لاکتوز

لاکتوز

1-مقدمه

لاکتوز یک دی ساکارید است. قندی است که از زیر واحدهای گالاکتوز و گلوکز تشکیل شده و فرمول مولکولی آن C12H22O11 است. لاکتوز حدود درصد (درصد وزنی) مهمی از اجزا تشکیل دهنده شیر را تشکیل می دهد (تا 8 درصد) و در سیستم آیوپاک با نام  β-D-Galactopyranosyl-(1→4)-D-glucoseشناخته می شود. نام این ترکیب از کلمه لاتین شیر (لاک) به اضافه پسوند -ose که برای نامگذاری قندها استفاده می شود، گرفته شده است به همین خاطر به آن شکر شیر و لاکتوبیوز نیز گفته می شود. این ترکیب یک جامد سفید، محلول در آب، غیر رطوبت گیر با طعم ملایم شیرین است که در صنایع غذایی استفاده می شود. از این ماده در دوزهای معین جهت تهیه لاکتولوز که یک محصول تجاری برای درمان یبوست است, استفاده می شود.

لاکتوز یک دی ساکارید است که از تراکم گالاکتوز و گلوکز به دست می آید که یک پیوند گلیکوزیدی β-1 → 4 را تشکیل می دهد. گلوکز می تواند به شکل -αپیرانوز یا بتا-پیرانوز باشد، در حالی که گالاکتوز فقط می تواند شکل بتا-پیرانوز داشته باشد: از این رو -αلاکتوز و β-لاکتوز به شکل آنومری حلقه گلوکوپیرانوز به تنهایی اشاره دارند. این ترکیب به عنوان محصول جانبی صنایع لبنی تولید می شود. به عنوان مثال در تولید پنیر، (آب پنیر یا پلاسمای شیر)، مایعی است که پس از کشک شدن و صاف کردن شیر باقی می ماند. آب پنیر از 5/6 درصد مواد جامد تشکیل شده است که 8/4 درصد آن لاکتوز است که با کریستالیزاسیون خالص می شود. 

شیر مادران پستانداران سرشار از لاکتوز است. پرزهای روده برای هضم آن، آنزیم لاکتاز (-β-Dگالاکتوزیداز) ترشح می کنند. این آنزیم مولکول لاکتوز را به دو زیر واحد خود یعنی قندهای ساده گلوکز و گالاکتوز تجزیه می کند که قابل جذب هستند. از آنجایی که لاکتوز بیشتر در شیر وجود دارد، در اکثر پستانداران تولید لاکتاز به تدریج با بلوغ به دلیل عدم مصرف مداوم شیر کاهش می یابد.

بسیاری از افراد تولید لاکتاز را تا بزرگسالی حفظ می کنند. در بسیاری از این مناطق، شیر پستاندارانی مانند گاو، بز و گوسفند به عنوان منبع بزرگ غذایی مورد استفاده قرار می گیرد. از این رو، در این مناطق بود که برای اولین بار ژن های تولید لاکتاز مادام العمر تکامل یافتند. ژن های تحمل لاکتوز بالغ به طور مستقل در گروه های قومی مختلف تکامل یافته اند. در افرادی که عدم تحمل لاکتوز دارند، لاکتوز تجزیه نمی شود و غذای موجود در روده , تولید شدن گاز را فراهم می کند که می تواند منجر به اسهال، نفخ و سایر علائم گوارشی شود. هنگامی که لاکتوز به طور کامل در روده کوچک هضم می شود، ارزش کالری آن 4 کیلو کالری در گرم و به اندازه کربوهیدرات های دیگر است. با این حال، لاکتوز همیشه به طور کامل در روده کوچک هضم نمی شود. بسته به دوز مصرفی، ترکیب با وعده های غذایی (جامد یا مایع)، و فعالیت لاکتاز در روده، ارزش کالری لاکتوز از 2 تا 4 کیلو کالری در گرم متغیر است. لاکتوز هضم نشده به عنوان فیبر غذایی عمل می کند و می تواند تأثیرات مثبتی بر جذب مواد معدنی مانند کلسیم و منیزیم داشته باشد. لاکتوز پوسیدگی زایی نسبتاً کمی در میان قندها دارد. این به این دلیل است که بستری برای تشکیل پلاک دندانی نیست و به سرعت توسط باکتری‌های دهان تخمیر نمی‌شود. همچنین ظرفیت بافری شیر باعث کاهش پوسیدگی زایی لاکتوز می شود.

2-تاریخچه

اولین جداسازی لاکتوز ( به صورت تنها)، توسط فابریزیو بارتولتی ایتالیایی در سال 1633 منتشر شد. در سال 1700، داروساز ونیزی، لودویکو تستی کتابچه ای از شواهد در مورد قدرت قند شیر برای تسکین، در میان سایر بیماری ها و علائم آرتریت منتشر کرد. در سال 1715، روش آزمایشگاهی برای ساخت قند شیر توسط آنتونیو والیسنری منتشر شد. لاکتوز در سال 1780 توسط کارل ویلهلم شیل به عنوان قند شناخته شد.
در سال 1812، هاینریش ووگل تشخیص داد که گلوکز محصولی از هیدرولیز لاکتوز است. در سال 1856، لویی پاستور جزء دیگر لاکتوز، گالاکتوز را متبلور کرد. تا سال 1894، امیل فیشر پیکربندی اجزا قندها را منتشر کرد.
لاکتوز توسط شیمیدان فرانسوی ژان باپتیست آندره دوما در سال 1843 نامگذاری شد. در سال 1856، لویی پاستور گالاکتوز را "لاکتوز" نامید. در سال 1860، Marcellin Berthelot آن را به "گالاکتوز" تغییر نام داد و نام "لاکتوز" را به آنچه اکنون لاکتوز نامیده می شود، منتقل کرد. فرمول آن C12H22O11 و فرمول هیدرات آن C12H22O11·H2O است که آن را به ایزومر ساکارز تبدیل می کند.

3-کاربردها

1-3-خوراک

طعم ملایم و ویژگی ‌هایی نظیر جابجایی آسان این ماده, منجر به استفاده از آن به عنوان حامل و تثبیت کننده عطرها و محصولات دارویی شده است. با توجه به حلالیت کمتر لاکتوز نسبت به سایر قندهای رایج در غذاها, لاکتوز را مستقیماً به بسیاری از غذاها اضافه نمی کنند. شیر خشک یک استثنا قابل توجه است که در آن افزودن لاکتوز برای مطابقت با ترکیب شیر مادر ضروری است.

2-3-مخمر

لاکتوز توسط اکثر مخمرها در طول فرایند تخمیر, تخمیر نمی شود، که ممکن است یک برتری در استفاده باشد. به عنوان مثال، لاکتوز ممکن است برای شیرین کردن ماالشعیر استفاده شود. ماالشعیر به دست آمده را معمولا شیر استوت یا خامه استوت می نامند.
مخمرهای متعلق به جنس Kluyveromyces کاربرد صنعتی منحصر به فردی دارند زیرا قادر به تخمیر لاکتوز برای تولید اتانول هستند. لاکتوز مازاد حاصل از آب پنیر محصول فرعی عملیات لبنی, منبع بالقوه انرژی جایگزین است.

3-3-داروسازی

یکی دیگر از کاربردهای مهم لاکتوز در صنعت داروسازی است. لاکتوز به دلیل خواص فیزیکی و گروه های عاملی آن به عنوان یک ماده به محصولات دارویی قرص و کپسول اضافه می شود. 

4-واکنش ها

واکنش‌های تشخیص لاکتوز آزمایش Woehlk و Fearon است. هر دو آزمایش را می توان به در آزمایشگاه های مدارس نیز انجام داد و بسیار راحت هستند. این تست ها برای تجسم محتوای لاکتوز محصولات لبنی مختلف مانند شیر کامل، شیر بدون لاکتوز، ماست، دوغ، قهوه، خامه ترش، کفیر و غیره استفاده می شود. در واکنش های شیمایی، معمولا لاکتوز به گلوکز و گالاکتوز هیدرولیز می‌شود، در محلول قلیایی به لاکتولوز ایزومر می‌شود و به صورت کاتالیزوری به الکل پلی‌هیدریک مربوطه، لاکتیتول، هیدروژنه می‌شود. 

5-روش تولید

 به طور صنعتی، لاکتوز از آب پنیر تراوش شده یعنی آب پنیر فیلتر شده برای تمام پروتئین های اصلی تولید می شود. بخش پروتئین در تغذیه نوزادان و تغذیه ورزشی استفاده می‌شود، در حالی که می‌توان آن را به 60 تا 65 درصد جامد تبخیر کرد و در حین سرد شدن متبلور کرد. لاکتوز را می توان با رقیق کردن آب پنیر با اتانول نیز جدا کرد.لاکتاز به عنوان باکتری و آنزیم مورد استفاده برای مصرف لاکتوز در طول فرآیند تولید استفاده می شود.

6-تحقیقات جدید

همانطور که در بالاتر اشاره  شد, در بسیاری از افراد نشانه هایی مبنی بر عدم تحمل لاکتوز وجود دارد که امروزه با اضافه کردن باکتری های مفید به مواد غذایی به دنبال حل این مشکل هستند. این نکته در پژوهشی با عنوان " عدم تحمل لاکتوز، شناسایی ، درمان توسط پروبیوتیک ها" در سومین همایش ملی علوم و صنایع غذایی مورد بررسی قرار گرفته است.

7-روش نگهداری

این ترکیب, محصولی ایمن است و تنها بایستی آن را در جای خشک و خنک و به دور از اسیدها و باز ها نگهداری نمود. همچنین جهت کپک نزدن محصول بهتر است دما به بالای 30 درجه و رطوبت نیز به بالای 65 درصد نرود و یا از محصولات رطوبت گیر در محل نگهداری استفاده شود.

8- ایمنی

از آنجا که این ماده یک قند است و از بدو تولد به صورت خوراکی چه از طریق شیر مادر و چه از طریق شیر خشک توسط همه مصرف شده است, خطری برای سلامتی ندارد. (تماس پودر آن با چشم نیز با یک شستوشو ساده بر طرف می شود). تنها نکته ی آن هضم  و جذب آن در دستگاه گوارش می باشد که همانطور که در بالا به آن اشاره شد ممکن است در برخی افراد دچار مشکل کند و به خوبی هضم نشود. مصرف دوز های بالای آن در افرادی که با لاکتوز مشکلی ندارند نیز می تواند سبب اسهال و استفراغ شود.