牛奶冰冻后，奶中的蛋白质、脂肪和乳糖等营养物质就会发生变化，出现明显不均匀的分层现象。通常上层为含脂肪较多的松软物质，中层是含大量蛋白质和乳糖的白色物质，下层则是乳固体物质和大部分蛋白质，而周围是紧密而透明的冰晶体。这种冰冻的牛奶，待解冻后，可出现凝固状沉淀物、上浮脂肪团，并出现异常气味等，其营养价值也随之下降。因此，存放牛奶的温度，以不低于0～3℃为宜。
据专家分析发现，牛奶中含有3种不同性质的水，其中游离水含量最多，它不会与其他物质结合，只起溶剂作用。第二种是结合水，是与蛋白质、乳糖、盐类结合在一起的一种水，不再溶解其他物质，在任何情况下不发生冻结。第三种是结晶水，是与乳糖结晶体一起存在的水。当牛奶冻结时，游离水先结冰，牛奶由外及里逐渐冻结，里面包着的干物质含量相应增多。当牛奶解冻后，奶中蛋白质易沉淀、凝固而变质。因此，牛奶忌冰冻保存。
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