¿Cuál es el método de producción de Galacto oligosacáridos?

Jan25,2025
categoría:Aditivo alimentario

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

 

No sólo pueden regular el sabor de los alimentos, sino que también juegan un papel en nutribacterias benefici. Mientras que las bacterias beneficiosas en el intestino proliferutilizando oligosacáridos, también producen una gran cantidad de polisacáridos extracelulares. Los polisacáridos extracelulares no solo tienen actividades antitumorales e inmunomoduladoras, sino que también promueven la colonización a largo plazo de probióticos en el intestino. Por lo tanto, tienen diversos efectos, como reducir la concentración de colesterol total en la sangre, mejorar el metabolismo lipídico en el cuerpo, y promover la absorción de minerales. También tienen efectos preventivos y terapéuticos sobre enfermedades como el Alzheimer#39;s enfermedad, diabetes, Parkinson#39;s enfermedad, depresión y obesidad. Debido a sus propiedades funcionales, los oligosacáridos se han convertido en un punto de investigación para el desarrollo y la aplicación moderna.

 

 Galacto Oligosaccharides powder


Este artículo resume principalmente oligosacáridos de los aspectos de la tecnología de preparación, separación y purificación, y el estado de aplicación, y mira hacia adelante a sus direcciones clave de investigación para apoyar la amplia aplicación de GOS.

 

1 progreso en la tecnología de producción

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

 

1.1 selección y selección de cepas productoras de enzimas

− -galactosidasa es la enzima clave en la producción de galacto-oligosacáridos. Sus fuentes principales son animales (leche), plantas (manzanas, etc.) y microorganismos (levaduras, mohos, etc.) en la naturaleza. La mayor parte de la − -galactosidasa utilizada en la producción industrial se extrae de microorganismos. La selección de cepas se ha convertido en un foco de investigación en ingeniería.

 

Wang Xin et al. [3] utilizaron el sustrartificial o-nitrofenil - − -d-galactopiranósido (ONPG) como marcador de detección en 2015 para seleccionar de una biblioteca de microorganismos resistentes a disolventes orgánicos, bacterias productoras de − -galactosidascon alta actividad hidrolítica. La lactosa se utilizó como sustrpara investigar el rendimiento de la síntesis, y se seleccionuna cepa de Erwinia billingiae WX1 que produce − -galactosidasa. Se clonó el gen de la galactosidasa y se obtuvo el gen de la galactosidasa gal prediciendo el gen de la galactosidasa basándose en la secuencia genómica de la misma especie en GenBank. Al mismo tiempo, la expresión clonada de − -galactosidasa se logró en Escherichia coli. En 2016, Li Meiling et al. [4] obtuvieron líquido de la enzima galactosidasa a través de la fermentación de B. circulans SK28.003, y prepararon polvo de la enzima por concentración, precipitación en salmuera y lioliodeseca baja temperatura. The β-galactosidase& (en inglés)#39;s la función de la transglicosidasa se utiliza para catalizar la síntesis de lactosa en oligosacáridos. Las condiciones óptimas de síntesis se determinaron usando un solo factor y experimentos ortogonales, y se evaluaron usando cromatolíquida de alto rendimiento. Las condiciones óptimas de síntesis se determinaron usando un solo factor y experimentos ortogonales, y se evaluaron usando cromatolíquida de alto rendimiento.

 

Las condiciones óptimas de síntesis se determinaron usando un solo factor y experimentos ortogonales, y se evaluaron usando cromatolíquida de alto rendimiento. Las condiciones óptimas de síntesis se determinaron usando un solo factor y experimentos ortogonales, y se evaluaron usando cromatolíquida de alto rendimiento. 

 

Las condiciones óptimas de síntesis se determinaron usando un solo factor y experimentos ortogonales, y se evaluaron usando cromatolíquida de alto rendimiento. Las condiciones óptimas de síntesis se determinaron usando un solo factor y experimentos ortogonales, y se evaluaron usando cromatolíquida de alto rendimiento. Bajo estas condiciones, el rendimiento de GOS puede alcanzar 45.5% después de reaccionar por 12 horas.

 

1.2 inmovilización de − -galactosidasa

Las enzimas inmovilizhan sido ampliamente estudiadas y utilizadas debido a sus ventajas como alta reutilización y buena estabilidad térmica. En los últimos años, ha habido informes de investigación sobre la inmovilización de − -galactosidasa. En 2014, Zhang Fenghua et al. [5] llevaron a cabo un estudio comparativo de los materiales de inmovilización de − -galactosidasa y concluyeron que la estabilidad térmica de las enzimas inmovilizadas en los portadores de aminoácidos era significativamente mayor que la de las enzimas libres y las enzimas inmovilizadas en los portadores de epoxi. Después de 20 ciclos de reutilización, la actividad enzimse mantuvo en más del 60%.

 

Usando una concentración inicial de 300 g/L de lactosa, la enzima inmovilizada en el aminotransportador se utilizó para producir galactooligosacáridos, con un rendimiento máximo de 87 g/L. En 2015, Fei Junjie's la investigación mostró que la − -galactosidasa fue inmovilizen en la resina de intercambio ii002 por un método de primera adsory luego reticul, con una cantidad de enzima de 51,8 U (por 1 g de resina), pH 6,5, temperatura 25 β C, tiempo de adsor12 h, y fracción de volumen de glutaraldehído 4%. 8U (por 1 g de resina), pH 6,5, temperatura 25 °C, tiempo de adsor12 h, fracción de volumen de glutaraldehído 4%, temperatura de reticul40 °C, tiempo 6 h, el efecto de inmovilización fue el mejor. La actividad enzimfija obtenida puede alcanzar 16,2 U, la tasa de recuperación de la enzima fija es de 39,1%, y el rendimiento de los galacto-oligosacáridos (GOS) es de 24,2%.

 

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

 

1.3 optimización de las condiciones del proceso de producción

After Producción industrial de oligosacáridosSe ha convertido en un hotspot de investigación, un gran número de investigadores han optimicompletamente algunas de las condiciones del proceso en la producción de oligosacáridos, por lo que el proceso de producción de oligosacáridos más eficiente y de menor costo.


En 2015, Xing Xiao et al. [7] optimiel proceso de producción y concluyó que las condiciones óptimas del proceso para la preparación de galacto-oligosacáridos eran 37 °C, pH 8,0, K+ 0. 08mol/L, concentración inicial de masa de lactosa 500 g/L, tiempo de reacción 5h, adición enzim10 μL/g de lactosa. Bajo estas condiciones, la concentración de masa de los oligosacárigenerados alcanzó 94.74 g/L. En 2016, Fu Wenjia et al. [8] concluyeron además que las condiciones óptimas de reacción eran una concentración de sustr(lactosa) de 50%, una cantidad de enzima de 40 U/g, pH 7,5 y 50 °C. La reacción se realizó en estas condiciones durante 2 h, y el rendimiento de oligogalactosa fue de 23,4%.

 

1.4 desarrollo de nuevas tecnologías de producción

Algunos investigadores no se limitan a las tecnologías de producción existentes, y han llegado a algunos nuevos procesos de producción a través de una amplia investigación y experimentación, proporcionando más opciones para la producción industrial a gran escala de oligosacáridos. En 2016, Wei Chun et al. de la universidad tecnológica de Zhejiang [9] utilizaron la lactosa como sustry utilizaron células permeabilizadas de Lactobacillus plantarum que contienen − -galactosidasa para catalizar la producción de oligosacáridos.

 

La fermentación anaeróbica se llevó a cabo en un ferment5l, y las células cosechde Lactobacillus plantarum se utilizaron en el estudio de la catálisis de células completas permeabilipara producir GOS. Se encontró que el rendimiento máximo de GOS fue de 32% (fracción de masa) bajo las condiciones de concentración de lactosa de 400 g/L, pH inicial de 7.0, temperatura de 50 °C y tiempo de reacción de 10 h. Patente CN200810157830. X un proceso paraproducing galacto-oligosaccharides using recombinant Saccharomyces cerevisiae has been developed. First, a surface display vector for β-galactosidase was constructed, and then β-galactosidase was displayed on the cell surface of Saccharomyces cerevisiae. Finally, the recombinant yeast was used to ferment lactose to produce galacto-oligosaccharides [10].

 

2. Avances en la tecnología de purificación y separación

Los oligosacáridos producidos por métodos enzimson complejos, conteniendo muchos ingredientes no eficaces como la glucosa y la lactosa que no han sido catalizados por la enzima. Esto da como resultado que los oligosacáriproducidos sean de baja pureza, reduciendo su funcionalidad y haciéndolos menos útiles. Por lo tanto, necesita ser purificada y separada por algunos medios para ampliar su ámbito de aplicación [11]. En la actualidad, los principales métodos de separación y purificación son la cromatode columna, la separación de membrana, los métodos biológicos y los métodos enzim[12].

 

Cromatocromatografía de columna 2.1

El principio de la separación de columnas es que las fuerzas de Unión entre los componentes a separar y la fase estacionaria y la fase móvil son diferentes, logrando así el efecto de separación. Los componentes con fuertes fuerzas de Unión fluirán lentamente, mientras que aquellos con débiles fuerzas de Unión fluirán rápidamente. Las ventajas de la separación de columnas son que se puede operar continuamente en un ciclo, y el adsorbente se puede reutilizar. Sin embargo, este método tiene una baja eficiencia de separación y operaciones preliminares complejas [13]. En 2009, Feng Yongmei et al. [14] usaron una columna de gel de dextran, Sephadex G-25, para puriy separar oligosacáridos crudos. El experimento demostró que la pureza de GOS puede alcanzar el 85,03% con una sola columna, y el 89,39% después de una segunda columna.

 

Método de separación por membrana de 2.2

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

 

2.3 métodos biológicos y enzimáticos

El método biológico utiliza la fermentación microbiana para eliminar diversos azúcares de la mezcla. Por ejemplo, la glucosa y la lactosa se pueden eliminar utilizando bacterias de levadura y ácido lác[18]. Las desventajas son que el proceso es lento y complicado, y puede introducir otras sustancias que son difíciles de eliminar [19]. El método enzimconsiste en la adición de varias enzimas específicas para eliminar los azúcares miscelcorrespondientes a través de la descomposición enzim. Las desventajas son más obvias. Las enzimas son caras y la cantidad añadies es difícil de determinar. Además, a medida que se produce la reacción enzim, el pH del sistema disminuirá, lo que afectará a la actividad de la enzima [20], y el efecto de separación es pobre [21]. El método biológico y el método enzimse utilizan con menos frecuencia, y ha habido menos informes sobre estos dos métodos en los últimos años.

 

2.4 nuevas técnicas de purificación

In 2016, Li Liangyu et al. [22] used crude oligosaccharides as raw materialsY purilas las materias primas utilizando un dispositivo de lecho móvil simulado (SMB) y un dispositivo de lecho móvil simulsecu(SSMB), respectivamente. Parámetros técnicos ópti: índice de refracción del alimento 60%, temperatura de la columna 60°C, velocidad de avance 467mL/h, entrada de agua 722.4mL/h. Bajo estas condiciones, la pureza del oligosacárido galactosa fue del 95,1%.

 

3. Avances en la aplicación

As science continues to develop, substances are constantly being researched and developed, resulting in the reporting and mass production of beneficial ingredients in foods to meet people's necesidades nutricionales. Estos incluyen oligosacáridos, que se encuentran en la leche materna. La investigación ha demostrado que los oligosacáridos pueden promover la reparación de la mucosa intestinal [23], promover el crecimiento y la colonización de bacterias beneficiosas como las bifidobacterias en el intestino, mejorar la inmunidad humana [24], promover el crecimiento y el desarrollo de los lactantes y niños pequeños [25,26], reducir el colesterol e inhibir la osteoporosis[27], Y otras funciones. Debido a estas funciones, los galacto-oligosacáridos tienen un efecto preventivo y terapéutico sobre una serie de enfermedades, como la obesidad, la enfermedad de Alzheimer#39;s enfermedad, diabetes, Parkinson#39;s enfermedad, depresión, etc., y ha habido muchos informes relacionados en los últimos años. Por lo tanto, los galacto-oligosacáridos tienen una amplia gama de aplicaciones en alimentos, productos de salud y productos farmacéuticos.

 

3.1 aplicaciones alimentarias

Debido a sus especiales propiedades físicas y químicas y funciones fisiológicas, los galacto-oligosacáridos son ampliamente utilizados en la industria de condimentos, como en bebidas, dulces, productos horneados, mermeladas, leche en polvo y alimentos para mascotas. El GOS se añade a los productos lácteos debido a su buena solubilidad y porque se sabe que es un factor de crecimiento para las bifidobacterias. Esto hace que la leche en polvo resultante sea más similar a la leche materna, asegurando que la flora intestinal de los lactantes alimentados con leche artificial sea la misma que la de los lactantes alimentados con leche materna, promoviendo así el crecimiento y el desarrollo de los lactantes. También puede satisfacer las necesidades nutricionales de algunas personas con intolerancia a la lactosa. Se añade a las bebidas porque tiene alta solubilidad, buena estabilidad, buena palatabilidad, baja cariogenicidad y la funcionalidad de los GOS no se destruye. Un factor importante en añadirlo al yogur es que el GOS no es destruido por las bacterias del ácido lácy todavía puede ejercer su función. GOS se añade a los productos horneados porque es resistente al calor y estable, y no será destruido por la cocción a alta temperatura. El uso generalizado de galacto-oligosacáridos en la industria de condimentos ha impulsado toda la industria de polisacáridos funcionales.

 

3.2 aplicaciones de productos de salud

As people' si el nivel de vida mejora y su conocimiento crece, están cada vez menos satisfechos con la obtención de factores nutricionales únicamente a partir de los alimentos. Por lo tanto, la aparición de productos para la salud ha alcanzado a las personas#39;s necesidades. Los productos para la salud son un polímero de uno o más nutrientes. Son altamente puros, tienen un alto contenido, y pueden satisfacer las necesidades diarias con una sola tableta. Es precisamente por estas características que son ampliamente utilizadas. Debido a sus muchas funciones, GOS es conocido como un tipo de oligosacárido funcional y es ampliamente producido en varios productos de salud para mejorar la inmunidad humana.

 

3.3 aplicaciones farmacéuticas

El GOS tiene funciones fisiológicasQue puede prevenir y tratar algunas enfermedades, por lo que también se utiliza en la medicina. Los galacto-oligosacáridos pueden ser utilizados por bacterias beneficiosas en el intestino, que luego utilizan carbohidratos para producir ácidos grasos de cadena corta. Esto inhila la síntesis de colesterol en el hígado, redistribuel colesterol sérico al hígado y reduce el colesterol sanguíneo. En 2015, Xin Yueqiang et al. [28] encontraron que los galacto-oligosacáridos pueden promover la producción de más polisacáridos extracelulares por Lactobacillus plantarum y Bifidobacterium. Extracelular no sólo tiene actividad anti-tumoral y actividad inmune, sino que también promueve la colonización a largo plazo de probióticos en el intestino. Ya que muchos informes extranjeros han demostrado que los cambios en el medio ambiente de la flora intestinal puede conducir a la aparición de muchas enfermedades, tales como el Alzheimer#39;s disease, Parkinson's enfermedad, depresión, obesidad, etc., oligosacárique pueden regular la flora intestinal han recibido cada vez más atención [29,30].

 

4 conclusión y perspectivas

El intestino humano normal está colonizado por una comunidad compleja de bacterias con miles de especies y una población muy grande. Trabajan de manera ordenada. Tienen múltiples efectos sobre el cuerpo humano, como la inmunidad, la nutrición y el antagonismo biológico. En los últimos años, debido al abuso de antibióticos, el estrés mental excesivo y los cambios ambientales, la flora intestinal se ha desequilibr, convirtiéndose en la principal amenaza para la salud pública.

 

A lo largo de los años, muchos informes han confirmado que los cambios en la flora intestinal están estrechamente relacionados con la salud humana. La aparición de enfermedades como Parkinson's enfermedad, depresión, Alzheimer#39;s disease and diabetes are directly related to changes in the intestinal flora. The widespread use of galacto-oligosaccharides in the condiment industry can not only achieve the nutritional value and taste of the food, but is also an important direction for the development of galacto-oligosaccharides. The application of condiments also requires a lot of research. It is a more acceptable way to prevent and treat some diseases by adding galacto-oligosaccharides to food.

 

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