关键概念
化学
食品科学
蛋白质
酶
引言
你是否曾经倒一杯牛奶，结果出来的不是光滑的液体，而是一团团的凝块？这通常是牛奶变质的迹象。如果它闻起来有酸味，那可能就是变质了。但是牛奶发生变化的物理过程称为凝固，它是牛奶中的蛋白质结块时发生的机制。尽管你可能不希望牛奶中出现这种情况，但是如果没有凝固（或凝结），就不会有奶酪或酸奶，这就是为什么它是食品工业中一个非常重要的过程。想知道如何在牛奶不腐败的情况下使其凝结吗？试试这个活动来找出答案！
背景
人类已经将牛奶变成了一种多用途的液体。牛奶本身是一种营养丰富的饮料。但是，当你开始对牛奶进行各种处理时，就可以创造出各种其他产品，例如黄油、酸奶、酪乳和奶酪。牛奶主要由脂肪、蛋白质、乳糖（一种糖）和水组成。牛奶脂肪以细小液滴的形式悬浮在水中，使其成为乳浊液。牛奶还包含许多蛋白质，在这种情况下，主要是乳清和酪蛋白。由于酪蛋白在水中溶解度很低，因此其蛋白质会形成称为胶束的球形结构，使其能够像溶解一样保持悬浮状态。
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由于脂肪和蛋白质都处于悬浮状态，牛奶呈现出我们所知道的白色液体。但是，胶束结构很容易被破坏或改变，一旦改变就无法重组。由于胶束将酪蛋白蛋白质保持在悬浮状态，因此，如果没有胶束，酪蛋白会结块，并从溶液中析出。牛奶凝固或凝结的过程结果是一种称为凝乳的凝胶状物质。
制作许多其他乳制品（如干酪、里科塔奶酪、印度奶酪和奶油奶酪）的过程都始于牛奶凝结。这就是为什么奶酪生产商希望牛奶凝结。有多种方法可以开始牛奶凝固。你可以使用酸或热，也可以让牛奶老化足够长的时间，或者使用特定的酶（这些酶是执行特定化学反应的蛋白质）。例如，凝乳酶是一种可以改变酪蛋白胶束结构以使牛奶凝结的酶。蛋白酶是另一种通过分解蛋白质来破坏酪蛋白胶束结构，从而导致牛奶凝结的酶。在此活动中，你将尝试两种不同的牛奶凝结方法——并产生一些有趣的结果！
材料
牛奶
柠檬（新鲜）
菠萝（新鲜）
柠檬榨汁器
食物刨丝器、榨汁机或搅拌机
茶匙
汤匙
刀
砧板
两块粗棉布或棉布
10 个小的透明微波炉适用杯子（每个杯子可容纳约两盎司）
纸巾
微波炉
记号笔
成人帮手
可以承受溢出的工作空间
定时器（可选）
准备
在四个小杯子上分别标记“菠萝汁”、“菠萝汁（加热）”、“柠檬汁”和“柠檬汁（加热）”。
取一个新鲜菠萝，在成人的帮助下，在砧板上切掉菠萝皮。仅使用约五分之一的菠萝。将果肉切成小块并磨碎。或者，你可以使用榨汁机或搅拌机。然后，将磨碎的水果放在一块粗棉布中，并挤出至少一茶匙的汁液到每个标有“菠萝汁”的杯子中。
将标有“菠萝汁（加热）”的杯子放入微波炉中，加热足够长的时间使其沸腾（约 10 到 20 秒）。当它开始沸腾时，小心地将其从微波炉中取出并使其冷却。
取一个新鲜柠檬，然后使用柠檬榨汁器榨出柠檬汁。在每个标有“柠檬汁”的杯子中加入至少一茶匙的果汁。
再次将标有“柠檬汁（加热）”的杯子放入微波炉中，加热 10 至 20 秒。一旦它开始沸腾，小心地将其取出并使其冷却。
在其余四个杯子上标记“1”到“4”。在每个杯子中倒入约一汤匙的牛奶。
在最后两个杯子上标记“凝乳”和“乳清”。
步骤
将标有“1”的杯子放在你面前。它应该包含一汤匙的牛奶。牛奶看起来怎么样？如果在杯子中轻轻摇晃牛奶会发生什么？你注意到什么异常情况吗？
使用干净的茶匙，将一茶匙新鲜榨出的柠檬汁添加到杯子 1 中的牛奶中。轻轻摇晃杯子。当你添加柠檬汁时，牛奶会发生变化吗？如果是，变化是立即发生还是过一段时间发生？当你稍微摇晃杯子时，在杯壁上观察到了什么？
取你的第二杯牛奶，这次加入一茶匙加热的柠檬汁。你看到发生和之前相同的反应了吗？牛奶如何变化？反应速度和之前的反应一样快吗？
使用你的第三杯牛奶，用干净的茶匙向牛奶中加入一茶匙菠萝汁。观察大约五分钟。菠萝汁能使牛奶凝结吗？与柠檬汁相比，反应是快还是慢？
向第四杯牛奶中加入一茶匙加热的菠萝汁，然后轻轻摇晃杯子。同样，观察杯子约五分钟。你得到了相似的结果还是不同的结果？如果是，有什么不同？你认为发生了什么？你能解释你的观察结果吗？
选择产出最大量凝乳的牛奶杯。然后，将你的第二块粗棉布覆盖在标有“乳清”的杯子上，然后小心地将凝固的牛奶混合物倒入布上。将布折叠在凝固的牛奶上，然后将混合物中的液体挤入杯子中。你看到从粗棉布中流出很多液体吗？液体看起来是什么样的？它是透明的，有颜色，还是仍然像牛奶？你认为液体是什么？
挤出所有液体后，打开粗棉布，然后将凝乳舀入标有“凝乳”的杯子中。你得到了多少凝乳，它看起来是什么样的？它让你想起奶酪产品吗？如果你用手指触摸它，感觉如何？你认为牛奶的哪些部分在凝乳内部？
如果你愿意（并且仅在你使用了干净的材料时！），你可以尝一点乳清和凝乳。它的味道和牛奶相似吗？它是甜的、酸的、奶油味的还是咸的？它让你想起某种特定的食物吗？
额外内容：还有什么其他溶液可以使牛奶凝结？尝试你厨房中找到的不同果汁或其他可食用液体，并测试牛奶对它们的反应。请记住，酸度（某种物质的酸味程度）和酶是使牛奶凝结的好方法！
额外内容：需要多少菠萝汁或柠檬汁才能使牛奶凝结？要找出答案，你可以重复此活动，但是这次更改你添加到牛奶中的果汁量。一滴就足够了吗？还是需要 10 滴？需要多少滴才能使牛奶开始凝结？
额外内容：在此活动中，你测试了一种牛奶。你认为其他牛奶，例如脱脂牛奶和无乳糖牛奶，或椰奶和杏仁奶，会给你相同或相似的结果吗？只有一种方法可以找出答案：测试它！
额外内容：你想要更多有趣的结果吗？然后使用此活动来制作一些真正的干酪。下面的“更多探索”部分给出了一个示例食谱。
观察和结果
你在牛奶中看到了明显的团块形成吗？普通的牛奶看起来光滑而白色，当你添加一茶匙柠檬汁时，它会很快发生变化。它几乎立即变得更浓稠，你会看到白色的团块形成，当你轻轻摇晃牛奶时，这些团块会粘在杯壁上。团块或凝乳由酪蛋白组成，酪蛋白通常在溶液中形成胶束结构。这些结构非常脆弱，当你改变溶液的条件时，它们很容易分解并形成酪蛋白团块。如果改变牛奶的 pH 值或酸度，也就是使其更酸，就会发生这种情况。柠檬汁酸性很强，这就是为什么添加柠檬汁后你会看到酪蛋白凝结的原因。加热柠檬汁不会影响其酸度，这意味着当你将加热的柠檬汁添加到牛奶中时，应该发生完全相同的反应。
另一方面，菠萝汁的酸度不足以破坏酪蛋白的胶束结构。但是，当您添加它时，牛奶仍然会凝结。这一次，不是酸度，而是菠萝中的特殊酶使牛奶凝结。菠萝包含一种称为菠萝蛋白酶的酶提取物，该提取物包含一种蛋白酶，可分解酪蛋白，从而破坏其胶束结构。你可能已经注意到，与柠檬汁相比，菠萝汁的凝结速度没有那么快，酶需要一些时间才能激活，但是在五分钟内，牛奶应该看起来非常结块。许多酶在加热时会失活。当你将菠萝汁放入微波炉中时，酶将不再起作用。这就是为什么当你添加加热的菠萝汁时不会发生牛奶凝结的原因。
通过粗棉布过滤凝乳后，会得到一种呈淡黄白色的溶液，称为乳清。乳清大约由94%的水和4%至5%的乳糖和乳清蛋白组成。固体部分，即凝乳，看起来像乡村奶酪——实际上它就是！如果你想让它更美味，请查看“更多探索”部分中给出的食谱。
清理
将包括凝乳在内的所有溶液倒入水槽。你可以丢弃/回收你的杯子，或者如果你想重复使用，可以用肥皂水清洗它们。用湿纸巾擦拭你的工作区域。
更多探索 牛奶化学，来自奶酪科学工具包
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此活动由Science Buddies合作推出
