（一）冷冻对蛋白质的影响
牛乳的冷冻加工主要指冷冻升华干燥和冷冻保存的加工方法。牛乳冷冻保存时，如在-5℃温度下保存5周以上或在-10℃的温度下保存10周以上，解冻后酪蛋白产生凝固沉淀。这时酪蛋白的不稳定现象主要受牛乳中盐类的浓度（尤其是胶体钙）、乳糖的结晶、冷冻前牛乳的加热和解冻速度等所影响。不溶解的酪蛋白，其中钙与磷的含量几乎和冷冻前相同。因此，可以认为酪蛋白胶体从原来的状态变成不溶解状态。
冷冻过程中乳中的蛋白质变得不稳定。在冻结初期，把牛乳融化后出现脆弱的羽毛状沉淀，其成分为酪蛋白酸钙。这种沉淀物用机械搅拌或加热易使其分散。随着不稳定现象的加深，形成用机械搅拌后或加热也不再分散的沉淀物。
乳中酪蛋白胶体溶液的稳定性与钙的含量有密切关系，钙的含量超高，则稳定性越差。为提高牛乳冻结时酪蛋的稳定性，可以除去乳中的一部分钙，也可添加罔偏磷酸钠（2%）或四磷酸钠，或其他和钙有螯合作用的物质。
冷冻保存期间蛋白质的不稳定现象也与乳糖有密切关系。浓缩乳冻结时，乳糖结晶的作用能够促进蛋白质的不稳定现象，添加蔗糖则可增加酪蛋白复合物的稳定性。糖类中以蔗糖效果为最佳，这种效果是由于黏度增大影响冰点下降，同时有防止乳糖结晶的作用。
冷冻升华干燥常用于初乳制品及酪蛋白磷酸肽等的加工，加工中需要事先冷冻。这需要采用薄层速冻的方法，可以完全避免酪蛋白的不稳定现象。
（二）冷冻对脂肪的影响
牛乳冻结时，由于脂肪球膜的结构发生变化，脂肪乳化产生不稳定现象，以致失去乳化能力，并使大小不等的脂肪团块浮于表面。当牛乳在静止状态冻结时，由于稀奶油上浮，使上层脂肪浓度高，因而乳冻结可以看出浓淡层。但含脂率25%~30%的稀奶油，由于脂肪浓度高，黏度也高，脂肪球分布均匀，因此，各层之间没有差别。此外，均质处理后的牛乳，脂肪球的直径在1μm以下 ，同时黏度也稍有增加，脂肪不容易上浮。
冷使牛乳脂肪乳化状态破坏，其过程是首先由于冻结产生冰的结晶，由这些碎片汇集成大块时，脂肪球受冰结晶机械作用的压迫和碰撞形成三角形，相互结成蜂窝状团块。此外，由于脂肪球膜随着解冻而失去水分，物理性质发生变化而失去弹性。又因脂肪环内部的脂肪形成结晶而产生挤压作用，将液体释放从脂肪内挤出而破坏了球膜，因此乳化状态也被破坏。防止乳化状态不稳定的方法很多，最好的方法是在冷冻前进行均质处理（60℃，22.54~24.50MPa）。
不良风味的同现和细菌的变化
冷冻保存的牛乳，经常出现氧化味、金属味及鱼腥味。这主要是由于处理时混入了金属离子，促进不饱和脂肪酸的氧化，产生不饱和的羟基化合物所致。发生这种情况时，可添加抗氧化剂加以防止。
牛乳冷冻保存时，细菌几乎没有增加，与冻结前乳相近似。
