 安定劑, 酸性加 pectin, 中性加 CMC (carboxyl methyl cellulose) 50

51 cream, butter, ice cream 離心分離 cream--- 牛乳由圓心經底下進入 20~60 片圓椎盤組成之間隙, 離心脂肪較輕, 由靠中心管路流出非脂肪較重, 由圓椎盤遠端流出 51

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53 Butter 製造傳統 churn( 攪拌 ) 法 1. 分離 30~35% cream 2. 以 Ca(OH) 2 中和酸度 3. 殺菌, 可減壓脫臭 4. 發酵產酸, 使黏度降低易攪動 ; 並產生芳香 5. 於 2~5 攪拌陳化一夜, 使脂肪固化 53

54 6. 於攪動器中裝 1/3~1/2 滿,10 攪動, 使脂肪球結合成粒狀, 造成相轉換 (o/w 變 w/o) 7. 排除 buttermilk,10 水洗 2~3 次 54

55 The Queen and Duke of Edinburgh watch butter being taken from a churn in the Bell Block Cooperative Dairy Factory. New Zealand 一 55

56 連續式 butter 製造法相轉換原理分離 80% cream 加食鹽色素等, 冷卻至 10 於轉相機 (transmutator) 轉軸壓練, 使 o/w 相轉換成 w/o butter 即被壓出 56

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58 Butter from cream (1:06min) 58

59 冰淇淋基本配方 : 脂肪 8~16%--- 使組織平滑保型無脂固形物 6~12%--- 過少產品保型性不良, 過多乳糖易結晶沙質感糖分 15~18%--- 低於 15% 呈味不佳安定劑 0~0.7%--- 防止冰晶, 促進組織平滑乳化劑 0.1%--- 改善起泡性與圓滑質地其他 --- 香草巧克力果核水果等 59

60 冰淇淋製造 1. 配料混合 2. 殺菌因濃度高, 殺菌條件升 5 如有雞蛋, 混合後於 80 10min 除蛋腥味 3. 均質使質地細緻, 後降溫至 4 4. 於 2~4 陳化隔夜, 使乾料有充份時間水合 60

61 5. 20 攪凍, 搔刮器將槽壁凍結之原料刮下成小冰晶, 並混入空氣 61

62 Cheese ( 乾酪 ) 遠古牛乳盛於小牛胃袋, 凝乳成乾酪 Cheese 製造 1 原料乳檢查 -- 成份調整, 無抗生素 2 殺菌 -- 以 HTST 為佳 62

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64 3 加菌原 ~1hr,0.18% 酸度幫助凝乳與排乳清, 凝乳後熟成產生風味主要為 Str. lactis, Str. cremoris, L. bulgaricus 丙酸菌將乳酸丙酸醋酸 +CO 2, 形成乾酪眼青黴菌熟成為 blue cheese 64

65 4 加凝乳酶可加 0.02% CaCl2 幫助凝乳還原乳需較長時間凝乳 5 凝乳之截切攪拌加熱 0.5~2.5hr 略攪, 乳清應清晰透明截切凝乳, 幫助排除乳清加熱有助凝乳收縮 65

66 6 定型壓榨於周圍有孔洞之模板舖 cheese cloth, 裝入凝乳 2Kg/cm2 壓 30min,4 Kg/cm2 壓過夜 7 浸 20% NaCl 或塗乾鹽 % 相對濕度熟成 6 個月熟成度 =100% x 水溶性氮 / 總氮初期 4%, 熟成後 30~60% 66

67 Cheddar Cheese 製造紐約州之 Great Lakes Cheese Inc. 67

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70 於 2~10 熟成 2~12 個月採樣檢測美國製造之熟成乾酪, 有 2/3 為 Cheddar 70

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72 美西雅圖 Cheese 店面兼工廠 72

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75 processed cheese-- 總產量之 2/3 選 2 種以上 cheese 粉碎加入 5~10% 水 2% 乳化劑調味料色素等加熱攪拌 80 20~30min 充填冷卻包裝 75

76 Mozzarella cheese (pizza 用 ) 牛乳以 10% citric acid 調 ph5.3, 或乳酸菌發醱產酸, 使凝乳 ph 為 5.3 酸讓酪蛋白膠粒中的鈣溶出, 使凝乳有可塑性. 凝乳後切塊排除乳清加熱 70~75 揉展 (stretching) 使分子排列同方向 76

77 工廠製造影片 (4:47min) 77

78 發酵乳乳酸菌發酵者 --- 酸酪乳如優酪乳國際酪農聯盟規定優酪乳須含 L. bulgaricus 和 Str. thermophilus 兩種菌乳酸菌和酵母菌 --- 酒精發酵乳如 Kefir( 克弗爾 ) 78

79 優酪乳 1. 牛乳 8% 蔗糖固態優酪乳加 5% 脫脂乳粉或 0.1~0.5% 藻酸鈉等 min 殺菌 3. 2% 菌原 L. bulgaricus 和 Str. thermophilus ~8hr, 酸度達 0.8%, 牛乳凝固 5. 液態優酪乳以檸檬酸調 ph~4.0 均質可加果膠增加黏稠度 79

80 晶球乳酸菌乳酸菌溶於 2% 的 sodium alginate( 褐藻膠 ) 滴入 3% CaCl 2 溶液中, 形成 Caalginate 凝膠 80

81 加糖煉乳含蔗糖 >40%, 無滅菌能於室溫貯存, 但以冷藏為佳 1. 乳脂率 >3% 之優良生乳 2. 預熱 :85 10min 殺菌, 並使膠粒安定 3. 加安定劑 --- 磷酸 2 鈉檸檬酸 3 鈉, 調 ph 並抓 Ca +2, 防止凝集濃厚化 81

82 4. 加蔗糖 5. 濃縮 :26 吋真空接種 : 防止乳糖結晶 30min 內冷卻至 30, 不斷攪拌加 0.05% α- 乳糖水合結晶細粉 (>200mesh,1μm),1hr 內冷卻至 20 使乳糖結晶 <10μm 7. 裝罐冷藏 82

83 乳粉 1. 原料乳標準化 2. 預熱濃縮成 50% 乳固形物 ( 如煉乳製造 ) 3. 噴霧乾燥 --- 濃縮乳以噴霧器霧狀噴入乾燥室, 其內以 150 淨化空氣乾燥之 83

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85 奶粉之即溶處理噴霧乾燥迅速脫水, 乳糖來不及變旋結晶, 形成 α:β=2:3 之無定形物吸濕性強, 加水形成團塊而溶解差噴霧乾燥後之乳粉通入團粒化機, 以蒸氣濕潤至 8~16% 水份 α:β=2:3 乳糖 α- 乳糖水合物結晶再熱風乾燥至水份 3~4% 粉碎過篩乳粉粒由原來 70μm 增加至 200~800μm 85

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