乳糖

乳糖是天然存在于哺乳动物乳汁中的一种双糖。由哺乳动物的乳腺分泌，仅存在于动物界。分子式C12H22O11。是由葡萄糖及半乳糖所组成的双糖，即由葡萄糖的第四个碳原子上的羟基与半乳糖中第一个碳原子的β-半缩醛羟基失水成苷键而得。因此仍然保持葡萄糖分子上所含醛基的还原性。有α-型和β-型两种异构体。在93.5℃以下从母液中结晶出来的为α-型乳糖，含一分子结晶水，熔点 202℃，比旋光度+88°，溶解度7. 4克。在 93.5℃以上结晶出来的为β-型乳糖，熔点252℃，比旋光度+34°，溶解度55克，分子中没有结晶水。α-型糖的吸湿性较低，在较高湿度环境中不吸收外界水分，这对食品中控制水的活性极为重要。
在脱水牛奶及乳清制品中，乳糖常以无定形结晶存在，吸湿性较强，溶解度为20克(室温)，甜度仅是蔗糖的30%，不适合做甜味剂，只有在制作低甜度的或具有特殊风味的食品时才能采用。在液态乳清中乳糖的含量约 6.5%，经脱酯及澄清后于55～60℃下浓缩，使其成为固体，含量可以提高到55～65%。经过冷却处理，即得大量结晶体，除去母液并将结晶洗涤，即可获得略带黄色的食用乳糖，其纯度可达99.6%，若再进行重结晶，则可制得高纯度的医用乳糖。人乳和牛乳中含乳糖分别为5～ 7%和4%。乳糖常用于婴儿食品，在食品工业中还广泛用于饮料、西式香肠、调味酱、即溶食物、香辛料混合物及肉类产品，以补充低甜度，增强香气，延长销售期及提高产品价值。也可制成其他衍生物(如异性乳化糖)以供加工不同食品之用，也常用作药片的制片剂。

图1为乳糖化学结构式 乳糖的溶解度比蔗糖小，而α-型与β-型乳糖的溶解度也存在着差异。将乳糖投入水中后，即有部分乳糖溶解于水，达到饱和时的溶解度就是α-含水乳糖的溶解度，也称为最初溶解度。乳糖的最初溶解度较低，受水温的影响较小，将上面的饱和溶液振荡或搅拌时再加入乳糖仍可溶解，而最后达到饱和点，这就是乳糖的最终溶解度。所以乳糖的最终溶解度是指α-含水乳糖和β-乳糖在某一温度下的平衡溶解度。
乳糖的溶解度随温度的升高而增加，受温度影响较大。

图2为乳糖在不同温度时的溶解度。 乳果糖(lactulose)是乳糖的葡萄糖残基经异构作用转化为果糖残基而形成的双糖，它是乳糖的一个差向异构体，又称为异构化乳糖、乳酮糖。这种糖在自然界是不存在的，在1930年Montgomery和Hudson首先合成了这种糖。在温和的碱性条件下，经过Lobry de Bruyn—Alberda van Ekenstein反应可以生成异构化乳糖;在β-半乳糖苷酶作用于乳糖时它也作为少量副产物生成。
乳果糖的化学名称为4-O-β-D-吡喃型半乳糖-D-果糖。在30℃的水中溶解度为76.4%，甜度为蔗糖的一半。牛乳中并不存在乳果糖，乳的热处理会生成少量乳果糖，超高温热处理乳中该糖的含量约为0.005%～0.072%，炼乳中含量约为0.4%～0.9%。在热和低pH时稳定，对肠内有益菌双歧杆菌有较强的增殖效果。它广泛应用于乳幼儿食品(如乳粉、幼儿食品)及其他食品中，在医药方面主要治疗肝昏迷症及慢性便秘。
乳果糖是用乳糖作为原料经碱转化而成。异构化反应是在氢氧化钠溶液中进行加热，用硼酸盐有助于异构化反应的进行。在碱性条件下，乳糖分子中的葡萄糖残基发生异构化反应，转变为果糖残基，再经离子交换、脱色、浓缩结晶等工序制取。由于碱的耗费量大，乳果糖价格昂贵，以前曾作为药物使用。目前，该糖已经由日本森永乳业生产，主要添加于牛乳、乳粉等制品中。在加热处理后的乳品中出现的乳酮糖是内源乳糖发生异构化的产物。此外，也可用酶法异构化来制取乳果糖;或以1：1的蔗糖与乳糖为原料，经酶转化而生成乳果糖。 乳糖在人乳及牛乳中的平均含量分别为7.0%和4.8%，是人体重要的营养源，并具有重要的生理作用。乳糖只有在乳糖酶的催化下水解成葡萄糖和半乳糖，才能被人体转化吸收。遗憾的是，在亚洲和非洲，特别是我国成人中约有55.1%的人都因体内缺少乳糖酶而致使乳糖在大肠中积累，成为肠道微生物的异质性发酵基质，结果引起腹泻、腹胀、腹部疼痛和肠胃气胀等不适症状，这种现象被称为乳糖不耐症。世界上有相当比例的人群患有乳糖不耐症，因此乳糖不耐症愈来愈多地受到人们的关注。
乳糖不耐症症状随着被消费的乳糖含量、乳糖酶缺乏的程度、肠道微生物的适应性以及是否存在其他补充乳糖酶的途径等发生变化。饮用嗜酸乳杆菌、双歧杆菌等益生菌发酵的酸奶有助于乳糖消化，可大大缓解乳糖不耐症。嗜酸乳杆菌等益生菌在乳糖存在的情况下可以诱导合成β-半乳糖苷酶，有利于乳糖的分解和利用。乳酸菌发酵可将乳中20%～30%的乳糖水解转化成乳酸；乳酸菌产生的β-半乳糖苷酶在人体内能够促进残存的50%以上的乳糖水解。通过向接受试验的人员提供一定剂量的乳糖，连续检测呼吸中氢气(乳糖在肠道中发酵的副产品)的释放量(也称作Breath Hydrogen Test，BHT测试)，可以从生理学上定量评价参试者患有乳糖不耐症的情况。这种客观的测定方法能够有效地分析酸奶和乳酸菌对乳糖不耐症的影响。临床上，大量对供试人群呼出氢气量的检测结果表明，服用含有18g乳糖的酸奶的患者其呼出的氢气只有那些在乳中或水中加入同样量乳糖时呼出的氢气的1/3。可见，酸奶和含有益生菌的发酵乳能明显改善乳糖的消化和吸收。但为了能有效促进乳糖分解和消化，酸奶和益生菌乳中应保持较高的活菌数量。一般认为，酸奶产品中保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的活菌数在5×106～1×107cfu/mL以上时，可以有效地缓解乳糖不耐症症状。
以上信息由Chemicalbook瑶瑶编辑整理。 乳糖结晶法生产的基本步骤包括：对浓缩乳清或超滤透过物进一步真空浓缩，然后从浓缩物中结晶乳糖，用离心法分离结晶，最后干燥回收结晶。初步得到的结晶一般含有核黄素，因此带有黄色。粗制乳糖进行再溶解，然后重结晶，可以生产更高等级的乳糖。
（1）原料：乳清及其超滤透过物是生产乳糖的基本原料。在这里，乳清是指全脂乳或脱脂乳经凝结后分离出的液体。从乳清中去除蛋白质可以提高乳糖结晶效率，有利于提高乳糖的产率和质量。因此，脱蛋白乳清是生产优质乳糖的较好选择;由于在超滤过程中也可以去除蛋白质，因此超滤乳清透过物也是很好的乳糖生产原料。
（2）乳清的浓缩：经过预处理的乳清，进入乳糖加工的第一道工序就是浓缩，浓缩的目的是为了除去乳清中一部分水，提高乳糖的含量，使乳糖容易产生结晶作用。
（3）乳糖的结晶：乳糖从浓缩乳清中结晶析出是通过冷却操作实现的，因此控制乳糖结晶的操作主要就是控制结晶温度和时间，使乳糖从过饱和溶液中形成晶体，并使晶体不断增大，而且结晶大小比较均匀，转入母液中的乳糖量较少。
（4）结晶的分离：结晶体与母液分离主要采用离心分离法，即利用离心脱水机使乳糖晶体与糖液分离，以除去残存的母液和大部分盐类。
（5）乳糖的干燥：离心脱水后的乳糖含水量为10%～15%。虽然乳糖的焦化温度为120℃，但由于乳糖还含有少量的蛋白质，所以干燥温度不宜超过80℃，一般保持在60℃～70℃。干燥过程中要进行搅拌，以保证干燥的均匀。
（6）乳糖的精制：粗制乳糖为淡黄色粉末状结晶，含有蛋白质、灰分等不纯物。若要获得高纯度乳糖，就必须对粗制乳糖进行精制。乳糖精制的方法主要有两种：活性炭吸附法和离子交换树脂法。

图3为结晶法生产乳糖的工艺流程图 潮湿条件下(湿度大于80%)易染霉菌。随着贮藏时间延长，乳糖颜色可能变为棕色，湿热加速这种变化。α-乳糖一水合物在空气中稳定，室温下不受湿气的影响，但无定型形式的乳糖则视其干燥程度而定，可能会受到湿气影响而转变为一水合物。一水合物加热到120℃即成无水物。β-乳糖的饱和溶液在放置过程中可能产生α-乳糖晶体沉淀，溶液有变旋性。乳糖应置于密闭容器中，阴凉干燥处存放。 乳糖与伯胺化合物发生反应生成棕色产物，无定型乳糖比晶体乳糖更易发生这种反应。乳糖与氨基酸、氨茶碱、苯丙胺、异烟肼等有配伍禁忌。处方中含有酒石酸盐、枸橼酸盐或醋酸盐等时，或碱性润滑剂的影响下，能加速变色反应。 每100毫升水中的溶解克数:
8g/20℃ 白色结晶或结晶性粉末。味甜，甜度约为蔗糖的70%。无臭或略有特征性气味。相对密度d₄²⁰1.525(含水物)。有还原性和右旋光性。分α-型和β-型两种异构体。
α-乳糖可被酸和乳糖酶分解成葡萄糖和半乳糖，可受乳酸菌类的作用而成为乳酸，但酵母不能利用。
在水中结晶析出者，为一水化物C12 H22O11?H2O，如在120℃下加热，可成为无水物。无水物熔点201～202℃，1g可溶于5ml水或2.6ml热水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。
β-型乳糖在93℃以上的热水中析出，溶解度不同于α-型，1g溶于2.2ml水或1.1ml热水。熔点252℃，旋光度[α]_D²⁰+53.6°。在2%硫酸乳浊液中可水解为葡萄糖和半乳糖。
仅存在于动物乳汁中，人乳中约含7%(5%～8%)，牛乳中约含4.5%(4%～5%)。在体温状态时，按二份α-型和三份β-型的比例混合而成平衡状态。普通乳糖商品为α-型。 营养型甜味剂；赋形剂；分散剂；矫味剂；营养剂。主要用于：
作为粉状食品色素的吸附分散剂，降低色素浓度，便于使用并降低贮藏期间的变色。
利用易压缩成形和吸水性低的特点，作压片等赋形剂。
利用乳糖焦糖化温度较低(蔗糖163℃。葡萄糖154.5℃，乳糖仅129.5℃)的特点，对某些特殊的焙烤食品，可在较低的烘烤温度下获得较深的黄色至焦糖色泽。
其他有防止结晶、降低甜度、防止粘结和增强香味等作用。
用于婴儿食品、糖果和人造奶油等。 广泛用于制婴儿食品、糖果、人造奶油等，也可以做培养基、色层吸收剂及赋形药等 由牛奶中的乳清(约含乳糖5%)经加热或加石灰乳处理，除去蛋白质后浓缩、冷却、结晶、干燥而得。得率约60%～70%。