لاکتوز یا قند شیر، کربوهیدرات اصلی شیر اکثر پستانداران است و حدود 40% از کل انرژی مورد نیاز نوزادان در سال اول زندگی را فراهم می‌کند. در میان تمام پستانداران، شیر انسان بیشترین میزان لاکتوز را داراست. شیر مادر حدود 7.5٪ و شیر گاو 4.5٪ لاکتوز می‌باشد.
لاکتوز توسط آنزیم لاکتاز به منوساکاریدهای گلوگز و گالاکتوز تجزیه شده و به راحتی توسط روده کوچک جذب می‌شود. کمبود لاکتاز باعث سوءجذب لاکتوز و عدم هضم و/ یا جذب لاکتوز در روده کوچک می‌شود. در نتیجه، با ورود لاکتوز به روده بزرگ، میکروبیوتای کولون آن را به گلوکز قابل تخمیر تبدیل می‌کند. سپس اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه و گاز درنتیجه تخمیر گلوکز تولید می‌شوند. لاکتوز هضم نشده در روده بزرگ باعث ظهور علائم عدم تحمل لاکتوز (Lactose Intolerance) شامل درد شکم، اسهال، گاز، و نفخ می‌شود. شروع علائم بستگی به دوز لاکتوز، بیان لاکتاز، زمان انتقال، فلور روده و حساسیت دستگاه گوارش دارد.
عدم تحمل لاکتوز یا کمبود لاکتاز
چهار نوع مختلف از کمبود لاکتاز وجود دارد که ممکن است منجر به عدم تحمل لاکتوز شود.
- کمبود لاکتاز اولیه (هیپولاکتازی)
در این نوع کمبود لاکتاز، با گذشت زمان تقریباً 95-90% تولید لاکتاز کاهش می‌یابد. اتخاذ رژیم غذایی با افزایش دوز لاکتوز، منجر به افزایش فعالیت β-گالاکتوزیداز باکتریایی شده و درنتیجه‌ی سازگاری میکروبیوتای روده، کاهش علائم رخ می‌دهد.
- کمبود لاکتاز ثانویه (هیپولاکتازی ثانویه)
انواع مختلفی از بیماری‌ها مانند گاستروانتریت، سلیاک،کرون، و شیمی درمانی با تاثیر بر روده کوچک، ممکن است در تولید لاکتاز اختلال موقتی ایجاد کند.
- کمبود لاکتاز تکاملی
این نوع کمبود لاکتاز در نوزادان نارس رخ می‌دهد و توانایی تولید لاکتاز با افزایش سن نوزاد بهبود می‌یابد.
- کمبود مادرزادی لاکتاز
آلاکتازی یک اختلال اتوزومال مغلوب بسیار نادر است، که از بدو تولد میزان تولید لاکتاز بسیار کم تا صفر است. عدم توانایی شیرخواران در هضم لاکتوز شیر مادر یا شیر خشک باعث اسهال شدید، کم آبی بدن و کاهش وزن می‌شود.
مصرف لبنیات بدون لاکتوز (Lactose Free) از راه‌های کاهش علائم عدم تحمل لاکتوز است. افراد با این اختلال می‌توانند مانند سایرین از مواد مغذی مانند کلسیم و ویتامین‌ها در محصولات لبنی بدون لاکتوز بهره ببرند بدون آنکه با مشکلی مواجه شوند. در سال‌های اخیر، تولید و تنوع اینگونه محصولات بدلیل جذابیت آن در بازار لبنیات، مورد توجه زیادی قرار گرفته و به سرعت در حال رشد است، زیرا که این محصولات نه تنها برای افراد مبتلا به عدم تحمل لاکتوز، بلکه برای سایرین نیز مزایای سلامتی زیادی به همراه دارد. با ارائه محصولات متنوع و در حال توسعه می‌توان مشخصه‌های کیفی محصول مانند طعم و مزه و بافت را بهبود و سود حاصل را به حداکثر رسانید.
توسعه لبنیات بدون لاکتوز
محصولات تخمیری مانند ماست، پنیرهای تازه، خامه ترش، بستنی، کفیر و محصولات برپایه آب پنیر، حاوی مقادیر زیادی لاکتوز هستند. اما در برخی محصولات مانند پنیرهای رسیده (پارمزان، سوئیسی، چدار)، و کره (کمتر از 0.1%) میزان لاکتوز کاهش می‌یابد.
در سال‌های اخیر، رشد سریعی را در زمینه تولید لبنیات بدون لاکتوز شاهد بوده‌ایم، که این رشد به ترتیب متعلق به شیر، ماست و پنیر می‌باشد. در واقع هیچ توافق جهانی در مورد الزامات نظارتی برای ادعاهای بدون لاکتوز وجود ندارد، اما سیاست کلی این است که تا جای ممکن میزان آن را کاهش دهند. با این وجود، برخی تولیدکنندگان کاهش لاکتوز به کمتر از 0.01٪ را کافی می‌دانند. رسیدن به این میزان کم لاکتوز نیازمند توجه ویژه به دوز و میزان اثربخشی آنزیم است.
لبنیات بدون لاکتوز
- شیر
تولیدکنندگان براساس الویت مصرف‌کنندگان، شیر بدون لاکتوز را با روش‌های مختلفی تولید می‌کنند. به عنوان مثال افزایش شیرینی شیر بدون لاکتوز در میان برخی مصرف‌کنندگان نامطلوب است، بنابراین، فناوری‌های جایگزین حذف لاکتوز مانند فیلتراسیون (نانو و اولترا) و کروماتوگرافی ایجاد شده است. به‌طور معمول، حدود 50٪ از لاکتوز با فیلتراسیون حذف و سپس لاکتوز باقی مانده توسط لاکتاز هیدرولیز می‌شود که منجر به تولید شیر بدون لاکتوز با شیرینی مشابه شیر معمولی می‌شود.
- ماست
افراد مبتلا به عدم تحمل لاکتوز با مقدار قابل توجهی لاکتوز در اکثر محصولات لبنی تخمیری، مانند 30 تا 40 گرم بر کیلوگرم در ماست، دچار مشکل خواهند شد. با این حال، میزان علائم پس از مصرف ماست بسیار کمتر از حد انتظار است. دو نظریه برای توضیح این پدیده ارائه شده است:
- درصورتیکه باکتری‌های اسیدلاکتیک ماست در معده زنده بمانند، آنزیم لاکتاز این باکتری‌ها به هضم لاکتوز کمک می‌کند. مونوساکاریدها نیز توسط باکتری‌ها مصرف شده و در روده کوچک جذب می‌شوند.
- به دلیل کاهش زمان انتقال ماست در مقایسه با شیر، لاکتاز باقی مانده زمان بیشتری برای هضم لاکتوز دارد و در نتیجه علائم عدم تحمل کاهش می‌یابد.
بنابراین بنظر می‌رسد هیدرولیز کامل لاکتوز بهترین راهکار برای کاهش علائم باشد. با افزودن لاکتاز به شیر قبل از پاستوریزاسیون (شبیه فرآیند بچ)، و یا به همراه کالچر پس از پاستوریزاسیون، می‌توان به این هدف رسید. اکثر تولیدکنندگان رویکرد دوم را انتخاب می‌کنند، زیرا پیش هیدرولیز لاکتوز باعث مهار شدن فعالیت برخی از کالچرهای ماست می‌شود (به دلیل تغییر منبع کربن از لاکتوز به گلوکز و یا به دلیل افزایش فشار اسمزی در شیر هیدرولیز شده با لاکتوز).
در تولید ماست حدودا 2.5 الی 3 ساعت نیاز است که pH به کمتر از 5.5 برسد. این زمان مدت محدودی برای تجزیه لاکتوز حساب می‌شود و از طرفی در این pH، بیشتر آنزیم لاکتاز غیرفعال می‌شود. بنابراین استفاده از میزان بیشتری لاکتاز، یا آنزیم‌های مقاوم به شرایط اسیدی توصیه می‌شود. استفاده از آنزیم مقاوم به اسید باعث کاهش دوز مصرفی آنزیم می‌شود. کاهش قند اضافه شده به میزان 2-1.5 گرم در هر 100 گرم، و کاهش پست اسید در مدت نگهداری، و حفظ خواص حسی محصول بدلیل عدم حضور لاکتوز، از مزایای تولید ماست بدون لاکتوز است.
- پنیر
در تهیه پنیر بدون لاکتوز، آنزیم لاکتاز در مرحله قبل از افزودن رنت و استارترکالچر با شیر ترکیب می‌گردد. البته در پنیرهای رسیده همه لاکتوز بوسیله باکتری‌های اسید لاکتیک تجزیه شده و نیازی به استفاده از لاکتاز نیست، افزودن لاکتاز به شیر پنیر برای کمک به اسیدی شدن و افزایش طعم، در گذشته از آن استفاده می‌شده است.
- شیر طعم‌دار
شیر طعم‌دار بدون لاکتوز با فرآیندی مشابه با شیر بدون لاکتوز تولید می‌شود. با این حال، شیرینی اضافی ناشی از هیدرولیز لاکتوز باعث کاهش قند افزودنی می‌شود. علاوه براین، مشکل طعم غیرطبیعی و قهوه‌ای شدن که مربوط به واکنش میلارد است، در شیر بدون لاکتوز طعم‌دار نسبت به شیر معمولی بدون لاکتوز کمتر مشاهده می‌شود، زیرا این محصول به خودی خود دارای طعم و رنگ قوی است. برای برخی از شیرهای طعم‌دار، مانند شیر کاکائو، هیدرولیز لاکتوز ممکن است برای جایگزینی کامل قند افزودنی کافی نبوده و اضافه کردن شیرین‌کننده‌های اضافی همچنان مورد نیاز باشد.
- پودرهای لبنی
پودرهای لبنی را می‌توان از شیر یا آب پنیر بدون لاکتوز از طریق فرآیند بچ تولید کرد. یک مشکل عمده وجود غلظت بالایی از مونوساکاریدها در شیر حرارت دیده است که منجر به کاهش دمای انتقال می‌شود. شرایط بسیار ملایم خشک‌کن پاششی (اسپری درایر) منجر به کاهش چشمگیر بهره‌وری و افزایش هزینه می‌شود. بعلاوه، پودر شیر (یا وی) بدون لاکتوز رطوبت را به خود جذب می‌کند و ممکن است در طول نگهداری مانند کیک بهم می‌چسبد. با توجه به این مشکلات چالش برانگیز، پودرهای لبنی بدون لاکتوز سهم کوچکی از بازار دارند.
- بستنی
بستنی بدون لاکتوز را می‌توان با استفاده از شیر و یا پودرهای بدون لاکتوز، یا با افزودن آنزیم لاکتاز پس از پاستوریزاسیون تولید کرد. افزایش محتوای مونوساکارید پس از هیدرولیز لاکتوز، منجر به کاهش نقطه انجماد مخلوط بستنی شده و درنتیجه بافت محصول لطیف‌تر خواهد بود. بافت نرم برای برخی از دسرهای منجمد یک مزیت است، اما منجر به آب شدن سریع‌تر محصول نیز می‌شود. در این شرایط، به دلیل افزایش درک شیرینی ناشی از هیدرولیز لاکتوز، تولیدکننده با کاهش قند اضافه، می‌تواند دمای ذوب را دوباره افزایش دهد. افزودن لاکتاز در بستنی نیز برای جلوگیری از کریستالی شدن لاکتوز استفاده می‌شود. به خصوص هنگامی که پودر آب پنیر یا WPC در مخلوط بستنی استفاده می‌شود، مقدار لاکتوز می‌تواند منجر به ایجاد کریستال در طول انجماد و درنتیجه نقص حسی “دانه شنی” شود. افزودن لاکتاز می‌تواند از ایجاد این نقص در بستنی جلوگیری کند. بنابراین، هیدرولیز لاکتوز باعث کاهش نقطه انجماد و دانه شنی شدن، افزایش ویسکوزیته ظاهری مخلوط بستنی و شیرینی و درنتیجه کاهش ۲۵ درصدی در قند اضافه شده، می‌شود، بدین ترتیب پذیرش کلی بستنی بهبود می‌یابد.
بنابراین، در تولید محصولات لبنی برای بهره بردن از خواص لاکتاز می‌توان از آن استفاده نمود. خواصی مانند رفع مشکلات عدم تحمل لاکتوز، افزودن مشخصه‌های کیفی محصول مانند طعم، مزه، و بافت، و همچنین کاهش هزینه‌ها.
منابع:
Peter T. Dekker, Damiet Koenders, and Maaike J. Bruins. “Lactose-Free Dairy Products: Market Developments, Production, Nutrition and Health Benefits.” Nutrients, 2019 Mar; 11(3): 551; doi:10.3390/nu11030551.
Christerson, S., 2021. Lactose-free milk.