30. Химический состав и свойства молочного сахара.

Молочный сахар (лактоза) является основным углеводом молока млекопитающих и преимущественно содержится в молоке и молочных продуктах. В молоке коровы его средняя массовая доля — 4,7% (колебания от 4,5 до 5,3%).

Молочный сахар — углевод, необходимый для питания новорожденных в первые дни жизни. Он служит субстратом фермента лактазы (β-галактозидазы), расщепляющего её на глюкозу и галактозу. После гидролиза глюкоза является универсальным источником энергии для всех клеток организма (включая сердце, почки, печень, мозг), а галактоза важна для синтеза специфических соединений (в первую очередь в нервной системе). В желудочно-кишечном тракте под действием фермента лактазы молочный сахар распадается на глюкозу и галактозу, которые необходимы для питания головного мозга и нервной системы. Калорийность 1 г лактозы — 3,8 ккал (15,909 кДж). Используется молочный сахар и как сырье в фармацевтической промышленности. По химическому составу лактоза является дисахаридом, состоящим из D-галактозы и D-глюкозы.

Физические свойства. Лактоза представляет собой белый или слегка желтоватый кристаллический порошок без запаха. На вкус лактоза менее сладкая чем сахар (в 5 раз). Растворимость лактозы низкая по сравнению с другими сахарами (от 7 г/100 г у α-лактозы до 500 г/100 г у β-лактозы; растворимость равновесной смеси α- и β-лактозы составляет 17-18 г/100 г при 25°С, но увеличивается с повышением температуры. Лактоза обладает низкой гигроскопичностью (способностью поглощать водяные пары из воздуха). Температура плавления α-лактозы 202°С, β-лактозы 252°С.

Химические свойства. Под действием сильных кислот (HCl, H₂SO₄) при нагревании гидролизуется до составляющих моносахаридов: D-галактозы и D-глюкозы (скорость гидролиза зависит от концентрации кислоты и температуры). При ферментативном гидролизе с катализатором ферментом β-галактозидазой образует D-галактозу и D-глюкозу.

Служит субстратом для молочнокислых бактерий, которые ферментируют ее преимущественно до молочной кислоты (гомоферментация) или до молочной кислоты, уксусной кислоты, этанола и CO₂ (гетероферментация). Это основа производства йогурта, кефира, сыра. Некоторые дрожжи также могут сбраживать лактозу.

Под действием щелочей или фермента лактулозосинтазы может частично изомеризоваться в лактулозу (пребиотик) - дисахарид, где глюкоза превращена во фруктозу.

Функциональные свойства. При усвоении (после гидролиза лактазой) глюкоза и галактоза служат важными источниками энергии, особенно для младенцев. Галактоза также важна для синтеза галактоцереброзидов в нервной ткани. Лактоза способствует усвоению кальция и других минералов (магния, цинка, меди, фосфора) в тонком кишечнике. Механизмы включают повышение проницаемости слизистой, образование растворимых комплексов и стимуляцию кальций-связывающего белка. Непереваренная лактоза (у людей с остаточной лактазной активностью или у младенцев) достигает толстого кишечника, где служит субстратом для бифидобактерий и лактобацилл, стимулируя их рост и активность благодаря пребиотическим свойствам. При ферментации бактериями образуются короткоцепочечные жирные кислоты (ацетат, пропионат и бутират), которые полезны для здоровья кишечника и организма в целом.

Роль в технологии производства молочных продуктов. Ответственна за образование песчанистости в сгущенном молоке с сахаром и мороженом при неправильном хранении. Участвует в образовании цвета (от кремового до коричневого) и характерных вкусоароматических соединений в термически обработанных молочных продуктах (топленое молоко, сгущенка, сухое молоко, карамель). Используется в фармацевтике (таблетки) и пищевой промышленности (кондитерские изделия) благодаря низкой сладости, низкой гигроскопичности и хорошей сыпучести.

Лактоза является источником углерода для молочно-кислых бактерий, подвергается сбраживанию под действием их ферментов, на чем основано производство кисломолочных продуктов, сыра, киcлосливочного масла. Вместе с другими веществами она обусловливает свойства и вкус молока и молочных продуктов.

В молоке молочный сахар находится в молекулярном состоянии и представляет собой дисахарид, состоящий из глюкозы и галактозы, различающихся между собой пространственным расположением водорода и гидроксильных групп.

Длительный нагрев молока при температуре 100°С и выше приводит к изменению его цвета. Это связано с образованием меланоидинов вследствие реакции между лактозой и белками, а также между лактозой и некоторыми свободными аминокислотами. Меланоидины представляют собой вещества коричневого цвета с явно выраженным привкусом карамелизации. Эта реакция имеет место при получении топленого молока, ряженки и молочных консервов.

Углеводы играют большую роль в процессах молочнокислого брожения. В их основе лежит сбраживание лактозы до молочной кислоты под действием ферментов, выделяемых микроорганизмами. Продукт приобретает специфический кисломолочный вкус и вязко-пластичную консистенцию, лечебные свойства.

По сравнению с тростниковым и свекловичным сахаром молочный сахар менее сладкий и хуже растворяется в воде. Под действием ферментов микроорганизмов (лактазы) он сбраживается, в результате чего образуются низкомолекулярные соединения.

Молочнокислое брожение вызывается ферментами молочнокислых бактерий. Сначала, под действием лактазы, молочной сахар присоединяет частицу воды и распадается на две гексозы: галактозу и глюкозу. Далее из гексоз образуется пировиноградная кислота, которая восстанавливается при участии лактатдегидрогеназы с образованием молочной кислоты.

Молочнокислое брожение протекает в анаэробных условиях, но может происходить и в аэробных. Молочная кислота, накапливаясь в молоке, вызывает свертывание белка и изменение его свойств. Это брожение лежит в основе производства кисломолочных продуктов, сыров и кисло-сливочного масла. Также при изготовлении этих продуктов имеет место пропионовокислое и спиртовое брожение.