乳糖的生物特性

崔思榮

(徐州工程學(xué)院,江蘇徐州 221008)

乳糖的生物特性

崔思榮

(徐州工程學(xué)院,江蘇徐州 221008)

乳糖經(jīng)消化吸收后可變成多肽、氨基酸和脂肪酸,參與機(jī)體活動,為生理活動提供能量.極少數(shù)人具有乳糖不耐癥,不能飲用牛奶.

乳糖;消化代謝;乳糖不耐癥 ①

乳糖是哺乳動物乳腺分泌的特有的碳水化合物,經(jīng)消化可得到葡萄糖和半乳糖,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為乳酸及其他產(chǎn)物.乳糖是最易被人體吸收的雙糖類,被人體吸收后可變成多肽、氨基酸和脂肪酸,從而提高乳蛋白和乳脂的利用率.因此,從現(xiàn)實意義上來講,乳糖的攝入對嬰兒的生長發(fā)育具有特殊意義.乳糖可以從牛奶或者乳清當(dāng)中分離出來并作為一種添加劑用于飼料、食品和藥物制劑中.

1 乳和乳清中的乳糖

不同種動物的乳中的乳糖含量不同(見表1).人乳中乳糖含量高達(dá)7g/100m l,而牛奶中的含量僅為4.6 g/100m l.由于乳酸菌可以使乳糖的基因發(fā)生轉(zhuǎn)換,所以保加利亞酸乳或者酪乳中乳糖含量為未發(fā)酵牛奶的1/3.由于在干酪的制作中牛奶中的乳糖全部轉(zhuǎn)移到乳清當(dāng)中,因此硬干酪中不含有乳糖.干酪乳清中乳糖含量大概為4.8 g/100m l.因此,乳糖成為乳清加工工業(yè)中的重要產(chǎn)物.乳糖在全球的需求量在過去的10年中每年總計上漲500,000 t.乳糖常用于飼料和食品當(dāng)中,如嬰兒食品、蛋糕、餅干、巧克力、糖果、湯和調(diào)味品,同時乳糖作為藥劑的輔藥,以粒度分布、完全的流動性和體密度滿足制藥工業(yè)日益增長的需要.

表1 不同哺乳動物乳中乳糖含量(%)

2 乳糖的消化代謝過程

乳糖是半乳糖經(jīng)β-1,4糖苷鍵與葡萄糖結(jié)合的還原性二糖,稱為4-O-β-D吡喃半乳糖-D-吡喃葡糖.乳糖存在兩種異構(gòu)體,α-乳糖(α-Lactose)和β-乳糖(β-Lactose).乳糖甜度和溶解度均較低,且在小腸里不能直接吸收,所以必須通過小腸內(nèi)乳糖酶水解才能被人體消化吸收.乳糖進(jìn)入人體后首先被小腸中的乳糖酶分解為葡萄糖和半乳糖再被小腸吸收.半乳糖比萄萄糖吸收速度更快,兩者吸收系數(shù)分別為122和100.葡萄糖進(jìn)入體內(nèi)的葡萄糖池而被利用,半乳糖主要是Leloir途徑在肝臟中轉(zhuǎn)化成萄萄糖(見圖1).對此代謝途徑起調(diào)節(jié)作用的是尿苷二磷酸半乳糖-4-表異構(gòu)酶.正常情況下有94%半乳糖通過這條途徑代謝,除此以外亦可由紅細(xì)胞代謝或由尿中排除.半乳糖通過Leloir途徑在肝中轉(zhuǎn)變成葡萄糖受阻時,就會產(chǎn)生半乳糖血癥.如果在飲食中存在乳糖,可能會導(dǎo)致肝細(xì)胞損害和失明.NADPH依賴還原酶存在于神經(jīng)組織和眼球晶狀體中,半乳糖的高水平循環(huán)通過NADPH依賴還原酶產(chǎn)生半乳糖醇.由于滲透壓的影響造成半乳糖醇在眼球晶狀體積累從而導(dǎo)致失明[4].

圖1 Leloir途徑:半乳糖在肝中轉(zhuǎn)變成葡萄糖的代謝轉(zhuǎn)化過程

E1為半乳糖激酶;E2為半乳糖-1-磷酸鹽尿苷酰轉(zhuǎn)移酶;E3為尿核甙-二磷酸-半乳糖-4-表異構(gòu)酶

3 乳糖的營養(yǎng)功能

3.1 甜度和生齲性

乳糖的甜度同其他單糖相比(圖2),其甜度僅為蔗糖的20-30%,也正因為如此,乳糖適用于嬰兒配方中.如果它的甜度很高則會增強(qiáng)食欲和暴飲從而導(dǎo)致以后生活對甜品的過度嗜好.糖在口腔中發(fā)酵會形成有機(jī)酸,它可以侵蝕牙齒生成牙釉質(zhì)而產(chǎn)生齲齒.在不同的單糖中,蔗糖最容易生成齲齒,這不僅是因為它容易發(fā)酵,還因為口腔菌叢中存在鏈鎖狀球菌這樣的優(yōu)勢菌群.乳糖和半乳糖與其它單糖相比不容易生成齲齒,這可能是因為乳糖中在口腔中發(fā)酵形成的有機(jī)酸較慢.另外英國營養(yǎng)基金會認(rèn)為牛奶的緩沖能力可以降低乳糖的生齲性.

圖2 不同糖的甜度(蔗糖相對甜度為1)[2]

3.2 為生理活動提供能量

當(dāng)乳糖在小腸中完全消化時可以釋放熱能4kcal g-1,約占牛奶總熱量30%.乳糖在結(jié)腸中進(jìn)行細(xì)菌性發(fā)酵時可以釋放熱能2kcal g-1.這個熱能主要是由于結(jié)腸在吸收因發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸時產(chǎn)生的(Van Dokkum & Schaafsma,1998).因此根據(jù)膳食(固體或流體)和腸內(nèi)乳糖酶活性,乳糖的熱能一般在2-4 kcal g-1.

3.3 參與機(jī)體活動

荷蘭健康委員會在2006年將膳食纖維定義為不被人體胃腸道分泌物消化的植物組分,根據(jù)其化學(xué)特性,可以分為為碳水化合物,碳水化合物類似物,木質(zhì)素和木質(zhì)素類化合物.未消化的乳糖也是膳食纖維,它增加了糞便的含水量并減少了便秘者的排糞便時間.最近,乳糖的生物前效應(yīng)得到廣大研究者的關(guān)注[2,10].未消化的乳糖可以作為腸道菌群酶作用物,同時提高糖分解活性以及促進(jìn)雙歧桿菌和乳酸桿菌的增長.糖分解過程具有以下作用:揮發(fā)性脂肪酸的形成、PH的降低和減少膽汁酸的形成.

3.4 促進(jìn)腸道內(nèi)礦物質(zhì)的吸收

在結(jié)腸中未消化的碳水化合物可以提高礦物質(zhì)的吸收,尤其是鈣和鎂的吸收.乳糖有促進(jìn)腸道內(nèi)鈣、磷和錳的吸收作用,這可能是由于乳糖吸收較慢,長期滯留在腸道內(nèi),受微生物作用,分解為有機(jī)酸,如乳酸等[1].因此,在小腸中沒有被消化的乳糖才能促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收.Abramsetal.(2002)通過穩(wěn)定同位素實驗發(fā)現(xiàn),對于含有乳糖的嬰兒配方對鈣的吸收要高于無乳糖配方10.3%.

4 乳糖不耐癥

乳糖酶缺乏和乳糖攝入量每天超過10-15 g時,就會出現(xiàn)乳糖吸收不良.而實際上,乳糖酶缺乏者每天攝入11 g的乳糖是可以被接受的[3].新生兒小腸中含有β-半乳糖苷酶,其存在于溶酶體的黏膜上和細(xì)胞內(nèi)以及上皮細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中.從斷奶期到5歲左右期間,乳糖酶的活性呈下降趨勢,只有白種人和非洲的一些有養(yǎng)牛習(xí)慣的部落世代有飲食牛奶的歷史,在斷奶期后,乳糖酶的活性仍然旺盛.一般認(rèn)為乳糖酶缺乏與世代形成的飲食習(xí)慣不同所造成的遺傳基因突變有關(guān).根據(jù)Lewinskyetal.(2005)報道,成年人乳糖酶持久性是由于位于13,910上游乳糖酶基因通過T/C多態(tài)現(xiàn)象而引起的.核因素的約束的T變(導(dǎo)致乳糖酶持續(xù))要強(qiáng)于C變(導(dǎo)致乳糖酶非持久性,通常稱為成人原發(fā)性乳糖酶缺乏癥).最近,Tishkoffetal.(2006)在非洲東部發(fā)現(xiàn)乳糖酶的基因編碼存在其他三種變異:G/C14,010、T/G1,3915和C/G13,907,這應(yīng)與乳糖酶的持久性有關(guān).

1963年首次報道的成人乳糖酶缺乏,影響了世界的1/3至1/2人口.乳糖酶缺乏發(fā)生率隨不同國家、不同種族人群的變化而變化(見表1).調(diào)查表明白種人是5%一10%,黑種人是70%一80%,我國漢族成人為75%一92%.實驗證實,英國白種人和非白種人,乳糖酶缺乏和乳糖不耐受的發(fā)生率為4.7%和75%.

表1 世界范圍的乳糖消化不良流行區(qū)域及分布發(fā)生率[5]

乳糖酶缺乏癥和乳糖不耐癥在不同文獻(xiàn)中的描述如下[3,4]:

⑴乳糖不耐受:因個體差異,在乳糖的攝入量、乳糖酶缺乏程度和食物的種類不同時,常會引起痛性痙攣、虛胖、腸胃氣脹、腹瀉等胃腸道癥狀;

⑵乳糖吸收不良:乳糖的攝入量超過小腸的承受能力;

⑶成人初級乳糖酶非持續(xù)性、腸乳糖酶缺乏或者成人初級乳糖酶缺乏:斷奶后,由于基因編程的變化,導(dǎo)致乳糖酶活性下降;

⑷次級乳糖酶缺乏:乳糖酶缺乏會引起腸道疾病,如感染,腹腔疾病或克羅恩病,但這個癥狀只是暫時的;

⑸先天性乳糖不耐受:散發(fā)病(代謝錯誤)是由于胃黏膜的滲透性異常和乳糖完全吸收引起的,在早期生命中常出現(xiàn)發(fā)育停滯、乳糖尿、脫水和酸中毒等癥狀,如果不加以治療將會導(dǎo)致死亡;

⑹先天性乳糖酶缺乏:這種疾病(先天性代謝障礙)比較罕見,常發(fā)生于嬰幼兒.

⑺牛奶不耐受:臨床癥狀主要為乳糖不耐受或者對攝入的牛奶中的牛奶蛋白有過敏反應(yīng)

最近,美國科學(xué)院兒科營養(yǎng)委員會報道,在飲食中拒絕飲用牛奶和其它乳產(chǎn)品是沒有必要的[3].結(jié)合膳食可以促進(jìn)乳糖消化和降低回腸運(yùn)送到結(jié)腸的運(yùn)送率,這樣在小腸微生物環(huán)境中乳糖發(fā)酵和氣的形成相對較慢.由于酸奶中的乳酸菌的存在,飲用酸奶后乳糖在胃中消化同牛奶相比相對緩慢.

De Groot and Engel(1957)在大鼠的飼料中加入10-25%的乳糖,在其生長過程中對乳糖的不利影響進(jìn)行了研究.這些不利影響包括生長停滯、毛發(fā)的脫落、腹瀉、腹部脹氣、食欲下降和耗水量的增加.而這些原因可以歸結(jié)為碳水化合物的吸收不良和斷奶后大鼠乳糖酶缺乏.另外,對于乳糖酶長期存在的人來說,乳糖的吸收能夠增加卵巢癌的危險.

5 結(jié)論

乳糖具有廣泛的營養(yǎng)價值,尤其有益于腸道健康.在乳糖酶缺乏的人群中乳糖不耐受已經(jīng)不能成為不飲用牛奶的原因了.只要乳糖的含量適中并合理的飲食,乳糖就可以為人們帶來健康和營養(yǎng).

[1]汪玉松,鄒思湘.乳生物化學(xué)[M].長春:吉林大學(xué)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]鐘燕.乳糖不耐受基礎(chǔ)研究進(jìn)展[J].國外醫(yī)學(xué)衛(wèi)生學(xué)分冊,2000,27(03):168-171.

[責(zé)任編輯: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

崔思榮(1978-),女,黑龍江蘿北人,碩士研究生,主要從事食品科學(xué)研究.