Лактоза. Молочний цукор

Лактоза (молочний цукор) - сама назва цього цукру говорить про те, що він зустрічається в молоці ссавців; жіноче молоко містить 5–8 % лактози, коров’яче – 4–6 %. У промисловому масштабі лактозу отримують як побічний продукт під час виробництва сиру. Білі кристали або білий кристалічний порошок, без запаху, зі слабким солодким смаком.

З хімічної точки зору лактоза відноситься до відновлюваних дисахаридів, які складаються з молекул D-глюкози і D-галактози, пов'язаних 1-4 глікозидним зв'язком, і має хімічну формулу С12Н22О11. За номенклатурою IUPAC лактоза називається 4-О-β-D-галактопіранозил-D-глюкопіраноза. Кисневий місток, що зв’язує два залишки моносахаридів у молекулі лактози, з’єднує перший атом карбону галактози з четвертим атомом карбону залишку глюкози. Напівацетальний гідроксил глюкози у молекулі лактози, на відміну від молекули сахарози, залишається вільним, тому лактоза є мутаротуючим і відновлюючим цукром.

Лактози моногідрат (Lactosum monohydricum (Ph Eur), Lactose monohydrate (BP, USPNF)) виробляється промисловістю з цукру-сирцю або з сироватки молока і має такі властивості: сила пресування - 1,86-1,87 мПа, густина  (вільна) – від 0,47 до 0,77 г/cм3; густина (насипна) – від 0,64 до 0,95 г/cм3; густина (після усадки) – 1,545 г/cм3; Тпл. – 201-202°С (для зневодненого моногідрату  α-лактози). Практично нерозчинна у хлороформі, етанолі, етері; розчинна у воді. Моногідрат α-лактози здатний кристалізуватися з перенасичених розчинів при температурі 93,5°C.

Ідентифікація:

• Фізико-хімічними методами: ІЧ-спектроскопія, тонкошарова хроматографія.
• Водний розчин лактози при нагріванні з розчином амоніаку забарвлюється в червоний колір.
• Розчин лактози відновлює мідно-тартратний реактив.
• Питоме обертання лактози становить від +54,4° до +55,9° (10 %-ний водний розчин у перерахунку на суху речовину). Вимірювання кута обертання проводять через 30 хв. після додавання до розчину лактози 2 крапель розчину амоніаку. Кількісне визначення лактози проводять тими ж методами, що й глюкози.

Застосування

Лактоза відрізняється від решти цукрів відсутністю гігроскопічності й тому використовується для приготування порошків з речовинами, що легко гідролізуються. Її кристали мають насипну густину, близьку до густини більшості отруйних і сильнодіючих речовин, і тому лактоза широко використовується для виготовлення тритурацій. Входить молочний цукор і до складу сумішей для дитячого дієтичного харчування.

Унікальні властивості лактози зумовлюють широке застосування її у мікробіології, аналітичній хімії, харчовій промисловості, фармакології тощо. Зараз лактозу інтенсивно використовують у виробництві дитячого харчування та замінників жіночого грудного молока. Лактоза у харчових продуктах підвищує енергетичну цінність та знижує солодкість. У кондитерській промисловості покращує органолептичні властивості протеїновмісних виробів, у хлібобулочній - забезпечує рум'яність скоринки. Також її широко застосовують у виробництві медичних препаратів, антибіотиків та харчових продуктів. У процесі виготовлення медичних препаратів рафінований молочний цукор використовують як інертний наповнювач, розріджувач або активний компонент. У свою чергу, сирець чи кристалізат молочного цукру (45% лактози) є одним із головних компонентів середовищ для ферментації у виробництві антибіотиків.

Користь лактози для організму
В організмі лактоза сприяє всмоктуванню кальцію, магнію, марганцю, має біфідогенні властивості (підтримує ріст біфідобактерій), також інгібує ріст патогенної мікрофлори кишечнику. Лактоза є джерелом енергії в організмі, потужним стимулятором нервової системи. Вона позитивно впливає на процес розвитку у дітей центральної нервової системи. Лактоза належить до засобів профілактики серцево-судинних захворювань, покращує процес напрацювання вітамінів групи В і вітаміну С.

Фармацевтика
У виробництві лікарських препаратів використовують лактозу як наповнювач (розріджувач) при отриманні капсул, таблеток, порошків тощо, може виступати як матриця при корекції балансу — гомеостазу організму та нейтралізації екологічних та інфекційних патологічних (зовнішніх) чинників впливу. Лактоза є складовою частиною при отриманні розчинів для парентерального харчування. Заморожений розчин моногідрату лактози використовують при виробництві ліофілізованої продукції. Лактози моногідрат у співвідношенні з цукром (1:3) використовують при отриманні плівкових (цукрових) оболонок. Лактоза гідролізується кислотами та специфічними ферментами — лактазами, які знаходяться у складі кишкового соку ссавців і деяких мікроорганізмів. Негативна реакція організму на лактозу може виникати при нестачі ферменту лактази. Лактози моногідрат несумісний з амінокислотами, амінофілінами, амфетанами, лізиноприлом.

Лактоза в харчовій промисловості
Очищений (харчовий) молочний цукор використовується у харчовій промисловості для виготовлення різних видів карамелі, шоколаду, джемів, мармеладу, бісквітів, цукерок, глазурі, діабетичних продуктів, м’ясних виробів тощо.
У хлібопекарській промисловості лактозу застосовують для збільшення об’єму хліба та здобних виробів.
Виявлено, що лактоза стабілізує та покращує колір, смак і запах різних кондитерських виробів. Завдяки цим властивостям її використовують у виробництві смакових та ароматичних добавок.
Помічено, що додавання лактози у м’ясні продукти маскує їхній солоний та гіркий присмак, поліпшує стабільність продукту під час зберігання.
Часткова заміна сахарози на лактозу зменшує солодкість і особливо посилює смак фруктів та ягід у джемах і мармеладах.
Використання лактози у виробництві алкогольних напоїв підсилює та одночасно пом’якшує їхній смак.
Для кисломолочних бактерій лактоза є основним джерелом енергії, що спричинює молочнокисле бродіння, унаслідок якого отримують багато кисломолочних продуктів. Також у молочноконсервному виробництві лактозу використовують як затравку для кристалізації у виробництві згущеного молока.

Лактоза в технології оздоблювальних напівфабрикатів
Аналітичними та експериментальними дослідженнями підтверджено можливість використання лактози в складі помадних мас. Встановлено, що в'язкість сиропів з лактозою при підвищених температурах нижче, ніж в'язкість цукрових сиропів. Це свідчить про те, що технологічний процес уварювання самого сиропу буде значно легший, ніж у випадку помад з чистим цукром. Більш того, знижена розчинність лактози, підтверджена нами, буде поліпшувати помадоутворення при більш високих температурах, що сприяє отриманню помадних мас більш еластичних і високодисперсних.  Експериментально встановлено, що вміст лактози в рецептурі по відношенню до цукру має становити 15...20% при цьому, як свідчать результати дослідження, солодкість системи істотно знижується, а пластичність мас зростає. Сутність технології полягає в тому, що лактозу вводять замість інвертора (патоки) за температури увареної суміші 105...107° С, при цьому інвертор виключається з рецептурної суміші. Встановлено, що помадоутворення суміші в процесі збивання починається за температурою 60° С, до того ж, в межах температур 50...30° С температура не чинить суттєвого впливу на якість помадної маси. Таким чином, виходячи з вище викладеного, встановлено, що лактоза в силу своїх фізичних і технологічних властивостей може бути використана в технології оздоблювальних напівфабрикатів, а саме помадних мас.

Визначення лактози
Вміст лактози, що є одним з основних компонентів молока та молочних продуктів, — важливий показник якості молочних продуктів. До того ж на сьогодні у багатьох людей є лактозна недостатність (вроджений чи набутий стан, що характеризується зниженням рівня ферменту лактази, яка розщеплює лактозу до глюкози та галактози). Клінічним виявом цієї хвороби є інтолерантність до лактози.
Для підтвердження наявності (ідентифікації) лактози можливо використовувати наступні хімічні реакції, які є базовані на відновлюючих властивостях лактози: нагрівання з розчином аміаку (утворення червоного забарвлення); відновлення при нагріванні міднотартратного реактиву (утворення червоного осаду); при взаємодії з мінеральними кислотами та кислотою щавлевою при нагріванні лактоза гідролізується з утворенням глюкози та галактози, які в свою чергу при подальшому нагріванні утворюють оксиметилфурфурол, який при подальшому додаванні тимолу і кислоти сірчаною концентрованої утворює продукт темно-червоного кольору.
Також існує низка методик кількісного визначення вмісту лактози фізико-хімічними методами, створені тест-методи, біосенсори.