第三節　乳 糖

乳糖是牛乳中最主要的糖類。這種糖在大多數哺乳動物的乳汁中存在，而且是乳中唯一的糖。牛乳中包含微量的其他糖類但沒有多聚糖。己糖胺和N-乙酰神經氨酸在牛乳中存在，但它們主要和蛋白質和腦苷脂交聯。

乳糖可從牛乳中結晶分離。乳糖工業制造時，即用結晶法。制藥行業中乳糖的應用量非常大，幾乎所有的片劑都以乳糖作為一種填充物。

一、乳糖的化學性質

乳糖是一種由D-半乳糖和D-葡萄糖組成的雙糖（見圖1-10）。半乳糖的醛基和葡萄糖的C₄基團通過β-1，4-糖苷鍵相連，每個單糖都有形成吡喃環形式的優勢。乳糖是一種還原糖，有變旋光現象，這意味開放的鏈醛基團能相互反應，α和β端基異構體能夠相互轉化，可以通過乳糖的適度氧化產生合適的反應物或者酶來實現，由此醛基基團轉變羧基基團。有的氧化使糖苷鍵破裂產生巰基基團。乳糖溫和的還原反應使醛基基團轉變成醇基基團，強烈還原反應分解糖苷鍵，形成乙醇。

牛乳加熱后，乳糖會發生一些變化，如乳糖可能異構化為乳果糖。這意味著葡萄糖部分轉變成果糖部分，葡萄糖部分異構化成麥芽糖也有可能產生甘露糖，但甘露糖的數量非常少。這些異構化的反應中牛乳的成分是非?；顫姷拇呋瘎?，現還不是很清楚哪些牛乳成分在起作用。加熱牛乳中，乳果糖的量可以被用于監測熱處理的強度。

在加熱過程中，也可能產生焦糖化反應，反應形成產物包括：羥甲基糠醛、糠醛醇、丙酮醇、丙酮醛、甲醛、乙酸、甲酸、丙酮酸和乙酰丙酸。產物形成的比例與糖的濃度、pH、加熱時間和溫度相關。

二、乳糖的生理性質

正常牛乳的乳糖成分接近常數，乳中為4.8%～5.2%，以乳糖一水合物形式存在。在初乳和乳腺炎牛乳中，乳糖的含量較低，以平衡高微量元素引起滲透不平衡。乳糖約占牛乳非脂乳固體的52%，乳清固體的70%，及牛乳超濾物固形物的90%以上。除了乳糖（4-O-β-D-半乳糖苷-β-D-葡萄糖），新鮮牛乳中也含有其他碳水化合物，如葡萄糖（1mg/mL）、半乳糖（1mg/mL）和低聚糖（0.1mg/mL）。乳糖在乳腺中合成，即在α-乳白蛋白存在條件下，它起到修飾成分的作用，在半乳糖基轉移酶存在條件下轉變D-半乳糖為D-葡萄糖。乳糖是還原糖，在葡萄糖殘基上有醛基存在。它存在α-乳糖和β-乳糖兩種形式，它們的不同在于還原基團上OH和H之間的互換。因為乳糖的不對稱性，它沒有旋光性，α-乳糖可以和β-乳糖區分，因為α-乳糖在右旋方向的偏振光的旋轉較大。旋光性是測定乳中乳糖的基礎，這可用于判定乳制品是否新鮮，有沒有發酵。旋光測定法不適于發酵產品的測定，這是因為乳酸的干擾，它也有旋光性。

乳糖在牛乳和乳制品中最重要的功能是作為發酵底物。乳糖能夠被β-D-半乳糖苷酶（乳糖分解酶）轉化為葡萄糖和半乳糖。這一性質使得自然發酵牛乳成為相對安全的產品，這也是生產發酵乳產品的基礎。乳糖水解酶被用于減少乳糖結晶和生產供乳糖不耐的人群（這些人身體中缺少乳糖酶）食用的去乳糖產品。

[β]/[α]=1.64-0.0027T（T為攝氏溫度）

在牛乳中，最重要的抑制劑是β-乳糖，它對某些結晶有抑制作用，同時晶型結構很大程度上符合α-乳糖一水合物斧狀結構的特性。乳糖最終的溶解度在10℃水中為15.1g/100g。實際上，α-乳糖水合物可在冷凍的乳制品中使每100g產品含有超過13g的水。無定形的無水乳糖形成于快速干燥（如牛乳或乳清的噴霧干燥）或者快速冷凍過程中。無水乳糖吸濕性極強，它會導致脫脂奶粉的結塊，這種情況濕度大于8%即可發生。當充分的水分被利用，無水乳糖形成α-乳糖一水化物結晶，它和產品的其他粒子粘接在一起。

三、乳酸發酵

牛乳中乳糖是主要的細菌生長能源。一般微生物能發酵乳糖，通過將它水解成半乳糖和葡萄糖，隨后發酵生成乳酸（CH₃CHOHCO₂H），但部分乳糖可能不被代謝。一些乳酸菌，歸類為同型發酵，只產生乳酸：

葡萄糖+2ADP+2H₃PO₄→2乳酸+2ATP+2H₂O

其他的細菌，分類為異型發酵，產生乳酸也產生CO₂、乙酸和乙醇。

由上可知，乳酸是許多種乳制品的組成成分。在牛乳中，大多數細菌能產生大約1%的乳酸，個別種類的細菌產生乳酸的量可達2%，高濃度乳酸抑制了大多數微生物的生長。