このページは、牛乳の糖質の性質について説明しています。 一般的な糖質の化学について簡単に紹介した後、乳糖質の化学、乳糖の物性、熱処理が乳糖の物性に及ぼす影響について説明しています。 乳糖の特性に関する詳細は、Fox and McSweeney (1998), Holsinger (1988, 1997), および O’Brien (1995, 1997) の文献を参照してください。

一般的な糖質の化学

糖質はサッカライドという分子で構成されている。 単純な糖は1つか2つの分子を含み、単糖または二糖と呼ばれ、より一般的には糖と呼ばれる。 オリゴ糖や多糖類は、数個から数多くの糖分子を含む鎖で、デンプンと呼ばれることもある。

食品や健康に重要な単糖類は、グルコース（デキストロースと呼ばれることもある）、フルクトース、ガラクトースです。 二糖類はスクロース（グルコース＋フルクトース）、ラクトース（グルコース＋ガラクトース）、マルトース（グルコース＋グルコース）である。 二糖類は2つの糖分子が結合しており、体内でエネルギーやその他の身体機能に利用されるためには、この結合を切断する必要があります。 澱粉はグルコースの長い鎖で、まっすぐなものと枝分かれしているものがあり、澱粉内の分子が互いに結合する方法はいくつかある。 小麦やトウモロコシなど、さまざまな原料のでんぷんは、それぞれ独自の機能的特性をもっている。 澱粉の構造は、その機能的特性を向上させ、食品への使用を増加させるために変更することができます。

牛乳の炭水化物化学

牛乳には約4.9％の炭水化物が含まれており、その大部分は乳糖で、微量の単糖とオリゴ糖が含まれています。 乳糖はグルコースとガラクトースの二糖類である。 乳糖の構造は次のとおりです。

乳糖の物理的性質

乳糖は流動食の乳清相に溶けています。 溶液中に溶けている乳糖は、α-アノマーとβ-アノマーと呼ばれる2つの形態で存在し、相互に変換し合うことができます。 この2つのアノマーの溶解度は温度に依存するため、2つの形態の平衡濃度は温度によって異なることになります。 室温（70°F, 20°C）では、α-が約37%、ß-ラクトースが約63%の平衡比となります。 200°F（93.5°C）以上の温度では、β-アノマーは溶解しにくく、α-とβ-ラクトースの比率が高くなります。 アノマーの種類は、乳糖の栄養特性に影響を与えません。

乳糖の結晶化は、乳糖の濃度が溶解度を超えると起こります。 乳糖の結晶の物理的性質は結晶の種類に依存し、食品への使用に大きな影響を与える。 温度は前述のようにα-とβ-ラクトースのアノマーの平衡比に影響を与える。 20℃以下で生成する乳糖の結晶は、主にα-乳糖の結晶である。 α-乳糖一水和物の結晶は非常に硬く、例えばアイスクリームが何度も保温と凍結を繰り返すと形成される。 その結果、アイスクリームの食感が砂のような硬いものとなり、好ましくない。 アイスクリームには、乳糖の結晶化を抑制するために、ガム類がよく使われている。 β-ラクトースの結晶は、α-1水和物ラクトースよりも甘く、溶解性が高いため、ベーカリー用途では好まれる場合がある。 乳糖の溶液を急速に乾燥させると、結晶化する時間がなく、一種のガラスが形成される。 乳糖ガラスは粉乳中に存在し、ダマになる。

熱処理が乳糖の性質に及ぼす影響

流動食用牛乳に用いられる通常の低温殺菌条件は、乳糖に大きな影響を及ぼさない。 賞味期限延長製品の超高温（UHT）殺菌やスプレードライに使用される高温は、褐変反応や異性化反応を引き起こし、製品の品質や栄養特性に影響を与える可能性があります。 褐変反応はメイラード反応と呼ばれ、乳中の乳糖とタンパク質の間で起こり、望ましくない風味と色を生じ、乳タンパク質中のアミノ酸リジンの利用可能な含有量を減少させる。 異性化反応は、乳糖がラクチュロースに分子再編成される反応である。 ラクチュロースは、製薬業界が錠剤製造に使用するために生産されています。