¿Cuáles son los usos de los Galacto oligosacáridos en el campo de los alimentos?

1 producción de oligosacáridos

En 1980, las compañías japonesas Yakult Honsha, NissenSugar y Snow BryMilk Products obtuvieron 15 patentes parunproductos oligosacáridos. A principios de la década de 1990, Europa y los Estados Unidos comenzaron a desarrollar productos oligosacáridos y aplicarlos en la producción industrial. En China, la investigación sobre la producción de oligosacáridos comenzó en la década de 1990, y ahora dos empresas, Guangdong Jiangmen Quantum Hi-Tech Biological Engineering Co., Ltd. y Guangdong Yunfu Xinjinshan biotecnologíaCo., Ltd., se dedican a la producción comercial de oligosacáridos [1-4].

En la actualidad, las principales compañías nacionales y extranjeras que producen oligosacárido son: Guangdong Jiangmen Quantum Hi-Tech Biological Engineering Co., Ltd., Guangdong Yunfu Xinjinshan Biotechnology Co., Ltd., Yakult Honsha Co., Ltd. (Japón), NissenSugar Manufacturing Co., Ltd. (Japón), y Borculo Domo Ingredients Pty Ltd (países bajos). El American Kerry Group PLC también produce oligosacáridos en polvo.

2 estructura química y propiedades físicas y químicas de los galacto-oligosacáridos

2. 1 estructura química

Galactooligosacáridos(GOS) are produced from La lactosaporthe action deβ-galactosidase, which converts lactose inaoligosaccharides. The molecular structure deGOS generally consists de1–7 galactose units linked to galactose or glucose molecules, i.e. Gal-(Gal)n-Glc/Gal( n is 0 6) [5]. The structural Fórmula fórmulais shown enFigures 1 y2 below.

− -galactosidasa es una hidrolasa que hidroliza la lactosa en concentraciones bajas, y cuando la concentración de lactosa aumenta, se produce una reacción de transferencia de glicano para formar oligosacáridos [6-7]. Los galacto-oligosacáridos se componen principalmente de 6'- - - residuos de galactosilo contenidos en la leche materna, con 26 monosacáridos. Los residuos de galactosa están Unidos por enlaces − (1 − 4), siendo los enlaces − (1 − 4) el tipo principal. Los enlaces entre la galactosa y la glucosa son principalmente enlaces − (1 − 4) [8].

Los oligosacáridos producidos comercialmente son generalmente una mezcla de glucosa, galactosa, lactosa, disacáridos de galactosa, trisacáridos de galactosa, tetrasacáridos de galactosa y pentasacáridos de galactosa. Los principales factores que afectan la estructura y la proporción de oligosacáridos formados dependen de la fuente de la − -galactosidasa utilizada en la producción y el proceso de producción [9-12]. Hay algunas diferencias en las razones estructurales de los productos oligosacáride galactosa producidos por diferentes empresas, como se muestra en la tabla 1.

Aunque la − -galactosidasa utilizada y el proceso de producción varían, los enlaces glicosídicos en los oligosacáridos disponibles comercialmente están vinculados principalmente a través de enlaces galactosídicos − -D-(1 − 6) o − -D-(1 − 4). En los componentes, los enlaces galactosídicos − -D-(1 − 3) también son relativamente comunes, mientras que los enlaces galactosídicos − -D-(1 − 2) son raros. También se han encontrado componentes sin glucosa pero solo ligados ala galactosa, es decir, − -D-Gal-(1 − 6)-D-Gal. Las estructuras de enlaces glicosídicos de diferentes grados oligosacárique se han medido se enumeran en la tabla 2 [5].

A medida que avanza la investigación, se están descubriendo más estructuras oligosacáridos. Shuichi et al. descubrieron cinco nuevas estructuras oligosacáridos al estudiar la síntesis de bacicirculans− -galactosidasa utilizando lactosa como materia prima, y todos ellos pueden ser utilizados preferentemente por Bifidobacterium [13].

En 2009, Guangdong Jiangmen Quantum Hi-Tech Biological Engineering Co., Ltd. confia a la universidad francesa de Lille de ciencia y tecnología para llevar a cabo pruebas estructurales en las materias primas oligosacáridos que produce, y descubrió dos estructuras de oligosacáridos que no se encuentran en la tabla 2, a saber: − -Gal-(1 − 4)- − -Gal-(1 − 4)-Glu y − -Gal-(1 − 2)- − -Gal-(1 − 2) (1 − 2) - − - Gal - (1 − 4) - Glu.

2. 2 propiedades físicas y químicas

Commercially available oligosaccharide galactose is translucent, yellowish to colorless; has low viscosity, similar to that dehigh fructose syrup; is 20% to 40% as sweet as sucrose, less than half as sweet, yhas a refreshing taste; is highly water-soluble yhas strong moisture retention properties; its water activity is similar to that desucrose; does not bind minerals; is stable to both acids and heat, and at pH 7, does not decompose after 10 minutes at 160 ℃ for 10 min without decomposing; at pH 2, it remains stable at 100 ℃ for 10 min. Under acidic conditions at pH 2 and a temperature range de5 37 ℃, the acid stability of galacto-oligosaccharides is higher than that of fructo-oligosaccharides, so they can be Utilizado en alimentos ácidos [14-15].

3 funciones fisiológicas de galacto-oligosacáridos

3.1 hidratos de carbono de bajo contenido energético

En comparación con la lactosa y la sacarosa, los oligosacáridos contienen enlaces galactósidos − (1 − 6), − (1 − 4) y − (1 − 3), y no son hidrolizados por − -galactosidasa en fluidos digestivos humanos. Los resultados de la prueba de ácido estomacal, la prueba de descomposición de líquido del intestino delgado y la prueba de excreción marcada con 14c muestran que los galacto-oligosacáridos no son digeridos o absorbidos por el cuerpo's del sistema digestivo, y puede alcanzar el intestino grueso directamente para ser utilizado por las bacterias intestinales. Algunos investigadores también utilizaron el extracto de la mucosa intestinal pequeña de ratas macho SD para realizar una prueba de hidrólisis in vitro de galacto-oligosacáridos y encontraron que las enzimas en el duoden, yeyuno e íleon no podían hidrolizar galacto-oligosacáridos. Por lo tanto, los oligosacáridos son carbohidratos de baja energía que pueden usarse como edulcorantes y rellenen alimentos para diabéticos [16-18].

3.2 promueve la proliferación de bifidobacterias

Galactose-based oligosaccharides (GOS) components of galactose-transfer oligosaccharides (TOS) can be easily utilized by bifidobacteriasin the human intestine. However, harmful bacteria such as Escherichia coli, Proteus mirabilis, Clostridium perfringens, Enterococcus faecalis, Streptococcus mutans, some Streptococcus species and Staphylococcus aureus can hardly utilize TOS. It has a beneficial effect on the human body by stimulating the proliferation of beneficial bacteria in the intestines [19].

Gibson G Rdefines prebiotics as substances that can only be utilized by beneficial bacteria in the Intestino intestinoand not by harmful bacteria [20-21]. Animal experiments and human trials have shown that a daily intake of 2–10 g of oligosaccharides can significantly increase the number of bifidobacteria in the stool, reduce the number of bacteroids, and establish an intestinal flora dominated by bifidobacteria [5, 22].

3. 3 mejora la absorción de minerales y previene la osteoporosis

Los galacto-oligosacáridos promueven la absorción de calcio y previenen la osteoporosis al ser fermentpor bifidobacterias en el intestino grueso para producir ácidos orgánicos [23]. Los ensayos clínicos han encontrado que las mujeres posmenopáusicas están en alto riesgo de osteoporosis y enfermedad cardíaca coronaria. Chonan et al. [24] compararon ratas hembras Wistar sometidas a ovariecy alimentadas con galacto-oligosacáricon ratas control. Se encontró que el grupo experimental tenía una mejor absorción de calcio, con un peso significativamente mayor de ceniza en el hueso y contenido de calcio en el hueso del embrión que el grupo control. Esto indica que la ingesta de oligosacáridos puede promover eficazmente la absorción de calcio en el intestino, lo que es bueno para la deposición mineral ósea, y por lo tanto tiene un buen efecto en algunos pacientes con osteoporosis. Al mismo tiempo, la absorción de magnesio también se mejora por la ingesta de oligosacárido [25-26].

3. 4 mejora el metabolismo lipídico

Human and animal tests have found that oligosaccharides can improve lipid metabolismReducir la concentración de colesterol sérico total y aumentar la proporción de lipoproteínas de alta densidad en el suero. Cuando los sujetos consumieron 6-12 g de oligosacáridos por día durante 2 semanas a 3 meses, sus niveles totales de colesterol y triglicse redujeron significativamente en promedio, y sus niveles de colesterol HDL aumentaron. Después de suspender la ingesta, la mejoría en los lípidos séricos desapareció gradualmente y volvió al estado previo a la ingesta [27-28]. Dado que se cree que la reducción de los niveles de colesterol sérico es el resultado de cambios en el equilibrio de la microflora intestinal, se puede suponer que los galacto-oligosacáridos promueven el crecimiento y la proliferación de bifidobacterias, que A su vez controlan la síntesis de colesterol al afectar la actividad de la -hidroxi--metilglutaril-coenzima A reductasa, reduciendo así los niveles de colesterol sérico [29].

3. 5 prevención y tratamiento del estreñimiento

Cuando se ingioligosacáridos, las bifidobacterias en el intestino crecen y se multiplic, fermentando y descomponiendo oligosacáridos en grandes cantidades de ácidos grasos de cadena corta (ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, etc.) y produciendo gas. Esto disminuye el pH en los intestinos, inhiel crecimiento y el metabolismo de bacterias dañinas, estimula el movimiento intestinal, aumenta el contenido de humedad de las heces y mantiene una cierta presión osmótica, evitando así el estreñimiento [26,30]. Ulla Teuri et al. realizaron un ensayo en 14 mujeres que sufren de estreñimiento, con una edad promedio de 79,6 años. El ensayo demostró que los ancianos con evacuaciones intestpobres que consumieron 9g de oligosacáridos al día y después de dos semanas, el estreñimiento mejoró [31].

3. 6 baja inducde caries

La Caries es causada por la erosión de los microorganismos orales. Dado que los oligosacáridos no son sustrpara los estreptococos orales, no causan caries y pueden tener un efecto anti-caries [32].

3. 7 generar nutrientes y mejorar el estado nutricional

Galacto-oligosacáridos promover el crecimiento de bifidobacterias en el intestino, que son beneficiosos para la producción de vitaminas B. Las bifidobacterias pueden sintetizar VB1, VB2, VB6, VB12, niacina y ácido fólico en el intestino grueso humano, proporcionando nutrientes directamente al huésped [33]. Algunas bacterias en los intestinos de los adultos tienen un efecto destructivo sobre las vitaminas B. Por ejemplo, las bacterias tiamin-liasa pueden descomponer la VB1 y causar deficiencias. Los galacto-oligosacáridos pueden promover la proliferación de bifidobacterias, inhibir el crecimiento de esta bacteria y proporcionar al cuerpo VB1 [34-35].

Los experimentos con animales han demostrado que las bifidobacterias también pueden mejorar el cuerpo's digestion and absorciónof lactose. Galactose obtained from bifidobacteria fermenting lactoseEs el principal componente de los gangliósidos en el sistema nervioso, y está estrechamente relacionado con el rápido desarrollo y crecimiento del tejido cerebral en los recién nacidos [36]. También puede promover la absorción de proteínas, aumentar el cuerpo 's acumulación de nitrógeno y proteínas, y reducir la concentración de amoníaco en la sangre [37].

3. 8 mejora la inmunidad, anti-tumor y anti-envejecimiento funciones

Experimentos con animales han confirmado que las bifidobacterias proliferan en el intestino, que por un lado activa la superóxido dismutasa (SOD) en el suero sanguíneo para eliminar los radicales libres oxidados en el cuerpo [38]; Por otro lado, aumenta el nivel de anticuerpos en el cuerpo, activa la actividad fagocíde los macrófagos, y mejora el cuerpo 's capacidad para combatir infecciones [39-41]. La proliferación de bifidobacterias en el intestino desempeña una función importante en la prevención, inhibiy destrucción de las células tumorales y el retraso del envejecimiento del cuerpo [42-43]. Por lo tanto, la ingestión de oligosacáridos puede ayudar a mejorar el cuerpo#39;s inmunidad y mejorar su anti-tumor y anti-envejecimiento funciones.

4 desarrollo y aplicación de oligosacáridos en la industria alimentaria

En 1990, los oligosacáridos fueron aplicados a algunos alimentos y bebidas en Japón, y aparecieron los productos finales comercializados. Actualmente, los oligosacárison ampliamente utilizados en Japón como edulcorantes, sustitutos del azúcar, ingredientes alimentarios e ingredientes funcionales de los alimentos, y se añaden a diversos alimentos como productos lácteos, dulces, bebidas, pan, mermelada, postres y alimentos saludables. En los últimos años, Europa, China y Japón han llevado a cabo una gran cantidad de investigaciones sobre la producción y funciones de los oligosacáridos. Como un nuevo factor funcional prebiótico y un ingrediente alimentario ideal, los oligosacáridos se han convertido en un punto de investigación en la ciencia de los alimentos y se utilizan ampliamente como un prebiótico en las fórmulas infantiles, productos lácteos, productos horneados, dulces, alimentos para los ancianos y alimentos funcionales.

The Ministry of Health of China has approved GOS as a new resource food. It is also allowed to be added to infant foods, dairy products, beverages, baked goods, and candy (Ministry of Health dePeople's República de China anuncio n º 20 de 2008, Ministerio de salud del pueblo#39;s República de China anuncio No. 12 de 2007) [45].

The following describes the application of galacto-oligosaccharides in dairy products and health foods.

4. 1 aplicación de galacto-oligosacáridos en productos lácteos

Los consumidores en países y regiones como Japón, Europa y los Estados Unidos tienen un alto nivel de conocimiento de los oligosacárifuncionales. El desarrollo y aplicación de nuevos tipos deOligosacáridos funcionales such as prebiotics is developing rapidly in these regions, and they are mainly used in formula foods and health products. In China, galacto-oligosaccharides (GOS) are mainly used in formula Leche lechepowder, milk beverages and fermented milk. For formula milk powder, especially high-end infant formula milk powder and milk powder for the elderly, galacto-oligosaccharides are a good prebiotic ingredient [46].

Uno de los problemas más comunes con los bebés alimentados artificialmente son las heces secas o incluso el estreñimiento. Estudios han demostrado que la leche de fórmula en polvo que contiene oligosacáridos funcionales puede prevenir mejor este problema [47-48]. Los prebióticos mejoran la digestión, promueven la absorción de nutrientes y producen vitaminas B, entre otros efectos. Hacen que los productos lácteos sean más nutricionalmente equilibry más fáciles de absorber. El propósito de la adición de galacto-oligosacáridos no es sólo para imitar la composición nutricional de la leche materna, sino también para promover la salud. La cantidad específica de adición se determina de acuerdo con los resultados de las investigaciones pertinentes, los reglamentos técnicos y la eficacia unitaria de los galacto-oligosacáridos. En general, la cantidad de adición es de 0,5% a 6,0% [5,26,45,49].

Según las estadísticas de AC Nielsen, los productos lácteos fermentson uno de los seis productos alimenticios de más rápido crecimiento en el mundo (tasa de crecimiento anual del 18%). En el mercado nacional, los productos lácteos fermentson también uno de los nuevos productos de más rápido movimiento en la industria láctea. Con el aumento de la conciencia de la salud, la funcionalización del yogur y la segmentde los grupos de consumidores se convertirá en una tendencia de desarrollo. Ya están en el mercado yogur y bebidas con sabor a leche con factores prebióticos añadicomo galacto-oligosacáridos, como Mengniu's salud leche ácida. Adecuado para personas con estreñimiento, el consumo a largo plazo puede ayudar a la digestión y eliminar toxinas del cuerpo, regular lentamente los intestinos, y aliviar y tratar Estreñimiento [50-53].

4.2 aplicación de oligosacáridos en alimentos saludables

Because of its pure and refreshing sweetness, excellent physiological activity and health-promoting properties, as well as its good moisture retention and ease of processing, galacto-oligosaccharides are widely used in health foods. Maria Saarela [54], Costas G. Biliaderis [55], Pan Daodong [56], Zhong Yaoguang [57] and others have all used galacto-oligosaccharides as functional food ingredients in their own works, believing that they have good prebiotic properties and health-promoting and can be used in a variety of health foods. Currently, there are already products on the market conoligosaccharides as an active ingredient that can promote the proliferation of bifidobacteria, prevent diarrhea, and prevent constipation.

5 conclusión

En resumen, como people's los niveles de vida siguen mejorando, la incidencia de diversas "enfermedades civilizadas" relacionadas con la dieta también está aumentando. La salud se ha convertido en el objetivo número uno de la humanidad en el siglo XXI. Además, a medida que las personas envejec, sus estilos de vida se vuelven más estres, aumentan las presiones de trabajo, y sus dietas se vuelven menos equilibradas, y por varias otras razones como tomar antibióticos y los cambios ambientales, las bacterias beneficiosas en el cuerpo disminuyen gradualmente, mientras que las bacterias dañinas se multiplic, lo que conduce a trastornos digestivos como hinchazón, dolor abdominal, eructos, y pérdida de apetito. Cada vez se reconoce más el impacto de la dieta en la salud humana, así como la investigación y el desarrollo de alimentos funcionales que contienen oligosacáridos. Al mismo tiempo, consumir alimentos que contienen oligosacáripuede aliviar los síntomas digestivos y reducir la incidencia de "enfermedades civilizadas".

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