乳糖酶
乳糖酶（Lactase），又称β-半乳糖酶（β-galactosidase），是一类催化乳糖水解形成葡萄糖和半乳糖或催化转糖苷形成低聚半乳糖的酶分子，分解乳糖产生半乳糖和葡萄糖的双糖酶。乳糖酶在乳品生产、医药助消化、果菜成熟软化、环境保护等方面具有应用价值，缺乏乳糖酶还会导致乳糖不耐受。
乳糖酶的来源非常丰富，包括植物来源、动物来源和微生物来源。植物来源如杏、李、桃、苹果和咖啡豆等，动物来源主要有肠、脑、消化器官和皮肤组织，微生物来源有细菌、放线菌、酵母菌和霉菌等，只有微生物乳糖酶具有工业应用价值。
乳糖酶在食品行业中的主要应用是生产低乳糖乳制品，水解其中的乳糖，制备低乳糖牛奶；乳糖酶还可以生产低聚半乳糖，能够调整肠胃，促使肠道内双歧杆菌的生成，维持肠道微生态平衡；乳糖酶还可用于改良乳制品，提升产品的甜度，降低水解生成的半乳糖冰点，提高冷冻乳制品的抗融性；此外，乳糖酶可使果实软化、加快蔬果的成熟；含乳糖的乳制品经过适当的乳糖酶消化可以防止乳糖不耐症的发生。
定义
乳糖酶，（Lactase），是一类催化乳糖水解形成葡萄糖和半乳糖或催化转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，含乳糖的乳制品经过适当的乳糖酶消化可以防止乳糖不耐受的发生。此外，乳糖酶还具有半乳糖苷转移作用，可用来生产低聚半乳糖(galactooligosaccharides，GOS)，乳糖酶可应用在益生菌食品的生产中。
性状
白色粉末，无味，无嗅，溶解后是一种浅粽色液。
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，可用来生产低聚半乳糖(galactooligosaccharides，GOS)。微生物乳糖酶的酶学特征因来源不同展示出较大差异，下表列出了一些主要的微生物乳糖酶特性。细菌产的乳糖酶多为常温酶，最适反应温度一般在40℃，最适作用pH值在6.5-7.5之间，耐热性好，适用于大规模发酵生产。酵母菌产的乳糖酶也多为常温酶，具有较强的水解活性，常用于牛乳和乳清中乳糖的水解。霉菌生产的乳糖酶为胞外酶，分离提取方便，其最适反应温度通常高于细菌和酵母菌生产的乳糖酶的最适温度，通常在50℃以上，最适pH值偏酸性，热稳定性较高，主要用于干酪、牛乳和酸性乳清的水解处理，其中米曲霉来源的乳糖酶具有较强的转糖基活性，可用于生产低聚糖。
以上数据来源于
来源
乳糖酶在自然界中广泛存在，来源十分丰富。南芥、番茄、水稻、桃、苹果等植物中均含有乳糖酶基因，但通常植物来源的乳糖酶实用性很低。哺乳动物的皮肤组织、消化器官，尤其是婴幼儿的肠道中，也含有丰富的乳糖酶。
微生物也是乳糖酶的来源之一，微生物生长代谢快，用于发酵制备乳糖酶，具有生产周期短、成本低、产量高且易于操控等优点，被广泛研究并应用于工业化规模生产中。产乳糖酶的微生物主要有细菌、霉菌、酵母菌以及放线菌，大量细菌都能产生乳糖酶，如大肠杆菌（Escherchiacoli）、嗜热链球菌（Streptococcusthermophitus）、嗜热脂肪芽孢杆菌（Bacillusstearothermophilus）、巨大芽孢杆菌（Bacillusmegaterium）、保加利亚乳杆菌（Lactobacillusbulgaricus）、瑞士乳杆菌（Lactobacillushelveticus）等，其次是霉菌来源的乳糖酶，主要以黑曲霉（Aspergillusniger）和米曲霉（Aspergillusoryzae）研究为主，酵母菌来源的有乳酸克鲁维酵母（Kluyveromyceslactis）和脆壁克鲁维酵母（Kluyveromycesfragilis），放线菌来源的乳糖酶较少。
体内的吸收与代谢
乳糖进人人体后，在小肠乳糖酶的作用下分解成为葡萄糖和半乳糖，后者是构成脑及神经组织糖脂质的成分，是婴儿脑发育的必需物质。乳糖及其分解产物乳酸对钙、磷的吸收利用起重要作用。在生理情况下，位于小肠黏膜面绒毛远端刷状缘上的乳糖酶将乳糖在小肠中分解为一分子的葡萄糖和一分子的半乳糖，从而被机体吸收。
生物合成
乳糖酶是由前乳糖酶原在高尔基体、内质网中经过一系列步骤生成的，前乳糖酶是具有由1927个氨基酸组成的单一多肽一级结构。它由五个结构域构成，氨基酸序列、成熟乳糖酶中部分结构域、部分乳糖酶片段、跨膜疏水锚、短的亲水性羧基末端，在信号肽引导下经过内质网修饰后进入高尔基体后被糖基化等一系列步骤，得到乳糖酶。
应用
乳糖酶是一种安全的生物酶制剂，美国食品药品监督管理局和食品添加剂联合专家委员会评审机构均认定了其安全性，中国也将其列入食品添加剂使用卫生标准GB2760中。随着新材料和生物技术的发展，乳糖酶固定化效率有了一定程度的提高，越来越多应用于乳品工业、医药等领域。
乳品工业：乳糖酶在乳品工业中应用广泛，可用于低聚半乳糖(galactooligosaccharides, GOS)的生产、无乳糖/低乳糖牛奶的生产、乳制品副产物乳清的降解、低乳糖冰激凌的生产等。但乳糖酶在实际应用中的复杂条件，限制了乳糖酶的应用范围，如乳糖酶由于胃液的酸性和蛋白酶的作用而丧失活性，工业应用中反应条件复杂导致乳糖酶的重复性使用次数少、稳定性低等缺点。乳糖酶固定化技术的发展为克服以上难题提供了有效途径。固定化乳糖酶是将乳糖酶和载体相互结合在一起，控制反应在一定的空间范围内，固定化乳糖酶有利于回收后的重复使用和提高乳糖酶稳定性。传统乳糖酶固定化方法较高的生产成本和较低的乳糖酶固定化效率限制了乳糖酶固定化载体材料的商业应用。
医药领域：治疗乳糖不耐受的一般方法是避免食用乳糖，可食用代乳品及无乳糖乳品等，但会影响正处于生长发育中的儿童对营养物质和钙的吸收，为避免这些不足，许多研究找到了解决方法，包括乳制品中添加乳糖酶、应用发酵乳及益生菌等。
生产低乳糖乳制品
人体内乳糖酶的活性随年龄的增长而下降，成年人的体内乳糖酶活性仅为正常婴幼儿水平的5%-10%，由于乳糖酶的缺乏，乳糖吸收能力降低，严重时会引发乳糖不耐受。研究显示，世界上有将近70%的成人患有乳糖不耐受症，中国乳糖酶缺乏人群约为75%-95%。为解决乳糖不耐症问题，乳品工业中常在牛乳中添加乳糖酶，水解其中的乳糖，制备低乳糖牛奶。
生产低聚半乳糖
低聚半乳糖作为一种益生因子，能够调整肠胃，促使肠道内双歧杆菌的生成，抑制有害菌的生长，维持肠道微生态平衡。低聚半乳糖性质极其稳定，不会受生产加工过程中的高温杀菌和人体胃部酸环境的影响，且不易被小肠吸收，同时具有其他糖类的特性和甜度，可替代其他糖类在高血脂、肥胖、糖尿病人的低糖类食品中添加，极具市场开发价值。利用乳糖酶特异性的转糖基活性，是目前工业化生产低聚半乳糖的主要方法。
改良乳制品
在浓缩乳制品或者冷冻乳制品中，因乳糖的低溶解度，会出现乳糖结晶现象，使产品口感下降。因此，在生产加工过程中，添加20%-30%的乳糖酶来防止这种现象的发生，同时还可以提升产品的甜度，减少蔗糖用量，降低水解生成的半乳糖冰点，提高冷冻乳制品的抗融性。酸乳生产加工中，因发酵周期长，需额外添加蔗糖以防止产品口感过酸等问题，在此过程中添加乳糖酶，酸乳凝固时间可以减少15%-20%，有效缩短发酵周期，且蔗糖用量和产品口感都有所改善。
替代糖类添加剂
在乳清中添加乳糖酶，产生的乳清糖浆口感类似于蔗糖的甜度，溶解度较乳糖也提升数倍，可作为蔗糖的替代品，用于面包、饼干等各种糕点和其他食品的加工生产中，还可替代加糖浓缩牛乳，制作牛乳软糖，能够避免纹理、沙包、乳糖结晶和焦糖化等现象出现。
果蔬软化
植物中的乳糖酶能够分解胞壁多糖中的半乳糖苷，产生半乳糖，可溶性半乳糖可使果实软化、加快蔬果的成熟，目前己广泛应用于多种水果的软化和蔬菜的促成熟中。
乳糖不耐受症
乳糖是以单体分子形式存在于奶中的唯一二糖，是新生儿糖类的主要来源。在生理情况下，位于小肠黏膜面绒毛远端刷状缘上的乳糖酶将乳糖在小肠中分解为一分子的葡萄糖和一分子的半乳糖，从而被机体吸收。乳糖不耐受(1actoseintolerance，LI)是指由于小肠黏膜乳糖酶缺乏(1actasedeficiency，LD)，导致乳糖消化吸收障碍，从而引起以腹胀、腹痛、腹泻为主的一系列临床症状。当LD仅引起乳糖吸收障碍而无临床症状时，称为乳糖吸收不良(1actosemalabsorption，LM)。
LI的分类
根据发生原因，LI可分为先天性LD、成人型(原发性)LD、继发性LD和发育型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，属于常染色体隐性遗传，这一类型少见。患儿的主要症状为腹泻，大便黄色或青绿色，稀糊状，夹有奶块，泡沫多，少数婴儿有溢乳或呕吐，可伴肠胀气和肠痉挛。
成人型(原发性)LD
成人型(原发性)LD是由于乳糖酶活性随年龄增长逐渐降低引起的，是最常见的一种。发生率因种族和地区的不同而不同，北欧为2％～15％，中欧为9％一23％，黑种人和北欧犹太人为60％一80％，美洲印第安人为80％一100％，美国白种人为6％一22％，西班牙为50％一80％，印度为60％一70％，亚洲为95％一100％p1。中国儿童3—5岁组、7—8岁组和11～13岁组中，LD的发生率分别为38．5％、87．6％和87．8％H1。患者多表现为肠鸣活跃、排气增多、腹痛，其次为头晕、稀便、腹胀和腹泻。
继发性LD
多继发于小肠黏膜疾病或某些全身性疾病，如感染性腹泻、肠道手术、急性胃肠炎、局限性回肠炎、乳糜泻、短肠综合征、克罗恩病、β-胰蛋白缺乏症、广泛肠切除，或因服用新霉素或对氨基水杨酸等药物所致。小肠黏膜病变可导致暂时性乳糖酶低下，而此类变化可逆，随着原发疾病的治愈，乳糖酶活性恢复正常。细菌感染、慢性腹泻及其他损害肠黏膜的疾病均可导致肠黏膜乳糖酶分泌不足，引起LM或LI。研究发现慢性腹泻患儿中78％有肠黏膜损害，68％有LD。
对婴幼儿而言，继发性LI较为常见，常常由腹泻引起，其中轮状病毒性肠炎导致继发性LI的发生率最高。有学者认为50％一77％的因急性腹泻就诊的婴儿和儿童有LI。研究表明：3岁以下腹泻患儿中继发性LI的发生率为61.73％；轮状病毒肠炎组继发性LI的发生率明显高于其他原因腹泻。
乳糖酶相对不足
急慢性腹泻时LI是继发肠黏膜损害和肠功能不全的结果，在这种病理状况下黏膜损害程度和乳糖摄入量决定了LI的发生率。但对一些健康婴儿来说，当乳糖摄入过多，会使小肠内原来水平正常的乳糖酶超负荷，形成乳糖酶相对不足，使部分乳糖不能被分解吸收，继而发生LI。有研究发现，这种生理现象并不是母乳中的乳糖水平高，而是每次母乳的摄入量过多，形成相对的乳糖过高。
发育型LI
胎龄\u003c34周的新生儿胃肠道未发育成熟，乳糖酶分泌不足。
病理机制
乳糖的消化吸收在小肠七部，上皮细胞的刷状缘分泌乳糖酶，水解乳糖为单糖，通过细胞的主动转运而吸收。肠乳糖酶活性降低时，使未吸收的乳糖停留于肠腔内，由于它的渗透作用，导致水和钠离子、氯离子向肠腔内运转，直至肠内容物与内环境的渗透梯度达到平衡，肠腔液体的增加可促进肠蠕动，加速肠内容物通过，引起水样便。未消化的乳糖到达末端回肠和结肠，部分被细胞代谢为乳酸、乙酸和氢气，这些有机酸进一步增加了肠腔的渗透压力，促进腹泻的发生，严重者可发生脱水、酸中毒。小肠黏膜受损导致绒毛顶部含双糖酶的(包括乳糖酶)上皮细胞丢失，加上修复后不成熟的上皮细胞乳糖酶活性较低，导致腹泻患儿易发生继发性LD。蔗糖也是双糖，腹泻时也会发生对蔗糖不耐受。
分子机制
乳糖酶又称β-半乳糖苷酶，对乳糖真正起水解作用的为乳糖酶根皮苷水解酶(LPH)。乳糖酶至少到孕34周才开始有活性。早产儿和一些刚出生的足月儿由于肠黏膜发育不成熟，乳糖酶活性偏低，不能较好地消化吸收乳糖，待肠黏膜发育成熟后LI会消失。随着年龄的增长，乳糖酶基因表达降低，甚至关闭，乳糖酶的活性会逐渐降低，甚至消失，导致LM、LI。LD的发生率较高，各地区无明显差异。但LI发生率有地区差异，北方高于南方。
LPH活性下凋的机制尚不清楚，研究表明LPHmRNA水平与乳糖酶活性呈显著正相关，提示小肠LPH的表达主要由LPHmRNA水平的调节决定。酶从有活性形式转为无活性形式是导致低乳糖酶活性的原因，加工环节可能在乳糖酶基因表达中起重要作用。人类LD或哺乳类动物断奶后，有多种因素可引起LPH下降。研究发现LD个体LPH前提物合成出现下降，酶蛋白加工合成速度缓慢，且发现其仅有部分肠上皮细胞可合成LPH，而与之相反的是，在维持高乳糖酶活性的个体中，肠上皮细胞均可产生LPH。
临床表现
临床症状取决于食物乳糖含量、LD的程度和含有乳糖食物的状态。儿童食用乳糖或含有乳糖的食物后，表现为以下一种或更多症状的临床综合征，包括恶心、腹胀、腹痛、腹泻等。严重或长时间的腹痛或腹泻等会影响儿童的生长发育，甚至导致营养不良或机体的水电解质酸碱平衡紊乱，也会相互影响形成恶性循环。
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类，是婴幼儿主要的能量来源，乳糖的消化吸收对人类正常的生长发育起重要作用。乳糖进入人体后，在小肠乳糖酶的作用下分解成为葡萄糖和半乳糖，后者是构成脑及神经组织糖脂质的成分，是婴儿脑发育的必需物质。乳糖及其分解产物DL-乳酸对钙、磷的吸收利用起重要作用。由于先天性LD或其他原因导致乳糖酶活性降低，乳糖不能被分解为葡萄糖和半乳糖，未被消化的乳糖随消化道下行进入结肠后，被细菌发酵生成短链脂肪酸(如食用醋酸、丙酸、丁酸等)和气体如甲烷、氢气、二氧化碳等。由于乳糖发酵过程产酸产气，增加肠内的渗透压，会出现肠鸣、腹痛、排气增多和渗透性腹泻等临床表现。存在这些临床表现时称为LI，无临床表现称为LD或LM。
治疗
治疗LI的一般方法是避免食用乳糖，可食用代乳品及无乳糖乳品等，但会影响正处于生长发育中的儿童对营养物质和钙的吸收。为避免这些不足，许多研究找到了解决方法，包括乳制品中添加乳糖酶、应用发酵乳及益生菌等，也有一些中医中药(如参苓白术散)及小儿推拿等治疗LI的研究。
无乳糖奶粉
无乳糖奶粉不含乳糖，糖类为麦芽糖糊精，易消化吸收，渗透性低，降低肠黏膜对高渗透性食物的敏感性，有利于减轻腹泻症状；无乳糖奶粉为优质牛乳蛋白配方，能确保蛋白质的足量供应和良好利用，而且有天然奶味，更易被患儿接受，并方便以后转为母乳或普通配方奶，且含有婴儿正常所需的全部矿物质和维生素。继发性LI患儿予去乳糖奶粉短期干预即可治愈，而先天性u患儿予去乳糖奶粉需较长时间。
添加乳糖酶
在牛奶中加入乳糖酶，经过一定时间和温度的水解，利用乳糖酶(β-半乳糖苷酶)分解乳糖，达到降低乳糖的目的。利用乳糖酶水解生产的低乳糖牛奶，仅其中的乳糖被分解为半乳糖和葡萄糖，口感甜度大幅升高，而蛋白质、脂肪和矿物质等其他成分并未发生变化，总体营养成分改变不大。这种方法成本很高，要求苛刻，在中国一直难以实现工业化生产。
发酵乳及益生菌
发酵乳通过在牛奶中加入保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌，利用DL-乳酸的发酵作用制成。发酵法生产的发酵乳，通常称为“酸奶”，在酸奶中活菌的β-半乳糖苷酶作用下，牛奶中25％一50％的乳糖在发酵过程中被乳酸菌分解，使酸奶的乳糖水平降低，营养价值有所提高。发酵乳中的活菌可进入肠道，改善肠道菌群，在肠道中分泌β-半乳糖苷酶，使肠道表面的乳糖酶活性升高，改善机体对乳糖的代谢吸收状况；胃排空速率和肠转运时间的减慢可延长小肠内残存乳糖酶消化乳糖的时间，促进分解吸收，同时还有降低渗透压的作用，酸奶改善LI是通过延长转运时间。发酵乳是解决LI患者乳制品摄入的一个好办法，但缺点是成本较高、保质期较短、不宜长期保存。
许多研究表明，含有益生菌如双歧三联活菌片、双歧三联活菌胶囊等微生物活菌制剂能促进动物小肠绒毛上皮细胞增生，迁移替代病损的绒毛上皮细胞，有利于乳糖酶的恢复及治疗继发性LI引起的腹泻。持续摄入益生菌和酸奶有明显改善LI症状的作用，究其原因可能与结肠β-半乳糖苷酶活性增加有关。酸奶中的活菌含β-半乳糖苷酶，保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌和双歧杆菌均可合成该酶，该酶活性较非乳糖发酵菌高。
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牛奶堪称人类的“全价食物”，所含营养物质几乎能全部被人体消化吸收。牛奶富含脂肪、蛋白质、乳糖，含有人体所需的20种氨基酸，含有丰富的矿物质，包括钙、磷、钾、钠、铁等，而且，牛奶中的钙更容易被人体吸收。牛奶中钙与磷比例合适，是促进儿童、青少年骨骼、牙齿发育的理想营养食品。《中国居民膳食指南2022》推荐，每天摄入300—500ml液态奶，建议把牛奶制品当作膳食组成的必需品。
参考资料
喝牛奶，这个提示请收藏.光明网.2024-01-18