Какой метод производства Galacto Oligosaccharides?

Galactooligosaccharides (GOS) are a new type of functional substance- да. They are a type of functional oligosaccharide with natural properties and an important prebiotic В случае необходимостиbreast milk[1]. It is found in high concentrations in breast milk, and has good palatability, water solubility and stability. When ingested, it can increase the growth of beneficial bacteria in the human gut, especially bifidobacteria, while also inhibiting the growth of putrefactive bacteria. Oligosaccharides are widely used in the condiment industry. Due to their special physical and chemical properties and functions, they are widely added to beverages, dairy products and baked goods.

Они могут не только регулировать вкус пищи, но и играть роль в питании полезных бактерий. В то время как полезные бактерии в кишечнике распространяются с помощью олигосахаридов, они также производят большое количество внеклеточных полисахаридов. Внеклеточные полисахариды не только имеют антиопухолевые и иммунодулиторные действия, но и способствуют долговременной колонизации пробиотиков кишечника. Таким образом, они имеют различные эффекты, такие как снижение концентрации общего холестерина в крови, улучшение липидного метаболизма в организме и содействие усвоению минералов. Они также оказывают профилактическое и терапевтическое воздействие на такие заболевания, как альцгеймер#39; болезни, диабет, паркинсон и#39 болезнь, депрессия и ожирение. Благодаря своим функциональным свойствам олигосахариды стали точкой исследования для современных разработок и применения.

В этой статье в основном резюмируются олигосахариды с точки зрения технологии приготовления, разделения и очистки, а также статуса применения и рассматриваются основные направления исследований в поддержку широкого применения гос.

1 прогресс в технологии производства

There are five methods for preparing GOS: (1) natural extraction: extracting oligosaccharides from natural substances is costly, the yield is low, and the separation is difficult; (2) acid hydrolysis of polysaccharides: the conversion rate is low and purification is difficult; (3) chemical synthesis: highly toxic and causes serious pollution; (4) fermentation: there is little research on the process and separation and purification is difficult; (5) enzymatic synthesis: the cost is relatively low, and is currently the most widely used preparation method [2]. The basic production principle of enzymatic synthesis is to use lactose as the main raw material and obtain it by using β-galactosidase to carry out transglycosidation. However, in recent years, by studying and optimizing various aspects of the production process, such as the immobilization of β-galactosidase, more efficient production routes have been obtained to produce galacto-oligosaccharides.

1.1 отбор и селекция ферментных штаммов

Грау-галактозидасе является ключевым ферментом в производстве галактоолигосахаридов. Его основными источниками являются животные (молоко), растения (яблоки и т.д.) и микроорганизмы (дрожжи, формы и т.д.) природы. Большая часть грава-галактозидазы, используемой в промышленном производстве, добывается из микроорганизмов. Выбор штаммов стал горячей точкой инженерных исследований.

Ван син и др. [3] использовали искусственный субstrate o- нитрофенил -β d -galactopyranoside (ONPG) в качестве скринингового марка в 2015 году для отбора из библиотеки микроорганизмов, устойчивых к органическим растворителям, β- galactosidразно-производящих бактерий с высокой гидролитической активностью. Затем лактоза была использована в качестве субстрата для исследования синтетических характеристик, и был выбран штамм Erwinia billingiae WX1, производящий грау-галактозидазу. Ген β-galactosidase был клонирован, а ген β-galactosidase gal был получен путем предсказания ген β-galactosidase на основе геномной последовательности одного и того же вида в генбанке. В то же время, клонированное выражение β-galactosidase было достигнуто в Escherichia coli. В 2016 году Li Meiling et al. [4] получили полугалактозидазный фермент жидкостью путем ферментации B. циркулянов SK28.003 и приготовили порошок фермента по концентрации, соленовому осадку и низкой температуре холодной сушки. Грау-галактосидасе' функция трангликозидазы используется для катализации синтеза лактозы в олигосахариды. Оптимальные условия синтеза были определены с помощью однофакторных и ортогональных экспериментов, а также оценены с использованием высокопроизводительной жидкостной хроматографии. Оптимальные условия синтеза были определены с помощью однофакторных и ортогональных экспериментов, а также оценены с использованием высокопроизводительной жидкостной хроматографии.

Оптимальные условия синтеза были определены с помощью однофакторных и ортогональных экспериментов, а также оценены с использованием высокопроизводительной жидкостной хроматографии. Оптимальные условия синтеза были определены с помощью однофакторных и ортогональных экспериментов, а также оценены с использованием высокопроизводительной жидкостной хроматографии. 

Оптимальные условия синтеза были определены с помощью однофакторных и ортогональных экспериментов, а также оценены с использованием высокопроизводительной жидкостной хроматографии. Оптимальные условия синтеза были определены с помощью однофакторных и ортогональных экспериментов, а также оценены с использованием высокопроизводительной жидкостной хроматографии. В этих условиях доходность гп может достигать 45,5% после реагирования в течение 12 часов.

1.2 иммобилизация грава-галактозидазы

Иммобилизованные ферменты широко изучались и использовались в силу их преимуществ, таких как высокая воспроизводимость и хорошая термостойкость. В последние годы поступали сообщения об исследованиях по иммобилизации грава-галактозидасе. В 2014 году чжан фенхуа и др. [5] провели сравнительное исследование материалов по иммобилизации грау-галакотозидазе и пришли к выводу, что тепловая стабильность ферментов, иммобилизованных на аминоносителях, была значительно выше, чем у свободных ферментов и ферментов, иммобилизованных на эпоксидных носителях. После 20 циклов повторного использования фермент продолжал работать на уровне более 60%.

Используя начальную концентрацию 300 г/л лактозы, фермент, иммобилизованный на аминоносителе, использовался для производства галактоолигосахаридов с максимальной мощностью 87 г/л. В 2015 году Fei Junjie' исследования s показали, что метод первой адсорбции, а затем перекрестной связи между градом-галактозидазой и долей фермента 51,8 U (на 1 г смолы), pH 6,5, температурой 25 β C, временем адсорбции 12 h и объемной долей глютаральдегида 4%. 8U (на 1 г смолы), pH 6,5, температура 25 °C, время адсорбции 12 ч, объемная доля глутаральдегида 4%, переплётная температура 40 °C, время 6 ч, эффект иммобилизации был лучшим. Полученная фиксированная ферментная активность может достигать 16,2 U, скорость восстановления фиксированного фермента — 39,1%, а урожайность галакто-олигосахаридов (гос) — 24,2%.

In 2016, Liu Xinlong et al. [6] studied the process of synthesizing galacto-oligosaccharides using chitosan-adsorbed and glutaraldehyde-crosslinked immobilized galactosidase as a catalyst, and optimized the reaction conditions. The experimental results showed that the optimal reaction conditions were a substrate of 50% lactose by mass, a solution pH of 6.5, a reaction temperature of 40 °C, the addition of 2 mmol/L Mg2+ to the system, an enzyme dosage of 640 g/L, and a reaction time of 4 h. The yield of oligosaccharides was 71.5%. 5%. После этогоbeing reused 7 times, the yield of GOS obtained by catalysis was still 64.9%, showing good stability.

1.3 оптимизация условий производственного процесса

After Промышленное производство олигосахаридовСтала точкой исследования, большое количество исследователей полностью оптимизировали некоторые технологические условия в производстве олигосахаридов, сделав процесс производства олигосахаридов более эффективным и более дешевым.

В 2015 году Xing Xiao et al. [7] оптимизировали производственный процесс и пришли к выводу, что оптимальные условия для подготовки галакто-олигосахаридов составляют 37 °C, pH 8,0, K+ 0. 08моль/л, начальная концентрация лактозы 500 г/л, время реакции 5ч, количество фермента 10 μL/g лактозы. В этих условиях массовая концентрация образующихся олигосахаридов достигла 94,74 г/л. В 2016 году Fu Wenjia et al. [8] далее пришли к выводу, что оптимальными условиями реакции являются концентрация субstrate (лактозы) 50%, фермент 40 U/g, pH 7,5 и 50 °C. Реакция была проведена в этих условиях в течение 2 часов, а урожайность олигогалактозы составила 23,4%.

1.4 разработка новых производственных технологий

Некоторые исследователи не ограничиваются существующими производственными технологиями и разработали некоторые новые производственные процессы на основе обширных исследований и экспериментов, предоставляя больше возможностей для крупномасштабного промышленного производства олигосахаридов. В 2016 году вэй чунь и др. из чжэцзянского технологического университета [9] использовали лактозу в качестве субстрата и пербилизированные клетки плантара лактобациллус, содержащие граву-галактозидазу, для катализации производства олигосахаридов.

Анаэробная ферментация была проведена в 5 - литровом ферменторе, и собранные плантаторные клетки лактобациллуса были использованы в исследовании пермбифицированных катализаторов цельных клеток для производства гос. Было установлено, что максимальная мощность GOS составляет 32% (массовая доля) при концентрации лактозы 400 г/л, первоначальном pH 7,0, температуре 50 °C и времени реакции 10 ч. Патент CN200810157830. X процесс дляproducing galacto-oligosaccharides using recombinant Saccharomyces cerevisiae has been developed. First, a surface display vector for β-galactosidase was constructed, and then β-galactosidase was displayed on the cell surface of Saccharomyces cerevisiae. Finally, the recombinant yeast was used to ferment lactose to produce galacto-oligosaccharides [10].

2. Достижения в области технологии очистки и разделения

Олигосахариды, производимые ферзиматическими методами, являются сложными и содержат много неэффективных ингредиентов, таких как глюкоза и лактоза, которые не стимулируются ферментом. Это приводит к снижению чистоты производимых олигосахаридов, что снижает их функциональность и делает их менее полезными. Поэтому его необходимо очистить и отделить каким-то образом, чтобы расширить сферу его применения [11]. В настоящее время основными методами сепарации и очистки являются хроматография колон, мембранная сепация, биологические и ферзиматические методы [12].

2.1 хроматография колонки

Принцип отделения колонок заключается в Том, что связывающие силы между подлежащими разъединению компонентами и стационарной и подвижной фазами различаются, что обеспечивает эффект разъединения. Компоненты с сильными связывающими силами будут течь медленно, в то время как те, с слабыми связывающими силами будет течь быстро. Преимущество разделения колонн заключается в Том, что она может функционировать непрерывно в течение цикла, а адсорбент может использоваться повторно. Однако этот метод имеет низкую эффективность разделения и сложные предварительные операции [13]. В 2009 году фэн юнмэй и др. [14] использовали декстронгелевую колонну сефадекс G-25 для очистки и разделения сырых олигосахаридов. Эксперимент показал, что чистота гос может достигать 85,03% с одной колонкой и 89,39% после второй колонки.

2.2 метод отделения мембраны

The basic principle of the membrane separation method is to control the outflow of molecules through the pore size of the membrane. Molecules with large molecules are retained in the membrane, and molecules with small molecules flow out, thus achieving the purpose of separation and purification. The advantage is that the separation effect is good and the activity of the enzyme is not affected. The disadvantage is that the membrane is easily contaminated and substances with similar molecular weights are difficult to separate [15]. Goulas A K et al. [16] passed a mixture of oligosaccharides through NF-CA-50 (25 °C) and DS-5-DL (60 °C) membranes in sequence, and the purity of GOS reached 98%. Feng Y M et al. [17] used an NF-3 membrane (retaining substances with a relative molecular mass of 800–1000 u) to purify and separate crude low-molecular-weight galactose, increasing the GOS purityПримерно в 1,5 раза.

2.3 биологические и энзиматические методы

Биологический метод использует микробную ферментацию для удаления различных сахара из смеси. Например, глюкозу и лактозу можно удалить с помощью дрожжей и молочных кислотных бактерий [18]. Недостатки заключаются в Том, что этот процесс занимает много времени и является сложным и может привести к появлению других веществ, которые трудно удалить [19]. Ферментативный метод предполагает добавление различных конкретных ферментов для удаления соответствующих различных сахаров путем ферментативного разложения. Недостатки являются более очевидными. Ферменты являются дорогостоящими, и их количество трудно определить. Кроме того, при возникновении ферментативной реакции рн системы снижается, что влияет на активность фермента [20], а эффект разделения низок [21]. Биологический метод и метод фермента используются реже, и в последние годы было получено меньше сообщений об этих двух методах.

2.4 новые методы очистки

In 2016, Li Liangyu et al. [22] used crude oligosaccharides as raw materialsИ очистил сырье с помощью самоизготовленного имитируемого подвижного кровать (СМБ) и последовательно имитируемого подвижного кровать (СМБ) устройства, соответственно. Оптимальные технические параметры: индекс преломления корма 60%, температура колонки 60 градус, скорость подачи 467мл/ч, подача воды 722,4мл/ч. В этих условиях чистота олигосахарида галактозы составила 95,1%.

3. Достижения в области применения

As science continues to develop, substances are constantly being researched and developed, resulting in the reporting and mass production of beneficial ingredients in foods to meet people' потребности в питании. К ним относятся олигосахариды, которые содержатся в грудном молоке. Исследования показали, что олигосахариды могут способствовать восстановлению слизистой оболочки кишечника [23], росту и колонизации полезных бактерий, таких как бифидобактерии в кишечнике, повышению иммунитета человека [24], росту и развитию младенцев и детей младшего возраста [25, 26], снижению уровня холестерина и ингибиту остеопороза [27], И другие функции. Благодаря этим функциям галактоолигосахариды оказывают профилактическое и лечебное воздействие на ряд заболеваний, таких как ожирение, альцгеймер и др#39; болезни, диабет, паркинсон и#39; болезни, депрессии и т.д., и в последние годы было получено много соответствующих сообщений. Поэтому galacto-oligosaccharides имеет широкое применение в пищевой, медицинской и фармацевтической промышленности.

3.1 применение в пищевой промышленности

Благодаря своим особым физическим и химическим свойствам и физиологическим функциям галактоолигосахариды широко используются в приправ-Ной промышленности, например, в напитках, конфетах, хлебобулочных изделиях, джемах, молочном порошке и кормах для домашних животных. GOS добавляется в молочные продукты из-за его хорошей растворимости и потому, что известно, что он является фактором роста для бифидобактерий. Это делает результирующее сухое молоко более похожим на грудное молоко, обеспечивая, чтобы кишечная флора грудных детей питается по той же формуле, что и грудное молоко грудных детей, тем самым способствуя росту и развитию младенцев. Это также может удовлетворить потребности в питании некоторых людей с непереносимостью лактозы. Он добавляется в напитки, потому что он имеет высокую растворимость, хорошую стабильность, хорошую вкусность, низкую кариогенность и функциональность гос не уничтожается. Важным фактором при добавлении его в йогурт является то, что гос не уничтожается молочных кислотных бактерий и все еще может выполнять свою функцию. GOS добавляется к хлебобручным изделиям, потому что он термостойкий и стабильный и не будет уничтожен при высокой температуре выпечки. Широкое использование галакто-олигосахаридов в приборостроении привело к росту всей функциональной полисахаридной промышленности.

3.2 применение медицинских препаратов

В качестве людей#39. Уровень жизни повышается, а их знания расширяются, и они все в меньшей степени удовлетворены питательными факторами, получаемыми только от продуктов питания. Таким образом, появление медицинских товаров встретило людей#39;s потребности. Лекарственные средства представляют собой полимер одного или нескольких питательных веществ. Они очень чистые, имеют высокое содержание, и могут удовлетворить ежедневные потребности с помощью только одной таблетки. Именно благодаря этим характеристикам они широко используются. В силу своих многочисленных функций правительство судана известно как Один из видов функционального олигосахарида и широко производится в различных медицинских продуктах для повышения иммунитета человека.

3.3 применение лекарственных средств

Правительство судана выполняет физиологические функцииЭто может предотвратить и лечить некоторые заболевания, поэтому он также используется в медицине. Галактоолигосахариды могут быть использованы полезными бактериями кишечника, которые затем используют углеводы для производства короткоцепных жирных кислот. Это препятствует синтезу холестерина в печени, тем самым перераспределяя сывороточный холестерин в печень и снижая уровень холестерина в крови. В 2015 году Xin Yueqiang et al. [28] обнаружили, что галактоолигосахариды могут способствовать производству более экстраклеточных полисахаридов с помощью плантаров Lactobacillus и бифидобактерий. Внеклеточный не только обладает антиопухолевой и иммунной активностью, но и способствует долговременной колонизации пробиотиков кишечника. Поскольку многие зарубежные доклады показали, что изменения в кишечной флоре окружающей среды может привести к возникновению многих заболеваний, таких как альцгеймер и#39; болезнь s, паркинсон ' болезни, депрессия, ожирение и т.д., олигосахариды, которые могут регулировать кишечную флору, получают все большее внимание [29, 30].

4. Выводы и перспективы

Нормальный кишечник человека колонизируется сложным сообществом бактерий с тысячами видов и очень большой популяцией. Они работают организованно. Они имеют множественные последствия для человеческого организма, такие как иммунитет, питание и биологический антагонизм. В последние годы из-за злоупотребления антибиотиками, чрезмерного психического стресса и экологических изменений кишечная флора стала несбалансированной, став главной угрозой для здоровья населения.

На протяжении многих лет многие доклады подтверждают, что изменения в кишечной флоре тесно связаны со здоровьем человека. Наличие заболеваний, таких как паркинсон и#39; с болезнь, депрессия, альцгеймер и#39;s disease and diabetes are directly related to changes in the intestinal flora. The widespread use of galacto-oligosaccharides in the condiment industry can not only achieve the nutritional value and taste of the food, but is also an important direction for the development of galacto-oligosaccharides. The application of condiments also requires a lot of research. It is a more acceptable way to prevent and treat some diseases by adding galacto-oligosaccharides to food.

Справочные материалы:

[1] цзя шаутинг, син хуимин, ги шилин и др. Научный прогресс oligosaccharides [J]. Переработка сельскохозяйственной продукции, 2010(5): 71-73.

[2] фей цзюньцзе, ли бинбинг, чэнь юн и др. Подготовка олигосахаридов с помощью смолы β-galactosidase [J]. Биохимические процессы, 2015, 13(4): 17-22.

[3] ван син, у бин, он бинфан. Скрининг, клонирование и выражение, ферментативные свойства грау-галактозидазы и ее ферментативный синтез олигосахаридов [J]. Биохимические процессы, 2015, 13(6): 30 — 35.

[4] ли мейлин, цзян бо, чжан тао. Синтез олигосахаридов из лактозы путем лактозидазы [J]. Журнал продовольствия и биотехнологии, 2016, 35(3): 234-239.

[5] чжан фенхуа, сан нинг, чжан вэй и др. Сравнительное исследование эпоксидных и аминосмол иммобилизованных грау-галакотосидазе [J]. China Agricultural Science and Technology Report, 2014, 16(5): 47-52.

[6] лю синьлонг, ван лихуэй, тан вейхуа и др. Исследование каталитического синтеза олигосахарида галактозы иммобилизированным галактозидазом [J]. Пищевая инженерия, 2016(1) :20-22, 39.

[7] син сяосяо, ци вэй, ван менгфан и др. Ферзиматические свойства грау-галактозидазы и ее применение в синтезе олигосахаридов. Биохимические процессы, 2015, 13(2):30 — 34.

[8] фу вэньцзя, цзян шухуан, цянь фан и др. Исследования по синтезу олигосахаридов лактококком lactis бета-галактозидасе [J]. Пищевая наука и технологии, 2016, 41(6): 2-6.

[9] Wei Chun, Kong Lingmin, Liu Lifeng. Оптимизация процессов производства олигосахарида путем пермебилизированного клеточного катализатора плантара лактобациллуса [J]. Fermentation Science and Technology Newsletter, 2016, 45(1):18-22.

[10] шаньдунский университет. Метод переработки рекомбинатов Saccharomyces cerevisiae для производства олигосахаридов [п]. Китайский патент: CN200810157830. X, 2008-10-15.

[11] лю цзянфу, чэнь цинсен, ван чжан и др. Анализ состава олигосахаридов синтезирован к. фрагменлисом ду-галактосидасе [J]. Пищевая промышленность и ферментация, 2005, 31(11): 109-111.

[12] Лу Лили, ли чжэньи, сяо мин. Последние достижения в микробном энзиматическом синтезе галакто-олигосахаридов [J]. Acta Microbiologica Sinica, 2008, 48(7): 980-985.

[13] Ziegler A, Zaia J. size-исключение хроматографии гепарина олигосахаридов при высоком и низком давлении [J]. J хроматогр б, 2006, 837(1-2):76-86.

[14] фэн юнмэй, чан сюлиан, ван вэньхуа и др. Отделение олигосахаридов методом гелевой фильтрационной хроматографии с dextran[J]. Журнал пекинского университета химической технологии (издание естественных наук), 2009, 36 (1):73-76.

[15] шу хунчжи, се гуанфа, лин чжиюн и др. Обсуждение вопроса о применении технологии разделения мембран в пивоваренной промышленности [J]. Китай пивоварения, 2007, 26(3): 58-60.

[16] гуляс а к, капасакалидис п г, синклер н р и др. Очистка олигосахаридов нанофильтром [J]. J мембрана Sci, 2002, 209(1) :321-335.

[17] Feng Y M, Chang X L, Wang W H, et al. Отделение смеси галактоолигосахаридов путем нанофильтрации [J]. J Taiwan Inst Chem Eng, 2009, 40(3): 326-332.

[18] Пан бинье, гао янлинг, оуян и и др. Очистка олигосахаридов от винных дрожжей. Китайская молочная промышленность, 2011, 39(8): 8-10.

[19] юань QP, Ma RY, Zhang X. исследование по методу ферментации для переработки соевых олигосахаридов [J]. Вестник микробиологии, 2001, 28(6): 56-59.

[20] Splechtna B, Petzelbauer I, Baminger U. производство смеси галактоолигосахаридов без лактозы путем селективного ферзиматического окисления лактозы в лактобионовую кислоту. Фермент Microb Tech, 2001, 29(6-7): 434-440.

[21] Maischberger T, Nguyen T H, Sukyai P и др. Производство смесей галактоолигосахаридов без лактозы: сравнение двух дегидрогеназов цельбиозы для селективного окисления лактозы в лактобионическую кислоту [J]. Карбогидр Res, 2008, 343(12): 2140-2147.

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

[23] дуан и, чжан ф, шан д и др. Влияние пребиотической добавки на окклюдин, плотный белок соединения, в слизистой оболочке кишечника крыс с высотной болезнью [J]. Китайский журнал микроэкологии, 2011, 23(5):390-392, 397.

[24] роселл с, аксельрод дж. American Journal of Clinical Nutrition, 2011, 93(6):1305-1311.

[25] Лу ядун, Бен сяомин, юй вэнлян и др. Исследования по улучшению микроэкологии детского кишечника и ферментации путем добавления галоктоза-олигосахаридов в молочное молоко [J]. Современная медицина, 2007, 35(6): 423-427.

[26] ван фан, хуан чже, чжан лей. Рост и развитие младенцев, питающихся молоком, содержащим олигосахариды [J]. Журнал «практические медицинские технологии», 2004, 11(14): 1891 — 1892.

[27] чонано, мацумото к, ватануки м. Влияние галактоологосахаридов на поглощение кальция и предотвращение потери костей in  Ovariectomized rats[J]. Biotech Biochem, 1995, 59(2):236 — 239.

[28] син юцян, лян ронгрён, ван рюймин. Исследование влияния олигосахаридов на производство внеклеточных полисахаридов кишечной пробиотикой [J]. Биотехнологический вестник, 2015, 31(6): 144-150.

[29] ли тонджу, цзя дексян, чжао ян и др. Гут флора и альцгеймер и#39; болезнь s [J]. Международный журнал фармацевтических исследований, 2016, 43(1): 15-19, 32.

[30] шэнь диншу. Микроэкология кишечника и ожирение [J]. Китайский журнал микроэкологии, 2012, 24(1): 91-93.