乳糖的生物特性

崔思荣

(徐州工程学院,江苏徐州 221008)

乳糖的生物特性

崔思荣

(徐州工程学院,江苏徐州 221008)

乳糖经消化吸收后可变成多肽、氨基酸和脂肪酸,参与机体活动,为生理活动提供能量.极少数人具有乳糖不耐症,不能饮用牛奶.

乳糖;消化代谢;乳糖不耐症 ①

乳糖是哺乳动物乳腺分泌的特有的碳水化合物,经消化可得到葡萄糖和半乳糖,进而转化为乳酸及其他产物.乳糖是最易被人体吸收的双糖类,被人体吸收后可变成多肽、氨基酸和脂肪酸,从而提高乳蛋白和乳脂的利用率.因此,从现实意义上来讲,乳糖的摄入对婴儿的生长发育具有特殊意义.乳糖可以从牛奶或者乳清当中分离出来并作为一种添加剂用于饲料、食品和药物制剂中.

1 乳和乳清中的乳糖

不同种动物的乳中的乳糖含量不同(见表1).人乳中乳糖含量高达7g/100m l,而牛奶中的含量仅为4.6 g/100m l.由于乳酸菌可以使乳糖的基因发生转换,所以保加利亚酸乳或者酪乳中乳糖含量为未发酵牛奶的1/3.由于在干酪的制作中牛奶中的乳糖全部转移到乳清当中,因此硬干酪中不含有乳糖.干酪乳清中乳糖含量大概为4.8 g/100m l.因此,乳糖成为乳清加工工业中的重要产物.乳糖在全球的需求量在过去的10年中每年总计上涨500,000 t.乳糖常用于饲料和食品当中,如婴儿食品、蛋糕、饼干、巧克力、糖果、汤和调味品,同时乳糖作为药剂的辅药,以粒度分布、完全的流动性和体密度满足制药工业日益增长的需要.

表1 不同哺乳动物乳中乳糖含量(%)

2 乳糖的消化代谢过程

乳糖是半乳糖经β-1,4糖苷键与葡萄糖结合的还原性二糖,称为4-O-β-D吡喃半乳糖-D-吡喃葡糖.乳糖存在两种异构体,α-乳糖(α-Lactose)和β-乳糖(β-Lactose).乳糖甜度和溶解度均较低,且在小肠里不能直接吸收,所以必须通过小肠内乳糖酶水解才能被人体消化吸收.乳糖进入人体后首先被小肠中的乳糖酶分解为葡萄糖和半乳糖再被小肠吸收.半乳糖比萄萄糖吸收速度更快,两者吸收系数分别为122和100.葡萄糖进入体内的葡萄糖池而被利用,半乳糖主要是Leloir途径在肝脏中转化成萄萄糖(见图1).对此代谢途径起调节作用的是尿苷二磷酸半乳糖-4-表异构酶.正常情况下有94%半乳糖通过这条途径代谢,除此以外亦可由红细胞代谢或由尿中排除.半乳糖通过Leloir途径在肝中转变成葡萄糖受阻时,就会产生半乳糖血症.如果在饮食中存在乳糖,可能会导致肝细胞损害和失明.NADPH依赖还原酶存在于神经组织和眼球晶状体中,半乳糖的高水平循环通过NADPH依赖还原酶产生半乳糖醇.由于渗透压的影响造成半乳糖醇在眼球晶状体积累从而导致失明[4].

图1 Leloir途径:半乳糖在肝中转变成葡萄糖的代谢转化过程

E1为半乳糖激酶;E2为半乳糖-1-磷酸盐尿苷酰转移酶;E3为尿核甙-二磷酸-半乳糖-4-表异构酶

3 乳糖的营养功能

3.1 甜度和生龋性

乳糖的甜度同其他单糖相比(图2),其甜度仅为蔗糖的20-30%,也正因为如此,乳糖适用于婴儿配方中.如果它的甜度很高则会增强食欲和暴饮从而导致以后生活对甜品的过度嗜好.糖在口腔中发酵会形成有机酸,它可以侵蚀牙齿生成牙釉质而产生龋齿.在不同的单糖中,蔗糖最容易生成龋齿,这不仅是因为它容易发酵,还因为口腔菌丛中存在链锁状球菌这样的优势菌群.乳糖和半乳糖与其它单糖相比不容易生成龋齿,这可能是因为乳糖中在口腔中发酵形成的有机酸较慢.另外英国营养基金会认为牛奶的缓冲能力可以降低乳糖的生龋性.

图2 不同糖的甜度(蔗糖相对甜度为1)[2]

3.2 为生理活动提供能量

当乳糖在小肠中完全消化时可以释放热能4kcal g-1,约占牛奶总热量30%.乳糖在结肠中进行细菌性发酵时可以释放热能2kcal g-1.这个热能主要是由于结肠在吸收因发酵产生的挥发性脂肪酸时产生的(Van Dokkum & Schaafsma,1998).因此根据膳食(固体或流体)和肠内乳糖酶活性,乳糖的热能一般在2-4 kcal g-1.

3.3 参与机体活动

荷兰健康委员会在2006年将膳食纤维定义为不被人体胃肠道分泌物消化的植物组分,根据其化学特性,可以分为为碳水化合物,碳水化合物类似物,木质素和木质素类化合物.未消化的乳糖也是膳食纤维,它增加了粪便的含水量并减少了便秘者的排粪便时间.最近,乳糖的生物前效应得到广大研究者的关注[2,10].未消化的乳糖可以作为肠道菌群酶作用物,同时提高糖分解活性以及促进双歧杆菌和乳酸杆菌的增长.糖分解过程具有以下作用:挥发性脂肪酸的形成、PH的降低和减少胆汁酸的形成.

3.4 促进肠道内矿物质的吸收

在结肠中未消化的碳水化合物可以提高矿物质的吸收,尤其是钙和镁的吸收.乳糖有促进肠道内钙、磷和锰的吸收作用,这可能是由于乳糖吸收较慢,长期滞留在肠道内,受微生物作用,分解为有机酸,如乳酸等[1].因此,在小肠中没有被消化的乳糖才能促进矿物质的吸收.Abramsetal.(2002)通过稳定同位素实验发现,对于含有乳糖的婴儿配方对钙的吸收要高于无乳糖配方10.3%.

4 乳糖不耐症

乳糖酶缺乏和乳糖摄入量每天超过10-15 g时,就会出现乳糖吸收不良.而实际上,乳糖酶缺乏者每天摄入11 g的乳糖是可以被接受的[3].新生儿小肠中含有β-半乳糖苷酶,其存在于溶酶体的黏膜上和细胞内以及上皮细胞的细胞质中.从断奶期到5岁左右期间,乳糖酶的活性呈下降趋势,只有白种人和非洲的一些有养牛习惯的部落世代有饮食牛奶的历史,在断奶期后,乳糖酶的活性仍然旺盛.一般认为乳糖酶缺乏与世代形成的饮食习惯不同所造成的遗传基因突变有关.根据Lewinskyetal.(2005)报道,成年人乳糖酶持久性是由于位于13,910上游乳糖酶基因通过T/C多态现象而引起的.核因素的约束的T变(导致乳糖酶持续)要强于C变(导致乳糖酶非持久性,通常称为成人原发性乳糖酶缺乏症).最近,Tishkoffetal.(2006)在非洲东部发现乳糖酶的基因编码存在其他三种变异:G/C14,010、T/G1,3915和C/G13,907,这应与乳糖酶的持久性有关.

1963年首次报道的成人乳糖酶缺乏,影响了世界的1/3至1/2人口.乳糖酶缺乏发生率随不同国家、不同种族人群的变化而变化(见表1).调查表明白种人是5%一10%,黑种人是70%一80%,我国汉族成人为75%一92%.实验证实,英国白种人和非白种人,乳糖酶缺乏和乳糖不耐受的发生率为4.7%和75%.

表1 世界范围的乳糖消化不良流行区域及分布发生率[5]

乳糖酶缺乏症和乳糖不耐症在不同文献中的描述如下[3,4]:

⑴乳糖不耐受:因个体差异,在乳糖的摄入量、乳糖酶缺乏程度和食物的种类不同时,常会引起痛性痉挛、虚胖、肠胃气胀、腹泻等胃肠道症状;

⑵乳糖吸收不良:乳糖的摄入量超过小肠的承受能力;

⑶成人初级乳糖酶非持续性、肠乳糖酶缺乏或者成人初级乳糖酶缺乏:断奶后,由于基因编程的变化,导致乳糖酶活性下降;

⑷次级乳糖酶缺乏:乳糖酶缺乏会引起肠道疾病,如感染,腹腔疾病或克罗恩病,但这个症状只是暂时的;

⑸先天性乳糖不耐受:散发病(代谢错误)是由于胃黏膜的渗透性异常和乳糖完全吸收引起的,在早期生命中常出现发育停滞、乳糖尿、脱水和酸中毒等症状,如果不加以治疗将会导致死亡;

⑹先天性乳糖酶缺乏:这种疾病(先天性代谢障碍)比较罕见,常发生于婴幼儿.

⑺牛奶不耐受:临床症状主要为乳糖不耐受或者对摄入的牛奶中的牛奶蛋白有过敏反应

最近,美国科学院儿科营养委员会报道,在饮食中拒绝饮用牛奶和其它乳产品是没有必要的[3].结合膳食可以促进乳糖消化和降低回肠运送到结肠的运送率,这样在小肠微生物环境中乳糖发酵和气的形成相对较慢.由于酸奶中的乳酸菌的存在,饮用酸奶后乳糖在胃中消化同牛奶相比相对缓慢.

De Groot and Engel(1957)在大鼠的饲料中加入10-25%的乳糖,在其生长过程中对乳糖的不利影响进行了研究.这些不利影响包括生长停滞、毛发的脱落、腹泻、腹部胀气、食欲下降和耗水量的增加.而这些原因可以归结为碳水化合物的吸收不良和断奶后大鼠乳糖酶缺乏.另外,对于乳糖酶长期存在的人来说,乳糖的吸收能够增加卵巢癌的危险.

5 结论

乳糖具有广泛的营养价值,尤其有益于肠道健康.在乳糖酶缺乏的人群中乳糖不耐受已经不能成为不饮用牛奶的原因了.只要乳糖的含量适中并合理的饮食,乳糖就可以为人们带来健康和营养.

[1]汪玉松,邹思湘.乳生物化学[M].长春:吉林大学出版社,1995.

[2]Gertjan Schaafsma.Lactose and lactose derivatives as bioactive ingredients in human nutrition[J].International Dairy Journal,2008,18:458-465.

[3]Heyman M B.Lactose into lerance in infants,children,and adolescents[J].Pediatrics,2006(118):1279–1286.

[4]Dahlqvist A.Lactose into lerance[J].Nutrition Abstracts and Review s,1984,54:649–658.

[5]Szilagyi A.Redefining lactose as a conditional prebiotic[J].Canadian Journal of Gastroenterology,2004,18:163–167.

[6]钟燕.乳糖不耐受基础研究进展[J].国外医学卫生学分册,2000,27(03):168-171.

[责任编辑:胡勤忠]

Abstrach:Lactose digestion and absorption can become by the peptide,amino acids and fatty acids,the activities involved in the body,providing energy for the physical activities.A handful of people with lactose intolerance can not drink milk

Key words:Lactose Digestion and Metabolism Lactose intolerance

Biological properties of Lactose

CUI Si-rong
(Xuzhou Intitude of Technology,Xuzhou 221008,China)

TS252

A

1004-7077(2010)05-0077-04

2010-08-21

崔思荣(1978-),女,黑龙江萝北人,硕士研究生,主要从事食品科学研究.