В молоке лактоза (4-0-β-Д-галактопиранозил-Д-глюкопираноза) находится в свободном растворенном состоянии (молекулярная дисперсия) и лишь на 0,54 % общей массы связана водородными связями с белком молока. Существует в молоке в виде двух изомерных форм: α-лактоза и β-лактоза, которые имеют разные физические свойства, легко превращаются друг в друга через таутомерную форму с карбонильной группой (мутаротация). Скорость превращения β-формы в α-форму зависит от температуры раствора.
Растворимость β-лактозы в воде выше, чем α-гидрата. Для лактозы характерны такие понятия, как «начальная» и «конечная» растворимость. В некотором интервале температур лактоза проявляет способность к образованию сильно насыщенных растворов. Происходит перерастворение, которое влияет на кристаллизацию. Растворимость лактозы зависит от температуры: при 60 °С она составляет 0,587 кг•кг-1, а при 20 °С - 0,192 кг•кг-1 воды. В присутствии сахарозы, глюкозы, фруктозы растворимость лактозы снижается.
В сгущенном молоке с сахаром на 1 кг воды приходится в среднем 0,44 кг лактозы.
Следовательно, при 45-60 °С лактоза в продукте будет находиться в растворенном состоянии, а при 20 °С неизбежны перенасыщение ею раствора и кристаллизация. Учитывая, что кристаллы, имеющие размеры не более 10-11 мкм, органолептически не ощущаются, исключение отрицательного влияния малосладких кристаллов лактозы на качество продукта возможно только тогда, когда их размеры не будут превышать 10-11 мкм и в соответствии с этим консистенция будет оцениваться как однородная. В табл. 17 показана зависимость оценки консистенции сгущенного молока с сахаром от среднего размера и количества кристаллов лактозы.
Таблица 17
Количество кристаллов лактозы в 1 мм3 сгущенного молока с сахаром |
Средний размер кристаллов, мкм |
Оценка консистенции продукта |
400 000-300 000 |
11 |
Однородная (а) |
300 000-100 000 |
12-15 |
Слабомучнистая (б) |
100 000-50 000 |
16-20 |
Мучнистая (в) |
50 000-25 000 |
21-25 |
Сильномучнистая (г) |
25 000 |
25 |
Песчанистая |
Из приведенных данных видно, что для формирования однородной консистенции продукта необходимо иметь в 1 мм3 его не менее 400 000 кристаллов с линейными размерами не более 10 мкм. Кристаллизацию лактозы с такими показателями принято оценивать как массовую и однородную, а консистенцию продукта - как отвечающую требованиям, предъявляемым к качеству сгущенных молочных консервов с сахаром.
Лактоза как кристаллическое вещество по кристаллографической классификации относится к моноклинной системе. Кристаллы имеют острые грани, чем объясняется ощущение присутствия крупных кристаллов в продукте как «песчанистость»; β-лактоза кристаллизуется в виде игл.
На форму кристаллов лактозы могут влиять скорость процесса, концентрация раствора лактозы и присутствие других веществ. Увеличение скорости кристаллизации сопровождается образованием кристаллов, имеющих форму усеченной пирамиды.
Добавки в незначительной степени изменяют форму растущих кристаллов, например, β-лактоза, в качестве добавки, ингибирует рост призматических кристаллов. При снижении концентрации лактозы образуются кристаллы в виде более вытянутых усеченных пирамид. При одновременном массовом зарождении центров кристаллы имеют форму сильно усеченных пирамид и призм.