Лактоза представляет собой дисахарид, состоящий из двух моносахаридных звеньев — β-D-галактозы и β-D-глюкозы, соединённых β-1,4-гликозидной связью. Структурная особенность заключается в том, что в молекуле сохраняется один полуацетальный гидроксил глюкозного остатка, что обуславливает её восстановительные свойства. В природе лактоза встречается преимущественно в молоке млекопитающих, где её содержание варьирует от 2 до 8 %.
Лактоза кристаллизуется в виде гидратированной формы, которая обладает сладким вкусом, менее выраженным по сравнению с сахарозой. Водорастворимость лактозы сравнительно невелика и зависит от температуры. В растворах возможна мута-ротация вследствие перехода между α- и β-формами, что отражает её способность существовать в различных аномерных состояниях.
Лактоза проявляет слабую сладость и имеет калорийность, сопоставимую с другими углеводами. При нагревании выше 200 °C она разлагается, карамелизуется и может участвовать в реакциях Майяра с аминокислотами и белками, что играет значительную роль в пищевой химии.
1. Восстановительные свойства. Благодаря наличию свободной полуацетальной группы глюкозного остатка лактоза относится к восстановительным дисахаридам. Она легко вступает в реакции с окислителями, проявляя характерные пробы на альдегидную группу (реакция Троммера, реакция Фелинга).
2. Гидролиз. Под действием кислот или фермента β-галактозидазы (лактазы) лактоза расщепляется с образованием равных количеств глюкозы и галактозы. Эти моносахариды усваиваются организмом и используются в энергетическом обмене. Недостаток фермента лактазы у человека вызывает непереносимость лактозы.
3. Реакции с фенилгидразином. При взаимодействии с фенилгидразином лактоза образует фенилозазон, аналогично другим восстановительным сахарам. Эта реакция используется в аналитической химии для идентификации и различения углеводов.
Лактоза является основным углеводом молока и играет ключевую роль в питании новорождённых млекопитающих. Она обеспечивает организм энергией и способствует усвоению кальция, магния и фосфатов, необходимых для развития костной ткани. Галактоза, входящая в её состав, используется клетками для синтеза гликопротеинов и гликолипидов, что имеет важное значение для формирования клеточных мембран и нервной системы.
В пищевой промышленности лактоза используется при производстве молочных продуктов, детских смесей, а также в качестве технологической добавки. Благодаря низкой гигроскопичности и относительно слабой сладости она применяется в кондитерских изделиях, где регулирует вкус и текстуру.
В фармацевтической промышленности лактоза служит наполнителем таблеток, так как обладает высокой стабильностью, химической инертностью и хорошими прессовочными свойствами.
Основным источником лактозы является молочная сыворотка, образующаяся при переработке молока. Выделение осуществляется посредством кристаллизации, после чего продукт очищают и сушат. В зависимости от условий кристаллизации получают различные модификации лактозы — α- и β-формы, которые отличаются растворимостью и физико-химическими характеристиками.
Особое внимание уделяется проблеме непереносимости лактозы, связанной с врождённым или приобретённым дефицитом фермента лактазы. У таких людей употребление молочных продуктов вызывает метеоризм, боли и диарею. Для коррекции состояния применяются безлактозные продукты или ферментные препараты.
Лактоза также играет роль пребиотика, так как способствует росту полезной микрофлоры кишечника, особенно бифидобактерий. Это свойство используется в разработке функциональных продуктов питания и диетотерапии.