第三节 乳 糖
乳糖是牛乳中最主要的糖类。这种糖在大多数哺乳动物的乳汁中存在，而且是乳中唯一的糖。牛乳中包含微量的其他糖类但没有多聚糖。己糖胺和N-乙酰神经氨酸在牛乳中存在，但它们主要和蛋白质和脑苷脂交联。
乳糖可从牛乳中结晶分离。乳糖工业制造时，即用结晶法。制药行业中乳糖的应用量非常大，几乎所有的片剂都以乳糖作为一种填充物。
一、乳糖的化学性质
乳糖是一种由D-半乳糖和D-葡萄糖组成的双糖（见图1-10）。半乳糖的醛基和葡萄糖的C4基团通过β-1，4-糖苷键相连，每个单糖都有形成吡喃环形式的优势。乳糖是一种还原糖，有变旋光现象，这意味开放的链醛基团能相互反应，α和β端基异构体能够相互转化，可以通过乳糖的适度氧化产生合适的反应物或者酶来实现，由此醛基基团转变羧基基团。有的氧化使糖苷键破裂产生巯基基团。乳糖温和的还原反应使醛基基团转变成醇基基团，强烈还原反应分解糖苷键，形成乙醇。
图1-10 乳糖和乳果糖的化学结构
牛乳加热后，乳糖会发生一些变化，如乳糖可能异构化为乳果糖。这意味着葡萄糖部分转变成果糖部分，葡萄糖部分异构化成麦芽糖也有可能产生甘露糖，但甘露糖的数量非常少。这些异构化的反应中牛乳的成分是非常活泼的催化剂，现还不是很清楚哪些牛乳成分在起作用。加热牛乳中，乳果糖的量可以被用于监测热处理的强度。
在加热过程中，也可能产生焦糖化反应，反应形成产物包括：羟甲基糠醛、糠醛醇、丙酮醇、丙酮醛、甲醛、乙酸、甲酸、丙酮酸和乙酰丙酸。产物形成的比例与糖的浓度、pH、加热时间和温度相关。
二、乳糖的生理性质
正常牛乳的乳糖成分接近常数，乳中为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，乳糖的含量较低，以平衡高微量元素引起渗透不平衡。乳糖约占牛乳非脂乳固体的52%，乳清固体的70%，及牛乳超滤物固形物的90%以上。除了乳糖（4-O-β-D-半乳糖苷-β-D-葡萄糖），新鲜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-乳白蛋白存在条件下，它起到修饰成分的作用，在半乳糖基转移酶存在条件下转变D-半乳糖为D-葡萄糖。乳糖是还原糖，在葡萄糖残基上有醛基存在。它存在α-乳糖和β-乳糖两种形式，它们的不同在于还原基团上OH和H之间的互换。因为乳糖的不对称性，它没有旋光性，α-乳糖可以和β-乳糖区分，因为α-乳糖在右旋方向的偏振光的旋转较大。旋光性是测定乳中乳糖的基础，这可用于判定乳制品是否新鲜，有没有发酵。旋光测定法不适于发酵产品的测定，这是因为乳酸的干扰，它也有旋光性。
乳糖在牛乳和乳制品中最重要的功能是作为发酵底物。乳糖能够被β-D-半乳糖苷酶（乳糖分解酶）转化为葡萄糖和半乳糖。这一性质使得自然发酵牛乳成为相对安全的产品，这也是生产发酵乳产品的基础。乳糖水解酶被用于减少乳糖结晶和生产供乳糖不耐的人群（这些人身体中缺少乳糖酶）食用的去乳糖产品。
[β]/[α]=1.64-0.0027T（T为摄氏温度）
在牛乳中，最重要的抑制剂是β-乳糖，它对某些结晶有抑制作用，同时晶型结构很大程度上符合α-乳糖一水合物斧状结构的特性。乳糖最终的溶解度在10℃水中为15.1g/100g。实际上，α-乳糖水合物可在冷冻的乳制品中使每100g产品含有超过13g的水。无定形的无水乳糖形成于快速干燥（如牛乳或乳清的喷雾干燥）或者快速冷冻过程中。无水乳糖吸湿性极强，它会导致脱脂奶粉的结块，这种情况湿度大于8%即可发生。当充分的水分被利用，无水乳糖形成α-乳糖一水化物结晶，它和产品的其他粒子粘接在一起。
三、乳酸发酵
牛乳中乳糖是主要的细菌生长能源。一般微生物能发酵乳糖，通过将它水解成半乳糖和葡萄糖，随后发酵生成乳酸（CH3CHOHCO2H），但部分乳糖可能不被代谢。一些乳酸菌，归类为同型发酵，只产生乳酸：
葡萄糖+2ADP+2H3PO4→2乳酸+2ATP+2H2O
其他的细菌，分类为异型发酵，产生乳酸也产生CO2、乙酸和乙醇。
由上可知，乳酸是许多种乳制品的组成成分。在牛乳中，大多数细菌能产生大约1%的乳酸，个别种类的细菌产生乳酸的量可达2%，高浓度乳酸抑制了大多数微生物的生长。