لاکتوز
شیمی قندها
انواع مختلفی از قندها وجود دارد. برخی مونوساکارید هستند که سادهترین واحدهای قندی به شمار میروند. قندهای دیگر دی ساکاریدها هستند که از ترکیب یک جفت مونوساکارید ساخته شدهاند. سه مونوساکارید اصلی که ما مصرف می کنیم فروکتوز، گالاکتوز و گلوکز هستند. آنها در جفتهای مختلف ترکیب میشوند و سه دی ساکارید لاکتوز، مالتوز و ساکارز را میسازند که در تغذیه انسان نقش دارند.
شیرین کننده لاکتوز
امروزه، ویژگیهای فیزیولوژیکی و عملکردی لاکتوز، در صنعت تولید مواد غذایی و همچنین در صنعت داروسازی کاربرد گسترده دارند. در مقایسه با ساکارز، شیرینی لاکتوز از 0.2 تا 0.4 متغیر است که یکی از کم شیرینترین قندها در میان شیرینکنندههای اصلی تجاری است. از لاکتوز میتوان برای جایگزینی ساکارز نیز استفاده کرد: جایگزینی 15 تا 20 درصد از ساکارز با لاکتوز در اکثر سیستمهای غذایی، محصول را خوش طعمتر میکند، همچنین ویسکوزیته و حس دهان را بهبود میدهد. شیرینی لاکتوز یک پنچم شیرینی ساکارز است؛ بنابراین میتوان مقادیر قابل توجهی از لاکتوز را به مواد غذایی اضافه کرد و وزن محصول را بدون تأثیر شدید بر شیرینی افزایش داد.
تولید لاکتوز
لاکتوز به طور کلی از آب پنیر (محصول جانبی پنیرسازی) تولید میشود اما همه انواع پنیر حاوی مقدار یکسانی لاکتوز نیستند. به عنوان مثال، پنیرهای سفت مانند چدار، پارمزان و سوئیس حاوی لاکتوز بسیار کم یا بدون لاکتوز هستند. پنیرهای سفت به دلیل حذف آب پنیر (محلول مایع چربی، لاکتوز و پروتئین) در حین ساخت و همچنین تجزیه مداوم لاکتوز توسط باکتریها در طی فرآوری، لاکتوز کمتری دارند.
ساختار شیمیایی لاکتوز
لاکتوز یک دی ساکارید است که از دو مونوساکارید گلوکز و گالاکتوز تشکیل شده است. لاکتوز را میتوان در دو شکل ایزومری یافت: آلفا لاکتوز و بتا لاکتوز. این دو ایزومر همچنین در ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی (حلالیت، دما، pHو تبلور) متفاوت هستند که منجر به بروز ویژگیهای متفاوتی میشود که در فرمولاسیون تولید مواد غذایی و دارویی کاربرد اختصاصی دارند. دو شکل ایزومری لاکتوز در محلول آبی همزیستی دارند و قابل تبدیل هستند. در حالت تعادل در یک محلول، ایزومر آلفا لاکتوز تشکیل دهنده 37 درصد از محتوای محلول و بتا لاکتوز سازنده 63 درصد است. هنگامی که آلفا لاکتوز به آب در دمای 20 درجه سانتیگراد اضافه میشود شروع به حل شدن میکند تا زمانی که اشباع شود. افزودن آلفا لاکتوز بیشتر به محلول باعث موتاروتاسیون میشود، یعنی ایزومر آلفا لاکتوز شروع به تبدیل به بتا لاکتوز میکند. این پدیده تا زمانی که بین دو ایزومر تعادل برقرار شود، ادامه پیدا میکند.
حلالیت لاکتوز
- دما تأثیر مستقیمی بر میزان حلالیت لاکتوز دارد به طوریکه در دمای 80 درجه سانتیگراد، 100 گرم لاکتوز در 100 گرم آب حل میشود. حلالیت دو ایزومر لاکتوز و مقدار و نسبت آنها در حالت تعادل نیز به شدت وابسته به دما است. با افزایش دما، حلالیت ایزومر آلفا بیشتر میشود و تعادل به سمت فرم بتا میرود. در واقع، وقتی دما به 5 درجه سانتیگراد میرسد، ایزومر بتا فرم رایج لاکتوز موجود در محلول است.
- در مایعات حاوی پروتئین و چربی (یعنی مایعات لبنی)، به دلیل کمبود آب موجود، روند انحلال لاکتوز کند میشود.
- pH بر نسبت ایزومرهای لاکتوز در حالت تعادل تأثیر نمیگذارد.
کاربرد لاکتوز در صنایع غذایی
- صنایع پخت و نان
کاربرد عمده لاکتوز به عنوان یک شیرین کننده در شیرینی پزی، تولید کیک و بیسکویت و محصولات نانوایی است. لاکتوز در پخت نقش دارد زیرا باعث افزایش حجم بافت نانها و بیسکویتها میشود. علاوه بر این، به دلیل رطوبت موجود در لاکتوز، لطافت محصولات پخته شده بهبود مییابد؛ در نتیجه طعم و بافت محصولات پخت و نان بهتر میشود و ماندگاری آنها طولانیتر میشود. لاکتوز، به عنوان یک قند کاهنده، در واکنش میلارد نقش دارد و به لطف فعالیت کاهشی بخش گلوکز آن، ویژگیهای قهوهای شدن و همچنین طعم و بو در محصولات افزایش مییابد. به همین دلیل، از لاکتوز در نانواییها استفاده میشود تا نان برشته با کیفیت و با پوسته طلایی و به دست آید. در هنگام پردازش خمیر، قندها معمولاً توسط میکروارگانیسمها تخمیر میشوند، اما برخی از آنها از لاکتوز به عنوان منبع انرژی استفاده نمیکنند، بنابراین لاکتوز در بافت نهایی باقی میماند. این مسئله منجر به افزایش رنگ قهوهای نان در حین پخت میشود.
- صنایع لبنی و بستنی
لاکتوز به عنوان یک حامل انرژی در شیر عمل میکند. در بستنی، لاکتوز برای جلوگیری از ترک خوردن و بریدگی استفاده میشود. به طور خاص لاکتوز میتواند بر قوام، ویسکوزیته و بافت محصول تأثیر بگذارد؛ در واقع استفاده از آن منجر به نرمی و رطوبت بیشتر و افزایش مدت ماندگاری میشود. در محصولات لبنی تخمیر شده (مانند ماست و کفیر) لاکتوز بخشی از شیر است و توسط میکروارگانیسمهای استارتر متابولیزه میشود. بسته به مقدار لاکتوز مصرفی، بافت محصول نیز میتواند تغییر کند: این امر در تهیه شیر تغلیظ شده قابل توجه است، جایی که مقادیر زیاد لاکتوز باعث ایجاد احساس دانه دانه میشود در حالی که مقادیر کمتر باعث ایجاد بافت لزج میشود.
- فرآوری گوشت
لاکتوز میتواند به عنوان منبع انرژی برای فعالیت تخمیری میکروارگانیسمها در گوشتهای پخته شده برای دستیابی به خواص ارگانولپتیکی خاص اضافه شود. لاکتوباسیلها، باکتریهای اسید لاکتیکی که برای فرآوری گوشت استفاده میشوند، لاکتوز را به گالاکتوز و گلوکز تجزیه کرده و به لاکتات تبدیل میکنند؛ در نتیجه سرعت متابولیسم قند و اسیدی شدن محصول را کاهش میدهند. اسیدیته باعث کاهش ظرفیت اتصال آب به پروتئینها، تسریع در خشک شدن و در نتیجه کوتاه شدن زمان پردازش میشود.
کاربرد لاکتوز در فرمولاسیونهای دارویی
داروها از ترکیبات دارویی فعال (API ها) که معمولاً به دلیل عملکرد خاصشان مهمترین مواد در فرمولاسیون در نظر گرفته میشوند و مواد کمکی (جانبی) که معمولاً برای فراهمی زیستی دارو حیاتی هستند، تشکیل شدهاند. لاکتوز به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی آن مانند اینرسی شیمیایی، پایداری و غیر سمی بودن و همچنین قیمت مناسب، یکی از رایجترین مواد جانبی مورد استفاده در صنعت داروسازی است. خصوصیات ارگانولپتیکی پودر لاکتوز، یعنی سفید، بی بو بودن و طعم شیرین آن از دید صنایع دارویی پنهان نمانده است؛ لاکتوز جزء تشکیل دهنده حدود 20 درصد از داروهای تجویزی و 6 درصد از داروهای بدون نسخه است. راههای زیادی برای استفاده از لاکتوز به عنوان یک ماده کمکی در صنعت دارو وجود دارد که عبارتند از:
- رقیق کننده
لاکتوز را میتوان به عنوان رقیق کننده در قرصها، کپسولها و پودرها برای تزریق داخل وریدی استفاده کرد. زمانی که مقدار API کم است، رقیقکنندههایی مانند لاکتوز برای تنظیم جرم دوز جامد ضروری هستند. گاهی اوقات رقیق کنندهها که به آنها پرکننده نیز گفته میشود، ممکن است تا نود درصد وزن دوز کل دارو را تشکیل دهند. لاکتوز به دلیل جریانپذیری و تراکمپذیری عالی و همچنین خواص رئولوژیکی میتواند به عنوان یک رقیق کننده محلول در فرمولاسیونها عمل کند.
- بهبود دهنده انحلال
در قرصها و کپسولها، پودر لاکتوز انحلال دارو را بهبود میبخشد. در این زمینه، کریستالهای بتا لاکتوز خواص تراکم پذیری بهتر و مقادیر استحکام کششی بالاتری را در مقایسه با آلفا لاکتوز ارائه میکنند.
- حامل
در فرمولاسیون پودر خشک استنشاقی (DPI)، لاکتوز اغلب به عنوان یک حامل استفاده میشود.
- محافظت کننده
لاکتوز به دلیل خواص جذبی و توانایی حفاظت از داروها در برابر رطوبت، میتواند بهعنوان یک ماده جانبی محافظتکننده برودتی در طول فرآیند خشککردن انجمادی عمل کند.
- کمک کننده
لاکتوز همچنین به عنوان یک پیوند متقابل در هیدروژل ژلاتین استفاده میشود؛ به تشکیل یک لایه سفت و سخت که قادر به ارائه استحکام مکانیکی و محافظت از پانسمان است کمک میکند.
