Каковы методы производства Galacto Oligosaccharide (GOS)?

С развитием общества и изменениями в структуре питания человека, люди и#39- да. Потребление мясных и молочных продуктов растет, в то время как потребление зерновых постепенно сокращается. Изменения в структуре питания непосредственно привели к росту гипертонии, диабета, различных заболеваний ротовой и пищеварительной систем. Кроме того, в связи с ухудшением положения в стареющем обществе спрос на функциональные продукты питания и продукты здорового питания будет продолжать расти.Galacto-- олигосахариды(GOS) are A/данные отсутствуют.typical Функциональные возможности системы- продукты питанияadditive thПо адресу:is Соединенные Штаты америкиgreat scientific research value иmarkВ то же времяdevelopment prospects due to their excellent physical иПо химическому оружиюproperties иoutstanding physiological effects.

1. Знакомство с галактоолигосахаридами и их физиологическими эффектами

1.1. Знакомство с галактоолигосахаридами

Prebiotics are non-digestible - продукты питанияcomponents that cА вот и нет.be selectively utilized by bifidobacteriA/данные отсутствуют.иlactobacilli to promote host health. They play an important role В случае необходимостиmaintaining В настоящее времяbalance Соединенные Штаты америкиintestinal flora. Having “optimal” intestinal florA/данные отсутствуют.can enhance the body's устойчивость к патогенным бактериям, снижение массовой доли аммиака в крови, повышение иммунитета и снижение риска возникновения рака [1-2]. Галактоолигосахариды (GOS) — это функциональный олигосахарид и член пребиотической семьи, которая привлекает много внимания в последние годы [3-5]. Галактоолигосахариды состоят из 2-10 галоктозных единиц и конечной глюкозы, со структурной формулой (галактоза)n-глюкозы.

In addition, the disaccharide composed Соединенные Штаты америкиtwo ga- лактозаunВ его рамкахis also considered a type Соединенные Штаты америкиoligosaccharide- да. Олигосахариды встречаются в природе в небольших количествах, только в грудном молоке и некоторых фруктах и овощах. Они обладают превосходными физико-химическими свойствами и выдающимися физиологическими эффектами, что делает их очень пригодными для использования в качестве добавок в пищевой промышленности [6]. Кроме того, безопасность олигосахаридов получила широкое признание. Например, Япония уже рассматривала олигосахариды как специфическую пищу для здоровья (FOSHU), Соединенные Штаты признали их как общепризнанное безопасное вещество (GRAS) [7], а Китай определил их как питательную добавку и новое ресурсное питание. Поэтому галактоолигосахаридыимеет широкое применение во многих областях, таких как детское питание, ферментированное молоко, кондитерские изделия, хлебобручные изделия, корма для скота и корма для домашних животных, и имеет многообещающие перспективы на рынке.

1.2 физико-химические свойства и физиологические эффекты галактоолигосахаридов 

1.2.1 физико-химические свойства

Commercially available galacto-oligosaccharides are translucent, yellowish to colourless, иhave a moderate sweetness, generally 0.3 to 0.6 times that Соединенные Штаты америкиsucrose. The viscosity is similar to that Соединенные Штаты америки- высокий уровеньfructose syrup, иthe caloric value is lower than that Соединенные Штаты америкиsucrose, generally less than 50%. Galacto-oligosaccharides contaВ случае необходимостиmany hydrophilic groups, which gives them good water solubility иwater retention, иstrong moisturising properties. In addition, due to its structure, which contains many β-(1→ 3), β-(1→ 4) and β- (1→ 6) glycosidic bonds that are not easily hydrolyzed, it hПо состоянию на 31 декабряhigh Стабильность в эксплуатацииat high temperatures and over a wide pH/ч.range. For example, it can remaВ случае необходимостиstable дляseveral months at a temperature Соединенные Штаты америки37°C and pH 2. It can also remain stable physically and В химическом отношенииafter being treated at a neutral pH Соединенные Штаты америки7 and a temperature Соединенные Штаты америки160°C or a pH Соединенные Штаты америки3 and a temperature Соединенные Штаты америки120 .

1.2.2 физиологические последствия

1. Невозможность пищеварения. Непереносимость является одним из факторов, который должен присутствовать для того, чтобы компонент был определен как пребиотический [1]. Галактоолигосахариды, как правило, не перевариваются или поглощаются телом и#39;s ферменты пищеварения, потому что они содержат много β-galactoside связей между сахарными единицами, которые не легко гидролизируются, за исключением очень небольшого числа disaccharides. Исследования показали [8-9], что олигосахариды с массовой долей более 90% не перевариваются и не поглощаются желудком и тонким кишечником, а проникают непосредственно в толстую кишку. Эксперименты In vitro также показали, что олигосахариды, такие как галактоолигосахаридыи galactotrioses не гидролизируются при помощи гравитационной амилазы слюны, искусственного желудочного сока или свиной поджелудочной железы гравитационной амилазы. Лишь небольшая часть дисаксаридов может быть переварита ферзимами в крысином кишечнике. Кроме того, калорийность галактоолигосахаридов очень низка и составляет всего 5-8 КДЖ/г. По этой причине galacto-oligosaccharides может быть использован в качестве подсластителя и переливающего агента в продуктах питания для больных диабетом и ожирением.

2. Способствует распространению пробиотиков. Галактоолигосахариды могут избирательно использоваться бифидобактериями и лактобациллами, тем самым способствуя распространению полезных бактерий, сдерживая рост вредных бактерий и поддерживая баланс кишечной флоры. Дэвис и др. [10]изучили влияние дозировки галакто-олигосахарида на бифидобактерии и обнаружили, что ежедневное потребление жевательных конфет, содержащих 5 г или более галакто-олигосахаридов в течение 3 недель, оказывает значительное влияние на распространение бифидобактерий. Чан цзиньцзинь и др. [11] изучали добавление 2% олигосахаридов в рацион отнятых свиней, что может увеличить относительное изобилие лактобацилли в пиглет'. Кишечник и улучшить микробный состав кишечника.

3) Promote mineral absorption. Probiotics such as Bifidobacterium can use galacto-oligosaccharides to produce weak acids such as short-chain fatty acids (acetic acid, butyric acid, isobutyric acid, etc.) and lactic acid, which can lower the intestinal pH, promote the absorptiПо состоянию наСоединенные Штаты америкиcalcium and iron ions, and prevent osteoporosis [7, 11-12].

4. Профилактика кариеса. Галактоолигосахариды не могут быть использованы стрептококками мутанами, что снижает выработку стрептококков мутанами и предотвращает карие. В то же время, галактоолигосахариды имеют сладкий вкус, так что они могут быть использованы в качестве подсластителя в children's питание или в производстве антикариеса конфеты, чтобы уменьшить частоту кариеса у детей.

5. Профилактика и лечение запоров. Короткоцепные жирные кислоты и газы, такие как CO2, H2 и CH4, образующиеся в результате ферментации и разложения галактоолигосахаридов бифидобактериями, могут стимулировать движение кишечника, увеличивать содержание влаги в табуретах и предотвращать запоры.

6. Прочее: галактоолигосахариды также играют важную роль в регулировании иммунной системы, регуляции липидного метаболизма и ингибировании роста опухолевых клеток [12 — 14]. Галакто-олигосахариды также были найдены избирательно стимулировать рост "полезных" бактерий на коже человека. В качестве косметической добавки, они имеют определенный увлажняющий эффект и может помочь очистить акне [15]. Кроме того, исследования показали, что изменения в среде кишечной флоры могут привести к возникновению таких заболеваний, как депрессия, ожирение, альцгеймер и#39; болезнь и паркинсон#39. Болезнь s. Поскольку олигосахариды благотворно влияют на регулирование кишечной флоры, их физиологические последствия также привлекают широкое внимание исследователей в фармацевтической области.

2 подготовка олигосахаридов

At present, domestic and foreign studies have shown that the main methods Соединенные Штаты америкиpreparing oligosaccharides are extraction from natural raw materials (such as the acid hydrolysis Соединенные Штаты америкиnatural polysaccharides), chemical synthesis, fermentation and enzymatic methods (biocatalysis). Since the content of oligosaccharides in natural raw materials is very low, such as honey, some fruits and vegetables and animal milk contain trace amounts of oligosaccharides, and only breast milk contains slightly more, it is not realistic to extract large amounts of oligosaccharides from natural raw materials. When natural polysaccharides are hydrolyzed, the - урожайность;of oligosaccharides is not high, and the composition of the hydrolyzed products is complex, containing a large amount of other non-functional monosaccharides/oligosaccharides, which makes it difficult to separate and purify, and unsuitable дляlarge-scale industrial production. The chemical Ii. Обобщениеmethod дляpreparing galacto-oligosaccharides is highly polluting, costly, and not ecologically or economically efficient, and is also not suitable дляindustrial production. Among the methods for synthesizing galacto-oligosaccharides, the fermentation method and the enzymatic method have been studied more. The enzymatic (β-galactosidase) method, сits specific transglycosylation activity, has become the main method for industrial Производство и продажаof galacto-oligosaccharides [16-17].

2.1 механизм ферментативного синтеза галактоолигосахаридов

β-Galactosidase использует свою гидролитическую активность, чтобы разбить субстрат лактозы на галактозы и глюкозы единиц, а затем использует β-galactosidase's transglycosylation activity to transfer the ga- лактозаunit to different acceptors. When the acceptor of the galactose unit is water, galactose is formed; when the acceptor of the galactose unit is another sugar acceptor, oligosaccharides are formed. Therefore, the reaction of β-galactosidase synthesizing oligosaccharides is a kinetically controlled reaction accompanied by hydrolysis and Ii. Обобщение[18].

2.2. Град-галактозидазе, источники и синтез олигосахаридов

2.2.1. Галактозидасе

Грау-галактосидасе (к. 3). 2. Работа. 1. Работа. 23. Лактаза, также известная как лактаза, является разновидностью гликозидазы, которая может гидролизировать грау-галактозидные связи [4, 19] и применяется в таких областях, как продукты питания, биосенсоры и фундаментальные исследования. В пищевой промышленности гидролитическая активность грац-галактозидазы часто используется для разложения лактозы в молочных продуктах, производства молочных продуктов с низким содержанием лактозы, улучшения усвоения, растворимости, сладости и вкуса молочных продуктов, а также снижения риска возникновения симптомов непереносимости лактозы [4]. Исследования показали, что почти 70% взрослых в мире страдают от непереносимости лактозы [8]. Он также может использоваться для очистки сырых сточных вод с целью снижения загрязнения окружающей среды [20-21]. В области биосенсоров, некоторые ферменты лактозы-галактозидазы также используются в биосенсорах для обнаружения лактозы в молочных продуктах [22]. В области фундаментальных исследований кодирование β-galactosidase gene (lacZ) часто используется в качестве репортлекторного гена для мониторинга скорости переливания [4]. Интересно отметить, что в дополнение к гидролитической активности некоторые источники парадогалактозидазы также имеют трансгликозиловую активность, которая может быть использована для синтеза галактоолигосахаридов в качестве пребиотики, что является еще одним из основных видов ее применения в пищевой промышленности.

2.2.2 источники грава-галактозидазы

Существует широкий спектр источников β-galactosidase. Основными источниками являются: 1. Арабидопсис, помидоры, клубника, сладкий перец, яблоки, манго и бананы [23]; 2. Источники животных. В основном встречается в тонком кишечнике молодых млекопитающих; 3. Микробные источники. Бактерии (например, Escherichia coli, Lactobacillus и Bifidobacterium), формы (например, Aspergillus oryzae, Aspergillus Нигер и Penicillium), дрожжи (например, Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces fragilis и Kluyveromyces marxianus) и актиномицеты (например, Streptomyces coelicolor) [5, 8]. Плесень [5, 8]. Грава-галактозидаза из животных и растительных источников имеет небольшую массовую фракцию и трудно изолировать и извлечь, поэтому она не подходит для промышленного производства. Тем не менее, грава-галактозидаза из микробных источников имеет преимущества высокой урожайности, низкой стоимости и короткого цикла, так что он стал Основным источником, а также аспергиллом нигером, аспергиллом оризае, клюверомицидами lactis, бифидобактериями и циркулярами Bacillus являются основные ферменты для промышленного производства грау-галактозидазе [5, 24].

Грава-галактозидазы из различных источников значительно отличаются друг от друга по своим белковым последовательностям, молекулярным весам, структурам и ферментативным свойствам. На основе схожести β-galactosidase беленовых последователей, поиск базы данных биоинформатики CAZy (http://www.c azy). - org/,  Грау-галактозидазе можно подразделить на несколько семейств гликозидных гидролаз, таких как GH1, GH2, GH35, GH42, GH59 и GH147. Сообщалось, что семьи GH1, GH2, GH35 и GH42 обладают потенциалом промышленного применения. Данные о семьях, состоящих из различных источников, и их характеристиках деятельности приводятся в таблице 1.

2.2.3 гравско-галактозидазный синтез олигосахаридов

В последние годы, какБлаготворное влияние олигосахаридовПостепенно стало известно, что исследования олигосахаридов стали очагом внимания ученых как внутри страны, так и за рубежом. В настоящее время имеется большое число докладов об обобщении олигосахаридов в грау-галактосидасе внутри страны и за рубежом. Основными способами синтеза олигосахаридов путем грау-галактозидазы являются использование сырой или чистой грау-галактозидазы от диких бактерий [32-33], рекомбината грау-галактозидазы [34-35], цельных клеток или пермбиллизированных клеток микроорганизмов [30- 36], иммобилизованных ферментов или клеток [37, 29] для катализации гидролиза лактозы и процесса трансглицезилирования, достижения биокаталитической подготовки галактоолигосахаридов.

Преимущество использования свободных ферментов для синтеза галактоолигосахаридов заключается в Том, что свободные ферменты непосредственно участвуют в реакции, а продукт имеет высокую чистоту и прост в очистке. Недостаток заключается в Том, что количество используемого фермента велико, а стабильность не высока. Кроме того, Грааль-галактозидазе от диких бактерий трудно изолировать и очистить, и стоимость высока, но биобезопасность высока, в то время как Грааль-галактозидазе от рекомбинантных инженеризированных бактерий легче доступны, чем дикий фермент. Иммобилизованный фермент синтеза олигогалактозы является более стабильным, чем свободные ферменты и может быть использован повторно, и находится в центре исследований промышленного производства олигогалактозы.

Поскольку реакция грава-галактозидазы синтезирующей олигосахариды сопровождается динамически контролируемой реакцией гидролиза и синтеза, свойства грава-галактозидазы (фермента источника) имеют решающее значение для эффективной подготовки олигосахаридов биокатализом. Например, урожайность, степень полимеризации и тип смычки олигосахаридов зависят от свойств фермента грава-галактозидазе [5]. В настоящее время грау-галактозидазе, используемой в коммерческом синтезе олигосахаридов, в основном получают из бактерий, таких как Bacillus циркуляры, Aspergillus oryzae и Kluyveromyces lactis [5, 20]. Температура реакции на синтез олигосахаридов грау-галактозидазой из циркуляров Bacillus составляет 40~60 грау, pH близок к 6, а выход 40%; Оптимальная температура реакции для β-galactosidase от Aspergillus oryzae составляет 40~60 ℃, оптимальное pH 4,5, а урожайность олигосахаридов близка к 30%, и это более удобно, чтобы подготовить фермента по сравнению с β-galactosidase от Bacillus циркулянов. Температура реакции грау-галактозидазы от Kluyveromyces lactis составляет 35~40 графы, pH 6,5, а урожайность олигосахаридов составляет около 30%. Кроме того, грау-галактозидаза, полученная из Lactobacillus kluveri, имеет сильную гидролитическую активность и более пригодна для лактозного гидролиза, чем для синтеза олигосахаридов [5].

Сообщалось также о Том, что трехмерные структуры и механизмы реакции белков из различных источников, состоящих из грава-галактозидазы, отличаются друг от друга и имеют различную селекцию для воды и сахара. Условия реакции различны, что приводит к различиям в урожайности и структуре галактоолигосахаридов (т.е. источник граву-галактосидазе определяет урожайность, состав и тип гос) [38]. Например, Huang И др.[29]гетерологически выразили два генов β-galactosidase, полученных от клебсиеллы, производящей кислоту [39-40], и исследовали деятельность по трансглюкозилатации и гидролизу для получения высокоактивной β-galactosidase. Фермент имел высокую урожайность олигосахаридов при температуре реакции 37 градусов, начальную концентрацию лактозы 400 г/л, pH реакции 7,5, добавление фермента 10 л/г лактозы и время реакции 48 ч.

Реакция pH составила 7,5, количество фермента добавлено 10U/ г лактозы, а время реакции 48 ч. В этих условиях выход галоктозы составил около 45%, а массовая концентрация продукта достигла 178 г/л (включая изоомалозу, олигосахариды, трисакхариды и тетрасаксариды). Жу вуер и др. [41] использовали в качестве объекта исследования грау-галакотосидазу из Salinomonas S62. При температуре реакции 40 градусов, начальной концентрации лактозы 300 г/л, реакции pH 7,0, фермента добавки 50 U/ мл, и время реакции 6 ч, выход галактоолигосахаридов составил около 4 2%. Продукция включает в себя изоомалозу, галактозу, два вида олигосахарида галактозы, и два вида олигосахарида галактозы.

Родригез-ко-лина и др. [42]использовали β-galactosidase от Lactobacillus kluveri для получения максимальной мощности 177 г/л олигосахаридов с коэффициентом преобразования лактозы 76% в условиях первоначальной концентрации лактозы 400 г/л, pH реакции 7,0, температуры реакции 40 °C, фермента добавки количество 1,2-1,5 U/mL, и время реакции 6 ч.Два вида олигосахаридовС тремя галактозными блоками и двумя видами олигосахаридов с четырьмя галактозными блоками. 5U/mL, время реакции составило 6h, максимальная урожайность галактоолигосахаридов составила 177 г/л, коэффициент преобразования лактозы составил 76%, а продукты включали дисаксариды 6- галактозы и изоомалозы и 6- галактозы-лактозы. Уррутиа и др. [43]использовали грау-галактозидазу из аспергиллы оризае для производства гос.

Максимальная концентрация гос составила 107 г/л (26,8% от общего содержания сахара), что эквивалентно коэффициенту преобразования лактозы около 70%. Продукция включает в себя галактозу, 3-O- грау-галактозилглюкозу и 6 '- o-грау-галактозил-лактозу. Yanahira И др.[44]использовали грау-галактозидазу из Bacillus циркулянов для добавления фермента (275 U) в раствор, содержащий лактозу (55 г) (pH 6.0) при температуре реакции 60 β C (45 мл). Реакция была проведена в течение 23 часов, и было произведено 11 олигосахаридов (в Том числе 3 дисаксарида и 8 трисаксаридов), а именно: град-д-галп -(1 6,0). Реакция была проведена в течение 23 ч. Продукт содержал 11 видов олигосахаридов (в Том числе 3 дисакчаридов и 8 трисакчаридов), а именно: β- d-galp -(1→ 3)-d-GLC,β- d-galp -(1→ 6)-d-GLC,β- d-galp -(1→ 2)-d-GLC,β- d-galp -(1→ 4)-β- d-GLC -(1→ 4)- d-GLC,β- d-d-GLC Гап -(1-6) -[- - - - - гап - -(1 - - 2)] - - ГЛК - -(1 - - - - 2) - - (1 - - 6 - - гап - -(1 - - 4))- - д-глюк, (1 - - 4)- -(1 - - 3) - - д-глюк, (1 - - 4)- -(1 - - 4)- - Гап -(1-2 - гап)-д-ГЛК, гап-д-гап -(1-4 - гап) -[гап-д-гап - (1 - - 2)] - - d-GLC, (1 - - 4)- -(1 - - 4)- -(1 - - 6)- - d-GLC, (1 - - -(1 - - 3))- - d-GLC. Результаты исследования по биокаталитической подготовке гос методом грау-галактозидазе из различных источников приводятся в таблице 2.

Помимо ферментативных свойств самой граду-галактозидазы, ключевыми факторами биокаталитической подготовки галактоолигосахаридов являются также каталитические условия начальной концентрации лактозы и температуры реакции. Начальная концентрация лактозы выше соотношения массы к объему 30% способствует синтетической реакции, то есть способствует повышению урожайности галактоолигосахаридов [50]. Однако растворимость лактозы слабее, чем растворимость других сахаров. При температуре 30 °C растворимость составляет только 25% воды, а при температуре 40 °C-только 33% воды. Несмотря на то, что высокая концентрация лактозного раствора может быть достигнута за счет суперосатурации, суперосатурационный раствор является нестабильным и лактоза подвержена осаждению.

Таким образом, повышение температуры системы преобразования не только позволяет получить более высокую первоначальную концентрацию (лактозы) массы субстрата, но и повышает эффективность олигосахаридного синтеза. Концентрация, но также помогает повысить эффективность синтеза галактоолигосахаридов. В то же время чрезмерно высокие температуры реакции могут легко дезактивировать и деактивировать каталитическую градацию-галактозидазу. Еще одной горячей темой в исследовании ферментативного синтеза олигосахаридов является скринирование или молекулярная направляемая эволюция для получения высокотемпературной грац-галактозидазы для повышения эффективности синтеза олигосахаридов (коэффициент усвоения системы преобразования субстратов, выход продукции и чистота и т.д.). В настоящее время отечественные и зарубежные исследования [8]показали, что гликозидные гидролазы гипертермофильных микроорганизмов, таких как сульфолобус токодай, пирококк фуриоз, термус термофил, термус термофил, стафгилококк сахаролитик и галотермус марин, способны стимулировать трансгликозилационные реакции при температурах 80 градус или выше, что благотворно влияет на повышение урожайности олигосахаридов, полученных с помощью биокалитического метода.

3. Ферзимосинтезированная олигосахаридная галлактозная сепация и очистка

На сегодняшний день низкая урожайность остается недостатком промышленного производства олигосахаридов, подготовленных биокалитическим методом. Для газового-галактозидационного ферментного синтеза выход олигосахаридов обычно составляет от 20% до 45% (что соответствует коэффициенту преобразования лактозы в субстрат от 40% до 60%), а попытки значительно увеличить выход олигосахаридов за счет оптимизации биокаталистов или технологических технологий пока не увенчались успехом. Таким образом, удаление нереагировавшего лактозы и неполимеризированных моносахаридов (глюкозы и галактозы) после гидролиза из окончательного раствора реакции ферзиматического синтеза стало главной трудностью и узким местом в исследованиях по разделению и очистке олигосахаридов [32]. Сообщается, что современные методы очистки олигосахаридов включают хроматографическое разделение, мембранное разделение, ферментативные методы и селективную ферментацию [51].

Хроматографическое разделение основано на различных связывающих силах между компонентами материала, подлежащего разъединению, и стационарной и подвижной фазами, причем компоненты отделяются друг от друга последовательно. Ионно-обменные смолы чаще всего используются для отделения сахаридов [52]. Ли ляньюй и др. [53] использовали самодельный имитируемый подвижной хроматограф и последовательно имитируемый подвижный хроматограф для очистки сырой низкомолекулярной галактозы, соответственно, и получили хорошие результаты разделения. Результаты сравнительного анализа, полученные с использованием последовательно смоделированного подвижного хроматографа, оказались лучше. При коэффициенте преломления корма 60%, температуре столбца 60 градусов, экспериментальными условиями были скорость подачи 467 мл/ч, расход воды на входе 722,4 мл/ч и температура столбца 60 градусов. Урожайность олигосахаридов составила 91,3%, массовая доля — 95,1%.

Висниевский 4 мл/ч, урожайность олигосахаридов составила 91,3%, а массовая фракция 95,1%. Висниковский и др. [54]сообщили, что олигосахариды с массовой долей 99,9% могут быть получены с помощью технологии имитации подвижного пласта (СМБ). 9% низкомолекулярных галактоолигосахаридов. Разделение мембраны основано на Том, что вещества с различными молекулярными весами могут проходить через поры мембраны, в то время как макромолекулы блокируются. Это позволяет разделить компоненты с различными молекулярными размерами. Среди них ультра-фильтрация и нанофильтрация часто используются для отделения и очистки функциональных полисахаридов [55].

Фэн и др. [56]использовали мембрану NF-3 с пороховой фазой 800-1000 Da для очистки сырой нефти low-molecular-weight galactose products. The removal rates of monosaccharides and lactose were 90.5% and 52.5%, respectively, and the oligosaccharide mass fraction was 54.5% (1.5 times that of the crude product).  Массовая доля олигосахарида составила 54,5% (в 1,5 раза больше, чем сырой продукт), а урожайность олигосахарида — 70%.

В работе Goulas И др.[57]используются две асимметричные целлюлозно-ацетатные мембы (NF-CA-50 и UF-CA-1) для непрерывной фильтрации и диализа сырого продукта галактоолигосахарида, а массовая доля олигосахарида может достигать 98%. Из-за аналогичной молекулярной массы между галактоолигосахаридами и загрязнителями (главным образом лактозой и моносахаридами) разделение по градации мембран является сложной задачей. Хотя эффективное удаление простых сахара является разумным подходом, удаление лактозы потребует ферментативного предгидролиза, что приведет к снижению производительности и увеличению затрат. Разделение мембран, хотя и является избирательным, не загрязняет окружающую среду и энергоэффективным, является дорогостоящим и требует частой очистки и технического обслуживания, что в противном случае может привести к загрязнению мембран, ограничивая тем самым их применение в крупномасштабном промышленном производстве.

The enzymatic method selectively removes the corresponding simple sugars and lactose by adding an enzyme preparation. The enzymes used in this method have the advantages of specificity, good purification results, and high product purity. Maisch-Berger И др.[58]used a highly specific cellobiose dehydrogenase from Lactobacillus roxannae to purify the crude product of galacto-oligosaccharides. Then, a chromatographic step was used to remove ions and monosaccharides to obtain a purer Галакто-олигосахаридwith a monosaccharide and lactose mass fraction of less than 0.3%. 3%, and the yield of oligosaccharides reached 60.3%. The enzymatic purification process is costly due to factors such as the poor stability, recovery rate and high price of enzyme preparations. In addition, as the enzymatic reaction occurs, the pH of the reaction system gradually decreases, which also affects the activity of the enzyme, thus limiting its industrial application.

In addition to the above-mentioned separation and purification methods, the fermentation separation method, which is based on the selective fermentation characteristics of microorganisms, can also effectively improve the purification effect of galacto-oligosaccharides. It is also a hot research topic at home and abroad recently. For example, Использование программного обеспеченияKluyveromyces and Saccharomyces cerevisiae strains, the fermentative conversion (bioconversion) of raw oligogalactose can selectively remove metabolizable sugars (glucose, galactose and lactose) from the conversion solution, thereby achieving the goal of oligogalactose purification. Rengarajan В то же время- эл. - привет.[59]studied the continuous production of high-purity isomaltooligosaccharides (IMOS) by selective fermentation of Saccharomyces cerevisiae.

Низкокачественная фракция имоса (67%) высиживалась с отделенным штаммом Saccharomyces cerevisiae (4%) в 3л биореакторе в течение 1 ч в сочетании с микрофильтрационным мембранным циклом для получения высококачественных имосов, массовая фракция продукта > 91%, урожайность 79%, а самая высокая пространственно-временной урожайность составила 198,79 г /(л · ч). Исследование показало, что анаэробная ферментация сахара в течение 24 часов может, в частности, устранить массовую концентрацию моносакхаридов (глюкозы и галактозы) в низкомолекулярно-весовом галактозном материнском ликере и улучшить качество фракции продукта. Хотя этот метод селективной ферментации и разделения может получить продукт с высокой массовой фракции, селективная ферментация (биопреобразование) также имеет свои недостатки. Процесс ферментации требует высокой клеточной массы, а неочищенные галактоолигосахариды необходимо разбавить. Производство метаболических побочных продуктов, таких как этанол, уксусная кислота и глицерол, также может влиять на массовую долю и выход продукта [5].

4 состояние промышленного производства олигосахаридов

Промышленное производство олигосахаридов началось в японии [4], а затем было коммерциализировано в европе и США. Китай и Китай#39. Производство олигосахарида началось относительно поздно. Сегодня многие отечественные и зарубежные компании стали ориентироваться на олигосахаридную отрасль. К числу производителей олигосахаридов коммерческого производства относятся главным образом японские компании#39;s Yakult Honsha Co., Ltd., Япония 's Nisshin Sugar Manufacturing Co., Ltd., Нидерланды#- 39; Z, США и#- 39; Illinois Corn Products International, China's Baolingbao Biology, and Quantum Hi-Tech Biology Co., Ltd. .

Основные продукты олигосахарида на рынке представлены в таблице 3. Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в промышленном производстве олигосахаридов внутри страны и за рубежом, в олигосахаридной промышленности все еще существуют некоторые неотложные проблемы, которые необходимо решить, такие как трудность разделения и очистки олигосахаридов (в настоящее время качественная доля большинства производимых внутри страны олигосахаридов на внутреннем рынке составляет менее 57%), и существующая коммерческая деятельность по производству градиентной галакотозидасе не является высокой (доходность госн составляет около 30% - 40%). Поэтому разработка эффективных методов разделения и очистки олигосахаридов и поиск новых граду-галактозидасов с отличной производительностью станут основным направлением будущих промышленных исследований олигосахаридов, имеющих высокую научную ценность и перспективы развития [61].

5. Выводы

Благодаря вышеприведенному анализу олигосахариды широко используются в таких отраслях, как детское питание, ферментированное молоко, кондитерские изделия, хлебобрудные изделия, корма для скота и корма для домашних животных, в силу их превосходных физико-химических свойств и физиологических эффектов, и они обладают устойчивым потенциалом развития. С углублением исследований по подготовке галактоолигосахаридов биокаталитическим методом ученые внутри страны и за рубежом предприняли многочисленные попытки по разработке источника фермента, используемого при подготовке галактоолигосахаридов биокатализом, развитию каталитического процесса подготовки и исследованию и разработке методов отделения и очистки галактоолигосахаридов, и добились значительного прогресса. Однако результаты исследований по-прежнему не могут в достаточной степени удовлетворить потребности промышленного производства и постоянно растущий рыночный спрос. В настоящее время с точки зрения производственного процесса низкая урожайность олигосахаридов и трудности разделения и очистки по-прежнему являются важными факторами, сдерживающими промышленное развитие олигосахаридов.

Кроме того, China'. Промышленность по производству олигосахарида по-прежнему сталкивается с такими проблемами, как наличие единственного источника катализаторов, низкая чистота продукции и отсутствие методов испытаний, которые необходимо усовершенствовать. Предполагается, что благодаря постоянным усилиям отечественных исследователей по вышеуказанным направлениям исследований будут достигнуты прорывы в сложных и узких вопросах подготовки олигосахаридов биоокаталыческим методом, а недостатки в технологическом развитии будут постепенно устраняться. Это позволит эффективно готовить олигосахариды биокалитическим методом, чтобы олигосахариды могли постепенно проникать в повседневную жизнь китайского народа в качестве пребиотики, служить китаю и#39; отрасли здравоохранения, и генерировать соответствующие экономические выгоды и социальные последствия.

Ссылка:

[1]   Численность личного состава - гибсон. М-р джи.  Пребиотика [J]. Best p ractice &research clinical gastroenterology, 2004, 18(2) :287-298.

[2] ма юэчао, цуй и, чэнь нин и др. Исследования по питательным и оздоровительным функциям микробных продуктов [J]. Fermentation Science and Technology Newsletter, 2018, 47(4): 240-244.

[3]   Мано м к р, Нери-нума I A, Да-силва дж б, В то же время- эл. - привет. Ол-igosaccharide biotechnology: an  Ii. Подход of  P ребиотик (rebiotic) Восстание на индустрии [J]. Прикладная микробиология и биотехника — ги, 2018, 102(1) : 17 — 37.

[4]   Лу л, го л, Ван к, И др.  Бета-галактозидасы: Отличный инструмент для синтеза галактосодержащих углеводов [J]. Би — технологические достижения, 2020, 39:1 — 15.

[5]   Вера к, Суарес с, Абурто с, В то же время- эл. - привет. Синтез и пур-ификация галактоолигосахаридов: Современное состояние [J]. Всемирный журнал микробиологии и биотехнологии, 2016, 32(12) : 1-20.

[6] Wei Chun, Kong Lingmin, Liu Lifeng. Оптимизация процессов производства галактоолигосахаридов путем пермбиллизированного клеточного катализатора плантарума лактобациллус [J]. Технологии ферментации связи, 2016, 45(1): 18-22.

[7]   Торрес д п м., Гонсалвес С. О.D. Д.P F, Тейшейра дж. А., И др. Галактоолигосахариды: П-родукция, - свойства, Применения, и Значение этого вопроса as  P rebiotics[J]. Всеобъемлющий обзор политики Re: новые идеи (5).

[8]    Лу джей, 3. Каммингс - джей,  - делзенн. - н,  В то же время - эл. - привет.  Функциональные продукты питания p rop эртиес непищевых олигосахаридов: a  Консенсусный доклад ENDO p roj ect (DGXII airi-ct94 -1095)[J]. British journal of nutrition, 1999, 81(2) : 121-132.

[9]   Чхонан о, Шибахара-сона х, Такахаши р., И др. Непереносимость галактоолигосахаридов [J].  Nippon shokuhin kagaku kogaku kaishi, 2004, 51(1) :28-33.

[10]    Дэвис л м джи, 3. Мартинес - я, - хаткинс. W J, В то же время - эл. - привет.  A/данные отсутствуют.воздействие p ребиотических галактоолигосахаридов на кишечник Микробиота (microbiota) of  По состоянию здоровья Взрослые [J]. Международный журнал пищевой микробиологии, 2010, 144(2) :285-292.

[11] чан цзиньцзинь, ху пин, ван чжу и др. Влияние олигосахаридов на морфологическую функцию пищеварения и поглощения илея и структуру флоры в отнятых поросятах [J]. Животноводство и ветеринария, 2020, 52(2): 47 — 53.

[12] Пан юнен, лю ченжи, ян чюньонг и др. Исследование физиологических функций олигосахаридов [J]. Журнал безопасности и качества пищевых продуктов, 2019, 10(10): 2849-2855.

[13] уивер с м.  - диета, Микробиома кишечника, Актуальные отчеты по остеопорозу, 2015, 13(2) : 125 — 130.

[14]   Ван дж., Тянь с, Ю х, И др. Реакция микробиоты, связанной с мукозой, Слизистый иммунный дом-остаз, И барьерные функции к ранней жизни galactooligosacchar- вмешательства ides в сосущих свиней [J]. Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии, 2019, 67 :578 — 588.

[15] Li Xinhong, Zhang Jinlong, Bi Yongxian и др. Исследования по применению нескольких олигосахаридов в косметике [J]. Аромат, аромат и косметика, 2019(3): 70-74.

[16]   - в парке A  - р,  О, боже мой! D  - к.   Галакто-олигосахарид Родукция с использованием микробной гравтуры-галактозидазы: Текущее состояние и p ersp ectives [J]. Применение на практике 1. Микробиология and  Биотехнология, 2010, 85 (5) : 1279-1286.

[17]   Эскандарлу х, - аббаспуррад - A.  Производство и продажа Из пшеницы проникает в вату-галакто-сидасе В неподвижном состоянии on   Функциональное обеспечение Стекло из стекла  Бисер [J]. Пищевая химия, 2018, 251:115 — 124.

[18]   Герреро с, Вера к, Организация < < конехерос > > - р, В то же время - эл. - привет.  Трансгалактозилация и гидролитическая деятельность коммерческого p repa- пайки грау-галактозидазы для синтеза P ребиотик (rebiotic)карбо-гидратов [J]. 1. Фермент and  На микробной основе  Технологии, 2015, 70. : - 9-17.

[19]   Фам м л., - лейстер т, Нгуен х а, И др. Иммобилизация грау-галактозидасов от Lactobacillus на chitin с использованием chitin- связывающий домен [J]. Журнал по теме of  В сельском хозяйстве and  Пищевая химия, 2017, 65(14) :2965-2976.

[20]   Хавьер дж р., рамана к., Шарма р кей. Грау-галактозидасе: Биотехнология (биотехнология) Применение программного обеспечения in  - продукты питания P переливание [J]. Журнал пищевой биохимии, 2018, 42(2/3) : 1-15.

[21]   SAQIB S, Акрам а, Халим с а, И др. Источники бета-галактозидазы и its  Применение программного обеспечения in  food  Промышленность [J]. Био — технологии, 2017, 7 :79.

[22]   Шарма с к., Леблан р м.  Биосенсоры на основе фермента бета галактозидазе: В последнее время Авансы в счет авансов and  P ersp ectives[J]. Аналитическая биохимия, 2017, 535:1-11.

[23] ли юнлинг, ян шуаньонг, чжан ронсюэ и др. Научно-исследовательский прогресс завода. Аньхой сельскохозяйственная наука, 2020, 48(1): 15-18.

[24] чжан цзюй, ван су, тао ф и др. Состояние исследований и тенденции промышленного развития олигосахаридного синтеза. Журнал безопасности и качества пищевых продуктов, 2019(10): 2829-2835.

[25]   М., м. Киарамелла м, Нутпп R, И др.  Термостабильная грау-гликозидаза из сульфолубуссолфатарика [J]. Био-катализатор, 1994, 11(2) :89-103.

[26]   Икбал с, Нгуен т х, Нгуен х а, И др.  Чарак-теризация гетеродимерной г2 грау-галактозидазы от лакто-bacillus sakei lb790и образование p rebiotic galacto-oligo- saccharides[J]. Журнал по теме of  В сельском хозяйстве and  food  - химия, 2011, 59(8) :3803 — 3811.

[27]   Арреола с л, 1. Прочие расходы - м, Сулич дж., И др.  Два парадоктозидаса от изолята человека bifidoβ umbreve DSM 20213: 10. Молекулярная структура 1. Клонирование and  Выражение:  Биохимические характеристики и синтез галактоолигосахаридов [J]. График 1, 2014, 9(8) : 1-13.

[28]   Ли и, Лу л, 13. Ван - г, И др.  Проектирование поверхности клетки бета-галактозидазы for  галактоолигосахарид  Синтез [J]. Прикладная и экологическая микробиология, 2009, 75(18) : 5938 — 5942.

[29]    Хуан дж., Чжу с, чжао л, И др. Ановель грау-галактозидазе от Klebsiellaoxytoca zjuh1705для эффективного p ободукции галактоолигосахаридов из лактозы [J]. Прикладная микробиоло — гэ и биотехнология, 2020, 104:6161-6172.

[30]   Катролия п., Чжан м., Ян кью, И др.  Описание термостабильного семейства 42 β-galactosidase(BgalC) Семейство fromThermotogamaritima показывает эффективное гидролиз лактозы [J]. Пищевая химия, 2011, 125(2) : 614-621.

[31]   Вентилятор и вентилятор - Y,  А как же хуа? - X, Чжан (Китай) - Y, В то же время al.   - клонирование, Выражение мнений и B. структурные изменения stability  of  a  Холодильная адаптация Бета-галактозидасе из Rahnella sp.  R3[J]. Содержание белка в крови Выражение на английском языке and  Пурифика, 2015, 115:158 — 164.

[32]   Шваб с, Ли ви, Соренсен к и, И др. Производство галактоолигосахаридов and  гетероолигосахариды with  Dis — поврежденные клеточные экстракты и целые клетки молочных кислотных бактерий и бифидобактерий [J]. International dairy journal, 2011, 21 (10) : 748-754.

[33]   Шаналия п., Ганди ди, - аттри п. И др.  Очистка и характеристика грава-галактозидазы от p робиотического педио-кокк acidilactici и ее использование в молочном гидролизе лактозы и галактоолигосахариде Синтез [J]. 1. Биоорганические продукты  - химия, 2018, 77:176 — 189.

[34]   Ляо X, Хуанг (HUANG) - джей,  Париж (Франция) - Q,  et  al.   Дизайн и дизайн of  a  Новый грау-галактозидасе для production  of  functional  Олигосахариды [J]. European food research and technology, 2017, 243:979-986.

[35]   Сривастава а, 3. Мишра - с, 13 ч. 00 м. - с.  трансгалактозилация of  lactose  for   Ii. Обобщение of  Галактоолигосахариды используют клюверомицис марксиан Национальный совет по делам женщин 3551[J]. Новая версия сайта Био — технологии, 2015, 32(4) :412 — 418.

[36]   Гонзалес-дельгадо I, - йоланда? - с, В чем дело? М, и др. Ковалентная инмобилизация грава-галакотозидазы по крупнопорошковому мезопоросу силики поддерживает p-ободукацию высоких галакто-олигосахаридов (GOS)[J]. Микропористые и мезопористые ma — terials, 2018, 257:51-61.

[37]   Таварис G F, Ксавьер м р., Нери ди, И др.  Fe3O4@polypyrrole core-shell composites применяется в качестве наносреды galacto-oligosaccharides   P roduction [J]. По химическому оружию Engi-neering journal, 2016, 306 :816-825.

[38]   Каревич м, Корович м, Михайлович м., И др.  Галакто-олигосахарид synthesis  using  chemically  С изменениями, внесенными β- galactosidase от Aspergillus oryzae В неподвижном состоянии По адресу: Ми-кропорус амино Смола [J]. Международный молочный журнал, 2016 54:50-57.

[39] хуан цзинь, чжу шенцюань, ду мейни и др. A β-galactosidase, gene, engineered бактерии и их применение: 201911335256.7[P]. 2019-12-23.

[40] хуан цзинь, чжу шенцюань, тан ван и др. Производство кислот Klebsiella и его применение: 201711112168.1[P].2017-11-13.

[41] чжу вуер, мяо миньгун, гу чжэнхуа и др. Исследования по синтезу галактоолигосахаридов методом грау-галактозидазы соленосной бактерии S62 [J]. Биохимические процессы, 2019, 17(2): 131 — 137.

[42]    Родригес-колинас B, Г-н де-абреу M  A.,  Фернандес-аррохо л., et  al.   Производство и продажа of  Galacto-oligosaccha-поездки B в уβ-galactosidase от Kluyveromyces lactis: Com-parative 3. Анализof p ermeabilized ячеек в сравнении с растворимым ферментом [J]. Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии, 2011, 59(19) : 10477-10484.

[43]    Уррутия п., Родригес-колинас - B,  Фернандезаррохо л., И др.  Подробная информация о проекте analysis  Синтез галактоолигосакчара-идз С грау-галактозидазе от аспергилла оризае [J]. Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии, 2013, 61(5) : 1081-1087.

[44]    Янахира с., Кобаяши т., - сугури т, И др. Образование олигосахаридов из лактозы b и Bacillus циркуляров бета-галактозидазы [J]. Бионаук биотехнология и биохим — истрия, 1995, 59(6) : 1021 — 1026.

[45]   Францель м., - (бабино) - к, Клавин-р-декер - я, et  Al. Сравнение галакто-олигосахаридного формирования активности различных грау-галактосидасов [J]. Lwt food science &technology, 2015, 60(2) : 1068-1071.

[46]   Гао X, Ву джей, ву ди.  Рациональный дизайн бета-галактозидасе от maspergillus oryzae для улучшения galactooligosaccha- ride p roduction[J]. Пищевая химия, 2019, 286 :362 — 367.

[47]   Осман а, зорцис г, RASTALL RA, И др. BbgIV является важным Bifidobacterium β-galactosidase для синта-сис p rebiotic  galactooligosaccharides  at  high  Температура [J]. Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии, 2012, 60(3) : 740-748.

[48]   Сривастава а, 3. Мишра - с, 13 ч. 00 м. - с.  Трансгалакто сайлация of  lactose  for   synthesis  of  Галактоолигосахариды используют клюверомицис марксиан Национальный совет по делам женщин 3551[J]. Новая версия сайта Био — технологии, 2015, 32(4) :412 — 418.

[49]   PLACIER G, Хильдегарда W, RABILLER C, И др.  Развился бета-галактозидас от геобакиллюстеротермила С резьбой имп трансгалактозилация yield  for  Galacto-oligosaccha-ездить p roduction[J]. Прикладной и экологической микробиологии, 2009, 75(19) :6312-6321.

[50]   Вера к, Герреро с, "Конехерос р", et al.  Синтез галактоолигосахаридов B в уβ-galacto -galactosidase из аспергиля-лус оризае Использование частично растворенной и повышенной солу-ции лактозы [J]. Фермент и микробные технологии, 2012, 50 (3) : 188-194.

[51] сунь чунь, чжу вэньсин, лю синли. Научный прогресс олигосахаридов. Китайская кухня, 2017, 42(11): 170-174.

[52] ли сююэ, чжан миньмин, ян сяохуан и др. Научно-исследовательский прогресс в области изоляции и очистки олигосахаридов [J]. Китай пивоварение, 2015, 34(11): 6-9.

[53] Li Liangyu, Jia Pengyu, Li Chaoyang, et al. Смоделированная двигательная хроматография для эффективной очистки олигосахаридов [J]. Китайский журнал пищевой науки, 2016, 16(3): 138-145.

[54]    Висневский л, антосова м, полакович м. Смоделированная хроматография подвижного слоя отделения галактоолиго — сакхаридов [J]. Acta chimica slovaca, 2013, 6(2) :206-210.

[55] яо чуньсяо. Исследование по ферментативному синтезу и очистке низкомолекулярной галактозы [D]. Пекин: пекинский лесной университет, 2019 год.

[56]    Фэн и м. CHANG X L, Ван у х, et al.   Отделение галактоолигосахаридов смешанного происхождения [J]. Джур-нал of the  Тайвань (Китай) Институт международных отношений of  chemical  Инженеры, 2009, 40 (3) :326 — 332.

[57]    Гулас к, Капасакалидис п г., - синклер. H  Р и др.  Очистка от загрязнения of  oligosaccharides  b y  Nanofiltration [J]. Журнал мембранной науки, 2002, 209(1) :321-335.

[58]    Майшбергер т., Нгуен т. - г, Сукияй п., et  Al. Производство of  Без лактозы galacto-oligosaccharide  3.2 смеси: Сравнение двух дегидрогеназов цельбиозы для селективного окисления лактозы до Лактобионическая форма тела Кислота [J]. Углеводы (углеводы) Re: да, да, да, да.

[59]    Ренгараджан с., - рамештангам - п.  - высокий уровень Чистота p ребиотические изомальто-олигосахариды 1. P ободукция b y  1. Ячейка Associ — образованный трансглюкозидаз изолированного штамма Debaryomyces hanse — nii scy204и селективная ферментация b y Saccharomyces cerevisiae SYI065[J]. Биохимия процессов, 2020, 98:93-105.

[60]   Юн с х. - мукерджа - р,  - привет, робит. - J. - ф.  В частности: Дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) in  удаление Углеводы b y ферментация [J]. Углеводы (углеводы) Исследования, 2003, 338 (10) : 1127-1132.

[61] Ping Liying, Chen Lin, Fang Lina и др. Краткое обсуждение факторов воздействия экспериментальных испытаний микробной ферментации [J]. Fermentation Science and Technology Newsletter, 2017, 46(4): 212 — 215.