Что такое Galacto Oligosaccharide (GOS)?

Олигосахариды — это новый вид функциональной пищевой добавки. Среди них самым лучшим лечебным эффектом в диетической терапии является галакто-олигосахарид (гос), также известный как "фактор бифидуса". В природе гос обнаруживается в следовых количествах в молоке животных, при этом уровни содержания в грудном молоке несколько выше. Это функциональный олигосахарид с природными свойствами. Благодаря своим уникальным физиологическим функциям и физико-химическим свойствам, он стал точкой исследования в области пищевых продуктов и широко используется во многих областях, таких как молочные продукты, хлебобулочные изделия, обработка конфет и функциональные продукты питания.

1 физические и химические свойства и физиологические функции гос

1.1 физические и химические свойства

Неусваиваемое гос является важным пребиотическим и естественным компонентом материнского молока [1]. Он может быть синтезирован путем грау-галактозидазы с использованием лактозы в качестве субстрата и через ферментативную реакцию галактозилации. Она достигается путем соединения от 1 до 4 галлактозных единиц с галактозной стороной молекулы лактозы с гравюрной (1 гравюра), гравюрной (1 гравюра) или гравюрной (1 гравюра) гликосидическими соединениями [2]. От 1 до 4 галлактозных блоков связаны через облигации β (1→ 3), β (1→ 4) или β (1→ 6) гликосидические облигации. Основная связь между единицами галактозы-это β (1→ 6). Молекулярная формула (галактозы)n-G lucose, n= 2к 5.

GOS-это водорастворимое пищевое волокно с низким молекулярным весомС низкой вязкостью, сильным удержанием влаги, не связывает минералов, имеет освежающий вкус, низкое калорийное значение, и сладость, которая только 20% до 40%, что sucrose. Он очень стабилен как для кислот, так и для тепла, и не разлагается в условиях 180 градусов или pH 3. Он высоко пигментирован, имеет сильное удержание влаги, никакой нежелательной текстуры или вкуса, и не переваривается человеком ферментов пищеварения. Он обладает хорошей бифидобактериальной распространенческой активностью [2]. Таким образом, GOS является очень высококачественной пищевой добавкой.

1.2 типы и количества

На типы и количества го влияют многие факторы, такие как источник фермента, условия реакции, концентрация субстратов и скорость гидролиза. Свойства GOS из различных источников весьма различны; Несмотря на то, что источник фермента может в определенной степени определить специфичность гликосидического соединения, на него все еще влияют многие факторы, такие как pH, Mg2+ концентрация и изомеры лактозы.

Галакто-олигосахариды в основном подразделяются на графу-галакто-олигосахариды и графу-галакто-олигосахариды. Грау-галактоолигосахариды могут быть синтезированы грау-галактозидазой с использованием лактозы в качестве субстрата через ферментативную реакцию галактозилации. Состав сахарной цепи гос, синтезированной различными ферментными источниками, также различается. Грау-лактоза синтезируется грау-галактозидазой сначала гидролизирующей лактозой в глюкозу и галактозу, а затем кандидой гиллиермондии грау-галактозидазой, соединяющей гравитационные (1 гравита6) гликозидные связи. Его основной компонент — мелезитоза, также известный как «фактор бифидуса», который устойчив к кислотности, термостабилен и имеет хорошую устойчивость к хранению.

1.3 физиологическая функция

Бифидобактерии — это тип микроорганизма, который очень важен для поддержания здоровья кишечника [3]. Исследования показали, что образование бифидобактерий в кишечнике грудных детей в основном связано с олигосахаридным компонентом. Ферзиматически синтезированная структура гос соответствует структуре грудного молока. Он не разрушается и не всасывается в верхние желудочно-кишечные тракты толстой кишки человека и может избирательно способствовать распространению некоторых пробиотиков толстой кишки, таких как бифидобактерии (бифидобактерии) [4]. Кислотная среда, создаваемая ростом бифидобактерий, может препятствовать росту других вредных бактерий [5]. Поэтому она имеет множество связанных с ней физиологических функций: (1) регулирование баланса кишечной флоры и повышение иммунитета; (2) повышение активности и содержания супероксида дисмутазы (сод) и сопротивление старению; (3) производство большого количества короткоцепных жирных кислот, стимулирование перистальза кишечника, повышение влажности стула и предотвращение запоров; (4) повышение непереносимости лактозы; (5) более низкое кровяное давление; (6) сократить производство токсичных продуктов ферментации, таких как индол и формовая кислота и вредные ферменты, при производстве витаминов в, ниацина и фолиевой кислоты, которые полезны для здоровья.

Кроме того, прием го может улучшить липидный метаболизм и снизить концентрацию холестерина в сыворотке; Улучшение абсорбции минеральных элементов [6], содействие кишечному всасыванию кальция, магния и калия, снижение всасывания натрия; В то же время правительство судана также не является кариогенным и бедным, является низкокалорийным сахаром и не вызывает ожирения. Недавние исследования показали, что госн может также препятствовать привязке токсина вибрио холеры к ганглиозидным рецепторам и используется в фармацевтической промышленности [7].

2 Методы подготовки ГСН

Для подготовки пр используются пять основных методов: добыча природного сырья, кислотный гидролиз природных полисахаридов, химический синтез, ферментация и ферментативный синтез. Однако по своей природе GOS является очень редким, бесцветным и бесплатным, что затрудняет его извлечение и разделение. Урожайность натуральных продуктов преобразования полисахаридов низкая, состав продукции сложный, и трудно получить чистые продукты. Химический синтез токсичен, подвержен остаткам, имеет низкую урожайность и серьезно загрязняет окружающую среду.

Мало исследований по производству пгос методом ферментации, и основным методом является синтез пгос с использованием микробной ферментации [8], но он все еще находится на лабораторной стадии, и ни Один из вышеупомянутых четырех методов не может быть применен в фактическом производстве. В процессе ферментативного синтеза гос в качестве сырья используются главным образом лактоза или сыворотки с высокой концентрацией, которые катализируются и синтезируются путем гравюры-галактозидазы. Этот метод имеет такие преимущества, как простая реакция, достаточное количество сырья, низкие производственные издержки и нетоксичность. В настоящее время это основной метод промышленного производства гос. Ниже приводится подробная информация о ферзиматическом синтезе гос.

2.1 источник и характеристики грава-галактозидазы

β-galactosidase (EC 3∙2∙1∙23) фермент большой коммерческой ценности в молочной промышленности. Он широко распространен среди животных, растений и микроорганизмов и, как правило, получен из микроорганизмов для практического применения [9]. Грау-галактозидаза из различных источников имеет разные свойства, и оптимальные условия реакции и коэффициенты преобразования для синтеза гос также сильно различаются. Учитывая фактор безопасности остатков фермента в продуктах питания, такие микроорганизмы, как ∙ Нигер, ∙oryzae, K∙ lactis и K∙frag ile, как правило, используются в качестве источников фермента. В 1996 году FDA определила, что Candida pseudopicalis β-galactosidase, который используется в молочных продуктах, также является GRAS [10].

Как правило, грава-галактозидаза форм представляет собой внеклеточный фермент с оптимальным pH 2,5-4,5. Он относительно дешевый и широко используется из-за высокой ферментативной активности, но имеет низкую устойчивость фермента. Грау-галактозидаза дрожжевых в основном является внутриклеточным ферментом с оптимальным pH близко к нейтральному, который подходит для гидролиза молока и сыворотки.

2.2 каталитический механизм и влияющие факторы

Ранние исследования показали, что грава-галактозидаза гидролизирует лактозу по крайней мере в три этапа, причем последний этап демонстрирует гидролитическую или трансферазную активность.

Фермент + лактоза → enzyme-лактоза → galactosyl-фермент + глюкоза (2) галактозил-фермент + глюкоза (2) галактозил-фермент + фермент (3) при изучении активации и ингибирования ферментов pH в первые дни, было установлено, что активный сайт нейтрального → -galactosidase имеет две функциональные группы: одна группа тиол, а другая-имидазола как нуклеофильная группа, которая способствует расщеплению гликосидической связи [8].

Недавние исследования показали, что каталитический механизм грау-галактозидазы схож с лисосом, то есть одна группа в активном центре действует как общая кислота, обеспечивая протон кислорода в гликосидической связи, в то время как другая группа с отрицательной зарядкой может стабилизировать положительно заряженный атом углерода в галактосиде путем формирования ковалентной связи в переходном состоянии [11]. Когда акцептор — вода, образуется галактоза, а акцептор — сахар, образуются олигосахариды. Таким образом, реакцию гидролиза можно рассматривать как особую реакцию переноса, в которой вода выступает в качестве приемника галактозида. В большинстве случаев реакция гидролиза доминирует из-за высокого содержания воды в реакционной системе, что приводит к низкой урожайности олигосахаридов [2].

Система реакции для синтеза гос является весьма сложной, причем как передача, так и гидролиз происходят одновременно. Концентрация и температура субстрата оказывают значительное влияние на реакцию переноса. Продукт глюкоза является неконкурентным ингибитором реакции переноса, в то время как галактоза является конкурентным ингибитором [12]. Синтез гос также связан с субстратом реакции. Например, скорость синтеза гос через K∙lactis β-galactosidase в буфере, содержащем 5% лактозы, больше, чем в молоке [13]. Кроме того, Грааль-галактоза проходит инверсионную реакцию, и в результате Грааль-галактоза является более сильным ингибитором. По мере увеличения концентрации фермента увеличивается скорость синтеза гос, но увеличивается и инверсионная реакция. Поэтому концентрация фермента не должна быть слишком высокой.

В настоящее время основными методами повышения урожайности гос являются увеличение концентрации субстратов и снижение содержания воды в системе. Кроме того, удаление глюкозы из системы может также повысить урожайность гос.

2.3 каталитические формы

Существуют три основные каталитические формы ферментативного синтеза гос: (1) свободная ферментативная реакция. Этот метод является относительно зрелым и в настоящее время является распространенным методом промышленного производства ппо. Однако из-за высокого содержания влаги и высокой гидролитической способности в реакционной системе продукт имеет высокое содержание моносакхаридов, что требует большого количества фермента и, следовательно, дороже. Hsu C A et al. использовали бифидобактерии β-galactosidase для синтеза GOS с мощностью до 32∙5% с использованием 40% лактозы в качестве субстрата при температуре реакции 45°C и pH 6∙8 [14]. Согласно исследованию H a- y oung et al., был использован термостабильный грау-галактозидаз, полученный из сульфолубуса solfataricus. В условиях реакции pH 6∙0 и температуры 80°C, с 600 г/л лактозы в качестве субстанции и 3∙6 U/mL фермента, GOS выход может достигать 52∙2% (w/w) [15]; (2) постоянная реакция иммобилизованного фермента.

После иммобилизации значительно улучшается тепловая устойчивость фермента, повышается его толерантность к кислоте и щелочности, его можно повторно использовать, полученный продукт не содержит фермента, а качество стабильно [16]. Способность иммобилизованных ферментов катализировать синтез гос выше, чем способность свободных ферментов, поскольку по сравнению с лактозой молекулы гос больше и сложнее привязать к свободным ферментам, поэтому их нелегко разлагать. Сесар и др. пришли к выводу, что использование глутаралдегида или ацеталдегида-иммобилизованных грац-галактозидазы для гидролиза молока может значительно сократить неконкурентное ингибирование, а скорость гидролиза выше, чем использование свободных ферментов или гликанно-иммобилизованных ферментов [9].

Тьерром и др. пришли к выводу, что после того, как K∙lactis β-galactosidase был обезвожен D uolite A -568 в качестве перевозчика, выход гос, синтезированный с помощью метода с помощью микровалов в присутствии козольвента, гексанола, в субстратном растворителе может быть увеличен в 217 раз [17]. P ocediĉ ova K et al. применяется технология керамических мембран (150KDa) к системе непрерывной реакции, которая полностью блокировала фермент, то есть достигла эффекта иммобилизации, а также избежала потери ферментной активности, которая подходит для промышленного производства GOS [18].

Юн с с и другие изучали потерю фермента после иммобилизации K∙lactis β-galactosidase с использованием силикатного геля в качестве носителя и глутаральдегида в качестве связующего агента. Результаты показали, что после перекрестного увязывания активность фермента в 2,6 раза превышала активность сырого иммобилизованного фермента, а после 10 циклов повторного использования фермента активность фермента по-прежнему составляла 63,9% [19]. (3) ферментативная реакция неводной фазы. Использование органических растворителей может снизить водную активность в реакционной системе, изменить равновесие реакции в сторону галактозилации и облегчить синтез гос [20]. Isabeldel-V al M et al. использовали лактозу в качестве субстрата для синтеза гос-энзиматически в двухфазной среде, содержащей полиэтиленгликоль, и скорость синтеза значительно повысилась по сравнению с водной фазой [21]. W iraya S et al. использовали циклический dextrin в качестве носителя для обезличивания грау-галактозидазы, а затем гидролизовали лактозу в системе водяного триэтилфосфата (50%, v/v), и содержание гос значительно возросло [22].

2.4 состояние производства

В настоящее время олигосахариды в китае все еще являются новой отраслью. Только олигоизомальтоза и олигофруктоза могут достичь объемов производства в тысячи тонн. Развитие правительства судана пока еще не достигло больших масштабов. Основная причина, ограничивающая промышленное производство гос в китае, заключается в отсутствии грау-галакотосидазе с отличной производительностью и стоимостью импортируемых коммерческих ферментов. Предполагается, что Япония является наиболее развитой страной в мире по производству олигосахаридов с общим объемом производства 50 000 тонн, из которых годовой объем производства гос достиг 6 500-7 000 тонн (рыночная цена 50 000 иен за тонну), занимая второе место в мире. С изменениями в рационе питания потребление мясных и молочных продуктов постепенно растет, а потребление зерновых продуктов питания сокращается. По мере старения общества растет также число случаев гипертонии, диабета и различных заболеваний полости рта и пищеварения. Общество и общество#39; спрос на функциональные продукты питания и продукты здравоохранения также растет, и исследования и разработки функциональных продуктов считаются наиболее важным вопросом в xxi веке. Китай и Китай#39. Богатые товарные ресурсы s не были полностью освоены и использованы, и развитие функциональных олигосахаридов, несомненно, будет иметь огромный рынок.

3 обнаружение, разделение и очистка гос

Основными методами обнаружения ГСН являются бумажная хроматография (КПП), тонкослойная хроматография (ТЛК), газовая хроматография (гс) и высокопроизводительная жидкостная хроматография (ВЖК). Среди них широко используется ГПЛК в силу его преимуществ простоты и оперативности, простоты предварительной обработки, хороших результатов разделения и высокой воспроизводимости. Поскольку сахар не поглощается в нормальном ультрафиолетовом диапазоне и видимом диапазоне света и не является флюоресцентным, детектор GOS обычно представляет собой дифференциальный рефракционный указатель (мпог), а не уф-детектор (уф) или флюоресцентный детектор (FD). Если в качестве детектора используется масс-спектрометрия (MS) или ядерная магнитно-резонансная спектроскопия (NMR), то может быть предоставлена информация, такая как относительная молекулярная масса и структура, что повышает специфичность функции [23].

В настоящее время одной из основных проблем, сдерживающих развитие и применение ГСН в китае, является его низкая чистота. На данном этапе основными методами отделения и очистки го являются хроматография колон, мембранная сепация, ферментация микробов и ферментация ферментов. Преимущество разделения колонок заключается в Том, что они могут работать непрерывно в циклах, что позволяет экономить время. Несмотря на то, что расходы выше и операция является более сложной, быстрое и эффективное отделение GOS с помощью ионообменных смол является чрезвычайно важным и значительно превосхоженным по сравнению с другими хроматографическими средами разделения. Он был успешно применен для промышленной сортировки и очистки гос.

Разделение мембраны зависит от размера поры фильтра для достижения цели разделения. Она не имеет фазовых изменений и низкого потребления энергии. Однако наличие большого количества лактозы в сырье правительства судана затрудняет разделение и очистку. Энзиматический метод использует ферменты препараты, чтобы специально удалить некоторые компоненты из смеси, но стоимость слишком высока, потому что ферменты стоят дорого. Метод микробной ферментации устраняет нефункциональные олигосахариды путем отбора соответствующих микроорганизмов для ферментации, которая является относительно недорогостоящей, однако размножение бактерий сопряжено с трудностями. Chao-Chun C и др. использовали Kluyveromyces marxianus для ферментации смеси, содержащей глюкозу, галактозу, лактозу и другие дисаксариды, которые могут очищать смеси GOS с содержанием 31% и 32% до 97% и 98%, соответственно [24].

4 перспективы применения ПРС

Правительство судана имеет широкие перспективы применения в функциональных пищевых продуктах из-за его многочисленных преимуществ по сравнению с другими сахарами. (1) его можно использовать в молочных продуктах для решения проблемы непереносимости лактозы; (2) он может быть использован в пищевых продуктах для здоровья с целью содействия всасыванию кальция, магния и фосфора и повышения эффективности продукта; (3) он может быть использован в молочных кислотных ферментированных пищевых продуктов, чтобы увеличить количество молочных кислотных бактерий и сократить цикл ферментации; (4) он может быть использован в хлебобручных изделий [25] для улучшения их вкуса, текстуры и цвета, и его питательная ценность не будет потеряна при нагревании при высокой температуре. Потому что она является низкой в энергии и не поддается пищеварению, что может снизить частоту ожирения; (5) может быть добавлен в мороженое, чтобы предотвратить выпадение кристаллов лактозы, улучшить качество продукции и продлить срок годности; (6) синтез гос из лактозы в сыре всеобъемлющим образом учитывает загрязнение окружающей среды, вызванное сбросом сыры, и экономит много энергии [26].

Перспективы на будущее

Правительство судана, являясь новым видом функциональной пищевой добавки, привлекает внимание всего мира благодаря своим уникальным физиологическим функциям и превосходным физико-химическим свойствам. С учетом постоянного развития и исследований правительства судана в сочетании с изобилием сырьевых материалов в китае и неограниченным потенциалом потребительского рынка считается, что в ближайшем будущем правительство судана сформирует мощную тенденцию развития в китае и принесет огромные экологические и экономические выгоды.

Ссылка на сайт

[1]R abiu B A, JayA J, G ibson G R, e t A l.   Syn диссертация и ferm en- ta tion p ropertiesofnovel galacto-oligosaccharidesbyβ- galacto- sidases от B ifidobacterium видов [J].   App lied and E nviron- mentM icrobiology, 2000, 67: 2526-2530.

[2] р аймонд р м.  Образование лактозы l- олигосахарида во время лак-гидролиз тозы:   3. Обзор [1] J. - привет.    F гемистика уд, 1998, 63(2): 147-154.

[3]H ung M N, L ee B H.   Очистка и характеристика повторно-комбинированной т/д галактозидазы с трансгалактозной лационной активностью от B ifidobacterium infan tis HL96 [J].   Приложение лжет мне икробиология и B iotechnology,2002, 58: 439-445.

[4]G ibson R G, R oberfroid M B.  D ietary modulation of the hum an colonicmicrobiota:   В тродуке концепции p rebiotics [J].  Журнал ofN u trition, 1995, 125: 1401 — 1412.

[5]Tanaka R, Takayama H, M orotom i M, e t a l.  E эффекты adm in- истрация TOS и B ificobacterium breve 4006 на гум флора fe- cal [J].   Б ификобактерия м икрофлора, 1983, 2: 17 — 24.

[6]C honan, O, M a tsumoto, K,W a tanuki, M.  E ffect галакту-лигосахариды на поглощение кальция и p reven ting кости потери в Ovariectomized rats [J].   B ioscience B iotechnology and B iochem — istry, 1995, 59: 236 — 239.

[7]H aydn R S, Jaap D S, G lenn R G, e t a l.  G alactooligosacchar- ides (GOS)  Ингибитный ибрио токсин холеры, связывающий его с GM1 re- ceptor [J].   Журнал «сельское хозяйство и пищевая промышленность», 2009, 57: 3113 — 3119.

[8]W allenfels K, M alhotra O P.  G alactosidases [J].  A dvances in C arboгидратит C гемистрия, 1961, 16: 239-298.

[9]C sarM, R ubens M, B enevides C C P, e t l.imase от K luyverom yces lactis значительно снижает ингибирование П ромотом джи лукозе. Полный гидролиз лактозы в м илк [дж]. A-merican C hemicalSoclety and American intu te of C hemical Engoineers, 2004, 20: 1259-1262.

[10] B онекамп F J, O остером J.   O n the safety of K luyverom yces lactis — обзор [J].   App lied M icrobiolog ical B iotechnology, 1994, 41: 1-3.

[11] синноттм л.   - ионы, Ион-пары и катализатор лак Z β- Galactosidase of E scherichia coli [J].   Февраль L e tters, 1978, 94: 1-9.

[12] C имеется D, C имеется D.   C характеризация грава-галактозидасе От K luyverom yces lactis [J].   B iotechnology and App lied B i- ochemistry, 1995, 22: 55-64.

[13]Kwok H S,Jeon I J. E ffect ofvarious conditions on the formation ofoligosaccharides in m ilk β — galactosidase[J].  Журналистская наука,1980,69(11):2785 — 2790.

[14]A aron G,Johan A,G eoffW S,e t A l. Facile p повторная обработка b acillus Циркуляры β- galactosidase увеличивает y ield galactosy l oligo- saccharides в молоке и лактозной реакции sys tems[J]. Журнал сельского хозяйства и пищевой промышленности,2009,57(24):11570-11574.

[15]H a- y oung P, Hye- JungK, Jung-K ul L, e t a L.  G alactool- igosaccharide p roduction by a thermostable β - galactosidase От Sulfolobus solfataricus [J].  "Д ород журналилофм икробиология" И б iotechnology, 2008, 24: 1553 — 1558.

[16] м игель х, л пез л, м ника г.   F офолигосахариды при фермента проникают [J].  П росесс б иохимия, 1995, 30(8): 757-762.

[17]ThierryM, D am ian G, M arie D L, e t a L.  С помощью айкова Syn диссертация галактоолигосахаридов из лактозы с иммоби-лизед β - galactosidase из K luyverom yces lactis [J].   B io- technology L e tters, 2003, 23: 623-629.

[18]P ocediĉ ovaK, Ĉurda L, M isun D, e t a L.  P репарации галац-олигосахаридов с использованием мембранного реактора [J].   Журнал F ood E ng ineering, 2010, 99: 479-484.

[19]Y oon S S, Jong H L, SeongW K, e t a L.  - ошибка во время  Галактозидасе p отступил с лактозой в p reven t activity loss dur — ing the enzym e immobilizationp ro[J].   F гемистика уд, 2010, 123(1): 1-5.

[20] Inchaurrondo V A, F lores M V, V oge t C E.  G row th и β-  Диссертация галактозидасе син в области аэробной химиосты (аэробная химиоста)-m yces lactis [J].   Журнал Industrial M icrobiology& B iotech- nology, 1998, 20: 291-298.

[21] изабель м, Кристина о.  B iphasic aqueousmedia содержащие поли-e your lene g lycol для ферментативного syn диссертации олигосахаридов Из лактозы [J].   E nzym E and M icrobial Technology, 2003, 33: 118-126.

[22]W iraya S, P iamsook P.   E нханцемент олигосахарида Syn тиактивность β- galactosidase in organic solven ts by cy- clodextrin [J].   Э нзым э Икробные технологии м, 2008, 43: 436 — 441.

[23]L eon C, Johan T, R ichard B, e T a L.  Углубленная характеристика — изучение p rebiotic galacto-oligosaccharides сочетанием аналитических методов [J].    Журнал по сельскому хозяйству и древесине F C гемистика, 2009, 57: 8848 — 8495.

[24]C hao-C hun C, M ei- C hing Y, T zu- C hien C, e T a l.  P ro- усадьба фермента и фермена та сьон с K luyverom yces marxianus [J].   B iotechnology L e tters, 2006, 28: 793-797.

[25] томоматсу х.   H воздействие олигосахаридов [J].   F технология производства древесины, 1994 год, 10: 61 — 65.

[26] м ерват и ф, л опез — л эйва м.   C поверхностное p-родукция ofoligo- сакхариды из сыпи с использованием мембранного реактора [J]. 2. П росесс Б иохимия, 2000, 35: 581 — 587.