動物產品學--乳品

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庄蒋
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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動物科技學系 1

2 商周牛奶駭人新聞乳牛是生物鏈的下端, 累積了環境的各種成分尤其是疏水性小分子可以貯積在脂肪這是環境共業市售乳品來自幾百幾千頭乳牛的混合現代的分析方法靈敏, 牛奶可以檢測出上萬種成分法規不得檢出, 應改為不得高於致病濃度的萬分之一 2

3 綱要 I 本省乳品概況 II 乳品營養過敏 III 牛乳組成 IV 羊人乳及其保健 V 市乳製造 VI Cream, Butter Ice Cream VII Cheese VIII 發酵乳 IX 煉乳 X 乳粉 3

4 I 本省乳品概況泌乳牛習慣寒帶氣候台灣地處亞熱帶, 冬季泌乳量較多, 消費量較少 ; 夏季則反之冬季剩餘奶為大問題羊乳習慣早上熱騰騰送到家, 冬季消費量高, 產銷一致土地飼料人工成本高鮮乳價高乳品有 90% 進口 4

5 美國超市乳品 5

6 II 乳品營養 1 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 6

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8 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 8

9 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 9

10 2 促進胃腸細胞的生長初乳中含有高量的 EGF 等生長因子, 可促進腸黏膜細胞增生, 健全消化道屏障 : a. 防止細菌入侵 b. 避免抗原侵入引起過敏 10

11 3 抗體等預防病菌靈長類胎兒可以從胎盤獲得抗體有蹄類豬牛羊馬的胎兒無法得到抗體, 必須於初生 24~30 hr 內從母乳獲得抗體, 做為被動免疫牛以病菌注射免疫, 製造免疫奶, 以高價健康食品販售 11

12 84 包 / 盒 x 22.5g/ 包 = 1,890g 每盒售價 11,000 元 12

13 4 疏水性小胜肽之機能性由乳清蛋白或 β 酪蛋白醱酵分解而來 a. 為 angiotensin converting enzyme (ACE) inhibitor, 抑制 ACE 活性, 及 bradykinin( 血管舒張素 ) 分解, 而降血壓 b. β-casomorphin ( 酪蛋白嗎啡 ) c. 初乳素 -- 防阿茲海默症的 Aβ 聚集 13

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15 加熱對營養的影響 : 牛乳加熱 100~120 10~20min 將引起褐色化, 為蛋白質胺基與乳糖醛基之梅納反應 (Maillard Reaction ) 離胺酸之殘留率於乳粉為 96~99%, 練乳為 76~96% 對白鼠之生長效果減低 25% 15

16 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 16

17 III 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 17

18 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 18

19 3. 乳房炎 --- 細菌衛生乳頭閉鎖不佳榨乳不當傷害乳腺細胞白血球防禦不佳乳腺細胞屏障不佳 --- 鈉氯增加而有鹹味 plasmin 分解蛋白質, 細菌分解乳不安定 4. 抗生素殘留 --- 發酵乳剋星 19

20 牛乳成分 -- 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 20

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23 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 23

24 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 24

25 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) 25

26 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 uridyltransferase ), 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 26

27 乳清蛋白 (whey protein) 牛乳 ph4.6 沈澱後之上清液 1.β- 乳球蛋白 (β-lactoglobulin) --- 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, 為預熱處理之原理 27

28 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 28

29 3. 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 29

30 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 30

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32 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- 酪蛋白牛羊無 γ- 酪蛋白基因 32

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34 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 34

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36 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 36

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41 IV 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 41

42 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 42

43 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 f. Colostrinin( 初乳素 )--- 防阿茲海默症 43

44 V 市乳製造工廠設計注意受乳殺菌產品動線, 避免污染 milk safety (6:32 min) 44

45 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 45

46 乳汁塵埃測定器乳汁比重器 46

47 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 47

48 六均質淨化後預熱至 65, 以均質機 (p246) 150kg/cm2 均質脂肪球由 1~10um 降至 1um, 細胞膜改為蛋白質膜, 不再上浮 48

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50 七殺菌或滅菌 : 1. LTLT (Low Temperature Long Time) 保持殺菌法巴斯德殺菌法低溫殺菌 63 30min 2. 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 50

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53 3. 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 53

54 4. 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 (p254 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 54

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56 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 56

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59 還原乳乳粉加水復原者 (1:9) 因 Maillard reaction, 乳較褐色熱變性較多, 乳清較清 Casein micelle 外覆較多 β- lactoglobulin 59

60 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) 60

61 VI cream, butter, ice cream cream 分離 : 遠心分離法 --- 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 61

62 cream separation (2:04 min) 62

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64 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 64

65 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 65

66 The Queen and Duke of Edinburgh watch butter being taken from a churn in the Bell Block Co-operative Dairy Factory. New Zealand 一次可做 8,000 磅 66

67 Butter from milk (7:25 min) 67

68 連續式乳酪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 68

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70 Butter from cream (1:06min) 70

71 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 71

72 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 72

73 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 73

74 雪糕冰棒製造 74

75 VII 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 75

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77 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 77

78 4 加凝乳酵性可加 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 78

79 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% 79

80 Cheddar Cheese 製造紐約州之 Great Lakes Cheese Inc. 80

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83 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 83

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85 美西雅圖 Cheese 店面兼工廠 85

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88 再製乾酪 --- 總產量之 2/3 選 2 種以上乾酪粉碎加入 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 88

89 Mozzarella cheese (pizza 用 ) 牛乳以 10% citric acid 調 ph5.2, 或乳酸菌發醱產酸, 使凝乳 ph 為 5.2~5.3 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於 85 水中按揉延展 (stretching), 使平滑有延展性 89

90 工廠製造影片 (4:47min) 90

91 VIII 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 ) 91

92 固態酸酪乳 1 牛乳 5% 脫脂乳粉 ( 或 0.1~0.5% 瓊脂 or 藻酸鈉 ) 8% 蔗糖香精 min 殺菌 3 2% 菌原 L. bulgaricus 和 Str. thermophilus 4 裝瓶 ~8hr, 酸度達 0.8%, 牛乳凝固 6 冷藏 92

93 液態酸酪乳 1 牛乳 (8% 蔗糖 ) min 殺菌 3 2% 菌原 4 發酵至酸度 0.85% 以上 5 攪拌檸檬酸調 ph4.0~3.5 均質可加 0.5% 果膠 ( 膳食纖維 ) 增加黏稠度 93

94 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 Ca- alginate 凝膠 94

95 IX 煉乳加糖煉乳 ( 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 95

96 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 96

97 X 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. 乾燥噴霧乾燥 --- 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 97

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99 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 99

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動物產品學--乳品

動物產品學--乳品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 http://blog.xuite.net/wu_eagle/tw blog 1 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