短鎖フルクトオリゴ糖とは?

オリゴフルクトースは、自然の中で安定しています,飼料添加物として使用された場合、安全かつ非毒性,および消化管の内因性酵素によって消化されません,動物に何の残留物を残しません' s体。腸内細菌叢を改善し、動物の腸の発達を促進し、タンパク質や脂質の代謝を調節し、ミネラルの吸収を促進し、免疫力を高め、体内に残留物を残さずに抗生物質の効果を発揮し、薬剤耐性を生じないため、プレバイオティクス(微生物学的な薬剤)と呼ばれています[1]。

1. フラクトオリゴ糖の物理化学的性質

1.1構成

Fructooligosaccharides(ズラ), also known as oligofructose, sucrose-fructose-trisaccharide oligosaccharides, etc., have the molecular formula G-F-Fn (G is glucose, F is fructose, n = 1–3). They are a general term for sucrose molecules that have been combined with several D-fructoses via β-1,2 glycosidic bonds to form sucrose-fructose-trisaccharides, sucrose-fructose-tetrasaccharides, sucrose-fructose-pentasaccharides and their mixtures [2] .

120甘み

Fructooligosaccharides with a purity of 55% to 65% are about 60% as sweet as sucrose by mass; those with a purity of 96% are about 30% as sweet as sucrose and have a fresher sweetness than sucrose [3].

1.3粘度

fructooligosaccharidesの粘度は、0 ~ 70°cの範囲では、トウモロコシの高果糖シロップの粘度と同様であり、温度の上昇とともに減少する[3]。

1.4 ph値と熱安定性

環境phが中性の場合、フラクトオリゴ糖は120°cで非常に安定である。酸性条件下(ph3)では、70°c以降に分解されやすく、安定性が著しく低下します[3]。

1.5水活動

オリゴフルクトースgの水活性は、スクロースと似ているが、オリゴフルクトースgの水活性はやや高い[3]。

1.6その他の処理特性

溶解性、耐熱性、澱粉老化抑制、非着色性、形状付与性、耐アルカリ性、保水性、安定性に優れるが、非吸湿性には乏しい[3]。

2 .オリゴフルクトースの動物への生理学的影響

2.1消化管フローラの最適化

働物の腸の中の微生物は三つに分けることができます。一つはビフィズス菌に代表される善玉菌です;もう一つは、クロストリジウムに代表される有害な細菌です;残りのカテゴリーは中間細菌です有益な植物が優勢であるとき、体の微生態学はバランスが取れている;一方、有害な植物が支配的な場合、動物の体は、亜健康または病気の状態にあります。

ビフィズス菌(bifidobacteria)は、温血動物やヒトの腸内に存在する胞子を持たない非運動性グラム陽性細菌の一種である。長年の研究を経て、ビフィズス菌は動物に一生付きまとう有益な腸内細菌であることが徐々にわかってきました。ビフィズス菌はオリゴフルクトースを発酵させて短鎖脂肪酸といくつかの抗菌剤を産生し、腸内の外因性病原細菌や固有の腐敗細菌の増殖を抑制し、有害な発酵生成物や有害な細菌の産生を減少させる。毒性代謝物の形成の減少は、毒素を分解するために肝臓の負担を大幅に軽減し、それによって間接的に肝臓を保護することができます。増殖ビフィズス菌はまた、動物を強化する能力を持っています'の免疫系と腫瘍に抵抗し、動物のいくつかの栄養素を生成することができます'の体のニーズ[4]。

2.2腸の代謝を促進する

フルクトオリゴ糖は、小腸の蠕動運動を促進することができる,分解を加速し、腸内腐敗物質の除去。腸を潤し、便の性質を改善し、便秘を予防・緩和する効果があります。フルクトオリゴ糖はビフィズス菌を急速に増殖させ、腸粘膜に細菌膜を形成して病原体の定着を困難にする。ビフィズス菌は、培養しながらフラクトオリゴ糖を大量に発酵させ、酢酸、プロピオン酸、乳酸を生成して腸内腔のphを下げ、病原性細菌の増殖を直接抑制し、腸内腔の蠕動運動を促進します。また、フラクトオリゴ糖は水溶性で食べやすく、体や有害菌に吸収されず、直腸便意反射を刺激し、ビフィズス菌との相乗効果で毒素を解毒・中和します。この微生態学的バランスの解毒法は、毒性の副作用がなく、非常に安全で効果的です[4]。

2.3体内の窒素代謝を調節する

イヌリン(フラクトオリゴ糖を多く含む天然成分)をラットに与えると、盲腸の拡大と盲腸内容物の酸性化が促進された。イヌリンは窒素収支には影響しなかったが、窒素消化率を有意に阻害したことから、窒素排泄が腎臓から腸へ移動していたことが示唆された。尿素窒素移動(プラズマ-カルシウム)とアンモニア窒素移動(カルシウム-プラズマ)のバランスが正であることから、イヌリンは尿素窒素が正の沈着を起こしたことが示唆された。イヌリンを含む餌を与えると、尿素窒素の移動は高いが、その大部分はアンモニアの形で再吸収され、細菌の利用率が低いことが示された。イヌリンは盲腸内の遊離アミノ酸の濃度を増加させるが、盲腸内でのアミノ酸の吸収が非常に少ないため、糞中の窒素排泄を著しく増加させ、尿中の窒素排泄を抑制する。しかし、タンパク質の総利用率に影響はありません。イヌリンは小腸の浸透圧に影響を与え、回腸末端の尿素量を増加させるため、尿素窒素の腸管への移動を効果的に促進することができる。また、イヌリンは、尿素分解細菌の繁殖を促進したり、尿素窒素の拡散を促進したりして、尿素の分解を増加させる可能性がある[4]。

2.4ボディを高めます' s免疫システム

フラクトオリゴ糖は、動物の免疫機能を改善する免疫エンハンサーとして、主に以下のような観点から考えられてきました。(1)ビフィズス菌の増殖を促進し、動物の免疫機能を高める。テストは生きているか、または死んだビフィズス菌を摂取することが体を増加させることができることを示しています'の抗体レベルと体を改善するために重要であるマクロファージの食作用活性を活性化&#感染症と戦うために39の能力と予防、阻害し、腫瘍細胞を殺す。腸壁内の乳酸菌とビフィズス菌の定着は、特定の免疫応答を生成するために体を刺激することができます。フラクトオリゴ糖は免疫補助および免疫調節作用を有する。フルクトオリゴ糖はリポ多糖に相乗効果を有し、細胞および液性免疫機能を増強することができる。さらに、フルクトオリゴ糖は抗原作用も持っており、直接的な抗体応答を引き起こすこともある。3)それはボディをアクティブにすることができます'の体液性および細胞性免疫。4)フルクトオリゴ糖には、病気を予防する機能がある[4]。

2.5脂肪代謝を改善します

フルクトオリゴ糖は、コレステロールおよび中性脂肪を低下させ、脂質代謝を改善します。フルクトオリゴ糖は、ビフィズス菌を増殖させてコレステロール代謝を促進し、便中にしか排出されない便ステロールに変えるほか、他の繊維と同様に腸の蠕動運動を促進し、胆汁酸を吸収し、コレステロールの合成と吸収を減少させる。また、オリゴフルクトースは体内に吸収されず、糖脂質代謝経路で脂肪に合成されない。過剰な中性脂肪による単純な脂肪沈着を防ぐために使用できます[4]。

2.6はミネラルの吸収を促進する。

Fructooligosaccharides can promote the absorption of minerals such as calcium, magnesium and iron. Tests on rats have shown that the intake of fructooligosaccharides can significantly improve the body&#このようなカルシウム、マグネシウム、鉄などの重要なミネラルの39の吸収、さらには骨粗しょう症を予防するために非常に重要である骨のミネラル密度を増加させます。食物としてのフラクトオリゴ糖は、ラットの手術後のヘマトクリット値とヘモグロビン値の減少を有意に防ぐことができる。これは、オリゴフルクトースがラットの結腸で鉄とマグネシウムの吸収を促進することを示している。オリゴフルクトースは主に回腸で鉄の吸収を促進する。オリゴフルクトースを摂取すると、胃切除後の貧血を予防でき、イヌリンよりも効果が高い。オリゴフルクトースの消費はラットの容積を増加させることができる#39;s大腿骨とミネラルカルシウムとマグネシウムの濃度、オリゴフルクトースは、カルシウムとマグネシウムの吸収を促進することができることを示します[5]。

2.7消化器組織学への影響

Howard et al. found that adding oligofructose to the diet of suckling piglets resulted in faster cell proliferation in the mucosa of the cecum and colon than in the control group, and also prevented atrophy of the mucosal epithelium. It is believed that this is because oligofructose, after being metabolized by bacteria, provides short-chain fatty acids as an energy source for mucosal cell proliferation. Leavit et al. reported as early as 1978 that the intermediate metabolic product of cells, butyrate, is the preferred raw material for the growth of normal colon cells, and can promote the formation of normal cells by stabilizing DNA and repairing damage. Choi found that the length of intestinal microvilli was longer than that of the control group after adding oligofructose to the diet of 3-day-old chicks. As for the effect of long-term addition of oligofructose to the feed on the gastrointestinal tract, further research is needed. Bacillus and Bifidobacterium can inhibit the growth of Salmonella [6].

3 .オリゴフルクトースの製造工程

3.1微生物発酵オリゴフルクトース製造法

産業オリゴフルクトースの製造方法は主に微生物発酵である。土壌と腐ったビートから多量のオリゴフルクトースを生産できる株を選択した。このひずみは型に属します。実験では、出発菌を発酵させて発酵スープを作りました。

発酵液中の細胞を超音波破砕機を用いてアイスバスで粉砕し、上清を遠心分離して酵素溶液を得た。酵素反応には、酵素溶液、25 g/100 mlの濃度のスクロース溶液、リン酸-クエン酸二ナトリウム緩衝液を用いた。分析の結果、オリゴフルクトースの主成分であるスクロースからスクラロースへの変換率は85%以上に達することがわかった。反応中に副生成物が反応に一定の抑制作用を及ぼすため、グルコースオキシダーゼなどの反抑制性物質を一定量添加できれば、オリゴフルクトースの変換率が高くなります[7]。また、反応生成物の組成に応じて独自の分離プロセスを用い、生成物純度82%を達成しました。選択された株はフルクトオリゴ糖生産株として用いられ、その生産過程は以下の通りである。

(1)生産設備:種子発酵タンク、超音波破砕機、遠心分離機、加熱装置、供給装置、反応器、乾燥浄化装置、破砕包装装置など。

(2)プロセス概要:最適な発酵プロセス条件は、初期ph 6.0、温度30°c、時間25時間です。この細菌の細胞内および細胞外酵素は、両方とも活性であり、基本的に等価である。そこで、超音波クラッシャーを用いて細胞を分解し、細胞内および細胞外の酵素を集めて酵素反応を行います。最適な酵素反応条件は次のとおりです:温度50°c、ph 6.0、時間1時間、初期基質(スクロース)濃度25 g/100 ml .この細菌は、高収率を有し、生産プロセスは簡単で実装が容易です。

3.2固定化された細胞発酵によるフルクトオリゴ糖の生産

固定化細胞発酵の利点は、連続性があり、活性菌を最大限に利用できること、高度に自動化され、操作が容易であることです。固定化された細胞発酵を使用するには、まず細胞を固定化する必要があります。固定化菌細胞法は、株を培養した後に得られた発酵培養液を分離して湿式菌細胞を得、あらかじめ調製したアルギン酸ナトリウム溶液(質量分率6% ~ 8%)に菌細胞を添加する。真空下で混合物を均一に撹拌し、0.6 mmの中空管に噴霧または圧力をかけて、均一な混合物を0.5 mol/ l 0.5 mol/ l cacl2溶液に落とし、ゲルビーズを形成させる。20 ~ 30分間硬化させた後、ろ過して固定層コラムまたは流動層リアクターに充填します[3]。

3.3酵素法または固定化細胞法によるオリゴ糖生産

酵素または固定化細胞法で得られたオリゴフルクトースは、50 ~ 60%程度と高くはない。その理由は、酵素法では副生成物であるグルコースを生成する一方でオリゴフルクトースを生成するため、それ以上のスクロースの変換が阻害されるため、生成物には相当量のグルコースと未作用のスクロースが含まれているからである。aspergillus nigerおよび他の酵素(イソメラーゼ、グルコースオキシダーゼ)を共封または相乗的方法を用いて、フルクトリゴ糖の生成、副生成物のグルコースの異性化または酸化、それによってグルコースの阻害効果を解除し、それぞれ63%および71%のフルクトリゴ糖を得た[6]。

3.4二重酵素法によるフルクトオリゴ糖の生産

フルクトリゴ糖製造のための二重酵素法は、フルクトース転移酵素を用いて、スクロースを原料として通常のフルクトリゴ糖を製造する。30°c、ph 5の条件下で、グルコースオキシダーゼとカタラーゼを全糖の30%で相乗反応させる。以上の条件で17時間曝気したところ、フルクトオリゴ糖が得られた[8]。

4. fructooligosaccharidesの分離と精製の方法

4.1クロマトグラフ

Chromatography is a method that uses a specific adsorbent to separate and purify 55% fructooligosaccharides by the principle of adsorption chromatography. After the processes of adsorption, washing, elution and concentration, a slurry or powder of fructooligosaccharides with a fructooligosaccharide content of over 95% can be obtained, and the separation effect is relatively good. However, this process requires the use of organic solvents, resulting in high production costs. The adsorption carrier is also limited, which is far higher than the price of chicory oligofructose and lacks market competitiveness [9].

4.2樹脂流動層処理装置

オリゴフルクトース55%の精製に樹脂流動層処理装置を用いる方法は、近年、日本や韓国で新たに開発された方法である。この方法の重要な部分は、機器の設計と製造にあります。適切に設計された装置により、オリゴフルクトースは95%以上の純度で精製することができ、廃棄物を最小限に抑えてすべての材料を十分に利用することができます。設備投資は比較的高いが、大規模な連続生産が可能で、操作が簡単で実用的であり、よりクリーンな生産に向かう傾向がある[9]。

4.3オリゴフルクトースを分離する膜ろ過

膜ろ過は、もともと水処理に使われていました。膜プロセスの改善と膜孔のサイズの変化に伴い、徐々に材料の分離精製の分野に導入され、工業生産に使用され、良好な経済効果を達成しています。河北ウェルキン薬品は他社と共同で膜ろ過設備の使用を研究し、収率が80%程度のオリゴフルクトースを得た。さらに分離を続ければ、90%以上のオリゴフルクトースも得られる。

5 .オリゴフルクトースの飼料への応用

1980年代初め、外国の学者たちは動物の腸内に自然に存在する善玉菌に関心を示し始めた。そこで、腸内で善玉菌の増殖や繁殖を促進するが、有害菌や家畜に吸収されて利用されない物質を探しました。これは、短鎖糖物質としても知られていることが発見されたオリゴ糖など機能この機能を持っていました1980年代半ばから後半にかけて、飼料用飼料添加物として日本で初めて開発された。

The animal nutrition community in China only came into contact with this type of additive in the late 1990s. Fructooligosaccharides themselves do not have a significant effect on the animal body. Their effect is mainly due to their proliferative effect on bifidobacteria in the animal body, which increases the growth rate of bifidobacteria, and accordingly, under the condition that the total bacterial count in the animal intestine remains the same, harmful bacteria in the intestine are inhibited to varying degrees. In addition, functional oligofructose has the effect of increasing daily weight gain, feed conversion rate, disease resistance of the animal body, and reducing the number of pathogenic bacteria such as Escherichia coli and Salmonella in the digestive tract and livestock products. Functional oligofructose is one of the 飼料添加物 with great development potential [10].

6現在の開発制約

中国におけるオリゴフルクトースの発展には、主に2つの要因がある。一つは生産技術のレベルである。オリゴフルクトース発酵は成功しているが、変換率が低く、抽出技術が工業生産プロセスを制限している。もう一つは経済的利益です。オリゴフルクトースの販売は、他のオリゴ糖(麦芽オリゴ糖、大豆オリゴ糖)との競合の影響を受けており、経済的なメリットは明らかではなく、その発達に影響を与えている[6]。

7つの展望

半世紀の間、抗生剤の使用は畜産業の急速な発展を促したが、副作用も日増している。抗生物質の広範な使用は、家畜の内因性感染や重複感染をますます深刻にし、家畜や家禽の免疫機能を低下させ、食物連鎖を通じて人間の健康に脅威をもたらす可能性があります。オリゴ糖は、新しいタイプの飼料添加剤として、動物の善玉菌に特異的に利用され、有害な植物相を抑制し、抗生物質のような役割を果たします。オリゴフルクトースは豊富で安価であるため、オリゴ糖の添加剤として最も重要なタイプの1つである。人々がオリゴフルクトースについてより深く理解し、より多くの研究を行うようになれば、その応用の展望はますます有望になるだろう[11]。

参照:

【1】黄海清、王儀珍。オリゴフルクトースの動物栄養への応用研究[j]。^ a b c de f g h i f g h i(2002) 26-27頁。

【2】徐錫林、林清生、頼奉英。スクロース発酵からのフルクトオリゴ糖の生産[j]。1997年(平成9年)食品業界科学技術(4):34 - 37。

[3] wang shihua, peng limin, zhang hui, et al。フルクトオリゴ糖の開発と応用[j]。^中国の乳業、2002年(2):31-34。

【4】唐聖秋、董小英、鄒小亭。オリゴフルクトースと動物栄養への応用[j]。^ a b c d e f g h i(2003) 40-42頁。

【5】楊元閣羅ファックス。オリゴフルクトース-新しいタイプの機能性食品ベース[j]。^『仙台市史』通史編(通史編)、35-39頁。

[6] wang shihua, bai wenzhao, luo jinhua, et al。オリゴフルクトースの飼料への応用[j]。^『人事興信録』第2版、人事興信録、2002年(平成14年)、25-26頁。

【7】唐軍、張海濤。オリゴフルクトースの特性と新規発酵プロセス[j]。化学工業と工学技術、1999年、20(2):11-12。

[8]王Duoren。オリゴフルクトースの開発[j]。^『仙台市史』通史編4(平成14年)29-34頁。

【9】李秀欽、楊興輝、安淑新オリゴフルクトースの精製法[j]。河北化学工業、2003年(1):4-7。

【10】林欽魯、秦丹、金洋海。オリゴフルクトースの機能因子の生産とその応用[j]。中国の食品と栄養,2002(4):20-22。

【11】姚建国、夏東、李汝之。新タイプの飼料添加剤オリゴフルクトース[j]。^『仙台市史』通史編5(15-16頁)。