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 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
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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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
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
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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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
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
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
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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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
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
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., 2009. 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
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
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
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
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
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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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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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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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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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
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
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
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
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
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
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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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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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
d. 瓶 裝 滅 菌 法 裝 瓶 後 於 120 20min 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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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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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
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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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
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
The Queen and Duke of Edinburgh watch butter being taken from a churn in the Bell Block Cooperative Dairy Factory. New Zealand 1953-4. 一 55
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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Butter from cream (1:06min) 58
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
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
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
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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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
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
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 8 10 85% 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
Cheddar Cheese 製 造 紐 約 州 之 Great Lakes Cheese Inc. 67
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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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美 西 雅 圖 Cheese 店 面 兼 工 廠 72
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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
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
工 廠 製 造 影 片 (4:47min) 77
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
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 2. 80 15min 殺 菌 3. 2% 菌 原 L. bulgaricus 和 Str. thermophilus 4. 37 6~8hr, 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
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
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
4. 加 蔗 糖 5. 濃 縮 :26 吋 真 空 52 6. 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
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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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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