乳脂肪球的微结构与组成特性

乳中脂肪与小球的形式存在，直径0.2～15μm。这些脂肪滴是在乳腺的泌乳细胞中形成的，在分泌过程中它们被包裹在脂肪球膜中，这对乳脂相的高稳定性起到重要作用。牛乳脂肪球几乎全部由甘油三酯（TAG）组成，而乳脂肪膜由磷脂蛋白复合体组成。牛乳的营养成分可以通过多种形式的乳制品来摄入，如奶油、稀奶油、干酪、牛乳、酸牛乳等。

（一）乳脂肪球

新鲜全乳中的乳脂肪球（MFG）粒径为0.2～15μm（平均为4μm），具有多样性的甘油三酯被乳脂肪球膜（MFGM）完全包裹，因此乳脂肪球的结构相当的复杂。季节、膳食、繁殖期及泌乳期等因素均会影响乳脂肪的三酸甘油酯的组成，而且乳脂肪球从泌乳到挤乳的过程也不断发生变化。环境因素及加工过程均会影响乳脂肪球膜的成分及排列，图3-9给出的扫描电镜图片仅仅是脂肪球的一种情况，但是足见其复杂性。因此，化学成分及脂肪球的变化对结构性的影响是不容忽视的。

图3-9 生乳脂肪球的扫描电镜图片

注：乳脂肪球膜包含酪蛋白（C）和乳清蛋白，图中标尺为2μm。

（二）乳脂肪

乳脂肪球中脂质的主要成分是甘油三酯（98%），还有大量的短链脂肪酸（C_4:0～C_10:0）和少量的长链多不饱和脂肪酸。甘油三酯有200多种异构体，其种类及含量决定了脂肪球的热力学及结构学特性。挤乳前脂肪均以液相状态存在，当温度降至-40℃以下时完全结晶。根据乳脂肪熔化温度的不同可以将其分为低、中、高熔化温度组分。例如，-40℃完全呈现固态，40℃完全呈现液态，其间的温度范围则是结晶态和液态共存的状态。固态与液态的比例取决于甘油三酯的成分、加温历程及分散状态。按照稳定性和熔点增加的顺序给出的主要晶体形式为α、β′或β。

Lopez等采用小角与广角时间分辨X射线衍射（XRDT）技术，并结合差示量热扫描法（DSC）研究了稀奶油中脂肪甘油三酯的结晶特性。乳脂以3、1℃/min的速率从60℃冷却至-10℃，产生三种α薄片状结构，即4.7、4.2nm的两种多链长多层叠加和7.1nm的三链长多层叠加。然后以2℃/min加热时，晶型明显不稳定，而小角XRDT可观察到6种薄片状多层叠加。脂肪球的尺寸和尺寸分布影响着不同脂肪晶体形态的形成，并且对加温历程敏感。例如，如果冷却速度快，脂肪晶体通常多而小；反之，冷却速度慢，脂肪晶体往往少而大。

采用偏光显微镜MFG的结晶过程，结果显示在一定的温度条件下脂肪的冷却速率决定了双折射晶体的特性（大小、形状及位置）。慢速冷却（0.5℃/min）时，大脂肪球可能形成10μm的针状晶体或者层状和针状的混合晶体，而小乳脂肪球形成球状晶体或者双折射晶体。当乳脂肪球快速降温（5s内从60℃冷到到-80℃）时，自由定向晶体不呈现明显的“球状核壳结构”，平均直径可达1μm。因此，冷却速率对晶体形态的影响是不容置疑的。(www.xing528.com)

脂肪晶体经过冰冻断裂复型技术或者碳固定技术能够在透射电镜（TEM）下获得高分辨率的图像。传统的固定、包埋等低温处理技术都能够有效地提取脂肪，因此冷冻技术是电镜样品制备过程中不可或缺的方法。Heerjte比较了清洗剂和纯碳支撑膜两种方法制备脂肪晶体，认为它们对脂肪晶体形态学及大小的测定提供成像是同样有效的，但是碳膜技术更适用于单个结晶簇的制备。

冷冻置换与低温包埋处理搅打稀奶油的脂肪球也能够在透射电镜（TEM）下获得清晰的图片。冷冻状态下的固定、包埋，随即室温下的切片保护了脂肪结构，是获得脂肪结构高分辨率的有效方法，如图3-10所示，脂肪晶体清晰可见。

图3-10 搅打稀奶油的透射电镜图片

注：采用冷冻置换与低温包埋保护脂肪晶体（FC）的完整性，脂肪球膜蛋白（箭头），酪蛋白（C）清晰可见。图中标尺为1.5μm。

（三）乳脂肪球膜

乳脂以乳脂肪球（MFG）的形式存在，乳脂肪球膜（MFGM）的存在限制了絮凝、聚集及分层甚至脂肪降解等不稳定现象的发生。之所以称之为“膜”，这是因为乳脂肪球在泌乳过程中需要一层质膜层，而并不是生物学意义上磷脂双层那样的生物膜。乳脂肪球膜的强度、弹性及表面张力的降低能力等特性使其具有保护乳浊液稳定性的作用。乳脂肪球膜包裹着中性的乳脂肪球形成了三层结构，膜内的分界线并不清晰，有报道称膜厚10nm，主要由蛋白质、酶、磷脂、中性甘油酯、水、脑苷脂和胆固醇组成。

乳脂肪球膜的蛋白质含量约为1g/100g乳蛋白，这些蛋白质的特性、特征及序列已经被广泛研究，其中不乏生物化学方法，如分子克隆及计算机序列分析等。乳脂肪球膜厚度的不同反映了表面活性的差异性。牛乳生产通常要用到均质和热处理（巴氏杀菌或者UHT灭菌）等处理，这能够稳定牛乳乳浊液系统，并且降低微生物污染风险。激光散射结果显示均质能将乳脂肪球的总面积增加4～8倍，这些变小的脂肪球由天然的乳脂肪球膜（10%）、酪蛋白（70%）及乳清蛋白（主要是β-乳球蛋白）所构成的复合层所包裹。它的实际组成及结构与加工方法、分离方法等有关。

Waninge用低温透射电镜研究了天然乳脂肪球膜的极性脂质结构，其中极性脂质、胆固醇、脑苷脂和磷脂在乳脂肪球表面形成单层结构。含有各种蛋白质的水层将其与外面的脂质双层结构分开。冷却加工过程使脂肪球膜遭到破坏，初期极性脂质损失20%，并随进一步处理而继续损失，进而三层膜结构损失，形成脂蛋白囊泡及脂肪液滴。无需反差增强（染色）过程，乳脂肪球膜囊泡就能够在低温透射电镜下清晰可见。虽然β-乳球蛋白及酪蛋白也可见，但是由于与囊泡的对比度不足而难以观察其间的相互作用。Skalko等采用免疫金标记技术实现了囊泡表面和蛋白质的相互作用的观察。低温透射电镜证实，外部双层膜的损失或者聚集现象形成了稀奶油的囊泡结构，但是囊泡结构本身呈现非聚集的状态。