¿Cuáles son los métodos de producción de Galacto oligosacárido (GOS)?

Celel desarrollo de lunsociedad y los cambios en lunestructurunde la dieta humana, people's el consumo de carne y productos lácteos está aumentando, mientrasque el consumo de cereales está disminuyendo gradualmente. Los cambios en la estructura de la dieta hanllevado directamente a un aumento de la hipertensión, diabetes, y diversas enfermedades orales y digestivas. Además, con el agravdel envejecimiento de la sociedad, la demanda de alimentos funcionales y saludables seguirá aumentando.Galacto-oligosacáridos(GOS) are a typical funcionalLa comidaadditive thenis degreat scientific research value ymarketdevelopment prospects due to their excellent physical yQuímica químicaproperties youtstanding physiological effects.

1. Introducción a los galacto-oligosacáridos y sus efectos fisiológicos

1.1. Introducción a los galacto-oligosacáridos

Prebiotics are non-digestible La comidacomponents that can be selectively utilized by bifidobacteria ylactobacilli to promote host health. They play an important role enmaintaining elbalance deintestinal flora. Having “optimal” intestinal flora can enhance the body's resistencia a las bacterias patógenas, reducir la fracción de masa de amoníaco en la sangre, mejorar la inmunidad, y reducir el riesgo de cáncer [1-2]. Los galactooligosacáridos (GOS) son un oligosacárido funcional y un miembro de la familia prebióque ha atraído mucha atención en los últimos años [3-5]. Los galactooligosacáridos consisten de 2 a 10 unidades de galactosa y una unidad de glucosa terminal, con la fórmula eestructural(galactosa) n-glucosa.

In addition, the disaccharide composed detwo gaLa lactosaunsuis also considered a type deoligosaccharide. Los oligosacáridos se encuentran en pequeñas cantidades en la naturaleza, sólo en la leche materna y algunas frutas y verduras. Tienen excelentes propiedades físicas y químicas y efectos fisiológicos sobresali, por lo que son muy adecuados para su uso como aditivos en la industria alimentaria [6]. Además, la seguridad de los oligosacáridos ha sido ampliamente reconocida. Por ejemplo, Japón ya ha considerado a los oligosacáridos como un alimento específico para la salud (FOSHU), Estados Unidos los ha reconocido como una sustancia generalmente reconocida como segura (GRAS) [7], y China los ha definido como un potenciador nutricional y un nuevo recurso alimentario. Por lo tanto, los galacto-oligosacáridos tienen una amplia gama de aplicaciones en muchos campos, tales como preparados para lactantes, leche fermentada, productos de confitería, productos horneados, piensos para el ganado y alimentos para mascotas, y tienen una perspectiva de mercado prometedora.

1.2 propiedades fisicoquímicas y efectos fisiológicos de los galacto-oligosacáridos 

1.2.1 propiedades fisicoquímicas

Commercially available galacto-oligosaccharides are translucent, yellowish to colourless, yhave a moderate sweetness, generally 0.3 to 0.6 times that desucrose. The viscosity is similar to that dealtofructose syrup, ythe caloric value is lower than that desucrose, generally less than 50%. Galacto-oligosaccharides contaenmany hydrophilic groups, which gives them good water solubility ywater retention, ystrong 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 has high estabilidadat high temperatures and over a wide pHrange. For example, it can remaenstable paraseveral months at a temperature de37°C and pH 2. It can also remain stable physically and químicamenteafter being treated at a neutral pH de7 and a temperature de160°C or a pH de3 and a temperature de120 .

1.2.2 efectos fisiológicos

1) no digestibilidad. La no digestibilidad es uno de los factores que debe estar presente para que un componente sea definido como prebiótico [1]. Los galacto-oligosacáridos generalmente no son digeridos o absorbidos por el cuerpo#39;s enzimas digestivas porque contienen muchos enlaces − -galactósido entre las unidades de azúcar que no se hidrolizan fácilmente, a excepción de un número muy pequeño de disacáridos. Los estudios han mostrado [8-9] que los oligosacáricon una fracción de masa de más de 90% no son digeridos o absorbidos por el estómago y el intestino delgado, sino que pasan directamente al colon. Los experimentos In vitro también han demostrado que los oligosacáridos como galactooligosacáridos y galactotriosis no son hidrolizados por la saliva humana − -amilasa, jugo gástrico artificial, o la − -amilasa pancreporcina. Sólo una pequeña proporción de disacáridos puede ser digerido por las enzimas en el intestino de rata. Además, el valor calórico de los galacto-oligosacáridos es muy bajo, en sólo 5-8 kJ/g. Por esta razón, los galacto-oligosacáridos pueden ser utilizados como edulcory agente de carga en alimentos para diabéticos y pacientes obesos.

2) promueve la proliferación de probióticos. Los galacto-oligosacáridos pueden ser selectivamente utilizados por bifidobacterias y lactobacilos, promoviendo así la proliferación de bacterias benefici, inhibiel crecimiento de bacterias dañinas, y manteniendo el equilibrio de la flora intestinAl.Davis Et al.[10]estudiaron el efecto de la dosis de galacto-oligosacáridos sobre las bifidobacterias y encontraron que la ingesta diaria de dulces de mascar que contienen 5 go más de galacto-oligosacáridos durante 3 semanas produjo un efecto significativo sobre la proliferación de bifidobacterias. Chang Jinjin Et al.[11] estudiaron la adición de 2% de oligosacáridos a la dieta de lechones destetados, lo que puede aumentar la abundancia relativa de lactobacilos en los lechones#39;s del intestino y mejorar la composición microbiana intestinal.

3) Promote mineral absorption. Probiotics such as Bifidobacterium can use galacto-oligosacáridosto 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 absorption decalcium and iron ions, and prevent osteoporosis [7, 11-12].

4) prevención de caries. Los galacto-oligosacáridos no pueden ser utilizados por Streptococcus mutans, lo que reduce la producción de Streptococcus mutans y previene la caries dentAl.Al mismo tiempo, los galacto-oligosacáritienen un sabor dulce, por lo que se pueden utilizar como edulcoren los niños#39;s para reducir la incidencia de caries en los niños.

5) prevención y tratamiento del estreñimiento. Los ácidos grasos de cadena corta y gases como CO2, H2 y CH4 producidos por la fermentación y descomposición de galacto-oligosacáridos por bifidobacterias pueden estimular el movimiento intestinal, aumentar el contenido de humedad de las heces y prevenir el estreñimiento.

6) otros: los galacto-oligosacáridos también juegan un papel importante en la regulación del sistema inmunitario, la regulación del metabolismo de los lípidos y la inhibición del crecimiento de las células tumorales [12-14]. También se ha encontrado que los galacto-oligosacáridos estimulan selectivamente el crecimiento de bacterias "beneficiosas" en la piel humana. Como aditivo cosmé, tienen un cierto efecto hidratante y pueden ayudar a eliminar el acné [15]. Además, la investigación ha encontrado que los cambios en el medio ambiente de la flora intestinal puede conducir a la aparición de enfermedades como la depresión, la obesidad, el Alzheimer's disease and Parkinson's enfermedad. Dado que los oligosacáridos son beneficiosos para la regulación de la flora intestinal, sus efectos fisiológicos también han atraído la atención de los investigadores en el campo farmacéutico.

2 preparación de oligosacáridos

At present, domestic and foreign studies have shown that the main methods depreparing oligosaccharides are extraction from natural raw materials (such as the acid hydrolysis denatural 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 rendimientoof 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 paralarge-scale industrial production. The chemical Síntesis síntesis síntesismethod parapreparing galacto-oligosaccharides is highly polluting, costly, and not ecologically or economically efficient, and is also not suitable paraindustrial production. Among the methods for synthesizing galacto-oligosaccharides, the fermentation method and the enzymatic method have been studied more. The enzymatic (β-galactosidase) method, conits specific transglycosylation activity, has become the main method for industrial producciónof galacto-oligosaccharides [16-17].

2.1 mecanismo de síntesis enzimde galacto-oligosacáridos

− -galactosidasa utiliza su actividad hidrolítica para descomponer el sustrlactosa en galactosa y unidades de glucosa, y luego utiliza − -galactosidase's transglycosylation activity to transfer the gaLa lactosaunit 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 Síntesis síntesis síntesis[18].

2.2 β -galactosidasa, fuentes y síntesis de oligosacáridos

2.2.1 − -galactosidasa

Galactosidasa (E. C. 3. 2. 1. 23), también conocida como lactasa, es un tipo de glucosidasa que puede hidrolizar enlaces − -galactósido [4,19] y ha sido aplicada en campos como alimentos, biosensores e investigación básica. En la industria alimentaria, la actividad hidrolítica de la − -galactosidasa se utiliza a menudo para degradar la lactosa en productos lácteos, producir productos lácteos bajos en lactosa, mejorar la digestibilidad, solubilidad, dulzor y sabor de los productos lácteos, y reducir el riesgo de síntomas de intolerancia ala lactosa causados por la lac[4]. Los estudios han demostrado que casi 70% de los adultos en el mundo sufren de intolerancia a la lactosa [8]. También puede usarse para tratar aguas residuales de suero para reducir la contaminación ambiental [20-21]. En el campo de los biosensores, algunas enzimas − -galactosidasa también se utilizan en biosensores para detectar lactosa en productos lácteos [22]. En el campo de la investigación básica, el gen codificador − -galactosidasa (lacZ) se utiliza a menudo como un gen reportero para monitorear las tasas de transfec[4]. Más interesante, además de su actividad hidrolítica, algunas fuentes de − -galactosidasa también tienen actividad de transglicosilación, que puede ser utilizado para sintetizar galacto-oligosacáridos como prebióticos, que es otro de sus principales usos en la industria alimentaria.

2.2.2 fuentes de − -galactosidasa

Hay un amplio rango de fuentes de − -galactosidasa. Las fuentes principales son: 1) fuentes vegetales. Tales como Arabidopsis, tomates, fresas, pimientos dulces, manzanas, mangos y plátanos [23]; 2) fuentes animales. Se encuentra principalmente en el intestino delgado de los mamíferos jóvenes; 3) fuentes microbianas. Bacterias (por ejemplo Escherichia coli, Lactobacillus y Bifidobacterium), hongos (por ejemplo Aspergillus oryzae, Aspergillus niger y Penicillium), levaduras (por ejemplo Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces fragilis y Kluyveromyces marxianus) y actinomicetos (por ejemplo Streptomyces coelicolor) [5,8]. Molde] [5,8]. La − -galactosidasa de fuentes animales y vegetales tiene una pequeña fracción de masa y es difícil de aislar y extraer, por lo que no es adecuada para la producción industriAl.Sin embargo, la − -galactosidasa de fuentes microbitiene las ventajas de alto rendimiento, bajo costo y ciclo corto, por lo que se ha convertido en la Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Kluyveromyces lactis, Bifidobacterium y Bacillus circulans son las principales fuentes de enzimas para la producción industrial de − -galactosidasa [5,24].

Las − -galactosidasas de diferentes fuentes difieren significativamente en términos de sus secuencias de proteínas, pesos moleculares, estructuras y propiedades enzim. Basado en la similitud de las secuencias de proteínas − -galactosidase, una búsqueda en una base de datos bioinformática del CAZy (http://www.c azy. Org/),  La − -galactosidasa puede ser subdividida en múltiples familias de glucósihidrolasa como GH1, GH2, GH35, GH42, GH59 y GH147. Se ha informado que las familias GH1, GH2, GH35 y GH42 tienen el potencial para la aplicación industriAl.Las familias de − -galactosidasa de diferentes fuentes y sus características de actividad se muestran en la tabla 1.

Síntesis de oligosacáridos 2.2.3 β -galactosidasa

En los últimos años, como laEfectos beneficiosos de los oligosacáridosPoco a poco se han dado a conocer, la investigación sobre los oligosacáridos se ha convertido en un foco de atención para los estudiosos en el país y el extranjero. En la actualidad, ha habido un gran número de informes sobre la síntesis de oligosacáridos por − -galactosidasa en el país y en el extranjero. Las principales formas de sintetizar oligosacáridos por − -galactosidasa son usar − -galactosidasa cruo o pura de bacterias silvestres [32-33], recombin− -galactosidasa [34-35], células enteras o células permeabilide de microorganismos [30- 36], enzimas inmovilizo células [37,29] para catalizar la hidrólisis de la lactosa y el proceso de transglicosilación, y lograr la preparación biocatítica de galacto-oligosacáridos.

La ventaja de utilizar enzimas libres para sintetizar galacto-oligosacáridos es que las enzimas libres participan directamente en la reacción, y el producto tiene una alta pureza y es fácil de purificar. La desventaja es que la cantidad de enzima utilizada es grande y la estabilidad no es alta. Además, la − -galactosidasa de bacterias silvestres es difícil de aislar y puri, y el costo es alto, pero la bioseguridad es alta, mientras que la − -galactosidasa de bacterias recombinantes diseñadas está más fácilmente disponible que la enzima silvestre. La síntesis de enzimas inmovilizde oligogalactosa es más estable que las enzimas libres y puede ser reutilizada, y es el foco de la investigación en la producción industrial de oligogalactosa.

Dado que la reacción de la síntesis de oligosacáridos es acompañada por una reacción de hidróliy síntesis controlada dinámicamente, las propiedades de la síntesis de oligosacáridos son cruciales para la preparación eficiente de oligosacáridos por biocatálisis. Por ejemplo, el rendimiento, el grado de polimerización y el tipo de enlace de los oligosacáridos dependen de las propiedades de las enzimas − -galactosidasa [5]. Actualmente, la galactosidasa utilizada en la síntesis comercial de oligosacárise deriva principalmente de bacterias como Bacillus circulans, Aspergillus oryzae y Kluyveromyces lactis [5,20]. La temperatura de reacción para la síntesis de oligosacáridos por − -galactosidasa de Bacillus circulans es de 40~60 β, el pH es cercano a 6, y el rendimiento es de 40%; La temperatura de reacción óptima para la − -galactosidasa de Aspergillus oryzae es de 40~60 β, el pH óptimo es de 4,5, y el rendimiento de los oligosacáridos es cercano al 30%, y es más conveniente preparar la enzima en comparación con la − -galactosidasa de Bacillus circulans. La temperatura de reacción de − -galactosidasa de Kluyveromyces lactis es de 35~40 β, el pH es de 6,5, y el rendimiento de los oligosacáridos es de aproximadamente 30%. Además, la − -galactosidasa derivada de Lactobacillus kluveri tiene una fuerte actividad hidrolítica y es más adecuada para la hidrólide la lactosa que para la síntesis de oligosacáridos [5].

También se ha informado que las estructuras tridimensionales y los mecanismos de reacción de proteínas − -galactosidasa de diferentes fuentes son diferentes, y tienen diferentes selectividades para el agua y el azúcar. Las condiciones de reacción son diferentes, lo que conduce a diferencias en el rendimiento y la estructura de galacto-oligosacáridos (es decir, la fuente de − -galactosidasa determina el rendimiento, la composición y el tipo de GOS) [38]. Por ejemplo, Huang Et al.[29]expresaron heterólogamente dos genes de − -galactosidasa derivados de la producción de ácido Klebsiella [39-40] e investigaron las actividades de transglicosilación e hidrólipara obtener un altamente activo − -galactosidasa. La enzima tenía un alto rendimiento de oligosacáridos a una temperatura de reacción de 37 °C, una concentración inicial de lactosa de 400 g/L, un pH de reacción de 7,5, una adición enzimde 10 U/g de lactosa, y un tiempo de reacción de 48 h.

El pH de reacción fue de 7,5, la cantidad de enzima añadifue de 10U/g de lactosa, y el tiempo de reacción fue de 48h. En estas condiciones, el rendimiento de galactosa era de aproximadamente 45%, y la concentración másica del producto alcanzaba los 178 g/L (incluyendo isomaltosa, oligosacáridos, trisacáridos y tetrasacáridos). Zhu Wuer Et al.[41] utilizaron − -galactosidasa de Salinomonas S62 como objeto de investigación. ununa temperatura de reacción de 40 °C, una concentración inicial de lactosa de 300 g/L, un pH de reacción de 7.0, una adición enzimde 50 U/mL, y un tiempo de reacción de 6 h, el rendimiento de galacto-oligosacáridos fue de aproximadamente 4 2%. Los productos incluyen isomaltosa, galactosa, dos tipos de oligosacárido galactosa, y dos tipos de oligosacárido galactosa.

Rodriguez-co-lins etAl.[42]utilizaron → -galactosidasa de Lactobacillus kluveri para obtener un rendimiento máximo de 177 g/L de oligosacáridos con una tasa de conversión de lactosa de 76% en las condiciones de una concentración inicial de lactosa de 400 g/L, un pH de reacción de 7,0, una temperatura de reacción de 40 β C, una cantidad de adición enzimde 1,2-1,5 U/mL y un tiempo de reacción de 6 h.Dos tipos de oligosacáridosCon tres unidades de galactosa, y dos tipos de oligosacáridos con cuatro unidades de galactosa. 5U/mL, el tiempo de reacción fue de 6h, el rendimiento máximo de galactooligosacáridos fue de 177 g/L, la tasa de conversión de lactosa fue de 76%, y los productos incluyeron los disacáridos 6-galactosa e isomaltosa y 6-galactosa-lactosa. Urrutia Et al.[43]usaron − -galactosidasa de Aspergillus oryzae para producir GOS.

La concentración máxima de GOS fue de 107 g/L (26,8% del contenido total de azúcar), lo que equivale a una tasa de conversión de lactosa de alrededor del 70%. Los productos incluyen galactosa, 3-O- − -galactosilglucosa, y 6 '-O- - -galactosillactosa. Yanahira etAl.[44]utilizaron − -galactosidasa de Bacillus circulans para añadir la enzima (275 U) a una solución que contenía lactosa (55 g) (pH 6,0) a una temperatura de reacción de 60 β C (45 mL). La reacción se llevó a cabo durante 23 h, y los productos fueron 11 oligosacáridos (incluyendo 3 disacáridos y 8 trisacáridos), a saber − -D-Galp-(1 6.0). La reacción se llevó a cabo durante 23 h. El producto contenía 11 tipos de oligosacáridos (incluyendo 3 disacáridos y 8 trisacáridos), a saber − -D-Galp-(1 − 3) -D-Glc, − -D-Galp-(1 − 6) -D-Glc, − -D-Galp-(1 − 2) -D-Glc, − -D-Galp-(1 − 4) -D-Glc, − -D- Galp-(1 − 6) -[− -D-Galp-(1 − 2)] -D-Glc, − -D-Galp- (1 − 6) -[− -D-Galp-(1 − 4)] -D-Glc, − -D-Galp-(1 − 4)- − -D-Galp-(1 − 3) -D-Glc, − -D-Galp-(1 − 4)- − -D- Galp-(1 − 2) -D-Glc, − -D-Galp-(1 − 4) -[− -D-Galp- (1 − 2)] -D-Glc, − -D-Galp-(1 − 4)- − -D-Galp-(1 − 6)-D-Glc, − -D-Galp-(1 − 6) [− -D-Galp-(1 − 3)]-D-Glc. Los resultados del estudio sobre la preparación biocatalítica de GOS por − -galactosidasa de diferentes fuentes se muestran en la tabla 2.

Además de las propiedades enzimde la galactosidasa en sí, las condiciones catalíticas de la concentración inicial de lactosa y la temperatura de reacción son también factores clave en la preparación biocatalítica de galacto-oligosacáridos. Una concentración inicial de lactosa por encima de una relación masa-volumen de 30% es conducente ala reacción de síntesis, es decir, es beneficioso para aumentar el rendimiento de galacto-oligosacáridos [50]. Sin embargo, la solubilidad de la lactosa es más débil que la de otros azúcares. A una temperatura de 30 °C, la solubilidad es sólo el 25% del agua, y a 40 °C, es sólo el 33% del agua. Aunque una alta concentración de solución de lactosa se puede obtener por supersaturación, la solución supersatures inestable y la lactosa es propensa a precip.

Por lo tanto, el aumento de la temperatura del sistema de conversión no sólo permite obtener una mayor concentración de masa del sustrinicial (lactosa), sino que también mejora la eficiencia de la síntesis de oligosacáridos. Concentración, sino que también ayuda a mejorar la eficiencia de la síntesis de galacto-oligosacáridos. Al mismo tiempo, temperaturas de reacción excesivamente altas pueden fácilmente desnaturalizar e inactivar el catalizador − -galactosidasa. El Screening o evolución moleculardirigida para obtener una galactosidasa de alta resistencia ala temperatura para mejorar la eficiencia de la síntesis de oligosacáridos (sistema de conversión relación de alimentación de sustr, rendimiento y pureza del producto, etc.) es otro tema caliente en la investigación de la síntesis enzimde oligosacáridos. En la actualidad, investigaciones nacionales y extranjeras [8]han encontrado que las glucosidasde microorganismos hipertermófilos como Sulfolobus tokodaii, Pyrococcus furiosus, Thermus thermophilus, Thermus thermophilus, Staphylococcus saccharolyticus y Halothermus marinus tienen la capacidad de catalizar reacciones de transglicosilación a temperaturas de 80 °C o más, lo que es beneficioso para mejorar el rendimiento de los oligosacáridos preparados por el método biocatítico.

3. Oligosacárido sintetizpor enzimas galactosa separación y purificación

Hasta la fecha, el bajo rendimiento sigue siendo una deficiencia de la producción industrial de oligosacáridos preparados por el método biocatalítico. Para la ruta de síntesis enzimmediada por − -galactosidas, el rendimiento de los oligosacáridos es generalmente del 20% al 45% (que corresponde a una tasa de conversión de laca del sustrdel 40% al 60%), y los intentos de aumentar significativamente el rendimiento de los oligosacáridos mediante la optimización de biocatalizadores o técnicas de ingeniería de proceso aún no han tenido éxito. Por lo tanto, la eliminación de la lactosa no reacy de los monosacáridos no polimeriz(glucosa y galactosa) después de la hidrólisis de la solución de reacción final de la ruta de síntesis enzimse ha convertido en la principal dificultad y cuello de botella en la investigación sobre la separación y purificación de oligosacáridos [32]. Se ha informado que los métodos actuales de purificación de oligosacáridos incluyen separación cromatográfica, separación de membrana, métodos enzimy fermentación selectiva [51].

La separación cromatográfica se basa en las diferentes fuerzas de Unión entre los componentes del material a separar y la fase estacionaria y fase móvil, y los componentes se separan secuencialmente. Las resinas de intercambio iónico se utilizan más comúnmente para separar los sacáridos [52]. Li Liangyu Et al.[53] usaron un cromatógrafo móvil simulhecho en casa y un dispositivo cromatógrafo móvil simulsecupara purila galactosa crude de bajo peso molecular, respectivamente, y obtuvieron buenos resultados de separación. A través del análisis comparativo, los resultados obtenidos con el cromatógrafo móvil simulsecuencial fueron mejores. Con un índice de refracción de alimentación del 60%, una temperatura de columna de 60 °C, las condiciones experimentales fueron una velocidad de alimentación de 467 mL/h, una tasa de flujo de agua de entrada de 722,4 mL/h, y una temperatura de columna de 60 °C. El rendimiento de los oligosacáridos fue 91,3%, y la fracción de masa fue 95,1%.

Wisniewski 4mL/h, el rendimiento de oligosacáridos fue 91,3%, y la fracción de masa fue 95,1%. Wisniewski Et al.[54]informaron que los oligosacáricon una fracción de masa de 99,9% se podrían obtener usando la tecnología de lecho móvil simulado (SMB). 9% de galacto-oligosacáride de bajo peso molecular. La separación de membrana se basa en el hecho de que sustancias con diferentes pesos moleculares pueden pasar a través de los poros de la membrana, mientras que las macromoléculas están bloqueadas. Esto permite la separación de componentes con diferentes tamaños moleculares. Entre ellos, la ultrafiltración y la nanofiltración se utilizan a menudo para la separación y purificación de polisacáridos funcionales [55].

Feng Et al.[56]usaron una membrana NF-3 con una fase de corte de 800-1,000 Da para puriel crudo 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).  El 5%, la fracción de masa de oligosacáridos fue del 54,5% (1,5 veces la del producto bruto), y el rendimiento de oligosacáridos fue del 70%.

Goulas Et al.[57]usaron dos membranas asimétricas de acetato de celul(NF-CA-50 y UF-CA-1) para filtrar y dializar continuamente el producto de galacto-oligosacárido crudo, y la fracción de masa de oligosacárido podría alcanzar el 98%. Debido ala masa molecular similar entre los galacto-oligosacáridos y los contaminantes (principalmente la lactosa y los monosacáridos), la separación por gradación de membrana es una tarea difícil. Mientras que la eliminación efectiva de azúcares simples es un enfoque razonable, la eliminación de la lactosa requeriría un paso de pre-hidrólisis enzim, lo que llevaría a una menor productividad y mayores costos. La separación por membrana, aunque selectiva, no contaminante y de bajo consumo energético, es cara y requiere una limpieza y mantenimiento frecuentes, que de otro modo podrían causar contaminación por membrana, limitando así su aplicación en la producción industrial a gran escala.

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 Et al.[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 galacto-oligosacáridowith 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, usandoKluyveromyces 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 Et al.[59]studied the continuous production of high-purity isomaltooligosaccharides (IMOS) by selective fermentation of Saccharomyces cerevisiae.

La fracción de baja calidad de IMOS (67%) se incubó con una cepa separada de Saccharomyces cerevisiae (4%) en un biorreactor de 3L durante 1 h, combinado con un ciclo de membrana de microfiltración para obtener IMOS de alta calidad, fracción de masa del producto > 91%, rendimiento 79%, y el rendimiento de espacio tiempo más alto fue 198,79 g/(L · h). El estudio encontró que la fermentación anaeróbica de azúcar durante 24 horas puede eliminar específicamente la concentración de masa de monosacáridos (glucosa y galactosa) en el licor madre convertido a galactosa de bajo peso molecular y mejorar la fracción de calidad del producto. Aunque este método de fermentación y separación selectiva puede obtener un producto con una fracción de masa alta, la fermentación selectiva (bioconversión) también tiene sus inconvenientes. El proceso de fermentación requiere una alta masa celular y los galacto-oligosacárino purinecesitan ser diluidos. La producción de subproductos metabólicos como etanol, ácido acético y glicertambién puede afectar a la fracción de masa y rendimiento del producto [5].

4 estado actual de la producción industrial de oligosacáridos

La producción industrial de oligosacárise originó en Japón [4], y posteriormente fue comercializada en Europa y Estados Unidos. China's la industria oligosacáricomenzó relativamente tarde. Hoy en día, muchas compañías nacionales y extranjeras han puesto su mirada en la industria de oligosacáridos. Los fabricantes de oligosacáride producidos comercialmente incluyen principalmente a Japón#39;s Yakult Honsha Co., Ltd., Japan's Nisshin Sugar Manufacturing Co., Ltd., the Netherlands#39; Z, the United States (en inglés)#39; Illinois Corn Products International, China's Baolingbao Biology, and Quantum Hi-Tech Biology Co., Ltd. .

Los principales oligosacáridos presentes en el mercado se presentan en el cuadro 3. Aunque se han hecho grandes progresos en la producción industrial de oligosacáridos en el país y en el extranjero, todavía hay algunos problemas urgentes a resolver en la industria de oligosacáridos, como la dificultad de separar y purioligosacáridos (actualmente, la fracción de calidad de la mayoría de los productos de oligosacáridos producidos en el mercado nacional es inferior al 57%), y la actividad existente comercializada de − -galactosidasa no es alta (el rendimiento de GOS es de alrededor del 30% al 40%). Por lo tanto, el desarrollo de métodos eficientes para la separación y purificación de oligosacáridos y la búsqueda de nuevas − -galactosidasas con un excelente rendimiento será la dirección principal de la futura investigación industrial sobre oligosacáridos, que tiene un alto valor de investigación y perspectivas de desarrollo [61].

5 conclusión

A través del análisis anterior, los oligosacáridos han sido ampliamente utilizados en industrias como fórmulas infantiles, leche fermentada, productos de confitería, productos horneados, piensos para el ganado y alimentos para mascotas debido a sus excelentes propiedades fisicoquímicas y efectos fisiológicos, y tienen un potencial de desarrollo duradero. Con la profundización de la investigación sobre la preparación de galacto-oligosacáridos por el método biocatalítico, los estudiosos en el país y en el extranjero han hecho muchos intentos en el desarrollo de la fuente de la enzima utilizada en la preparación de galacto-oligosacáridos por biocatálisis, el desarrollo del proceso de preparación catalítica, y la investigación y desarrollo de métodos para la separación y purificación de galacto-oligosacáridos, y han hecho progresos considerables. Sin embargo, los resultados de la investigación todavía no pueden satisfacer adecuadamente las necesidades de la producción industrial y la demanda del mercado en constante expansión. En la actualidad, desde la perspectiva del proceso de producción, el bajo rendimiento de los oligosacáridos y la dificultad de separación y purificación siguen siendo factores importantes que restringen el desarrollo industrial de los oligosacáridos.

Además, China's la industria de producción de oligosacáridos todavía tiene problemas como una única fuente de catalizadores, baja pureza del producto y la falta de métodos de prueba que necesitan ser mejorados. Se cree que con los continuos esfuerzos de los investigadores nacionales en las direcciones de investigación mencionadas anteriormente, se lograrán avances en las cuestiones difíciles y de cuello de botella en la preparación de oligosacáridos por el método biocatalítico, y las deficiencias en el desarrollo tecnológico se superarán gradualmente. Esto permitirá la preparación eficiente de oligosacáridos por el método biocatalítico, de modo que los oligosacáridos pueden penetrar gradualmente en la vida cotidiana de los chinos como prebióticos, servir a China's la industria sanitaria, y generan los correspondientes beneficios económicos y efectos sociales.

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