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牛奶中的蛋白质

牛奶中含有许多种类的蛋白质，大多数蛋白质只占很少的量。蛋白质通常可以根据它们物理化学以及生物特性的不同划分为不同的种类。传统的牛奶蛋白一般被分为三类，酪蛋白、乳清蛋白质和微量蛋白。蛋白质附着在脂肪球的表面，酶一般都属于所谓的微量蛋白。

乳清蛋白质与乳浆蛋白（milk-serum proteins）基本上代表同一个意思，但是乳清蛋白一般是指在奶酪制作中得到的副产物。而且乳清蛋白还含有少量的酪蛋白分子，一般是在奶酪制作过程中由裂解酶水解产生的。 有些乳清蛋白含量比原始牛奶中的含量要稍低，这是因为在奶酪的制作过程中，巴氏消菌使得一部分蛋白质变性。

三种主要的牛奶蛋白质被它们截然不同的功能特性所区分。酪蛋白在裂解酶和低pH下很容易产生沉淀，而乳清蛋白则通常留在溶液中。

状乳清蛋白在中等温度时，就会发生变性，而此时乳酪蛋白依然比较稳定。脂肪球蛋白（附着在脂肪球上，顾名思义，只能通过机械作用使之释放。如，制把奶油混合如黄油中。

酪蛋白

酪蛋白使牛奶蛋白中占有主导地位的一类蛋白。酪蛋白存在于所有的动物的乳液中，也包括人乳。在牛奶中酪蛋白占大约80％或占大约26克每升。

酪蛋白有四个分类，αs-,αs2-, β- 和 κ-蛋白。四个种类的蛋白截然不同，每个种类都含有2-8个不同的遗传性变形。这些显著的不同通常只是因为些许的氨基酸不同所决定的。α- 与 β- 酪蛋白的共同点是氨基酸都被酯化成为含磷的酸。这中含磷的酸与钙结合（牛奶中最富有的元素之一）形成连接分子间和分子那的结构。

这种特性使得酪蛋白很容易形成聚合物，含有同类型或者不同类型的酪蛋白。因为酪蛋白中充足的磷酸盐基团和疏水集团，形成的酪蛋白聚合物都非常特别与稳定。酪蛋白聚合物由成百上千的个体分子组成，形成牛奶特有乳白色的胶状溶液。这些复杂的分子结构被称作酪蛋白的胶束结构Casein micelles。酪蛋白的胶束结构如图1所示，由逊胶束sub-micelles大约10 至 15 nm (1 纳米 = 10–9米)。中等大小的酪蛋白的胶束大约有400到500个逊胶束组成，大约大小为0.4微米(0.0004 mm).

图 1上图为: 酪蛋白的胶束 : 图例 : A: 逊胶束; B: 蛋白质亲水部分; C: 磷酸钙盐; D: κ-酪蛋白; E: 磷酸基团

逊胶束中的磷酸钙与疏水基团起到稳固酪蛋白胶束的作用。蛋白胶束外部的“多毛结构”含有糖基团是 κ-酪蛋白中的亲水基，如图示B，这些结构的重要作用是稳定蛋白胶束并且防止沉淀聚合。

κ-酪蛋白的重要作用在奶酪制作中体现的更为突出，皱胃凝乳酶，通常在制作奶酪的第一个步骤中使用，它的作用是切掉那些附着在蛋白胶束表面的糖基团。随后蛋白胶束将失去溶解度并且慢慢开始聚合形成凝乳。

在低温时，蛋白胶束的结构非常脆弱，当κ-酪蛋白的侧链开始分解游离时，磷酸钙也逐渐离开蛋白胶束。这时因为β-酪蛋白中的疏水基团最多，随着温度降低疏水基相互作用逐渐削弱。β-酪蛋白被水解成γ-酪蛋白和朊间质蛋白胨proteose-peptones，而这些分离产物从一个侧面降低了奶酪的产量，因为朊间质蛋白胨会溶于乳清而被作为副产物处理。

也有一些其它的蛋白水解酶可以制作凝乳，然而这些水解酶具有非特定性。如果奶酪不是由皱胃凝乳酶制作，而是由植物蛋白酶（植物奶酪），通常会由截然不同的口感或者更低的产量。

酸沉淀

在牛奶中加入酸或者加入产生酸细菌的都会使牛奶的pH降低。一般来说牛奶的pH为6.5-6.7左右，酸化时，一般会有如下步骤：

• ? 首先蛋白胶束中的磷酸钙逐渐溶解形成钙离子，这些游离的钙离子穿透蛋白胶束形成钙分子内部的化学建。
• ? 其次溶液的pH值逐渐接近酪蛋白的等电点。酪蛋白的等电点是酪蛋白溶解度最低的pH值处，一般为pH 4.2-4.7。

如上两种方法的酸沉淀都是从蛋白胶束的增长和聚合开始的，最终都以浓密的凝乳结束。

这种方法一般常见于发酵牛奶制品中。在发酵牛奶产品中，如酸奶，乳酸菌还会生产多聚糖，这些多聚糖就是导致乳脂色凝乳的重要因素。

在加入充足的氢氧化钠溶液的情况下酸沉淀会可逆，酪蛋白会重新溶解。通常会产生酪蛋白酸钙，因为特有的乳化性特点是一种优质的食品配料。而原始的蛋白胶束在加入氢氧化钠后则无法复原。

凝乳与乳清的分离

乳清蛋白

乳清蛋白一般的直译是血清蛋白，然而理论上所谓的乳清蛋白则是特指在奶酪制作中存在于乳清中的蛋白质。如果在脱脂奶中加入矿物酸除去酪蛋白，剩余的蛋白质则被称为血清蛋白。这些成分也非常近似于“真正”的乳清蛋白，因此乳清蛋白也有此得名。

乳清蛋白大约占牛奶中蛋白质总含量的20％左右。乳清蛋白非常稳定可以被去分为如下种类：

• α-lactalbumin α-乳白蛋白
• β-lactoglobulin β-乳白蛋白
• Blood Serum Albumin 血清蛋白
• Immunoglobulins 免疫球蛋白
• Miscellaneous proteins 与 polypeptides 混合蛋白和多肽

乳清蛋白中一般，特别是乳白蛋白含有较高的营养价值。氨基酸组分非常接近生物活性的最优值。乳清蛋白提取物也被广泛的应用于食品工业当中。

乳清蛋白一般在蛋白胶束加热聚合时就会变性。

乳清蛋白在工业上通过膜技术得到结晶。

α-乳白蛋白

这一类蛋白质通常被认为是典型的乳清蛋白。它存在于所有的哺乳动物中，并且在合成乳糖有着重要的作用。

β-乳白蛋白
这类蛋白质只在有蹄类动物中可见，而且这类蛋白质是牛奶中乳清蛋白的主要成分。如果牛奶加热超过60 °C，β-乳白蛋白中重要的含硫氨基酸会开始变性。在高温时硫磺基慢慢释放。在烹饪牛奶的过程中闻到的味道的部分也是由这些硫磺基团产生的。

免疫球蛋白

免疫球蛋白在保护新生动物(或者人类)免受细菌和病毒感染方面起着非常重要的作用。

乳铁传递蛋白

乳铁传递蛋白是一种糖蛋白，归属于离子传递和铁传递蛋白种类。最初从牛奶中得到提纯，但是这中蛋白质也存于别的乳汁中，在哺乳动物的为分泌物中也由存在
乳铁传递蛋白被认为是具有种多功能，多任务的蛋白质。它充当了多种生物角色。因为具有离子结合特性，乳铁传递蛋白对于婴儿大肠粘膜中铁离子的吸收起这非常重要的作用。除此之外在抗菌、抗滤过性病原体、抗真菌、 消炎剂、抗氧化剂以及免疫调节活性剂。下面的地址详细的描述了上述的内容，需要了解更多信息可以访问http://www.lactoferrinresearch.org

乳过氧化物酶

乳过氧化物酶被认为是牛奶、唾液和眼泪中的抗菌剂，乳过氧化物酶是天然的细菌防御系统，在反应中过氧化氢通过养活硫氰酸根离子(SCN-)产生抗菌作用。存在于生物溶液中的这些物质，与乳过氧化氢酶类似的被归为乳过氧化氢酶系统 (LP-s)。LP-s被证明对于广泛的细菌微生物，杀菌和细菌抑制由显著的作用。然而对于本身就生产蛋白质与酶的生物体则没有作用。

微量蛋白质

膜蛋白质

膜蛋白质是脂肪球外层一组起保护作用的蛋白质，它们起到稳定牛奶乳状液的作用。一些蛋白质含有脂蛋白是脂肪分子的残余物。膜蛋白质是牛奶中最小的蛋白质成分，大约占总蛋白质含量的1.5％ 左右。

蛋白质中的酯类与疏水氨基酸驱使分子直接将疏水基团伸向脂肪表面，亲水或者次疏水的基团则指向含水的部分。 磷脂与脂解酶一般都会吸附于膜结构之中。

牛奶中的酶

牛奶中的酶一般来自母体或者外界微生物。前者是牛奶的普通成分而后者是微生物酶根据微生物的特性大小而产生的不同种类，在这里不做介绍。

牛奶中一些酶对于牛奶的质量检测与控制息息相关，最主要的一般为过氧化物酶、磷酸酯酶和脂解酶。

乳过氧化物酶

过氧化物酶把过氧化氢中H₂O₂的氧转化为失去氧化能力的底物。通常如果牛奶在80°C加热几秒钟过氧化氢酶会失活，因此检测巴氏消菌是超过是否80°C，可以通过检测牛奶中的过氧化物酶是否彻底或者充分存在来实现。这种测量方法被称为思科特过氧化物酶测试法Storch's peroxidase test。

磷酸脂酶

磷酸酯酶的作用是切掉磷酸分子中特定的酯基团，形成磷酸以及相应的乙醇。在牛奶中加入磷酸酯和遇到酒精会变色的指示剂则可以测量磷酸酯酶。指示剂变色则说明牛奶中含有磷酸酯酶。磷酸酯酶在普通的巴氏消菌（72 °C 15 – 20 秒）就被完全损坏。因此磷酸酯酶也可以用来测量巴氏消菌是严格的被执行。

脂肪酶

脂肪酶是把脂肪分解成甘油和脂肪酸的酶。脂肪酶过多会引起奶产品产生油脂氧化的味道。脂肪酶的活性一般来说非常低，然而某些动物乳中脂肪酶的含量则极高。脂肪酶质量最优质的阶段被公认为是哺乳期的最后阶段。一般来说如果脂肪颗粒表面如果不破坏，脂肪酶则没有任何作用，然而当脂肪微利表面受损脂肪酶就有机会分解脂肪产生脂肪酸了。如果牛奶在均质过程中使用质量不好的均质泵，或者在均质之后没有巴氏消菌，脂肪酸则会迅速产生。这些脂肪酸以及反应的副产物是形成油脂腐臭的主要因素。

来源:

• 主要来自于Dairy Processing Handbook
• http://fst.osu.edu/People/HARPER/Functional-foods/Milk%20Components/Lactoperoxidase.html