¿Cuál es el método de producción de Galacto oligosacáridos?
Los galactooligosacáridos (GOS) son un nuevo tipo de sustancia funcional. Son un tipo de oligosacárido funcional con propiedades naturales y un prebiótico importante en la leche materna [1]. Se encuentra en altas concentraciones en la leche materna, y tiene buena palatabilidad, solubilidad en agua y estabilidad. Cuando se ingi, puede aumentar el crecimiento de bacterias beneficien el intestino humano, especialmente bifidobacterias, mientras que también inhiel crecimiento de bacterias putrefactive.Los oligosacáridos son ampliamente utilizadosEn la industria de condimentos. Debido a sus propiedades y funciones físicas y químicas especiales, se añaden ampliamente a las bebidas, productos lácteos y productos horneados.
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.
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
Hay cinco métodos para preparar los GOS: (1) extracción natural: la extracción de oligosacáridos de sustancias naturales es costosa, el rendimiento es bajo, y la separación es difícil; 2) hidrólisis ácida de los polisacáridos: el índice de conversión es bajo y la purificación difícil; 3) síntesis química: altamente tóxica y causa grave contaminación; (4) fermentación: hay poca investigación sobre el proceso y la separación y purificación es difícil; (5) síntesis enzim: el costo es relativamente bajo, y es actualmente el método de preparación más utilizado [2]. El principio básico de la producción de la síntesis enzimes utilizar la lactosa como la principal materia prima y obtenerla mediante el uso de − -galactosidasa para llevar a cabo la transglicosidación. Senembargo, en los últimos años, al estudiar y optimizar varios aspectos del proceso de producción, tales como la inmovilización de − -galactosidasa, se han obtenido rutas de producción más eficientes para producir galacto-oligosacáridos.
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. elβ-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%.
En 2016, Liu Xinlong et al. [6] estudiaron el proceso de síntesis de galacto-oligosacáridos usando quitosanadsory glutaraldehireticulinmovilizgalactosidasa como catalizador, y optimilas condiciones de reacción. Los resultados experimentales mostraron que las condiciones óptimas de reacción fueron un sustrde 50% de lactosa en masa, un pH de solución de 6.5, una temperatura de reacción de 40 °C, la adición de 2 mmol/L Mg2+ al sistema, una dosis de enzima de 640 g/L, y un tiempo de reacción de 4 h. El rendimiento de oligosacáridos fue de 71.5%. 5%. Después de ser reutilizados 7 veces, el rendimiento de GOS obtenido por catálisis fue aún del 64,9%, mostrando buena estabilidad.
1.3 optimización de las condiciones del proceso de producción
Después de que la producción industrial de oligosacáridos se ha convertido en un foco de investigación, un gran número de investigadores han optimicompletamente algunas de las condiciones del proceso en la producción de oligosacáridos, haciendo que el proceso de producción de oligosacáridos sea 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 se ha desarrollado un proceso para la producción de galacto-oligosacáridos utilizando Saccharomyces cerevisiae recombinante. En primer lugar, se construyó un vector de visualización de superficie para la − -galactosidasa, y luego se mostró la − -galactosidasa en la superficie celular de Saccharomyces cerevisiae. Finalmente, se utilizó la levadura recombinpara fermentar la lacpara producir galacto-oligosacáridos [10].
2. Avances en la tecnología de purificación y separación
The Oligosacáridos producidos por métodos enzim.Son complejos, contienen 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
El principio básico del método de separación de membrana es controlar el flujo de salida de las moléculas a través del tamaño de los poros de la membrana. Las moléculas con moléculas grandes se retienen en la membrana, y las moléculas con moléculas pequeñas fluyen hacia fuera, logrando así el propósito de separación y purificación. La ventaja es que el efecto de separación es bueno y la actividad de la enzima no se ve afectada. La desventaja es que la membrana se contamina fácilmente y las sustancias con pesos moleculares similares son difíciles de separar [15]. Goulas A K et al. [16] pasó una mezcla de oligosacáridos A través de NF-CA-50 (25 °C) y DS-5-DL (60 °C) membranas en secuencia, y la pureza de GOS alcanzó 98%. Feng Y M et al. [17] usaron una membrana NF-3 (sustancias que retienen una masa molecular relativa de 800-1000 u) para puriy separar la galactosa crude de bajo peso molecular, aumentando la pureza de GOS en aproximadamente 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
En 2016, Li Liangyu et al. [22] usaron oligosacáridos crucomo materia prima y purilas 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
A medida que la ciencia continúa desarrollándose, las sustancias están siendo constantemente investigadas y desarrolladas, lo que resulta en la presentación de informes y la producción en masa de ingredientes beneficiosos en los alimentos para satisfacer a las personas '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
GOS tiene funciones fisiológicas que pueden 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#La enfermedad y la diabetes están directamente relacionadas con los cambios en la flora intestinal. El uso generalizado de galacto-oligosacáridos en la industria de condimentos no sólo puede lograr el valor nutricional y el sabor de los alimentos, pero es también una dirección importante para el desarrollo de galacto-oligosacáridos. La aplicación de condimentos también requiere una gran cantidad de investigación. Es una manera más aceptable de prevenir y tratar algunas enfermedades mediante la adición de galacto-oligosacáridos a los alimentos.
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