一般情況下，牛奶中脂肪含量約爲4-5% （由不同類型的脂肪複合而成），以脂肪球的形式存在於牛奶中，大小約0.1-10微米不等。以甘油三酯（triglyceride)爲核心，周圍包裹着一層由蛋白質、磷脂以及甘油酯組成的薄膜。這種自然而成的牛奶脂球膜能有效防止牛奶脂肪氧化或走味。
牛奶中的蛋白質
牛奶的蛋白質分爲兩個種類-- 酪蛋白和乳清蛋白，它們出現於脂肪球薄膜的表層。牛奶中3-4%的脂肪中，酪蛋白就佔了其中的80%，主要以100-200納米大小的顆粒形式出現，叫做酪蛋白膠粒，其中包含了成千上萬的酪蛋白分子，磷酸鈣，以及水。另一方面，佔20%的乳清蛋白在牛奶中主要以單獨形式或小團聚集出現。然而，乳清蛋白容易在牛奶加熱時大量聚集；採用商業上廣泛應用的巴氏殺菌法就能避免這個問題（72℃，15秒），但使用UHT（140℃，5秒）和滅菌法（115℃，10分鐘）的話，牛奶加熱時極易導致乳清蛋白聚集。這些蛋白質的聚集會給牛奶帶來額外的粘稠度。
均質工藝（homogenization)
牛奶加工經常會使用到均質工藝，用以減輕牛奶脂肪球的乳化作用（creaming,牛奶儲存時表層形成的乳油層）。乳化作用產生是由於牛奶脂肪密度過低造成的。通過縮減脂肪球大小，均值工藝減緩了乳化作用的進程。均質過程中，牛奶會通過一個高壓小閥門，脂肪球被破碎、細小化。這樣，液體表面的脂肪球數量增加，蛋白質被表層的脂肪球吸收了。
牛奶奶泡：蛋白質增強奶泡穩定性
正像同質工藝能夠增強牛奶脂肪球表層的穩定性一樣，蛋白質對打發的牛奶、鮮奶油，及冰淇淋中的氣泡表層的穩定性也起到關鍵作用。空氣通過攪打或注入（蒸汽），在空氣和液體間形成一個不穩定的界面, 這就需要表面活性成分（由蛋白質構成）的吸附。蛋白質吸附在氣泡表層來增加穩定性。一般牛奶中蛋白質含量都足夠滿足奶沫穩定性的需求（佔牛奶3.5%的蛋白質，只需其中的5%就足夠了）。牛奶蛋白質中，酪蛋白被發現優先吸附於氣泡界面。牛奶蛋白質形成的穩定表層，形成了穩定的奶沫。然而，奶沫穩定性最終漸消，泡沫中的液體溢出，鄰近的氣泡彼此合併，變成越來越大的氣泡，最終塌陷。
牛奶奶沫：脂肪摧毀穩定性
除了正常消泡外，還有一系列與牛奶品質、組成物、處理方法相關的因素對奶沫帶來影響。在許多情況下，這跟牛奶脂肪相關。以物理的角度看，脫脂奶在打發奶沫上是非常理想的，它卻缺乏足夠的風味和口感，這就迫使一定的脂肪量成爲必須。然而，脂肪含量的提升卻讓奶泡打發能力和穩定性大大下降。脂肪對奶泡穩定性的影響在10-40℃時最爲明顯。這個溫度範圍裏，牛奶脂肪球在奶泡打發過程中失去穩定性，使得脂肪球中的液體脂肪從膜中流出。加溫至40℃，所有牛奶脂肪將融化，若以植物油替代，或使用均質工藝將牛奶脂肪球細小化以增強穩定性，就能幫助克服天然牛奶脂肪球對牛奶發泡帶來的負面影響。
牛奶品質對起泡的影響
脂肪酶引起的酶催降解作用也是牛奶脂肪相關的一個值得考慮的方面，這導致表面活性單脂肪酸甘油酯（surface-active mono-and diglycerides) 的生成，替代牛奶蛋白質吸附於氣泡表層。最終，氣泡變得不穩定。脂解作用也會帶來腐臭味，因此，防止脂解作用的產生是極爲重要的。這應該是整個乳品供應鏈的責任。從生鮮牛奶的品控開始，若脂肪球破壞，脂肪酶活性也會增強。牛奶的脂肪酶在巴氏殺菌下很容易失去活性。然而，脂肪酶也可能因細菌而產生。與細菌不同的是，脂肪酶在一些情況下可以耐熱，甚至在UHT和殺菌法下亦可存留。因此，由於脂肪酶在熱處理過程中只能部分被殺滅，因當不惜一切代價避免牛奶被污染。
牛奶熱處理的影響
雖然熱處理對起泡性和奶泡穩定性影響很小，但出於產品質量、產品安全以及風味，也需對它進行考量。巴氏消毒、殺菌、以及UHT處理法都有其特別的風味特徵，可能受到全球不同區域的喜愛或討厭。在習慣使用巴氏消毒或鮮牛奶的地區，UHT處理法和滅菌法（尤其是後者）中的“烹煮味”和硫磺味通常不受人們歡迎。另一方面，在不大飲用鮮牛奶的地區，人們會認爲巴氏消毒的牛奶口味過於平淡缺乏風味，他們反而會喜歡“烹煮味”。
牛奶的選用和生產對奶沫打發的影響是個極爲複雜的過程，需要仔細的權衡利弊。一方面是牛奶品質及品質穩定性，另一方面是發泡及發泡穩定性。然而，對消費者來說，質地、風味和口感才接受產品的關鍵點，這對任何含有牛奶的咖啡中都是最重要的考量。
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