Na tej stronie opisano właściwości węglowodanów mleka. Znajduje się tu krótkie wprowadzenie do ogólnej chemii węglowodanów, a następnie rozdziały poświęcone chemii węglowodanów mleka (laktozy), właściwościom fizycznym laktozy oraz wpływowi obróbki cieplnej na właściwości laktozy. Więcej szczegółów na temat właściwości laktozy można znaleźć w referencjach Foxa i McSweeneya (1998), Holsingera (1988, 1997) i O’Briena (1995, 1997).

Ogólna chemia węglowodanów

Węglowodany składają się z cząsteczek zwanych sacharydami. Proste sacharydy zawierają 1 lub 2 cząsteczki i są nazywane monosacharydami lub disacharydami, lub, bardziej powszechnie, cukrami. Oligosacharydy i polisacharydy są łańcuchami, które zawierają od kilku do wielu cząsteczek cukru i mogą być określane jako skrobia.

Monosacharydy ważne w żywności i zdrowiu to glukoza (czasami nazywana dekstrozą), fruktoza i galaktoza. Diosacharydy to sacharoza (glukoza + fruktoza), laktoza (glukoza + galaktoza) i maltoza (glukoza + glukoza). Dwie cząsteczki cukru w disacharydach są ze sobą połączone i wiązanie to musi zostać przerwane, zanim cukry mogą zostać wykorzystane przez organizm do produkcji energii i innych funkcji organizmu. Skrobie to długie łańcuchy glukozy, które mogą być proste lub mieć rozgałęzienia, a cząsteczki skrobi mogą łączyć się ze sobą na kilka sposobów. Skrobie pochodzące z różnych źródeł, takich jak pszenica czy kukurydza, mają unikalne właściwości funkcjonalne. Struktura skrobi może być modyfikowana w celu poprawy ich właściwości funkcjonalnych i zwiększenia ich zastosowania w żywności.

Chemia węglowodanów w mleku

Mleko zawiera około 4,9% węglowodanów, które są głównie laktozą ze śladowymi ilościami monosacharydów i oligosacharydów. Laktoza jest dwucukrem składającym się z glukozy i galaktozy. Struktura laktozy jest następująca:

Właściwości fizyczne laktozy

Laktoza jest rozpuszczona w fazie surowiczej (serwatkowej) płynnego mleka. Laktoza rozpuszczona w roztworze występuje w 2 formach, zwanych α-anomerem i ß-anomerem, które mogą przechodzić z jednej formy do drugiej. Rozpuszczalność tych dwóch anomerów jest zależna od temperatury i dlatego stężenie równowagowe tych dwóch form będzie różne w różnych temperaturach. W temperaturze pokojowej (70°F, 20°C) równowagowy stosunek wynosi około 37% α- i 63% ß-laktozy. W temperaturach powyżej 200°F (93,5°C) anomer ß jest mniej rozpuszczalny, więc stosunek α- do ß-laktozy jest wyższy. Rodzaj obecnego anomeru nie ma wpływu na właściwości odżywcze laktozy.

Krystalizacja laktozy występuje, gdy stężenie laktozy przekracza jej rozpuszczalność. Właściwości fizyczne kryształów laktozy zależą od typu kryształu i mogą w znacznym stopniu wpływać na ich zastosowanie w żywności. Temperatura wpływa na stosunek równowagi anomerów α- i ß-laktozy, jak opisano powyżej. Kryształy laktozy tworzące się w temperaturze poniżej 20°C (70°F) to głównie kryształy α-laktozy. Kryształy α-monohydratu laktozy są bardzo twarde i tworzą się, na przykład, gdy lody przechodzą przez liczne cykle podgrzewania i zamrażania. Powoduje to niepożądaną ziarnistą, piaszczystą teksturę lodów. Gumy są często stosowane w lodach, aby powstrzymać krystalizację laktozy. Krystaliczna postać ß-laktozy jest słodsza i bardziej rozpuszczalna niż α-monowodzian laktozy i może być preferowana w niektórych zastosowaniach piekarniczych. Kiedy roztwór laktozy jest szybko suszony, nie ma czasu na krystalizację i tworzy rodzaj szkła. Szkło laktozowe występuje w proszkach mlecznych i powoduje zbrylanie. Zbrylanie jest pożądane, ponieważ powoduje, że mleko w proszku natychmiast rozpuszcza się w wodzie.

Wpływ obróbki cieplnej na właściwości laktozy

Normalne warunki pasteryzacji stosowane do płynnego mleka nie mają znaczącego wpływu na laktozę. Wyższe temperatury stosowane w pasteryzacji w ultrawysokiej temperaturze (UHT) produktów o przedłużonej trwałości oraz suszenie rozpyłowe mogą powodować reakcje brązowienia i izomeryzacji, które mogą wpływać na jakość produktu i jego właściwości odżywcze. Reakcja brązowienia, zwana reakcją Maillarda, zachodzi między laktozą a białkiem w mleku i powoduje niepożądany smak i kolor oraz zmniejsza dostępną zawartość aminokwasu lizyny w białku mleka. Reakcja izomeryzacji jest molekularnym przekształceniem laktozy w laktulozę. Laktuloza jest produkowana w celu wykorzystania przez przemysł farmaceutyczny w produkcji tabletek.