И физические свойства

Лактоза образуется путем реакции конденсации D-глюкозы и D-галактозы с отщеплением воды. Связь между молекулой глюкозы и молекулой галактозы образуется у четвертого углеродного атома глюкозы и первого углеродного атома галактозы:

Н ОН СН₂ОН

3 2 5 О

Н Н Н Н

4 ОН Н 1(β) 4 Н 1

Н О ОН Н

НО 5 О ОН

6 3 2

СН₂ОН Н ОН

β-D-галактоза D-глюкоза

Циклическая форма лактозы

Полное химическое название лактозы – 4-О-β-D-галактопиранозил-α-D-глюкопираноза.

Основная часть лактозы в молоке присутствует в циклической форме, а остальная – в альдегидной форме:

Н ОН СН₂ОН

3 2 5 ОН

Н Н Н Н

4 ОН Н 1(β) 4 Н С

Н О ОН Н О

НО 5 О

6 3 2

СН₂ОН Н ОН

Альдегидная форма лактозы

В зависимости от пространственного расположения гликозидного гидроксила (у первого углеродного атома молекулы глюкозы) различают α- и β-формы лактозы. При изображении лактозы в циклической форме гликозидный гидроксил у α-изомера расположен под плоскостью кольца, а у β-изомера – над плоскостью.

Изомерные формы лактозы различаются некоторыми физическими свойствами. Среди различных физических свойств изомеров лактозы практический интерес представляют прежде всего растворимость, удельное вращение плоскости поляризации света и способность к кристаллизации. Изомерные формы лактозы имеют различную растворимость. Растворимость β-лактозы в воде выше, чем α-лактозы. При растворении α-гидратной формы лактозы (кристаллическая лактоза) сначала образуется ее насыщенный раствор, а затем часть растворенной α-лактозы переходит в β-форму. Переход одной изомерной формы в другую осуществляется через альдегидную форму лактозы. Между α- и β-формами лактозы в растворе устанавливается динамическое равновесие, зависящее от температуры. При 20^оС в условиях динамического равновесия раствор лактозы содержит 37,75% α-лактозы и 62,25% β-лактозы.

При растворении β-лактозы (выкристаллизованной при определенных условиях) часть ее переходит в α-форму до установления равновесия. Таким образом, чистых водных растворов α- или β-форм лактозы не существует.

Лактоза оптически активна, обе ее формы вращают плоскость поляризации вправо. Вследствие явления мутаротации (установление таутомерного равновесия между изомерами, и изменение оптического вращения) удельное вращение свежеприготовленных водных растворов лактозы при хранении изменяется. Это объясняется тем, что α- и β-циклические изомеры лактозы при растворении и выдержке растворов переходят через альдегидную форму друг в друга. Так как для каждого изомера характерна своя величина угла удельного вращения, то через определенное время устанавливается средняя величина. Эта величина для равновесного раствора лактозы при 20^оС составляет +52,6^о.

Из пересыщенных растворов лактоза кристаллизируется, причем в зависимости от условий кристаллизации выкристаллизовывается либо α-гидратная форма лактозы, либо – β-лактоза. α-Лактоза выкристаллизовывается из пересыщенных растворов лактозы при температуре ниже 93,5 ^оС с одной молекулой гидратной воды. β-Лактоза образуется в твердом состоянии из пересыщенных растворов лактозы при температуре выше 93,5^оС.

Получаемый традиционным способом из молочной сыворотки продукт – молочный сахар – представляет собой α-гидратную форму лактозы.

Если кристаллизацию лактозы проводить при температуре выше 93,5 ^оС, то выкристаллизовывается β-лактоза. В настоящее время разработана промышленная технология выделения β-лактозы в кристаллическом состоянии. Благодаря своему физиологическому действию она используется в производстве продуктов детского питания. В сухих молочных продуктах преимущественно содержится β-лактоза, так как сушку (например цельного молока) проводят при температуре выше 93,5^оС. Известно, что всякий процесс кристаллизации совершается в две фазы: зарождение кристаллов и их рост. Регулирование скорости этих процессов имеет важное практическое значение при проведении отдельных технологических операций при выработке некоторых молочных продуктов. Так, при выработке молочного сахара, как промышленного продукта, содержащуюся в молочной сыворотке лактозу концентрируют до определенной степени путем вакуумирования, а затем полученный концентрат постепенно охлаждают, создавая условия для кристаллизации лактозы (кристаллизацию проводят при температуре ниже 93^оС). При выборе технологических параметров охлаждения концентрата обязательно учитываются свойства изомерных форм лактозы. Так как процесс кристаллизации проводят путем снижения температуры концентрата, то из раствора выкристаллизовывается α-гидратная форма лактозы. Вследствие кристаллизации α-формы нарушается равновесие между α- и β-формами в концентрате и для его восстановления часть β-формы переходит в α-форму, которая вновь выкристаллизовывается. На этой стадии получения продукта очень важно создать такие температурные условия, которые будут обеспечивать определенную скорость перехода одной изомерной формы в другую и максимальную степень кристаллизации α-гидратной формы лактозы. Для повышения выхода продукта необходимо также создать благоприятные условия для роста кристаллов (чем крупнее кристаллы, тем меньше производственные потери). Скорость роста кристаллов зависит от скорости диффузии частиц растворенного вещества, которая в свою очередь обусловлена вязкостью раствора, зависящей от наличия в нем посторонних веществ, концентрации растворенного вещества и температуры раствора. Все эти факторы учитывают при организации технологического процесса кристаллизации лактозы.

Способность лактозы выкристализовываться из пересыщенных растворов учитывают и при производстве сгущенных молочных консервов с сахаром. В процессе хранения таких продуктов возможно появление порока вкуса – песчанистость, из-за чрезмерного роста кристаллов лактозы. Это происходит вследствие снижения скорости образования зародышей кристаллов при недостаточном пересыщении лактозой. Поэтому при производстве сгущенных молочных консервов с сахаром вносят готовые кристаллы лактозы в качестве зародышей будущих кристаллов (внесение затравки). Это обеспечивает образование большого количества центров кристаллизации и замедление роста кристаллов.