¿Qué alimentos son ricos en fructooligosacáridos?

Los fructooligosacáridos (FOS), también conocidos como fructooligosacáridos o fructooligosacáridos de sacarosa, son un oligosacárido funcional que puede promover la proliferación de bifidobacterias, prevenir el crecimiento y la colonización de microorganismos nocivos, mejorar el cuerpo#39;s sistema inmune, proteger el hígado, combatir el cáncer, prevenir la caries dental, y ejercer parcialmente las funciones fisiológicas de la fibra dietética [1]. Como un prebiótico típico, los FOS se utilizan ampliamente en los campos de la alimentación, el cuidado de la salud, la medicina y los piensos. En los últimos años, FOS ha atraído mucha atención y atención, especialmente en Europa y Japón, donde sus aplicaciones de investigación y desarrollo están a la vanguardia mundial. En este documento se examinan los últimos avances de la investigación sobre los efectos biológicos, la tecnología de producción y el estado de aplicación de las organizaciones campesinas, con el fin de proporcionar una base teórica de vanguardia para futuras investigaciones y desarrollos.

1 estructura, propiedades y fuentes de los FOS

1.1 estructura

Los FOS es un tipo de fructooligosacárido (FOS)Es una mezcla de fructo-oligosacáridos (GF2), fructo-oligosacáridos (GF3), y fructo-oligosacáridos (GF4), que se componen de una a tres unidades de fructosa vinculadas al residuo de fructosa de una molécula de sacarosa a través de un enlace glicosídico − -1,2. La fórmula general es G-F-Fn (G es glucosa; F es fructosa; N =1, 2, 3).

1.2 propiedades

FOS con una pureza del 95%Es sólo un 30% más dulce que la sacarosa, y tiene un sabor más puro y fresco que la sacarosa. In vivo, el poder calorcalorde los FOS es de solo 1.5 kcal/g (40% de glucosa), lo cual es extremadamente bajo. Su viscodisminuye con el aumento de la temperatura. Es menos higroscópico y es adecuado para frenar el moldeado y el deterioro de piensos o alimentos para garantizar la vida útil del producto. Los FOS tienen una estabilidad térmica similar a la sacarosa en condiciones neua 120°C, pero se descompone fácilmente cuando se calienta en condiciones ácidas a pH 3-4. Los FOS no solo reducen, sino que también participan en la reacción de Maillard, y tiene un efecto inhibitsignificativo en la retrogradación del almidón. Esta propiedad es muy adecuada para alimentos ricos en almidón. Además, los FOS tienen buena solubilidad, no color, propiedades excipientes, resistencia alcalina, anti-envejecimiento y otras características de procesamiento. Los estudios han demostrado que la tasa de retención de azúcar funcional total de los FOS disminuye a 74% después de 25 minutos a 121°C bajo condiciones neu, 31% bajo condiciones ácidas y es estable bajo condiciones alcalinas [2].

1.3 fuentes

El FOS se encuentra en muchas plantas naturales y algunas hierbas, como las verduras y frutas cotidianas, especialmente la alcachofa de Jerusalén (16%-20%), espárragos (1%-20%), achicoria (5%-10%), ajo (3%-6%), cebol(2%-6%), puerro (2%-5%), bardana (3,6%), trigo (1% a 4%), así como la miel y los plátanos, que tienen altos niveles, y el centeno y los tomates, que también contienen pequeñas cantidades.

2 producción de FOS

En la actualidad, existen dos métodos comunes de producción industrial de FOS: uno es la extracción en agua caliente y la hidrólisis enzimde la inulina de la alcachofa de Jerusalén o achicoria; El otro es la hidrólisis enzimde la sacarosa como materia prima, que puede dividirse en el método de fermentación sumergida y el método enzimático inmovilizsegún esté o no inmovilizla la enzima.

2.1 extracción con agua caliente e hidrólisis enzimde inulina

La inulina se produce industrialmente a nivel internacional utilizando dos materias primas principales: el crisantemo y la achicoria. En países de Europa occidental como Bélgica y los países bajos, la achicoria se utiliza sobre todo, mientras que en China, la alcachofa de Jerusalén es la principal materia prima. La inulina es un FOS altamente polimerizado (grado de polimeri: 2-60), que no es fácilmente absorbido y utilizado por el cuerpo humano. Sin embargo, después de la hidrólisis enzim, FOS con un grado de polimeride 2-7 puede ser producido, y su estructura es principalmente de tipo Fm (F: molécula de fructan; M: número de la molécula de fructosa; F-F-F...Fm), y también hay una pequeña cantidad de GFn tipo fructo-oligosacárido (G: molécula de glucosa; F: la molécula de fructan; N: número de la molécula de fructosa, n=1~3).

La inulina obtenida a través de modernas técnicas de separación y purificación se ha convertido en un nuevo ingrediente multifuncional en la industria alimentaria. Como una fibra dietsoluble en agua, no sólo es un sustituto de grasa eficaz, sino también un factor de crecimiento importante de Bifidobacterium. Aunque las materias primas son diferentes, los procesos utilizados son básicamente similares.

Tome Jerusalén alcachofa como ejemplo. El proceso específico [3] es el siguiente:

Acidólisis o hidrólienzim↑  i

Jerusalén alcachofa → lavado → corte → extracción de agua caliente → purificación → resina de intercambio iónico → concentración y secado → FOS

2.2 hidrólienzimde sacarosa

El método de hidrólienzimde sacarosa utiliza sacarosa como materia prima y utiliza la − -fructosa transferasa o − -fructofuranosidasa producida durante la fermentación microbiana para catalizar la transferencia intermolecular de los grupos de fructosa para obtener FOS. Lobo et al. [4] informaron que la -d-fructofuranosidasa (-fructofuranosidasa, EC. 3. 2. 1. 26) cataliza la hidrólisis de la sacarosa a glucosa y fructosa y la transferencia de la fracción de fructosa al residuo de fructosa de la molécula de sacarosa, sintetizasí altos niveles de FOS.

Hay dos fuentes de fructosiltransferasa: una es de plantas, como el aloe, remolacha azucare, cebol, alcachofa de Jerusalén, etc; El otro es de microorganismos, como la levadura, Aspergillus oryzae, Penicillium, Aspergillus niger, Aureobasidium pullulans, etc. Debido a la débil actividad catalítica de las fructosiltransferasas en plantas y limitaciones estacionales, no son adecuadas para la producción industrial. Por lo tanto, la producción industrial de FOS utiliza enzimas producidas por microorganismos [5].

− -fructofuranosidasa es una enzima extracelular, y la cepa óptima productora de enzima para la producción se puede obtener mediante el cribado de un gran número de cepas [6]. Qin Yimin et al. [7] encontraron que el pH y la temperatura óptide Aspergillus oryzae GX0011 β -fructosyltransferasa fueron 5,0 — 6,0 y 45 °C, respectivamente. La glucosa es un inhibidor competitivo de la enzima, y el ultrasonido puede mejorar la actividad de la enzima hasta cierto punto. Las bajas concentraciones de etanol no tienen un efecto significativo sobre la actividad enzimática. Ghazi et al. [8] estudiaron la purificación y las propiedades cinéticas, y los resultados mostraron que la enzima puede transferir el grupo fructosa de la sacarosa para producir los correspondientes oligómeros de fructosa, y tiene una mayor actividad de transferencia que la -fructofuranosidasa. El rango de actividad es pH 5.0 a 7.0.

2.2.1 método de fermentación profunda (método de producción por lotes)

En el método de fermentación profunda, la enzima se añade directamente a una solución de sacarosa del 50% al 60%, y la temperatura y el pH se controlan para catalizar la producción de FOS. Este método tiene un equipo de proceso simple, pero es menos automatizado, tiene un menor rendimiento y es más caro.

2.2.2 método de las enzimas inmovilizadas (método de producción continua)

Comparado con el método de enzimólide la sacarosa, el método enziminmoviliztiene una alta estabilidad operacional, puede realizar la automatización y la continuidad del proceso de producción, tiene una alta tasa de utilización de materias primas, y reduce considerablemente los costos de producción. El proceso de producción es el siguiente:

Inmovilización − -fructosa transferasa o − -fructofuranosidase inmovilización − 50%-60% solución de sacarosa → columna inmovilizo biorreactor de lecho inmoviliz(24 h, 50-60 β C) → solución de azúcar → decoloración de carbón activado → desalinización de intercambio iónico → concentración al vacío → jarabe de FOS.

Como puede verse en el proceso, la clave para la producción eficiente de FOS radica en las enzimas y la tecnología de inmovilización utilizada. En comparación con las enzimas libres, las enzimas inmovilizno sólo evitan la pérdida de enzimas y mejoran la estabilidad de almacenamiento, sino que también mejoran las propiedades enzimpara aumentar su tasa de utilización y permitir su uso repetido, logrando así una producción industrial continua, controlable y simple a gran escala [9].

Hay dos métodos principales para preparar enzimas inmoviliz: físico y químico. Los métodos físicos incluyen métodos físicos de adsorción e incrust. Los materiales incorporados incluyen principalmente agona, carragenina, gelatina, alginato de sodio, poliacrilamida, celul, etc. Entre ellos, el alginato de sodio no es tóxico, seguro, de bajo precio y fácil de obtener, y es uno de los materiales de inmovilización más utilizados en el proceso de inmovilización [10]. Zhang Yuanyuan et al. [11] usaron incrustde alginato de sodio, incrustde compuesto de gelatina de alginato de sodio y reticulcovalente de glutaraldehido-alginato de sodio para inmovilizar − -d-fructofuranosidasa de Aspergillus niger. A partir de un análisis exhaustivo de las aplicaciones prácticas de producción, la actividad de la enzima inmoviliz, y la estabilidad operativa de las enzimas inmoviliz, el método de enlace cruzado de alginato de glutaraldehido-sodio es mejor.

otros

Los FOS de alta pureza (P-F0S) son propensos a la degradación cuando se calientan. Lv Xiaoling et al. [12] determinaron las condiciones apropiadas del proceso de secado a través de pruebas de un solo factor: temperatura de trampa fría -50 °C, tasa de precongelación 12 °C/h, tiempo 5-6 h, temperatura de calentamiento radiante 40-55 °C, grado de vacío 550-600 Pa, ciclo de secado 10 a 16 h, para obtener P-F0S en forma de copos, que se procespara obtener el producto en polvo seco P-FOS. Mientras tanto, con el continuo desarrollo de nuevas tecnologías, se han aplicado nuevas tecnologías de producción como la separación microbiana (fermentación), la separación por nanofiltración y el lecho móvil simulado (separación cromatográfica), que no solo permiten una producción sencilla, eficiente y segura de FOS, sino que además mejoran enormemente la calidad del producto. Esta es una nueva tendencia para el desarrollo futuro.

3 efectos biológicos de los FOS

3.1 mejora el equilibrio de la flora intestinal, inhila la putrefacción intestinal y alivia el estreñimiento

Los FOS no se pueden digerir y absorber directamente por el cuerpo humano. Después de su consumo, llega al intestino grueso y es fermentado por bacterias intestinales para producir ácidos grasos de cadena corta como el ácido acético, el ácido propiónico y el ácido butírico, que reducen el pH del medio intestinal, mejorando así el equilibrio de la flora intestinal, favoreciendo la proliferación de probióticos como las bifidobacterias y los lactobacilos en el intestino, al tiempo que inhiel crecimiento y la reproducción de bacterias nocivas y patógenas, Reducir la producción y acumulación de toxinas intestinales y sustancias putrefactivas, y promover la peristalsis intestinal, que tiene un efecto aliviante sobre el estreñimiento y la diarrea. La indigestibilidad de FOS y su efecto sobre la proliferación de bifidobacterias se deben principalmente a los pequeños oligómeros de fructosa de peso molecular. Por lo tanto, cuanto mayor sea el contenido de triosa de sacarosa, mayores serán los beneficios para la salud de los FOS en términos de proliferación de bifidobacterias.

Kapiki et al. [13] encontraron que una pequeña cantidad de oligosacáridos prebióticos en la fórmula infantil puede promover el rápido crecimiento de Bifidobacterium en los intestinos de los bebés prematuros que son alimentados artificialmente, al tiempo que reduce el número de microorganismos patógenos en los intestinos. El efecto de las bacterias en el metabolismo de los oligosacáridos puede estudiarse midiendo la producción de ácidos grasos de cadena corta y el pH de las heces [14]. Además, debido a la rápida proliferación de bifidobacterias después de la ingesta de FOS, el crecimiento de bacterias putrefaccomo Escherichia coli, Salmonella y Clostridium perfringens se inhien en gran medida, y la producción de metabolitóxicos (tales como indoy nitrosaminas) se reduce.

3.2 mejora el metabolismo lipídico y reduce los lípidos y el colesterol en sangre

Los FOS pueden reducir eficazmente el colesterol sérico, los triglicériy los ácidos grasos libres, y tiene un buen efecto en la mejora de una serie de enfermedades cardiovasculares causadas por los lípidos altos en la sangre, como la hipertensión y la aterosclerosis. Yen et al. [15] estudiaron y evaluaron el efecto de la complementación con FOS sobre las bifidobacterias fecales, los indicadores de peroxidlipí, los indicadores del estado nutricional y la sostenibilidad de los efectos de los fructooligosacáridos en residentes de hogares de ancianos con estreñimiento.

3.3 promueve la absorción de minerales y nutrientes como el calcio

Los FOS no pueden ser descompuestos por enzimas digestivas y son fermentados por bacterias en el intestino grueso para producir ácido l-lác, el cual baja el pH del intestino. Las condiciones ácidas creadas por esto aumentan la velocidad de disolución de minerales como calcio, magnesio, hierro y zinc. Heuvel et al. [16] encontraron que la ingesta sostenida de FOS de cadena corta (sc-FOS) durante 36 días promovió la absorción de magnesio en las adolescentes sin afectar la absorción de calcio.

Los estudios han demostrado que la adición de FOS hace que el ciego para agran 0. 01), y que los FOS pueden promover eficazmente la absorción de calcio (FOS1, +7%; FOS2, +9%, p < 0. 05), magnesio (FOS1, +26%; FOS2, +19%, p < 0. 05), y el hierro (FOS1, +17 %; FOS2, +22%, p < 0. 05) y restauró la tasa de absorción de magnesio y hierro dañados por ácido fítico (p < 0. 01). Además, los FOS incrementaron significativamente los niveles de zinc hepático (p < 0. (p < 0. 01). Todos estos datos indican que los FOS pueden mejorar efectivamente la tasa de absorción de minerales y contrarrestar los efectos nocivos del ácido fítico [17]. Asvarujanon et al. [18] informaron que los FOS pueden aumentar la absorción de calcio, magnesio y hierro en ratas normales y ratas ovariectomi, pero su efecto puede estar relacionado con la fermentación de estos azúcares en el ciego.

3.4 mejora la inmunidad y reduce el riesgo de cáncer

Los FOS pueden mejorar la función del sistema inmunitario y la salud general, y mejorar el cuerpo's microecología. Puede promover la formación natural de vitaminas B1, B2, B3, B6, B12 y ácido fólico, mejorando así el cuerpo#39;s metabolismo, inmunidad y resistencia a las enfermedades. Tai Xiulin et al. [19] mostraron que los FOS pueden mejorar el rendimiento de crecimiento de los terneros, prevenir la atrofia intestinal en terneros destetados tempr, mantener la estructura morfológica normal del intestino, afectar el metabolismo de los terneros, mejorar el rendimiento inmunitario de los terneros y aliviar el estrés del destete en los terneros.

3.5 proteger los dientes

La caries dental es una de las enfermedades orales más comunes en los niños en China, causada principalmente por la erosión de los microorganismos orales, especialmente Streptococcus mutans. Los FOS no pueden ser utilizados por Streptococcus mutans para producir glucan insoluble, que proporciona un lugar para que los microorganismos orales se deposi, produzcan ácido y corro(sarro), por lo que puede prevenir la caries dental.

otros

Se ha informado que la ingesta de concentrado de polifenol junto con FOS puede promover el metabolismo de glucósidos quercetina en el ciego de ratones [20]. Bruzzese et al. [21] informaron que los FOS pueden prevenir infecciones intestinales y extraintestinales. Estudios recientes han demostrado los beneficios clínicos del uso de prebióticos en combinación con preparados para lactantes. En primer lugar, se ha demostrado que reduce la incidencia de dermatitis atópica en niños de alto riesgo en países en desarrollo, y en segundo lugar, reduce la incidencia de enfermedades intestinales y la probabilidad de infecciones del tracto respiratorio en el primer año de vida [22]. Según Sherman et al. [23], los ensayos de prevención primaria en niños han proporcionado datos prometedores sobre la prevención de infecciones y dermatitis alérgica. Además, la adición de una cierta cantidad de mezcla de oligosacáridos como suplemento tiene un cierto efecto en la prevención primaria de la dermatitis atópica en niños de bajo riesgo [24].

4 situación actual de la solicitud de FOS

4.1 aplicación en productos alimenticios y sanitarios

Los FOS se conocen como la nueva generación más prometede aditivos después de la era de los antibióticos - prebióticos. Actualmente, el FOS se utiliza en una variedad de alimentos en Europa, los Estados Unidos, Japón y otros países, incluyendo productos lácteos, bebidas de ácido lác, bebidas sólidas, confitería, galletas, pan, gelatina, bebidas frías, sopa, cereales y más. La adición de FOS no solo mejora los beneficios nutricionales y de salud de los alimentos, sino que también extiende efectivamente la vida útil de una variedad de alimentos como helados, yogur y mermelada. Además, el FOS tiene un bajo poder calorífico, es decir, no causa obesidad, ni aumenta el azúcar en la sangre o la insulina. Es un nuevo edulcorideal con beneficios para la salud que puede ser utilizado como una base alimenticia en alimentos para satisfacer las necesidades de los diabéticos, pacientes obesos, pacientes hipoglicémicos, etc.

En los últimos años, los FOS también se han utilizado ampliamente en los alimentos para lactantes, especialmente en los productos lácteos como la leche en polvo para lactantes, la leche pura, la leche con sabor, la leche fermentada, las bebidas de bacterias del ácido lácy varios tipos de leche en polvo. Muchas marcas de leche en polvo en el mercado ya tienen FOS agregados. La adición de prebióticos como FOS, inulina, galacto-oligosacáridos y lactulen en cantidades moderadas ala leche en polvo infantil puede aumentar el crecimiento de microorganismos como bifidobacterias o lactobacilos en el colon, por lo tanto, puede tener un efecto beneficioso [26].

Jiang Zhanmei et al. [25] utilizaron leche fresca como materia prima, añadieron factores funcionales como la inulina, los FOS, los piñones y las almendras amargas, y desarrollaron un yogur que conserva la salud con el efecto de prevenir el estreñimiento a través de la fermentación. Si Junling et al. [26] optimizaron el proceso de producción y la proporción óptima de yogurt FOS, a saber: 6% FOS, 5% azúcar añadido, 4% inóculo y la proporción de bacterias (Streptococcus thermophilus y Lactobacillus acidophilus) es l: l, de modo que el número de Lactobacillus acidophilus alcanza más de 10 cf/ mL. Además, los FOS se utilizan como un prebióbiobioy fibra dietsoluble en agua en el agua potable. No sólo cumple con las funciones fisiológicas básicas y las necesidades metabólicas del cuerpo humano, sino que también promueve la salud humana en general cuando se consume a largo plazo. Sus efectos se complementan y potencian mutuamente [27].

4.2 aplicación en la alimentación animal

FOS es estable en la naturaleza. Puede mejorar la microflora intestinal, promover el desarrollo intestinal animal, regular el metabolismo de proteínas y lípidos, promover la absorción de minerales, mejorar la tasa de conversión del pienso, mejorar la calidad y cantidad de la leche y la producción de huevos y la dureza de la cáscara del huevo, reducir el olor del estiérco, y directa o indirectamente estimular la actividad inmune en los animales de una manera positiva. Tiene el efecto de los antibióticos, no produce resistencia a los medicamentos, y se llama prebióticos (agentes microecológicos) [28]. Además, el FOS también se utiliza en la alimentación de animales de sangre caliente como el panda gigante del "tesoro nacional". Los FOS de alimentación pueden fortalecer el panda& gigante#39;s prevenir y tratar condiciones tales como dolor abdominal, anorexia, y heces sueltas.

5 perspectivas

En la actualidad, la producción y el uso de productos de FOS en Asia, América del norte y Europa están aumentando. A medida que se desarrolle el mercado, seguirá aumentando la demanda de FOS en las industrias alimentarias nacionales y extranjeras, las industrias de piensos y las industrias de cría de animales.

En términos de producción, es necesario optimizar continuamente la tecnología de procesamiento utilizando achicoria, alcachofa de Jerusalén y sacarosa como materias primas, mejorar el equipo de ingeniería y aumentar la investigación y el desarrollo de productos relacionados con FOS. Al mismo tiempo, no sólo debe continuar la investigación sobre la detección de cepas bacterianas altamente activas y las propiedades de la − -fructosiltransferasa, sino que también debe fortalecerse la investigación sobre el aislamiento, la secuenciación, la clonación y la expresión de genes funcionales de la − -fructosiltransferasa mediante la biotecnología moderna, con el fin de construir cepas bacterianas genéticamente modificadas, optimizar aún más el proceso de inmovilización y mejorar ampliamente la tecnología de producción de FOS. En la producción real, la cepa debe examinarse más a fondo para cepas con enzimas de alta actividad utilizando técnicas como la ingeniería de proteínas. En términos del proceso, se deben hacer esfuerzos para mejorar la enzima#39;s el subproducto de la glucosa de la reacción enzim, obteniendo así FOS de mayor rendimiento y alta calidad.

En términos de eficacia, los muchos beneficios para la salud de los FOS se han estudiado ampliamente y se reconocen generalmente. Sin embargo, hay diferentes conclusiones con respecto a la mejora del metabolismo de los lípidos, como reducir el colesterol, reducir el azúcar en la sangre y prevenir la hipertensión. Las conclusiones sobre el efecto antitumoral también se limitan a los experimentos con animales. El mecanismo de acción, el efecto sinérgico con prebióticos y los ensayos clínicos prospectivos necesitan ser estudiados y aclarados.

Desde el punto de vista de la aplicación, sigue siendo necesario seguir investigando y desarrollando productos de alta pureza, no toxicidad, buena seguridad y alto valor añadido. Al mismo tiempo que mejora los beneficios económicos del producto, lo que es más importante, puede proporcionar beneficios sociales como la mejora de la calidad del producto, la actualización de las categorías del producto y la extensión de la frescura del producto para muchas industrias. Además, los FOS tienen un gran potencial en la producción de alimentos bifidogénicos, promoviendo la regulación de varios animales raros silvestres en peligro de extinción después del cambio del equilibrio microecológico en el medio silvestre al desequilibrio microecológico después de la cría artificial. Se cree que con el progreso continuo de la ciencia y la tecnología, la investigación relacionada con las organizaciones campesinas seguirá madurando, lo que beneficiará a la sociedad y a la humanidad.

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