（一）乳脂肪的分解与氧化
1.乳脂肪的理化性质
乳脂肪的组成与结构决定其理化性质，表4-13是乳脂肪的主要理化常数。
表4-13 乳脂肪的主要理化常数
溶解性挥发性脂肪酸值指中和从5g脂肪中蒸馏出来的溶解性挥发性脂肪酸时所消耗的0.1mol／L碱液的毫升数。乳脂肪的溶解性挥发性脂肪酸值较其他动物脂肪要大得多，通常椰子油的挥发性脂肪酸值为7，而一般动植物脂肪的挥发性脂肪酸值只有1。
皂化值是指每皂化1g脂肪酸所消耗的氢氧化钠的毫克数。碘值是指在100g脂肪中，使其不饱和脂肪酸变成饱和脂肪酸所需的碘的克数。波伦斯克值是中和5g从脂肪中挥发出的不溶于水的挥发性脂肪酸所需的0.1mol／L碱液的毫升数。
乳脂肪的特点是水溶性脂肪酸值高，碘值低，挥发性脂肪酸多，不饱和脂肪酸少，低级脂肪酸多，皂化值比一般脂肪高。
乳脂肪在热、光、氧及微生物代谢酶的影响下会变质。乳脂肪变质的主要原因在于水解和氧化。乳脂肪变质的结果往往产生异味，俗称哈败。
2.水解
乳脂肪的水解来源于乳中的解脂酶或外界混入的微生物的解脂酶。水解结果使乳的酸度升高，进一步氧化生成醛、酮等。由于乳脂肪含低级脂肪酸较多，即使轻度水解也能生成带特有的刺激性气味的丁酸。
3.氧化
乳脂肪与空气中的氧、光线、金属铜等接触时，将发生氧化作用，从而产生所谓的脂肪氧化臭。乳脂肪的氧化以自发引起的自动氧化最为重要。饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸均能被氧化，其中以油酸最容易。大多数的自动氧化过程是通过游离基链反应，首先形成过氧化物。如不饱和脂肪酸（油酸）的氧化，先在双键邻近的α-次甲基（α-CH2）处形成游离基，并于此处吸收氧，再从其他脂肪酸中吸收氢，形成氢过氧化物。这时供出氢的脂肪酸也因此形成游离基。这种反应能连锁地发生。氧化初期反应缓慢，继之急骤地进行。
乳脂肪自动氧化速率取决于断裂α-次甲基上C—H键所需要的能量，故Cu2+、Fe2+和光线等能诱发乳脂肪自动氧化，温度也有影响。
（二）牛乳贮存时微生物变化
1.牛乳中微生物的种类
牛乳从乳腺分泌以至被挤出时为无菌状态，但挤乳过程中可能有细菌侵入，挤乳后的处理、器械接触及运输过程亦可能使牛乳中混入微生物，如若处理不当，可以引起牛乳的风味、色泽、形态都发生变化。
（1）细菌
牛乳中存在的微生物有细菌、酵母和霉菌，其中以细菌在牛乳贮藏与加工中的意义为最重要。
①乳酸菌。
链球菌属：①乳酸链球菌，某些菌株会产生乳酸链球菌素，在牛乳中可抑制细菌的繁殖；②乳酪链球菌，分解乳糖而产酸，且具有较强的蛋白分解能力；③嗜热链球菌；④粪链球菌，与大肠菌同为污染指标菌。此外，牛乳中还可能有属溶血菌的酿脓链球菌（存在于动物的化脓部位）及缺乳链球菌（乳房炎菌）。
明串珠菌属：蚀橙明串珠菌、戊糖明串珠菌。
乳酸杆菌属：保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌。
②败坏菌和致病菌。
败坏菌和致病菌可能有丙酸菌、肠细菌（大肠菌群、沙门氏菌等）、孢子杆菌（好氧性芽孢杆菌属、厌氧性梭状芽孢杆菌属），还有小球菌属、葡萄球菌属（多为乳房炎乳或食物中毒的原因菌）、假单胞菌（荧光假单胞菌、腐败假单胞菌）、产碱杆菌属（粪产碱杆菌、稠乳产碱杆菌）、病原菌。
好氧性芽孢杆菌属主要有枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌及凝结芽孢杆菌。孢子耐热，菌能分解蛋白质，能产生凝乳酶和蛋白酶。
厌氧性梭状芽孢杆菌属主要有酪酸梭状芽孢杆菌、肉毒梭状芽孢杆菌、破伤风杆菌。
假单胞菌能在低温下生长繁殖，将乳蛋白分解成蛋白胨或将乳脂肪分解产生脂肪分解臭。
产碱杆菌属能分解牛乳中有机盐（柠檬酸盐）形成碳酸盐，使牛乳转变为碱性。
病原菌有伤寒沙门氏菌、副伤寒沙门氏菌、肠类沙门氏菌、志贺氏痢疾杆菌、霍乱弧菌、白喉棒状杆菌、人形结核菌、牛形结核菌、牛传染性流产布鲁氏杆菌、炭疽菌、大肠杆菌、葡萄球菌、溶血性链球菌、无乳链球菌、肉毒杆菌。
（2）真菌
新鲜牛乳中的酵母主要为酵母属、毕赤氏酵母属、球拟酵母属、假丝酵母属等菌属，常见的有脆壁酵母菌、洪氏球拟酵母、高加索乳酒球拟酵母、球拟酵母等。
牛乳中常见的霉菌有乳粉胞霉、乳酪粉胞霉、黑念珠霉、变异念珠霉、腊叶芽枝霉、乳酪青霉、灰绿青霉、灰绿曲霉和黑曲霉，其中的乳酪青霉可制干酪，其余的大部分霉菌会使干酪、乳酪等污染腐败。
（3）噬菌体
侵害细菌的病毒统称为噬菌体，亦称为细菌病毒。对牛乳、乳制品的微生物而言，最重要的噬菌体为乳酸菌噬菌体。主要有以下几种：①乳链球菌的噬菌体，在干酪制造或酸乳生产的接种菌种培养中均可能污染乳链球菌噬菌体，而发生制品酸度不足或凝固不良等现象；②乳酪链球菌的噬菌体；③暑热链球菌的噬菌体；④乳酸链球菌的噬菌体；⑤明串珠菌的噬菌体。
牛乳中的微生物
2.牛乳中微生物的污染来源
（1）乳房内的微生物
健康乳牛的乳房内总是有一些细菌存在，但仅限于极少数几种细菌，其中以小球菌属和链球菌属最为常见，其他如棒状杆菌属和乳杆菌属等细菌也会出现。由于这些细菌能适应乳房的环境而生存，就把这些细菌统称为乳房细菌。乳房内的细菌主要存在于乳头管及其分支处。在乳腺组织内无菌或含有很少细菌。乳头前端因容易被外界细菌侵入，细菌在乳管中常能形成菌块栓塞，所以在最先挤出的少量乳液中，会含有较多的细菌，其可含有103～104cfu／mL的细菌，但在后来挤出的乳液中，细菌数会显著下降至102～103cfu／mL。因此，挤乳时要求弃去最先挤出的少数乳液。
乳房炎是乳牛的一种常见多发病，引起乳房炎的病原微生物有无乳链球菌、乳房链球菌、金黄色葡萄球菌、化脓棒状杆菌及埃希氏杆菌属等。从患乳房炎的乳牛的乳液中，除可以检出病原菌外，乳液的性状一般也发生变化，如非酪蛋白氮增多，过氧化酶活性增强，细胞数增多，pH值升高，乳糖及脂肪量减少等。乳房炎也使乳牛的产乳量受到影响。
（2）挤乳过程中的微生物污染
挤乳过程中最易污染微生物。在牛舍中喂养饲料，空气中的细菌数可以上升到103～104cfu／L。因此，应在挤乳后才进行喂饲。挤乳前应将牛舍通风，并用清水喷洒地面，以减少舍中的尘埃。在挤乳前，乳房和乳头应先经清洗、消毒。贮奶桶在使用后要及时进行清洗、消毒。牛体表面有时含有的细菌高达107～108cfu／g。在被粪便和饲料污染后，体表微生物的数量总是显著增加，从而很容易造成乳液的污染。挤乳前，工人的手要经严格地清洗和消毒，工作衣帽要清洁，防止将微生物带入乳液。避免患有呼吸道或肠胃传染病的带菌者上班。
（3）挤乳后微生物的污染和繁殖
乳液挤出后，应进行过滤并及时冷却，使乳温下降至10℃以下。在此过程中乳液所接触的奶桶、过滤器和空气等，都有可能使其再污染微生物。当气温在30℃以上时，乳的变质迅速，尤其在乳的运输过程中无冷藏的条件下，一些未装满乳液的贮奶桶不断振荡，会加速微生物的繁殖。乳液的振荡就相当于通气和搅拌。
因此，乳品厂应尽可能采用自动化装置，使牛乳自进入加工系统，至加工完毕成为成品，整个过程中都不与外界接触。
最常见的微生物污染乳是酸败乳及乳房炎乳。乳房炎乳及一些致病菌污染乳对人体是有害的，其也被称为病理异常乳。各种污染乳的性状见表4-14。
表4-14 微生物污染乳的性状
续 表
3.牛乳中微生物的生长代谢(www.xing528.com)
（1）影响微生物生长的因素
①物理因素。
物理因素主要有温度、压力、音波、放射线照射等。温度对微生物生长影响很大。对牛乳而言，挤乳时的清洁度对初始细菌数有很大影响，而贮存温度对后期细菌数的增加则至关重要。温度愈高，细菌数增加愈快。牛乳在贮存24h或48h后，要使细菌生长受到抑制，则贮存温度必须在4℃以下，至少在10℃以下。如贮存温度在20℃，则细菌数会显著增加。压力（加压杀菌）、音波（超声波）会破坏细菌膜，紫外线、放射线等可抑制细菌的增殖。
②化学因素。
化学因素主要有水分、pH、营养物质、生长促进因子、生长抑制因子、抗生素等。
微生物生长需要水，水分在某种极限以下时，微生物则无法生长。将微生物冷冻干燥后其生长停止，可将此原理应用于菌种的保存。乳粉含水量低于5%时，在密封状态下，不会引起微生物的生长发育。
大部分细菌的生长最适pH值为5.6～7.5。乳酸菌、霉菌、酵母在微酸性条件下易生长。大肠菌、蛋白分解菌在碱性环境中易生长，酸性条件下则受到抑制。
微生物生长所必需的营养素有含氮化合物、含碳化合物及磷、钠、钾、镁、钙等无机盐类等。
乳酸菌或肠内细菌大部分要求特定的维生素B群、氨基酸及多肽等。乳酸菌的生长促进因子（肽等）能显著地促进乳酸菌的生长发育。
一般阳离子量多时对微生物有抑制作用，二价阳离子比一价阳离子更具有毒性。低级脂肪酸对微生物发育也具有抑制作用。乳酸菌生成的乳酸可阻止大肠菌及病原菌的生长。
治疗乳牛乳房炎时，常在饲料中添加抗生素，如青霉素污染了牛乳，则对乳酸发酵有抑制作用。
③生物因素。
共生（symbiosis）：两种或两种以上不同菌种的微生物共存时，比其单独存在时更有利于生长的现象称为共生。例如：生产酸乳时如用混合菌种发酵，则其产酸速率明显高于嗜热链球菌和保加利亚杆菌的单独发酵产酸速率。
拮抗（antagonism）：一种生物在生命活动过程中，产生了不利于其他生物生长的条件，促使其他生物的生命活动受到抑制，甚至使其他生物死亡，这种关系就是拮抗关系。
从乳酸链球菌样中分离出代谢产物乳链球菌素（Nisin），其又称尼生素，是一种对人体无害的多肽抗生素。在以乳链球菌作为发酵剂所制造的发酵乳制品如干酪、酸乳等中，就会有乳链球菌素，它对葡萄球菌、链球菌、梭状芽孢杆菌、芽孢杆菌、棒状杆菌等革兰氏阳性菌，以及奈瑟氏球菌有抗菌作用，但对革兰氏阴性菌抗菌效能相对较差。
（2）牛乳中微生物的代谢
①乳酸发酵（lactic fermentation）。
乳酸菌或大肠菌可利用牛乳中的乳糖生成乳酸，这称为乳酸发酵。这也是牛乳变酸的主要原因。
单一发酵型乳酸发酵：乳酸链球菌、乳酪链球菌进行乳酸发酵时，先利用乳酸菌中的乳糖酶分解牛乳中的乳糖生成葡萄糖及半乳糖，再进一步生成乳酸。这称为单一发酵型乳酸发酵，也称为同型发酵。
多元发酵型乳酸发酵：一些乳酸菌在发酵过程中，能使部分乳糖转化为乳酸，另一部分则转变为醋酸、乙醇与二氧化碳、氢等，这称为多元发酵型乳酸发酵。明串珠菌属（如蚀橙明串珠菌、戊糖明串珠菌）及某些乳酸杆菌（如短乳杆菌、发酵乳杆菌）均属于此发酵类型。此发酵类型也称为异型发酵。
②气味生成。
蚀橙明串珠菌、丁二酮乳链球菌、腐橙链球菌可将牛乳中的柠檬酸分解成为多量的羟丁酮。羟丁酮由于氢化作用而生成丁二酮后，具有芳香味。
产生芳香物质的简要反应式如下：
乳酸链球菌与乳酪链球菌等乳酸菌会使牛乳中的乙醛蓄积。若乙醛蓄积过量，则会使发酵乳制品产生酸臭味。
③蛋白分解。
乳酸菌的蛋白分解作用，在干酪等发酵乳制品的制造中甚为重要。乳链球菌、保加利亚乳杆菌、乳酪链球菌、嗜热链球菌、瑞士乳杆菌等分泌细胞内蛋白酶，这些菌大部分的最适pH在中性附近，最适温度为35～40℃，同时分泌蛋白酶和多肽酶；乳链球菌、产酶链球菌、粪链球菌可产生细胞外蛋白酶，它们在中性或微碱性条件下具有活性；乳链球菌及一些产酸较慢的菌株产生表层结合蛋白酶。
乳酸菌将乳蛋白分解所产生的多肽是干酪苦味的主要来源。苦味的蓄积主要是由于缺乏多肽酶或因pH的关系使多肽酶活性降低，多肽中间产物无法降解为氨基酸。
小球菌、短杆菌、放线菌、青霉属等微生物与蛋白分解也有一定的关系。在牛乳微生物中，有些为有害的蛋白分解菌，如枯草芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、假单胞菌属等。
④脂肪分解。
乳酸菌有微弱的脂肪分解作用，存在菌体内的脂肪分解酶可分解甘油三酸酯。其他牛乳微生物，如假单胞菌属、产碱杆菌属、小球菌属、浮膜假丝酵母及乳酸小杆菌都可产生脂肪分解酶，牛乳大肠菌可产生磷脂分解酶。
4.牛乳在贮存过程中微生物的变化
（1）牛乳在室温贮存时微生物的变化
新鲜牛乳在杀菌前都有一定数量的、不同种类的微生物存在，如果放置在室温（10～20℃）下，会因微生物在乳液中活动而逐渐使乳液变质。室温下微生物的生长过程可分为以下几个阶段，见图4-4。
图4-4 鲜乳中微生物活动曲线
①抑制期。
新鲜乳液中均含有多种抗菌性物质，它对乳中存在的微生物具有杀菌或抑制作用。在含菌少的鲜乳中，其作用可持续36h（在13～14℃的温度下）；若在污染严重的乳液中，其作用可持续18h左右。在这期间，乳液含菌数不会增多，若温度升高，则抗菌性物质的杀菌或抑菌作用增强，但持续时间会缩短。因此，鲜乳放置在室温环境中，在一定时间内并不会出现变质的现象。
②乳链球菌期。
鲜乳中的抗菌物质减少或消失后，存在乳中的细菌即迅速繁殖，这些细菌是乳链球菌、乳酸杆菌、大肠杆菌和一些蛋白分解菌等，其中尤以乳链球菌生长繁殖特别旺盛，其使乳糖分解，产生乳酸，因而乳液的酸度不断升高。如有大肠菌增殖时，将有产气现象出现。牛乳酸度不断地上升，就抑制了其他腐败细菌的活动。当酸度升高至一定限度时（pH值4.5），乳链球菌本身受到抑制不再继续繁殖，相反会逐渐减少，这时就有乳液凝块出现。
③乳酸杆菌期。
当乳链球菌在乳液中繁殖，乳液的pH值下降至6左右时，乳酸杆菌的活动力逐渐增强。当pH值继续下降至4.5以下时，由于乳酸杆菌耐酸力较强，尚能继续繁殖并产酸。在这阶段，乳液中可出现大量乳凝块，并有大量乳清析出。
④真菌期。
当酸度继续下降至pH为3～3.5时，绝大多数微生物被抑制甚至死亡，仅酵母和霉菌尚能适应高酸度的环境，并能利用乳酸及其他一些有机酸。由于酸的被利用，乳液的酸度会逐渐降低，使乳液的pH值不断上升接近中性。
⑤胨化菌期。
经过上述几个阶段的微生物活动后，乳液中的乳糖大量被消耗，残余量已很少，在乳中仅是蛋白质和脂肪尚有较多的量存在。因此，适宜于分解蛋白质和脂肪的细菌在其中生长繁殖，这样就产生了乳凝块被消化（液化）、乳液的pH值逐步提高向碱性方向转化，并有腐败的臭味产生的现象。这时的腐败菌大部分属于芽孢杆菌属、假单胞菌属及变形杆菌属。
（2）牛乳在冷藏中微生物的变化
鲜乳不经消毒即冷藏保存的话，一般适宜于室温下繁殖的微生物，在低温环境中就被抑制；而适宜于低温类的微生物却能够增殖，但生长速度非常缓慢。在低温中，牛乳中较为多见的细菌有假单胞菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属、黄杆菌属、克雷伯氏杆菌属和小球菌属。
冷藏乳的变质主要在于乳液中脂肪的分解。多数假单胞菌属中的细菌，均具有产生脂肪酶的特性，它们在低温时活性非常强并具有耐热性，即使在加热消毒后的乳液中，还有具活性的残留脂酶存生。
冷藏乳中可经常见到低温细菌促使乳液中的蛋白分解的现象，特别是产碱杆菌属和假单胞菌属中的许多细菌，它们可使乳液胨化。
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