Какой метод производства Galacto Oligosaccharides?

Галактуолигосахариды (гос) являются новым типом функционального вещества. Это вид функционального олигосахарида с естественными свойствами и важным пребиотическим в грудном молоке [1]. Встречается в высоких концентрациях в грудном молоке, обладает хорошей вкусоспособностью, растворимостью в воде и устойчивостью. При приеме внутрь, это может увеличить рост полезных бактерий в кишечнике человека, особенно бифидобактерий, в то же время препятствуя росту putrefactive бактерий.Олигосахариды широко используютсяВ швейной промышленности. Благодаря своим особым физическим и химическим свойствам и функциям они широко добавляются в напитки, молочные продукты и хлебобулочные изделия.

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

Существует пять методов подготовки пб: (1) естественная добыча: извлечение олигосахаридов из природных веществ является дорогостоящим, урожайность низка, а разделение трудно; (2) кислотный гидролиз полисахаридов: коэффициент преобразования низок и очистка затруднена; (3) химический синтез: высокотоксичный и вызывает серьезное загрязнение; (4) ферментация: мало исследований о процессе и разделение и очистка трудно; (5) ферзиматический синтез: стоимость относительно низкая, и в настоящее время является наиболее широко используемым методом приготовления [2]. Основным принципом производства ферментативного синтеза является использование лактозы в качестве основного сырья и получение ее путем использования грава-галактозидазы для проведения трансгликсидации. Вместе с тем в последние годы за счет изучения и оптимизации различных аспектов производственного процесса, таких, как блокирование грава-галактозидазе, были получены более эффективные производственные маршруты для производства галактоолигосахаридов.

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%.

В 2016 году лю синлон и др. [6] изучили процесс синтеза галактоолигосахаридов с использованием в качестве катализатора читосан-адсорбированных и глутаральдегидных взаимосвязанных немобилизованных галактозидазы и оптимизировали условия реакции. Экспериментальные результаты показали, что оптимальными условиями реакции были субstrate 50% лактозы по массе, раствор pH 6,5, температура реакции 40 градусов, добавление 2 ммоль/л мг2 + к системе, ферментная доза 640 г/л и время реакции 4 ч. Урожайность олигосахаридов составила 71,5%. - 5 процентов. После повторного использования в 7 раз, мощность гос, полученная с помощью катализаторов, все еще составляет 64,9%, что свидетельствует о хорошей стабильности.

1.3 оптимизация условий производственного процесса

После того, как промышленное производство олигосахаридов стало «горячей точкой» исследований, большое количество исследователей полностью оптимизировали некоторые технологические условия производства 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 разработан процесс производства галактоолигосахаридов с использованием рекомбинатов Saccharomyces cerevisiae. Во-первых, был построен вектор поверхностного изображения для грац-галактозидасе, а затем грац-галактозидасе был показан на клеточной поверхности Saccharomyces cerevisiae. Наконец, рекомбинатные дрожжи использовались для ферментации лактозы для производства галактоолигосахаридов [10].

2. Достижения в области технологии очистки и разделения

В настоящее времяОлигосахариды, производимые ферзиматическими методамиЯвляются сложными, содержат много неэффективных ингредиентов, таких как глюкоза и лактоза, которые не были катализированы 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

Основным принципом метода разделения мембраны является контроль за оттоком молекул через поры размера мембраны. Молекулы с большими молекулами сохраняются в мембране, и молекулы с мелкими молекулами текут наружу, что позволяет достичь цели разделения и очистки. Преимущество состоит в Том, что эффект разделения является хорошим и активность фермента не влияет. Недостаток заключается в Том, что мембрана легко загрязнена, а вещества с аналогичными молекулярными весами трудно отделить [15]. Гула A K et al. [16] прошли смесь олигосахаридов через мембраны NF-CA-50 (25 гранат) и DS-5-DL (60 гранат) последовательно, а чистота гос достигла 98%. Feng Y M et al. [17] использовали мембрану NF-3 (удерживающие вещества с относительной молекулярной массой 800-1000 u) для очистки и выделения сырой низкомолекулярной галатозы, что примерно в 1,5 раза повысило чистоту гос.

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

В 2016 году Li Liangyu et al. [22] использовали сырую олигосахариду в качестве сырья и очищали сырьё с помощью самодельного имитируемого подвижного кровать (SMB) и последовательно имитируемого подвижного кровать (SSMB) 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

По мере развития науки, вещества постоянно исследует и развивается, что приводит к отчетности и массового производства полезных ингредиентов в продуктах питания для удовлетворения людей#39; 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 функции, которые могут предотвращать и лечить некоторые заболевания, поэтому оно 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 XВ случае необходимостиYueqiang 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; болезни s и диабет непосредственно связаны с изменениями в кишечной флоре. Широкое использование галактоолигосахаридов в приправлении может не только достичь питательной ценности и вкуса пищи, но и является важным направлением для развития галактоолигосахаридов. Применение приправ также требует больших исследований. Это более приемлемый способ профилактики и лечения некоторых заболеваний путем добавления галактоолигосахаридов в пищу.

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.