许多人因为乳糖问题无法食用牛奶或奶制品。乳糖本身不能被吸收，必须先分解成葡萄糖和半乳糖。对于大多数人来说，这种转化由一种叫做乳糖酶的酶轻松完成。然而，有些人不能产生足够的乳糖酶甚至完全不能产生，因此未改变的乳糖会到达结肠。那里有细菌可以通过发酵来分解它，但这会产生大量氢气、二氧化碳和甲烷气体，导致腹胀和其他腹部问题。乳糖以及其他非气体发酵产物还会提高结肠内的渗透压，导致水分流入和腹泻。这些症状的严重程度主要取决于乳糖酶缺乏的程度以及摄入的乳糖量。
过去几十年里，无乳糖牛奶和无乳糖奶制品变得越来越普遍。问题是，乳糖是如何去除的？传统化学技术不可能用于此，因为它会破坏风味并可能使其变得不安全饮用。取而代之的是更现代的酶基方法，可以有选择性地分解乳糖而不影响牛奶的其他成分。这听起来可能很复杂，但实际上非常简单。
我首先尝试了一种较为简单的方法，即直接向牛奶中添加乳糖酶。我在当地药店找到了一些名为Lactase的品牌滴剂，成分中含有乳糖酶。我买了一升牛奶，在添加任何东西之前测试了葡萄糖水平。最简单的方法是使用糖尿病试纸条，通常用于检测尿液中的葡萄糖。试纸条对葡萄糖具有高度特异性，而牛奶中唯一的糖是乳糖，所以应该呈阴性反应。我将试纸浸入牛奶中，等待30秒后与参考图表对比，结果正如预期，显示没有葡萄糖。
根据说明书，每升牛奶需添加10到15滴乳糖酶。我选择了10滴作为中间值，感觉这是一个合适的数量。加入后充分混合，几分钟后再次测试葡萄糖水平。此时仅过去了大约10分钟，我已经开始检测到葡萄糖的存在。这是因为发生了水解反应，乳糖酶将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖。当一个乳糖分子进入酶的活性位点时，会被谷氨酸攻击，从而打破两个糖之间的糖苷键，释放出葡萄糖。仍与酶结合的半乳糖单元随后被水分子攻击，释放半乳糖并再生酶。这个循环不断重复，直到几乎所有的乳糖都被分解。
我将其放入冰箱一段时间后，在一小时标记处再次测试。虽然我不记得为什么没有更早测试，但在五小时标记处已经超出测量范围。从这一点开始，我无法继续测试葡萄糖水平，于是将其放入冰箱几天。现在应该几乎不含乳糖，并且完全可以安全饮用。不过，味道与普通牛奶有所不同，因为葡萄糖和半乳糖比原来的乳糖更甜。需要注意的是，牛奶中存在的活性酶可能会缩短其保质期。大多数乳糖酶来源不是100%纯净，可能含有少量其他酶，这些酶可以分解牛奶蛋白质。此外，如果乳糖酶未完全灭菌，还可能含有微量微生物。为了解决这些问题，牛奶通常会重新巴氏杀菌，以失活酶并杀死微生物。
尽管这种方法相对容易，但有一个主要缺点，即成本较高。乳糖酶价格昂贵，直接添加然后失活的方式有些浪费。为了减少酶用量，开发了一些不同的方法，但仍然不是所有公司的理想选择。一种可能的解决方案是将酶固定在一个固体支持物上。这听起来可能复杂，但实际上是将酶附着在一个固体上以便于回收和分离。一旦分离出来，可以在新一批牛奶中重复使用。最常见的固定化方法之一是将酶包裹在钙藻酸盐凝胶中。制作凝胶需要从海藻中提取的可食用多糖——褐藻酸钠。我制作了约2%的溶液，用搅拌机混合后倒入小容器。加入整瓶乳糖酶，充分混合后制备钙氯化物溶液。将混合物逐滴滴入钙氯化物溶液中形成凝胶珠。最终得到的是一个充满乳糖酶的多孔钙藻酸盐网络。牛奶中的乳糖可以与表面的乳糖酶相互作用，并扩散进入内部进行水解。
工业上通常采用批量或连续处理两种方式。批量处理中，牛奶加入并搅拌一定时间后排出；连续处理中，新鲜牛奶从顶部持续加入，底部稳定流出。通过这种方式，牛奶缓慢流过凝胶珠，到达底部时几乎所有的乳糖都已被水解。尽管这种方法可以节省和回收酶，且牛奶无需加热，但也存在一些问题。牛奶中的蛋白质会附着在固体支持物表面和孔隙中，阻碍乳糖酶的作用。此外，由于固体支持物长期使用，微生物生长成为问题。为此，需要定期清洗以去除蛋白质并重新巴氏杀菌以杀死微生物。此外，制造或购买固定化酶本身也有成本，且不会永久使用，因此仍然是经常性的开支。目前来看，第一种方法仍然是主流，但随着技术进步，第二种方法可能会逐渐取代前者。
最后，为了克服无乳糖牛奶过于甜的问题，开发了超滤法。在高压下，牛奶被推过一层薄而多孔的膜，允许较小成分如水、乳糖和矿物质通过。剩下的浓缩物可以用来制作奶酪或重新稀释成牛奶。重组物几乎不含乳糖，但仍需用酶处理以去除残留乳糖。由于乳糖含量极低，生成的葡萄糖和半乳糖量很小，不会影响风味。据说这种牛奶的味道接近普通牛奶。
目前市场上销售的无乳糖产品采用了上述所有方法。如果您好奇某个品牌是如何生产的，可以通过研究或查看细则找到确切答案。
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