文/张丽娜 周 鹏

（江南大学食品学院）

乳糖是乳制品中重要的碳水化合物，也是奶粉中最重要的能量来源之一。但是由于遗传的原因，许多人对乳糖的消化能力不足，产生了乳糖不耐等症状。因此，充分了解乳糖的性质和人类对乳糖的消化吸收机理，对乳制品开发、乳糖功效的发挥以及乳糖副作用的避免至关重要。

乳糖是一种结构明确的化合物，其甜度约为白砂糖的20．0%，由一分子葡萄糖和一分子半乳糖通过β-1，4位形成糖苷键组成的双分子糖。它存在于所有已知的哺乳动物乳汁中，是乳汁中最主要、含量最高的碳水化合物。在母乳中，乳糖的浓度约为70 g/L，约占乳汁提供能量的40．0%[1]。

世界卫生组织推荐使用全母乳喂养婴儿直到6 月龄，并建议持续喂养母乳到24 月龄。由于乳糖具有重要的生理功能，被广泛用作食品医药原料[2]。目前商用乳糖主要是通过结晶，从生产芝士和酪蛋白的副产物乳清蛋白中提取，具有价格便宜，性质稳定，安全性高以及低吸湿性等特点。全球每年乳糖产量达600 万吨[3]。

1 乳糖的性质

由于乳糖是由β-D-半乳糖和α/β-D-葡萄糖结合形成的双糖，因此，根据葡萄糖分子C1位H原子和OH基团的位置不同，乳糖具有α-乳糖和β-乳糖两种构型[4]。

α-乳糖易于结合一分子结晶水，形成一水α-乳糖（α-lactose monohydrate），β-乳糖则为无水乳糖（Anhydrous β-lactose）。当结晶工艺温度在高温下进行时（＞93．5 ℃），β-乳糖含量较高，当结晶过程在接近室温的条件下进行时，α-乳糖占据主要部分[5]，两者的物理与化学性质差异见表1。

两种构型的乳糖在溶于水后会发生转换（图1），最终达到动态平衡。水溶液中，α-乳糖与β-乳糖的比例受到温度、浓度、pH值和其他物质的影响[6]，在20．0 ℃时，乳糖溶液中α-乳糖含量为37．3%，β-乳糖的含量为62．7%，溶液平衡后的旋光角度为+55．3°。在实际操作中，可以通过添加盐、蔗糖等物质影响溶液中乳糖的旋光角度以及溶解度。

表1 两种构型乳糖物理与化学性质比较

图1 α-乳糖与β-乳糖的转化

在医药产品的应用中，美国、欧洲和日本的药典均没有对乳糖异构性进行要求[6，7]，但美国和日本要求标识无水乳糖的异构纯度。目前并无研究表明乳糖的两种不同构型会影响其功能与作用。

在我国，依据《GB 25595—2010 食品安全国家标准 乳糖》规定，婴幼儿配方奶粉中的乳糖须为乳清中提取的碳水化合物，以无水或一分子结晶水的形式存在，或混合存在。

目前工业上应用的乳糖主要来源于牛乳清，随着山羊乳产业近几年不断发展，来源于山羊乳清的乳糖也逐渐问世。同时也出现了关于牛、羊乳糖差异性的争议，但是通过高效液相色谱和红外光谱方法检测结果发现，牛乳糖与山羊乳糖的液相保留时间和红外光谱图均呈现出一致性（表2、图2），表明牛乳糖与山羊乳糖具有相同的化学结构及组成，且两者的性质无差异。

2 乳糖的制备

在奶酪的生产过程中，经凝乳酶沉淀除去酪蛋白后会得到大量的副产物——乳清溶液，而乳糖则从乳清中提取而来，通常其生产提取过程见图3。

乳糖生产过程包括结核、晶体生长和结晶3 个步骤。

2．1 结核

此步骤是结晶过程的起始，乳糖分子首先形成一个聚集核，在实际生产过程中，该聚集核可以是额外添加的乳糖结晶。

表2 牛乳糖与羊乳糖的高效液相保留时间

图2 牛乳糖（左）与山羊乳糖（右）红外光谱图

图3 乳糖的制备工艺过程

2．2 晶体生长

乳糖分子在饱和压力的驱动下围绕聚集核聚集增大。

2．3 结晶

结晶是许多小的结晶融合形成大的晶体的过程。结晶过程的快慢主要由结晶剂、结晶工艺、杂质等因素影响[6]。例如当乳清分离蛋白（WPI）与乳糖混合后，可以降低乳糖的结晶程度。

3 乳糖的应用

除了作为奶粉的重要能量来源外，在酸奶生产中，乳糖也作为发酵底物，被乳酸菌利用后，产生乳酸。研究发现，乳糖的浓度对发酵酸奶的性质有重要影响，蛋白质发酵后其持水力随着乳糖浓度的升高而升高，而胶着性和弹性则呈现先增加后减小的趋势[8]。对比无乳糖酸奶与普通发酵酸奶，无乳糖发酵酸奶酸度增加速率快，黏度增加幅度大，活菌数高；在贮藏过程中，无乳糖酸奶中活菌数的下降速率略快于普通酸奶，体现了乳糖对稳定酸奶性质的重要作用[9]。

乳糖作为一种还原性糖，在奶粉的生产加工过程中可以和蛋白质、肽段或氨基酸等氨基化合物在加热条件下发生美拉德反应，从而赋予食品焦糖色或褐色以及独特香气，该技术广泛应用于威化饼、烘焙食品、调味料产品的生产[10]。但是，美拉德反应也会改变蛋白质的性质，影响其消化性[11]，美拉德反应的有害产物主要受pH值、温度和反应程度的影响[12]，因此，在食品生产中，工艺控制起着重要作用。

乳糖也是一种常见的制药辅料，可用于固体药剂中，常作为填充剂和黏合剂，不仅可以使药剂更易流动，而且能够在生产片剂时起到黏合的作用[13]。

此外，乳糖还可作为原料，经修饰后转化为乳糖醇（4-β-D吡喃半乳糖-D-山梨醇）、乳糖酸、乳果糖、乳糖蔗糖和低聚半乳糖[14]等食品配料。其中，乳糖醇是一种改性食品添加剂，由乳糖催化，加压、加氢后过滤，经脱色、离子交换、浓缩、结晶制得，被广泛地应用在无糖食品中，适用于糖尿病人[15]。

4 乳糖的生理功能

乳糖是维持婴幼儿生长的重要能量物质，按照《GB 10765—2010食品安全国家标准 婴儿配方食品》要求，婴儿配方奶粉中乳糖应占总碳水化合物的90．0%以上。这是由于乳糖对婴幼儿生长发育有着重要作用。对断奶期猪幼崽研究发现，增加饮食中乳糖含量可以促进其饮食量和体重增长，另外乳糖还可能有助于提高食物到体重的转化率[16，17]。乳糖进入人体后主要在小肠中被乳糖酶分解为葡萄糖和半乳糖，从而被小肠吸收。乳糖不仅为人体提供能量，还能与矿物质一起维持乳汁中的渗透压[18]，母乳中的渗透压约为286 mOsm/kg[19]，研究发现，婴幼儿配方奶粉的渗透压随着乳糖浓度增加而升高，且呈线性相关[20]。目前对于婴幼儿配方奶粉的渗透压没有强制性标准，根据英国婴儿饮食协会推荐，婴幼儿配方奶粉渗透压应小于400 mOsm/kg[21]。

乳糖的升血糖指数（Glycemic Index，GI）为46，小于55，属于低GI食物，可以用于血糖敏感人群；乳糖的致龋齿性也低于蔗糖，这可能是由于口腔中的变形链球菌利用乳糖产酸的速度比较慢[22]；乳糖还具有类似膳食纤维的作用，发挥益生元的功效，即当乳糖在人体小肠中不能被充分消化时，剩余的乳糖会进入结肠，充当肠道菌群的底物，有利于双歧杆菌和乳杆菌的生长[23]，同时产生短链脂肪酸。乳糖在被分解为半乳糖后，是低聚糖的重要组成成分，并可以通过半乳糖基化成为糖蛋白和糖脂，在人体发育过程中发挥重要功能[24]。

乳糖还具有免疫功能，Andreas Cederlund等[25]发现，人类母乳可以诱导上皮细胞和单核细胞中抗菌肽（CAMP）的表达，从而增强婴儿的免疫力，这主要是在有丝分裂原活化蛋白激酶p38与N末端激酶JNK介导下，乳糖与丁酸酯或苯基丁酸酯协同增强了CAMP的基因表达。

另外，乳糖还可以促进婴儿对矿物质（钙、镁等）的吸收[26]，其机制可能在于乳糖分解后引起pH值降低，从而增加了钙和其他矿物质的溶解性。在一项足月婴儿喂养调查中发现，喝含乳糖的婴幼儿配方奶粉的婴儿，其钙、镁、锰吸收率都显著地高于喝不含乳糖的婴幼儿配方奶粉的婴儿，但锌的吸收率不受乳糖的影响[27]。

5 乳糖不耐症

虽然乳糖对人体有重要的营养作用，但是其必须在小肠内被消化吸收。由于部分人无法消化乳糖，乳糖进入到大肠后，会引起乳糖不耐症。乳糖不耐症通常是由于部分人体消化系统中缺少一种可以将乳糖分解为半乳糖和葡萄糖的酶——乳糖酶。婴幼儿通常能够分泌这种酶，但是断奶后，这种酶在人体内的分泌逐渐减少，从而引起成人乳糖不耐症。有趣的是，在部分成人体内，还可以检测到乳糖酶的存在，这种保存的机制主要产生于乳糖酶LCT基因的多态性，在LCT基因上游13，910碱基处，存在LCT-13910 C/T（rs4988235），T等位基因是能使乳糖酶持久表达的等位基因，而C等位基因是乳糖酶非持久性表达的等位基因，当个体是CC纯合子时无法消化乳糖，而TC或TT的个体能够消化乳糖[28]。由于部分人体小肠缺乏足够的乳糖酶，乳糖进入到大肠后，被大肠内的肠道菌群发酵代谢为葡萄糖和半乳糖，这些糖进而被发酵产生短链脂肪酸（如乙酸）、氢气和二氧化碳等，这些气体可引起打嗝，而短链脂肪酸则迅速升高肠道渗透压，引起腹泻、腹痛等症状[29]。乳糖不耐症是碳水化合物消化吸收中最常见的问题，据报道，在亚洲有70．0%以上的人群受到乳糖不耐症的困扰[30]，而在丹麦这一比例仅为6．1%[28]。

6 小结

乳糖主要由乳清蛋白分离而来，由于生产工艺的差异，乳糖的结构有α-乳糖和β-乳糖的两种构型。这两种构型与乳糖的来源无关，且不会对乳糖的功能产生影响。作为一种重要的能量来源，尤其是对于以母乳为唯一营养来源的婴幼儿，乳糖对于其生长发育起着正常作用，同时，乳糖也有助于矿物质的吸收，促进肠道中有益菌群的增殖。对于亚洲人，由于大部分人都存在乳糖不耐的症状，乳糖的摄入会减少，这可能会引起钙吸收不足，骨质疏松等症状，因此，需要通过不同的饮食策略缓解乳糖不耐症。