Tällä sivulla kuvataan maidon hiilihydraatin ominaisuuksia. Sivulla on lyhyt johdanto hiilihydraattien yleiseen kemiaan, jonka jälkeen on osiot maidon hiilihydraattien (laktoosin) kemiasta, laktoosin fysikaalisista ominaisuuksista ja lämpökäsittelyjen vaikutuksesta laktoosin ominaisuuksiin. Lisätietoja laktoosin ominaisuuksista löytyy Foxin ja McSweeneyn (1998), Holsingerin (1988, 1997) ja O’Brienin (1995, 1997) viitteistä.

Yleistä hiilihydraattien kemiasta

Hiilihydraatit koostuvat molekyyleistä, joita kutsutaan sakkarideiksi. Yksinkertaiset sakkaridit sisältävät 1 tai 2 molekyyliä ja niitä kutsutaan monosakkarideiksi tai disakkarideiksi tai yleisemmin sokereiksi. Oligosakkaridit ja polysakkaridit ovat ketjuja, jotka sisältävät muutamasta moniin sokerimolekyyleihin, ja niitä voidaan kutsua tärkkelyksiksi.

Ruokien ja terveyden kannalta tärkeitä monosakkarideja ovat glukoosi (joskus myös dekstroosi), fruktoosi ja galaktoosi. Disakkarideja ovat sakkaroosi (glukoosi + fruktoosi), laktoosi (glukoosi + galaktoosi) ja maltoosi (glukoosi + glukoosi). Disakkaridien 2 sokerimolekyyliä ovat sitoutuneet toisiinsa, ja tämä sidos on rikottava, ennen kuin elimistö voi käyttää sokereita energiaan ja muihin elimistön toimintoihin. Tärkkelys on pitkä glukoosiketju, joka voi olla suora tai haarautunut, ja tärkkelyksen molekyylit voivat sitoutua toisiinsa monin eri tavoin. Eri lähteistä, kuten vehnästä tai maissista, peräisin olevilla tärkkelyksillä on ainutlaatuisia toiminnallisia ominaisuuksia. Tärkkelyksen rakennetta voidaan muuttaa sen toiminnallisten ominaisuuksien parantamiseksi ja sen käytön lisäämiseksi elintarvikkeissa.

Maidon hiilihydraattien kemia

Maito sisältää noin 4,9 % hiilihydraatteja, jotka ovat pääasiassa laktoosia ja pieniä määriä monosakkarideja ja oligosakkarideja. Laktoosi on glukoosin ja galaktoosin disakkaridi. Laktoosin rakenne on:

Laktoosin fysikaaliset ominaisuudet

Laktoosi liukenee nestemäisen maidon seerumi- (hera-) faasiin. Liuokseen liuennutta laktoosia esiintyy kahdessa muodossa, joita kutsutaan α-anomeriksi ja ß-anomeriksi ja jotka voivat muuntua edestakaisin toistensa välillä. Kahden anomeerin liukoisuus on riippuvainen lämpötilasta, ja siksi kahden muodon tasapainokonsentraatio on erilainen eri lämpötiloissa. Huoneenlämmössä (70°F, 20°C) tasapainosuhde on noin 37 % α- ja 63 % ß-laktoosia. Yli 93,5 °C:n (200 °F) lämpötiloissa ß-anomeri liukenee huonommin, joten α- ja ß-laktoosin suhde on suurempi. Anomeerin tyyppi ei vaikuta laktoosin ravitsemuksellisiin ominaisuuksiin.

Laktoosin kiteytyminen tapahtuu, kun laktoosin pitoisuus ylittää sen liukoisuuden. Laktoosikiteiden fysikaaliset ominaisuudet riippuvat kidetyypistä ja voivat vaikuttaa suuresti niiden käyttöön elintarvikkeissa. Lämpötila vaikuttaa α- ja ß-laktoosianomeerien tasapainosuhteeseen, kuten edellä on kuvattu. Alle 20 °C:n (70 °F) lämpötilassa muodostuvat laktoosikiteet ovat pääasiassa α-laktoosikiteitä. α-monohydraattilaktoosikiteet ovat hyvin kovia, ja ne muodostuvat esimerkiksi jäätelön käydessä läpi useita lämpenemis- ja jäätymissyklejä. Tämä johtaa jäätelön epätoivottuun rakeiseen, hiekkaiseen rakenteeseen. Jäätelössä käytetään usein kumia laktoosin kiteytymisen estämiseksi. ß-laktoosin kiteinen muoto on makeampi ja liukoisempi kuin α-monohydraattilaktoosi, ja sitä saatetaan suosia joissakin leivontasovelluksissa. Kun laktoosiliuos kuivataan nopeasti, se ei ehdi kiteytyä ja muodostaa eräänlaista lasia. Laktoosilasia esiintyy maitojauheissa ja se aiheuttaa paakkuuntumista. Paakkuuntuminen on toivottavaa, koska se johtaa maitojauheeseen, joka liukenee välittömästi veteen.

Lämpökäsittelyjen vaikutus laktoosin ominaisuuksiin

Normaaleilla nestemäisen maidon pastörointiolosuhteilla ei ole merkittävää vaikutusta laktoosiin. Pidennetyn säilyvyysajan tuotteiden ultrakorkeassa lämpötilassa (UHT) tapahtuvassa pastöroinnissa ja suihkukuivauksessa käytettävät korkeammat lämpötilat voivat aiheuttaa ruskettumis- ja isomerisaatioreaktioita, jotka voivat vaikuttaa tuotteen laatuun ja ravitsemuksellisiin ominaisuuksiin. Maillardin reaktioksi kutsuttu rusketusreaktio tapahtuu maidon laktoosin ja proteiinin välillä ja tuottaa ei-toivottuja makuja ja väriä sekä vähentää maitoproteiinissa olevan aminohappo lysiinin pitoisuutta. Isomerisaatioreaktio on laktoosin molekyylien uudelleenjärjestely laktuloosaksi. Laktuloosaa valmistetaan lääketeollisuuden käyttöön pillereiden valmistukseen.