乳糖酶（Lactase），又稱β-半乳糖酶（β-galactosidase），是一類催化乳糖水解形成葡萄糖和半乳糖或催化轉(zhuǎn)糖苷形成低聚半乳糖的酶分子，分解乳糖產(chǎn)生半乳糖和葡萄糖的雙糖酶。乳糖酶在乳品生產(chǎn)、醫(yī)藥助消化、果菜成熟軟化、環(huán)境保護等方面具有應用價值，缺乏乳糖酶還會導致乳糖不耐受。
乳糖酶的來源非常豐富，包括植物來源、動物來源和微生物來源。植物來源如杏、李、桃、蘋果和咖啡豆等，動物來源主要有腸、腦、消化器官和皮膚組織，微生物來源有細菌、放線菌、酵母菌和霉菌等，只有微生物乳糖酶具有工業(yè)應用價值。
乳糖酶在食品行業(yè)中的主要應用是生產(chǎn)低乳糖乳制品，水解其中的乳糖，制備低乳糖牛奶；乳糖酶還可以生產(chǎn)低聚半乳糖，能夠調(diào)整腸胃，促使腸道內(nèi)雙歧桿菌的生成，維持腸道微生態(tài)平衡；乳糖酶還可用于改良乳制品，提升產(chǎn)品的甜度，降低水解生成的半乳糖冰點，提高冷凍乳制品的抗融性；此外，乳糖酶可使果實軟化、加快蔬果的成熟；含乳糖的乳制品經(jīng)過適當?shù)娜樘敲赶梢苑乐谷樘遣荒桶Y的發(fā)生。
定義
乳糖酶，（Lactase），是一類催化乳糖水解形成葡萄糖和半乳糖或催化轉(zhuǎn)糖苷形成低聚半乳糖的酶分子，具有水解乳糖生成葡萄糖和半乳糖的催化活性，含乳糖的乳制品經(jīng)過適當?shù)娜樘敲赶梢苑乐?a href="/hebeideji/7324524464878845964.html">乳糖不耐受的發(fā)生。此外，乳糖酶還具有半乳糖苷轉(zhuǎn)移作用，可用來生產(chǎn)低聚半乳糖(galactooligosaccharides，GOS)，乳糖酶可應用在益生菌食品的生產(chǎn)中。
性狀
白色粉末，無味，無嗅，溶解后是一種淺棕色液體。
特性
乳糖酶具有水解乳糖生成葡萄糖和半乳糖的催化活性，可用來生產(chǎn)低聚半乳糖(galactooligosaccharides，GOS)。微生物乳糖酶的酶學特征因來源不同展示出較大差異，下表列出了一些主要的微生物乳糖酶特性。細菌產(chǎn)的乳糖酶多為常溫酶，最適反應溫度一般在40℃，最適作用pH值在6.5-7.5之間，耐熱性好，適用于大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)。酵母菌產(chǎn)的乳糖酶也多為常溫酶，具有較強的水解活性，常用于牛乳和乳清中乳糖的水解。霉菌生產(chǎn)的乳糖酶為胞外酶，分離提取方便，其最適反應溫度通常高于細菌和酵母菌生產(chǎn)的乳糖酶的最適溫度，通常在50℃以上，最適pH值偏酸性，熱穩(wěn)定性較高，主要用于干酪、牛乳和酸性乳清的水解處理，其中米曲霉來源的乳糖酶具有較強的轉(zhuǎn)糖基活性，可用于生產(chǎn)低聚糖。
以上數(shù)據(jù)來源于
來源
乳糖酶在自然界中廣泛存在，來源十分豐富。南芥、番茄、水稻、桃、蘋果等植物中均含有乳糖酶基因，但通常植物來源的乳糖酶實用性很低。哺乳動物的皮膚組織、消化器官，尤其是嬰幼兒的腸道中，也含有豐富的乳糖酶。
微生物也是乳糖酶的來源之一，微生物生長代謝快，用于發(fā)酵制備乳糖酶，具有生產(chǎn)周期短、成本低、產(chǎn)量高且易于操控等優(yōu)點，被廣泛研究并應用于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)中。產(chǎn)乳糖酶的微生物主要有細菌、霉菌、酵母菌以及放線菌，大量細菌都能產(chǎn)生乳糖酶，如大腸桿菌（Escherchiacoli）、嗜熱鏈球菌（Streptococcusthermophitus）、嗜熱脂肪芽孢桿菌（Bacillusstearothermophilus）、巨大芽孢桿菌（Bacillusmegaterium）、保加利亞乳桿菌（Lactobacillusbulgaricus）、瑞士乳桿菌（Lactobacillushelveticus）等，其次是霉菌來源的乳糖酶，主要以黑曲霉（Aspergillusniger）和米曲霉（Aspergillusoryzae）研究為主，酵母菌來源的有乳酸克魯維酵母（Kluyveromyceslactis）和脆壁克魯維酵母（Kluyveromycesfragilis），放線菌來源的乳糖酶較少。
體內(nèi)的吸收與代謝
乳糖進人人體后，在小腸乳糖酶的作用下分解成為葡萄糖和半乳糖，后者是人大腦和黏膜組織代謝時必需的結構糖，是構成腦及神經(jīng)組織糖脂質(zhì)的成分，是嬰兒腦發(fā)育的必需物質(zhì)。乳糖及其分解產(chǎn)物乳酸對鈣、磷的吸收利用起重要作用。在生理情況下，位于小腸黏膜面絨毛遠端刷狀緣上的乳糖酶將乳糖在小腸中分解為一分子的葡萄糖和一分子的半乳糖，從而被機體吸收。
生物合成
乳糖酶是由前乳糖酶原在高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中經(jīng)過一系列步驟生成的，前乳糖酶是具有由1927個氨基酸組成的單一多肽一級結構。它由五個結構域構成，氨基酸序列、成熟乳糖酶中部分結構域、部分乳糖酶片段、跨膜疏水錨、短的親水性羧基末端，在信號肽引導下經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)修飾后進入高爾基體后被糖基化等一系列步驟，得到乳糖酶。
應用
乳糖酶是一種安全的生物酶制劑，美國食品藥品監(jiān)督管理局和食品添加劑聯(lián)合專家委員會評審機構均認定了其安全性，中國也將其列入食品添加劑使用衛(wèi)生標準GB2760中。隨著新材料和生物技術的發(fā)展，乳糖酶固定化效率有了一定程度的提高，越來越多應用于乳品工業(yè)、醫(yī)藥等領域。
乳品工業(yè)：乳糖酶在乳品工業(yè)中應用廣泛，可用于低聚半乳糖(galactooligosaccharides, GOS)的生產(chǎn)、無乳糖/低乳糖牛奶的生產(chǎn)、乳制品副產(chǎn)物乳清的降解、低乳糖冰激凌的生產(chǎn)等。但乳糖酶在實際應用中的復雜條件，限制了乳糖酶的應用范圍，如乳糖酶由于胃液的酸性和蛋白酶的作用而喪失活性，工業(yè)應用中反應條件復雜導致乳糖酶的重復性使用次數(shù)少、穩(wěn)定性低等缺點。乳糖酶固定化技術的發(fā)展為克服以上難題提供了有效途徑。固定化乳糖酶是將乳糖酶和載體相互結合在一起，控制反應在一定的空間范圍內(nèi)，固定化乳糖酶有利于回收后的重復使用和提高乳糖酶穩(wěn)定性。傳統(tǒng)乳糖酶固定化方法較高的生產(chǎn)成本和較低的乳糖酶固定化效率限制了乳糖酶固定化載體材料的商業(yè)應用。
醫(yī)藥領域：治療乳糖不耐受的一般方法是避免食用乳糖，可食用代乳品及無乳糖乳品等，但會影響正處于生長發(fā)育中的兒童對營養(yǎng)物質(zhì)和鈣的吸收，為避免這些不足，許多研究找到了解決方法，包括乳制品中添加乳糖酶、應用發(fā)酵乳及益生菌等。
生產(chǎn)低乳糖乳制品
人體內(nèi)乳糖酶的活性隨年齡的增長而下降，成年人的體內(nèi)乳糖酶活性僅為正常嬰幼兒水平的5%-10%，由于乳糖酶的缺乏，乳糖吸收能力降低，嚴重時會引發(fā)乳糖不耐受。研究顯示，世界上有將近70%的成人患有乳糖不耐受癥，中國乳糖酶缺乏人群約為75%-95%。為解決乳糖不耐癥問題，乳品工業(yè)中常在牛乳中添加乳糖酶，水解其中的乳糖，制備低乳糖牛奶。
生產(chǎn)低聚半乳糖
低聚半乳糖作為一種益生因子，能夠調(diào)整腸胃，促使腸道內(nèi)雙歧桿菌的生成，抑制有害菌的生長，維持腸道微生態(tài)平衡。低聚半乳糖性質(zhì)極其穩(wěn)定，不會受生產(chǎn)加工過程中的高溫殺菌和人體胃部酸環(huán)境的影響，且不易被小腸吸收，同時具有其他糖類的特性和甜度，可替代其他糖類在高血脂、肥胖、糖尿病人的低糖類食品中添加，極具市場開發(fā)價值。利用乳糖酶特異性的轉(zhuǎn)糖基活性，是目前工業(yè)化生產(chǎn)低聚半乳糖的主要方法。
改良乳制品
在濃縮乳制品或者冷凍乳制品中，因乳糖的低溶解度，會出現(xiàn)乳糖結晶現(xiàn)象，使產(chǎn)品帶有顆粒狀結構，口感下降。因此，在生產(chǎn)加工過程中，添加20%-30%的乳糖酶來防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，同時還可以提升產(chǎn)品的甜度，減少蔗糖用量，降低水解生成的半乳糖冰點，提高冷凍乳制品的抗融性。酸乳生產(chǎn)加工中，因發(fā)酵周期長，需額外添加蔗糖以防止產(chǎn)品口感過酸等問題，在此過程中添加乳糖酶，酸乳凝固時間可以減少15%-20%，有效縮短發(fā)酵周期，且蔗糖用量和產(chǎn)品口感都有所改善。
替代糖類添加劑
在乳清中添加乳糖酶，產(chǎn)生的乳清糖漿口感類似于蔗糖的甜度，溶解度較乳糖也提升數(shù)倍，可作為蔗糖的替代品，用于面包、餅干等各種糕點和其他食品的加工生產(chǎn)中，還可替代加糖濃縮牛乳，制作牛乳軟糖，能夠避免紋理、沙包、乳糖結晶和焦糖化等現(xiàn)象出現(xiàn)。
果蔬軟化
植物中的乳糖酶能夠分解胞壁多糖中的半乳糖苷，產(chǎn)生半乳糖，可溶性半乳糖可使果實軟化、加快蔬果的成熟，目前己廣泛應用于多種水果的軟化和蔬菜的促成熟中。
乳糖不耐受癥
乳糖是以單體分子形式存在于奶中的唯一二糖，是新生兒糖類的主要來源。在生理情況下，位于小腸黏膜面絨毛遠端刷狀緣上的乳糖酶將乳糖在小腸中分解為一分子的葡萄糖和一分子的半乳糖，從而被機體吸收。乳糖不耐受(1actoseintolerance，LI)是指由于小腸黏膜乳糖酶缺乏(1actasedeficiency，LD)，導致乳糖消化吸收障礙，從而引起以腹脹、腹痛、腹瀉為主的一系列臨床癥狀。當LD僅引起乳糖吸收障礙而無臨床癥狀時，稱為乳糖吸收不良(1actosemalabsorption，LM)。
LI的分類
根據(jù)發(fā)生原因，LI可分為先天性LD、成人型(原發(fā)性)LD、繼發(fā)性LD和發(fā)育型LI。
先天性LD
先天性LD是由于乳糖先天性缺乏或乳糖酶活性不足引起，屬于常染色體隱性遺傳，這一類型少見。患兒的主要癥狀為腹瀉，大便黃色或青綠色，稀糊狀，夾有奶塊，泡沫多，少數(shù)嬰兒有溢乳或嘔吐，可伴腸脹氣和腸痙攣。
成人型(原發(fā)性)LD
成人型(原發(fā)性)LD是由于乳糖酶活性隨年齡增長逐漸降低引起的，是最常見的一種。發(fā)生率因種族和地區(qū)的不同而不同，北歐為2％～15％，中歐為9％一23％，黑種人和北歐猶太人為60％一80％，美洲印第安人為80％一100％，美國白種人為6％一22％，西班牙為50％一80％，印度為60％一70％，亞洲為95％一100％p1。中國兒童3—5歲組、7—8歲組和11～13歲組中，LD的發(fā)生率分別為38．5％、87．6％和87．8％H1。患者多表現(xiàn)為腸鳴活躍、排氣增多、腹痛，其次為頭暈、稀便、腹脹和腹瀉。
繼發(fā)性LD
多繼發(fā)于小腸黏膜疾病或某些全身性疾病，如感染性腹瀉、腸道手術、急性胃腸炎、局限性回腸炎、乳糜瀉、短腸綜合征、克羅恩病、β-胰蛋白缺乏癥、廣泛腸切除，或因服用新霉素或對氨基水楊酸等藥物所致。小腸黏膜病變可導致暫時性乳糖酶低下，而此類變化可逆，隨著原發(fā)疾病的治愈，乳糖酶活性恢復正常。細菌感染、慢性腹瀉及其他損害腸黏膜的疾病均可導致腸黏膜乳糖酶分泌不足，引起LM或LI。研究發(fā)現(xiàn)慢性腹瀉患兒中78％有腸黏膜損害，68％有LD。
對嬰幼兒而言，繼發(fā)性LI較為常見，常常由腹瀉引起，其中輪狀病毒性腸炎導致繼發(fā)性LI的發(fā)生率最高。有學者認為50％一77％的因急性腹瀉就診的嬰兒和兒童有LI。研究表明：3歲以下腹瀉患兒中繼發(fā)性LI的發(fā)生率為61.73％；輪狀病毒腸炎組繼發(fā)性LI的發(fā)生率明顯高于其他原因腹瀉。
乳糖酶相對不足
急慢性腹瀉時LI是繼發(fā)腸黏膜損害和腸功能不全的結果，在這種病理狀況下黏膜損害程度和乳糖攝入量決定了LI的發(fā)生率。但對一些健康嬰兒來說，當乳糖攝入過多，會使小腸內(nèi)原來水平正常的乳糖酶超負荷，形成乳糖酶相對不足，使部分乳糖不能被分解吸收，繼而發(fā)生LI。有研究發(fā)現(xiàn)，這種生理現(xiàn)象并不是母乳中的乳糖水平高，而是每次母乳的攝入量過多，形成相對的乳糖過高。
發(fā)育型LI
胎齡<34周的新生兒胃腸道未發(fā)育成熟，乳糖酶分泌不足。
病理機制
乳糖的消化吸收在小腸七部，上皮細胞的刷狀緣分泌乳糖酶，水解乳糖為單糖，通過細胞的主動轉(zhuǎn)運而吸收。腸乳糖酶活性降低時，使未吸收的乳糖停留于腸腔內(nèi)，由于它的滲透作用，導致水和鈉離子、氯離子向腸腔內(nèi)運轉(zhuǎn)，直至腸內(nèi)容物與內(nèi)環(huán)境的滲透梯度達到平衡，腸腔液體的增加可促進腸蠕動，加速腸內(nèi)容物通過，引起水樣便。未消化的乳糖到達末端回腸和結腸，部分被細胞代謝為乳酸、乙酸和氫氣，這些有機酸進一步增加了腸腔的滲透壓力，促進腹瀉的發(fā)生，嚴重者可發(fā)生脫水、酸中毒。小腸黏膜受損導致絨毛頂部含雙糖酶的(包括乳糖酶)上皮細胞丟失，加上修復后不成熟的上皮細胞乳糖酶活性較低，導致腹瀉患兒易發(fā)生繼發(fā)性LD。蔗糖也是雙糖，腹瀉時也會發(fā)生對蔗糖不耐受。
分子機制
乳糖酶又稱β-半乳糖苷酶，乳糖酶成分中對乳糖真正起水解作用的為乳糖酶根皮苷水解酶(LPH)。乳糖酶至少到孕34周才開始有活性。早產(chǎn)兒和一些剛出生的足月兒由于腸黏膜發(fā)育不成熟，乳糖酶活性偏低，不能較好地消化吸收乳糖，待腸黏膜發(fā)育成熟后LI會消失。隨著年齡的增長，乳糖酶基因表達降低，甚至關閉，乳糖酶的活性會逐漸降低，甚至消失，導致LM、LI。LD的發(fā)生率較高，各地區(qū)無明顯差異。但LI發(fā)生率有地區(qū)差異，北方高于南方。
LPH活性下凋的機制尚不清楚，研究表明LPHmRNA水平與乳糖酶活性呈顯著正相關，提示小腸LPH的表達主要由LPHmRNA水平的調(diào)節(jié)決定。酶從有活性形式轉(zhuǎn)為無活性形式是導致低乳糖酶活性的原因，加工環(huán)節(jié)可能在乳糖酶基因表達中起重要作用。人類LD或哺乳類動物斷奶后，有多種因素可引起LPH下降。研究發(fā)現(xiàn)LD個體LPH前提物合成出現(xiàn)下降，酶蛋白加工合成速度緩慢，且發(fā)現(xiàn)其僅有部分腸上皮細胞可合成LPH，而與之相反的是，在維持高乳糖酶活性的個體中，腸上皮細胞均可產(chǎn)生LPH。
臨床表現(xiàn)
臨床癥狀取決于食物乳糖含量、LD的程度和含有乳糖食物的狀態(tài)。兒童食用乳糖或含有乳糖的食物后，表現(xiàn)為以下一種或更多癥狀的臨床綜合征，包括惡心、腹脹、腹痛、腹瀉等。嚴重或長時間的腹痛或腹瀉等會影響兒童的生長發(fā)育，甚至導致營養(yǎng)不良或機體的水電解質(zhì)酸堿平衡紊亂，也會相互影響形成惡性循環(huán)。
乳糖是人乳中存在的唯一二糖，也是牛奶等乳制品中存在的主要糖類，是嬰幼兒主要的能量來源，乳糖的消化吸收對人類正常的生長發(fā)育起重要作用。乳糖進入人體后，在小腸乳糖酶的作用下分解成為葡萄糖和半乳糖，后者是構成腦及神經(jīng)組織糖脂質(zhì)的成分，是嬰兒腦發(fā)育的必需物質(zhì)。乳糖及其分解產(chǎn)物DL-乳酸對鈣、磷的吸收利用起重要作用。由于先天性LD或其他原因?qū)е氯樘敲富钚越档停樘遣荒鼙环纸鉃槠咸烟呛桶肴樘牵幢幌娜樘请S消化道下行進入結腸后，被細菌發(fā)酵生成短鏈脂肪酸(如食用醋酸、丙酸、丁酸等)和氣體如甲烷、氫氣、二氧化碳等。由于乳糖發(fā)酵過程產(chǎn)酸產(chǎn)氣，增加腸內(nèi)的滲透壓，會出現(xiàn)腸鳴、腹痛、排氣增多和滲透性腹瀉等臨床表現(xiàn)。存在這些臨床表現(xiàn)時稱為LI，無臨床表現(xiàn)稱為LD或LM。
治療
治療LI的一般方法是避免食用乳糖，可食用代乳品及無乳糖乳品等，但會影響正處于生長發(fā)育中的兒童對營養(yǎng)物質(zhì)和鈣的吸收。為避免這些不足，許多研究找到了解決方法，包括乳制品中添加乳糖酶、應用發(fā)酵乳及益生菌等，也有一些中醫(yī)中藥(如參苓白術散)及小兒推拿等治療LI的研究。
無乳糖奶粉
無乳糖奶粉不含乳糖，糖類為麥芽糖糊精，易消化吸收，滲透性低，降低腸黏膜對高滲透性食物的敏感性，有利于減輕腹瀉癥狀；無乳糖奶粉為優(yōu)質(zhì)牛乳蛋白配方，能確保蛋白質(zhì)的足量供應和良好利用，而且有天然奶味，更易被患兒接受，并方便以后轉(zhuǎn)為母乳或普通配方奶，且含有嬰兒正常所需的全部礦物質(zhì)和維生素。繼發(fā)性LI患兒予去乳糖奶粉短期干預即可治愈，而先天性u患兒予去乳糖奶粉需較長時間。
添加乳糖酶
在牛奶中加入乳糖酶，經(jīng)過一定時間和溫度的水解，利用乳糖酶(β-半乳糖苷酶)分解乳糖，達到降低乳糖的目的。利用乳糖酶水解生產(chǎn)的低乳糖牛奶，僅其中的乳糖被分解為半乳糖和葡萄糖，口感甜度大幅升高，而蛋白質(zhì)、脂肪和礦物質(zhì)等其他成分并未發(fā)生變化，總體營養(yǎng)成分改變不大。這種方法成本很高，要求苛刻，在中國一直難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
發(fā)酵乳及益生菌
發(fā)酵乳通過在牛奶中加入保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌，利用DL-乳酸的發(fā)酵作用制成。發(fā)酵法生產(chǎn)的發(fā)酵乳，通常稱為“酸奶”，在酸奶中活菌的β-半乳糖苷酶作用下，牛奶中25％一50％的乳糖在發(fā)酵過程中被乳酸菌分解，使酸奶的乳糖水平降低，營養(yǎng)價值有所提高。發(fā)酵乳中的活菌可進入腸道，改善腸道菌群，在腸道中分泌β-半乳糖苷酶，使腸道表面的乳糖酶活性升高，改善機體對乳糖的代謝吸收狀況；胃排空速率和腸轉(zhuǎn)運時間的減慢可延長小腸內(nèi)殘存乳糖酶消化乳糖的時間，促進分解吸收，同時還有降低滲透壓的作用，酸奶改善LI是通過延長轉(zhuǎn)運時間。發(fā)酵乳是解決LI患者乳制品攝入的一個好辦法，但缺點是成本較高、保質(zhì)期較短、不宜長期保存。
許多研究表明，含有益生菌如雙歧三聯(lián)活菌片、雙歧三聯(lián)活菌膠囊等微生物活菌制劑能促進動物小腸絨毛上皮細胞增生，遷移替代病損的絨毛上皮細胞，有利于乳糖酶的恢復及治療繼發(fā)性LI引起的腹瀉。持續(xù)攝入益生菌和酸奶有明顯改善LI癥狀的作用，究其原因可能與結腸β-半乳糖苷酶活性增加有關。酸奶中的活菌含β-半乳糖苷酶，保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和雙歧桿菌均可合成該酶，該酶活性較非乳糖發(fā)酵菌高。
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參考資料 >
喝牛奶，這個提示請收藏.光明網(wǎng).2024-01-18