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微观世界:观察显微镜下的牛奶

2022-10-14 浏览:111
显微镜下的一切生物都让我们不可思议,上海光学仪器一厂带然是微观世界:观察显微镜下的牛奶

  奶是哺乳动物分泌的一种用来喂养幼子的液体.液体食用起来比较方便,不过也意味着奶中营养物质的含量比成年动物的食物中的要少.比如,牛奶中蛋白质含量为3-4%,脂肪4-4.5%,乳糖4.5%.奶不透明是因为其中含有许许多多微小的酪蛋白颗粒,直径约为100nm,还含有更大一些的脂肪球.这些微粒都是不透光的,它们密布于奶中,因此奶就不透明了.奶是白色的是因为奶能够等量的散射所有波长的可见光,我们看到的就是白色.

  每个人都知道牛奶是液体,但是为什么牛奶是白色的,而且不透明呢?为什么牛奶会泛着淡淡的黄色?为什么牛奶会凝固,是怎样凝固的?酸奶和奶酪都是由牛奶做成的,为什么会有那么大的差别?酸奶和奶酪中都含有活细菌吗?为什么呢?这些问题的答案现在都能够在互联网上找到.




  牛奶中的淡黄色是来自于脂肪.牛奶中脂肪球的直径约为3-5微米,zui大可达15微米(见图).若奶牛的饲料中包括富含胡萝卜素的食物,比如青草和干草,那么牛奶中维生素A的含量就会增加,因而泛着淡淡的黄色.

  脂肪球可以在光学显微镜下观察到,不过酪蛋白颗粒就太小了.一般试验室的过滤器无法过滤酪蛋白颗粒,需要采用超滤法来浓缩酪蛋白,现在已经有工业规模的酪蛋白浓缩生产.


  奶中还含有许多微小的无法观察到的成分,甚至在电子显微镜下也看不到,但是它们对人类膳食以及乳品加工来说都很重要.包括乳清蛋白( -乳清蛋白, -乳球蛋白),乳糖,矿物质,和维生素.

  新鲜的生奶含有乳酸菌和其它一些微生物,不过这时,它们通常被看作污染物.巴氏杀菌(通常为63℃,至少30分钟)能够杀灭奶中的细菌,使奶更加安全和稳定,即增加了奶的货架期.采用超高温消毒法(110℃,30-40min;130℃,30s;150℃, 1s)的奶有着更长的货架期.当奶酸化后,就会凝固,可以通过乳酸菌发酵来酸化,也可以通过直接添加有机酸.

  酪蛋白胶粒,乳清蛋白,和脂肪球是绝大多数乳制品的主要成分.可以分为两类:

  1.以脂肪为主的产品:各式各样的奶油,包括搅打奶油,冰激凌,黄油.

  2.以蛋白质为主的产品:酸奶,奶酪 

  酪蛋白胶粒由更小的亚胶粒构成,一个酪蛋白胶粒的模型能够很好的说明它的结构,以及凝聚的机理.酸奶和干酪的主要成分就是酪蛋白胶粒.

  酪蛋白胶粒在新鲜奶中是稳定的,既不会沉淀,也不会在奶表面凝结.它们在不断的运动,与其它的酪蛋白胶粒或者脂肪球发生碰撞,之后改变运动方向.这种运动的距离是很短的,平均只有酪蛋白胶粒直径的3倍长,就会发生碰撞.在炼乳中,距离就更短了,只有直径的1倍.

  主要的两种乳清蛋白是 -乳清蛋白和 -乳球蛋白,它们都具有很高的营养价值,因为它们含有含硫元素的氨基酸,包括半胱氨酸,胱氨酸,和蛋氨酸.

  蛋白质是由氨基酸构成的长链,有20种不同的氨基酸.人体内约有50000种蛋白质,在天然状态下,蛋白质是很容易发生形变的.当 -乳清蛋白完全折叠时,它仅仅作为营养物质,然而,当它部分折叠时,则具有摧毁病原菌和癌症细胞的能力.在这个例子里,我们能发现 -乳清蛋白在哺育幼子和抵抗感染两个方面之间有着奇妙的.

  zui近研究人员又发现 -乳清蛋白的一种有趣的特性.研究人员在研究人乳的微生物学特性时,也使用了癌症细胞,他们发现癌症细胞在人乳中凋亡,凋亡是一种正常的生理现象,细胞崩解,其中的物质则被再次利用.研究人员发现引起癌症细胞凋亡的就是 -乳清蛋白, -乳清蛋白可以转变为一种引起细胞凋亡的蛋白质.

  -乳球蛋白是乳清中含量zui多的蛋白质,约为6g/L.这种蛋白质具有一些功能特性,比如加热时,使乳清凝结.

  在乳中,脂肪球是被一层膜包裹着的,这层膜内侧为亲脂物质,与脂肪连接,而外侧则为亲水物质,与水性的介质接触.这层膜避免了脂肪球的凝聚.由于脂肪的密度比乳清小,所以脂肪球在乳中会缓慢的上浮,所以不需要经过什么特殊的处理,就能够收集到乳中大部分的脂肪.收集到的这些脂肪被称为"奶油",而剩下的奶被称为"脱脂奶".如果把脂肪球打碎成更小的颗粒,那么这些颗粒就会受到布朗运动的影响,从而不会上浮.

  这种把脂肪球打碎的工艺叫做"均质化",通过"均质化"能够把脂肪球打碎成直径约为1-2微米的颗粒."均质化"对乳有两个影响:

  1.使原来脂肪球表面的保护膜破碎

  2.使脂肪球更小,这样就不会上浮

  当原来的大脂肪球破裂后,脂肪颗粒的总表面积会增加6倍,而体积不变.这样一来,脂肪颗粒会有一部分表面裸露在外,裸露的部分会迅速的结合乳中的蛋白质,形成新的膜,就可以避免脂肪颗粒的凝聚.