Лактоза, свойства, получение и применение.
Лактоза – дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух моносахаридов – остатков β-глюкозы и β-галактозы, имеющий формулу C12H22O11.
Лактоза, формула, молекула, строение, вещество
Химические свойства лактозы. Химические реакции (уравнения) лактозы
Получение и производство лактозы
Лактоза, формула, молекула, строение, вещество:
Лактоза (от лат. lac «молоко») – дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух остатков молекул β-глюкозы и β-галактозы, имеющий формулу C12H22O11.
Лактоза – восстанавливающий дисахарид.
В быту лактоза именуется молочным сахаром.
Лактоза является весьма распространённым в природе дисахаридом и углеводом. Она содержится в молоке и молочных продуктах. Как правило, лактоза составляет около 2-8% молока (по массе). Если быть точным, то содержание лактозы в пищевых продуктах (г/100 г) составляет: молоко сухое цельное – 37,5; молоко сгущенное с сахаром – 12,5; мороженое сливочное –5,8; коровье молоко – 4,8; козье молоко – 4,5; сметана 20% – 3,7; кефир жирный – 3,6; йогурт – 3,5; творог нежирный – 1,8; гречневая крупа – 0,03; детские молочные смеси – около 85. Также лактоза формируется в процессе производства сыра как побочный продукт.
Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, полимеры моносахаридов (гликаны). Молекулы полисахаридов представляют собой длинные линейные или разветвлённые цепочки моносахаридных остатков, соединённых гликозидной связью. Олигосахариды – это углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. Дисахариды – углеводы, которые при нагревании с водой в присутствии минеральных кислот или под влиянием ферментов подвергаются гидролизу, расщепляясь на две молекулы моносахаридов.
Химическая формула лактозы C12H22O11.
Аналогичную общую химическую формулу имеют и другие дисахариды: мальтоза, состоящая из двух остатков D-глюкозы, и сахароза, состоящая из остатков α-глюкозы и β-фруктозы.
Строение молекулы лактозы, структурная формула лактозы:
Рис. 1. Лактоза
Молекула лактозы образована из двух остатков моносахаридов – β-глюкозы и β-галактозы, соединённых между собой атомом кислорода и связанных друг с другом β(1→4)-гликозидной связью.
Молекула лактозы может существовать в циклической (α-лактозы и β-лактозы) и линейной – открытой цепной (ациклической) формах.
Систематическое химическое наименование лактозы:
- 4-О-β-D-галактопиранозил-D-глюкоза, β-D-галактопиранозил-(1,4)-α-D-глюкопираноза (α-лактоза),
- β-D-галактопиранозил-(1,4)-β-D-глюкопираноза (β-лактоза).
Встречаются и другие наименования лактозы: лактобиоза, таблеттоза.
По внешнему виду лактоза представляет собой белое кристаллическое вещество, со слегка сладковатым вкусом, без запаха. Сладость лактозы составляет от 20-40 % от сладости сахарозы.
Лактоза очень хорошо растворяется в воде. Растворимость в воде составляет 18,9049 г/100 г воды (при 25 °C).
Гликемический индекс лактозы составляет от 46 до 65. Для сравнения, гликемический индекс глюкозы составляет от 100 до 138, сахарозы – от 68 до 92, мальтозы – от 105, фруктозы – от 19 до 27.
Лактоза, попадая в пищеварительный тракт, под действием фермента лактазы, содержащемся в пищеварительном соке, быстро гидролизуется на глюкозу и галактозу, после чего всасывается и попадает в кровь.
Температура плавления лактозы 202,8 °C.
Лактоза отличается от других дисахаридов отсутствием гигроскопичности — она не отсыревает. Это её свойство имеет большое практическое значение в фармации: если нужно приготовить с сахаром какой-либо порошок, содержащий легко гидролизующееся лекарство, то берут молочный сахар; если же взять другой сахар, то он быстро отсыреет и легко гидролизующееся лекарственное вещество быстро разложится.
Лактоза является источником энергии и важным питательным веществом, особенно для растущих организмов человека и млекопитающих.
Несмотря на употребление лактозы в лечебных целях, у некоторых людей лактоза не усваивается и вызывает нарушения в работе пищеварительной системы, в том числе диарею, боли и вздутие живота, тошноту и рвоту после употребления молочных продуктов. У этих людей отсутствует или производится в недостаточном количестве фермент лактаза. Назначение лактазы — расщепление лактозы на её части: глюкозу и галактозу, которые должны затем абсорбироваться тонкой кишкой. При недостаточной функции лактазы, лактоза остаётся в кишечнике в исходном виде и связывает воду, что вызывает диарею. Кроме того, кишечные бактерии вызывают брожение молочного сахара, в результате чего происходит вздутие живота.
Непереносимость молочного сахара довольно распространена. Так, в Швеции и Дании непереносимость лактозы встречается примерно у 3 % взрослых лиц, в Финляндии и Швейцарии – у 16 %, в Англии – у 20-30 %, во Франции – у 42 %, в странах Юго-Восточной Азии и у афроамериканцев в США – почти у 100 %, в России – в среднем около 16-18 %.
Физические свойства лактозы:
| Наименование параметра: | Значение: |
| Цвет | белый, бесцветный |
| Запах | без запаха |
| Вкус | сладкий |
| Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) | твердое кристаллическое вещество |
| Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), г/см3 | 1,525 |
| Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3 | 1525 |
| Температура разложения, °C | — |
| Температура плавления, °C | 202,8 |
| Температура кипения, °C | — |
| Молярная масса лактозы, г/моль | 342,296 |
Химические свойства лактозы. Химические реакции (уравнения) лактозы:
Основные химические реакции лактозы следующие:
1. реакция лактозы с водой (гидролиз лактозы):
С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6 (tо, kat = H2SO4, HCl).
При гидролизе (при нагревании в присутствии ионов водорода) лактоза расщепляется на составляющие ее моносахариды – остатки глюкозы и галактозы за счёт разрыва гликозидных связей между ними.
Аналогичная реакция происходит в кишечнике у живых организмов при попадании в него лактозы. В кишечнике лактоза под действием ферментов быстро гидролизуется на молекулы глюкозы и галактозы.
2. качественная реакция на лактозу (реакция лактозы с гидроксидом меди):
С12Н22О11 + 4Cu(OH)2 → 2CH2OH(CHOH)4-COOH + 2Cu2O + 3H2O.
В молекуле лактозы имеется несколько гидроксильных групп. Для подтверждения их наличия используют реакцию с гидроксидами металлов, например, с гидроксидом меди, имеющим голубой цвет. Для этого к раствору лактозы добавляют гидроксид меди. В результате образуются среди прочего оксид меди (I) и вода, а раствор окрашивается из голубого цвета в красный цвет, т.к. оксид меди (I) обладает красным цветом.
3. качественная реакция на лактозу – реакция «серебряного зеркала» (реакция лактозы с аммиачным раствором оксида серебра):
C12H22O11 + Ag2O (в аммиачном растворе (NH3)) → C12H22O12 + 2Ag.
В молекуле лактозы имеется несколько гидроксильных групп. Для подтверждения их наличия используют реакцию «серебряного зеркала». Для этого к аммиачному раствору оксида серебра добавляют лактозу. В результате реакции образуется среди прочего чистое серебро. Если реакция проводится в сосуде с чистыми и гладкими стенками, то серебро осаждается на них в виде тонкой плёнки, образуя зеркальную поверхность. При наличии малейших загрязнений серебро выделяется в виде серого рыхлого осадка.
Получение и производство лактозы:
Лактозу получают из молочной сыворотки.
Применение лактозы:
– в фармацевтике для приготовления питательных сред, например при производстве пенициллина, в качестве вспомогательного вещества (наполнителя), как сырье в производстве лактулозы, использующейся в качестве осмотического слабительного.
– для приготовления детского питания (молочных смесей и пр.).
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com.