Denna sida beskriver egenskaperna hos kolhydrater från mjölk. Det finns en kort introduktion till allmän kolhydratkemi, följt av avsnitt om mjölkkolhydraternas (laktos) kemi, laktosens fysikaliska egenskaper och värmebehandlingarnas inverkan på laktosens egenskaper. För mer information om laktosens egenskaper se referenser av Fox och McSweeney (1998), Holsinger (1988, 1997) och O’Brien (1995, 1997).
Allmän kolhydratkemi
Kolhydrater består av molekyler som kallas sackarider. Enkla sackarider innehåller 1 eller 2 molekyler och kallas monosackarider eller disackarider, eller, vanligare, sockerarter. Oligosackarider och polysackarider är kedjor som innehåller några till många sockermolekyler och kan kallas stärkelse.
De monosackarider som är viktiga för livsmedel och hälsa är glukos (ibland kallat druvsocker), fruktos och galaktos. Disackariderna är sackaros (glukos + fruktos), laktos (glukos + galaktos) och maltos (glukos + glukos). De 2 sockermolekylerna i disackarider är bundna till varandra och denna bindning måste brytas innan sockerarterna kan användas av kroppen för energi och andra kroppsfunktioner. Stärkelse är långa kedjor av glukos som kan vara raka eller ha förgreningar, och det finns flera sätt på vilka molekylerna i stärkelse kan binda till varandra. Stärkelse från olika källor, t.ex. vete eller majs, har unika funktionella egenskaper. Stärkelsernas struktur kan ändras för att förbättra deras funktionella egenskaper och öka deras användning i livsmedel.
Mjölkens kolhydratkemi
Mjölk innehåller cirka 4,9 % kolhydrater som huvudsakligen består av laktos med spår av monosackarider och oligosackarider. Laktos är en disackarid av glukos och galaktos. Laktosens struktur är:
Laktos Fysiska egenskaper
Laktos är löst i serumfasen (vasslefasen) i flytande mjölk. Laktos löst i lösning finns i 2 former, kallade α-anomer och ß-anomer, som kan omvandlas fram och tillbaka mellan varandra. Lösligheten hos de 2 anomerer är temperaturberoende och därför kommer jämviktskoncentrationen av de 2 formerna att vara olika vid olika temperaturer. Vid rumstemperatur (70°F, 20°C) är jämviktsförhållandet ungefär 37 % α- och 63 % ß-laktos. Vid temperaturer över 200°F (93,5°C) är ß-anomeren mindre löslig, så förhållandet mellan α- och ß-laktos är högre. Vilken typ av anomer som finns påverkar inte laktosens näringsmässiga egenskaper.
Laktoskristallisering uppstår när koncentrationen av laktos överstiger dess löslighet. Laktoskristallernas fysikaliska egenskaper är beroende av kristalltypen och kan i hög grad påverka deras användning i livsmedel. Temperaturen påverkar jämviktsförhållandet mellan α- och ß-laktosanomerer, vilket beskrivs ovan. Laktoskristaller som bildas vid temperaturer under 20 °C (70 °F) är huvudsakligen α-laktoskristaller. α-monohydratlaktoskristallerna är mycket hårda och bildas t.ex. när glass genomgår många uppvärmnings- och frysningscykler. Detta resulterar i en oönskad grynig, sandig konsistens i glassen. Gummi används ofta i glass för att hämma laktoskristalliseringen. Kristallformen av ß-laktos är sötare och mer löslig än α-monohydratlaktos och kan vara att föredra i vissa bakverk. När en laktoslösning torkas snabbt hinner den inte kristallisera och bildar ett slags glas. Laktosglas förekommer i mjölkpulver och orsakar klumpning. Klumpningen är önskvärd eftersom den resulterar i ett mjölkpulver som löser sig omedelbart i vatten.
Influens av värmebehandlingar på laktosens egenskaper
De normala pastöriseringsförhållanden som används för flytande mjölk har ingen betydande effekt på laktos. De högre temperaturer som används för UHT-pastörisering (ultrahög temperatur) av produkter med förlängd hållbarhet och spraytorkning kan orsaka brunfärgning och isomeriseringsreaktioner, vilket kan påverka produktkvaliteten och de näringsmässiga egenskaperna. Brunkningsreaktionen, kallad Maillardreaktionen, inträffar mellan laktos och protein i mjölk och ger oönskade smaker och färger samt minskar det tillgängliga innehållet av aminosyran lysin i mjölkprotein. Isomeriseringsreaktionen är en molekylär omgruppering av laktos till laktulos. Laktulos framställs för att användas av läkemedelsindustrin vid pillertillverkning.