奶是哺乳動物分泌的一種用來喂養幼子的液體.液體食用起來比較方便,不過也意味著奶中營養物質的含量比成年動物的食物中的要少.比如,牛奶中蛋白質含量為3-4％,脂肪4-4.5％,乳糖4.5％.奶不透明是因為其中含有許許多多微小的酪蛋白顆粒,直徑約為100nm,還含有更大一些的脂肪球.這些微粒都是不透光的,它們密布于奶中,因此奶就不透明了.奶是白色的是因為奶能夠等量的散射所有波長的可見光,我們看到的就是白色.

    每個人都知道牛奶是液體,但是為什么牛奶是白色的,而且不透明呢?為什么牛奶會泛著淡淡的黃色?為什么牛奶會凝固,是怎樣凝固的?酸奶和奶酪都是由牛奶做成的,為什么會有那么大的差別?酸奶和奶酪中都含有活細菌嗎?為什么呢?這些問題的答案現在都能夠在互聯網上找到.

    牛奶中的淡黃色是來自于脂肪.牛奶中脂肪球的直徑約為3-5微米,zui大可達15微米(見圖).若奶牛的飼料中包括富含胡蘿卜素的食物,比如青草和干草,那么牛奶中維生素A的含量就會增加,因而泛著淡淡的黃色.

    脂肪球可以在光學顯微鏡下觀察到,不過酪蛋白顆粒就太小了.一般試驗室的過濾器無法過濾酪蛋白顆粒,需要采用超濾法來濃縮酪蛋白,現在已經有工業規模的酪蛋白濃縮生產.

    奶中還含有許多微小的無法觀察到的成分,甚至在電子顯微鏡下也看不到,但是它們對人類膳食以及乳品加工來說都很重要.包括乳清蛋白(α－乳清蛋白,β－乳球蛋白),乳糖,礦物質,和維生素.

    新鮮的生奶含有乳酸菌和其它一些微生物,不過這時,它們通常被看作污染物.巴氏殺菌(通常為63℃,至少30分鐘)能夠殺滅奶中的細菌,使奶更加安全和穩定,即增加了奶的貨架期.采用超高溫消毒法(110℃,30-40min;130℃,30s;150℃,<1s)的奶有著更長的貨架期.當奶酸化后,就會凝固,可以通過乳酸菌發酵來酸化,也可以通過直接添加有機酸.

    酪蛋白膠粒,乳清蛋白,和脂肪球是絕大多數乳制品的主要成分.可以分為兩類:

    1.以脂肪為主的產品:各式各樣的奶油,包括攪打奶油,冰激凌,黃油.

    2.以蛋白質為主的產品:酸奶,奶酪   

    酪蛋白膠粒由更小的亞膠粒構成,一個酪蛋白膠粒的模型能夠很好的說明它的結構,以及凝聚的機理.酸奶和干酪的主要成分就是酪蛋白膠粒.

    酪蛋白膠粒在新鮮奶中是穩定的,既不會沉淀,也不會在奶表面凝結.它們在不斷的運動,與其它的酪蛋白膠粒或者脂肪球發生碰撞,之后改變運動方向.這種運動的距離是很短的,平均只有酪蛋白膠粒直徑的3倍長,就會發生碰撞.在煉乳中,距離就更短了,只有直徑的1倍.

    主要的兩種乳清蛋白是α-乳清蛋白和β-乳球蛋白,它們都具有很高的營養價值,因為它們含有含硫元素的氨基酸,包括半胱氨酸,胱氨酸,和蛋氨酸.

    蛋白質是由氨基酸構成的長鏈,有20種不同的氨基酸.人體內約有50000種蛋白質,在天然狀態下,蛋白質是很容易發生形變的.當α－乳清蛋白*折疊時,它僅僅作為營養物質,然而,當它部分折疊時,則具有摧毀病原菌和癌癥細胞的能力.在這個例子里,我們能發現α－乳清蛋白在哺育幼子和抵抗感染兩個方面之間有著奇妙的.

    zui近研究人員又發現α－乳清蛋白的一種有趣的特性.研究人員在研究人乳的微生物學特性時,也使用了癌癥細胞,他們發現癌癥細胞在人乳中凋亡,凋亡是一種正常的生理現象,細胞崩解,其中的物質則被再次利用.研究人員發現引起癌癥細胞凋亡的就是α－乳清蛋白,α－乳清蛋白可以轉變為一種引起細胞凋亡的蛋白質.

    β－乳球蛋白是乳清中含量zui多的蛋白質,約為6g/L.這種蛋白質具有一些功能特性,比如加熱時,使乳清凝結.

    在乳中,脂肪球是被一層膜包裹著的,這層膜內側為親脂物質,與脂肪連接,而外側則為親水物質,與水性的介質接觸.這層膜避免了脂肪球的凝聚.由于脂肪的密度比乳清小,所以脂肪球在乳中會緩慢的上浮,所以不需要經過什么特殊的處理,就能夠收集到乳中大部分的脂肪.收集到的這些脂肪被稱為"奶油",而剩下的奶被稱為"脫脂奶".如果把脂肪球打碎成更小的顆粒,那么這些顆粒就會受到布朗運動的影響,從而不會上浮.

    這種把脂肪球打碎的工藝叫做"均質化",通過"均質化"能夠把脂肪球打碎成直徑約為1-2微米的顆粒."均質化"對乳有兩個影響:

    1.使原來脂肪球表面的保護膜破碎

    2.使脂肪球更小,這樣就不會上浮

    當原來的大脂肪球破裂后,脂肪顆粒的總表面積會增加6倍,而體積不變.這樣一來,脂肪顆粒會有一部分表面裸露在外,裸露的部分會迅速的結合乳中的蛋白質,形成新的膜,就可以避免脂肪顆粒的凝聚.