ガラクトオリゴ糖(gos)とは?

オリゴ糖など are a new type of 機能食品添加物. Among them, the one with the best therapeutic effect in dietary therapy is galacto-oligosaccharide (GOS), also known as “bifidus factor”. In nature, GOS is found in trace amounts in animal milk, with slightly higher levels in breast milk. It is a functional oligosaccharide with natural properties. Due to its unique physiological functions and physical and chemical properties, it has become a research hotspot in food science and is widely used in many fields such as dairy products, baked goods, candy processing and functional foods.

1 gosの物理的・化学的性質と生理機能

1.1物理的および化学的性質

非消化性gosは重要なプレバイオティクスであり、母乳の天然成分である[1]。それβ合成することができる-galactosidaseとして乳糖を利用するgalactosylationの基板と貫通タンパクプロダクトオブザ酵素の反応である。4つに接続1で得られるれる半乳糖台数半乳糖側に乳糖分子のβ(1→3)β(1→4)またはβ(1→6)glycosidicいる[2]。β経由の场合は1 4半乳糖台につながる(1→3)β(1→4)またはβ(1→6)glycosidic債券。主な半乳糖部隊の絆はこのβ(1→6)分子式のは(Galactoses) n - G lucose、n = 2 5人に減った。

gosは低分子水溶性食物繊維で、粘度が低く保水性が高く、ミネラルを結合せず、さっぱりとした味でカロリー値が低く、スクロースの20 ~ 40%程度の甘さしかない。酸にも熱にも安定で、180°cやph3の条件下でも分解しない。色素性が高く、保湿性が高く、食感や風味が悪く、人間の消化酵素によって消化されません。良好なビフィズス菌増殖活性を有する[2]。したがって、gosは非常に高品質の食品添加物です。

1.2種類・数量

gosの種類と量は、酵素源、反応条件、基質濃度、加水分解速度などの多くの要因に影響されます。異なるソースからのgosの特性は非常に異なる。酵素源はグリコシド結合の特異性をある程度決定することができるが、ph値、mg2 +濃度、ラクトース異性体など多くの要因に影響される。

Galacto-oligosaccharidesを大きく分類するとβ-galacto-oligosaccharidesとα-galacto-oligosaccharides。β-galacto-oligosaccharidesβ合成することができるとして乳糖基板を介して、-galactosidase galactosylationの酵素の反応である。異なる酵素源によって合成されるgos糖鎖の組成も異なる。α合成画像-Lactoseはβ-galactosidaseまずブドウ糖と半乳糖にhydrolyzing c4そしてCandida属guilliermondiiによる香気α-galactosidase接続α(1→6)glycosidic債券。その主成分は、「ビフィズス菌」とも呼ばれるメレジトースで、酸に強く、熱的に安定で、貯蔵安定性に優れています。

1.3生体機能は

ビフィズス菌は、ヒトの腸の健康を維持するために非常に重要な微生物の一種です[3]。母乳中の乳児の腸内にビフィズス菌が形成される原因は、主にオリゴ糖成分であることが分かっている。のもの合成GOS構造は母乳と一致しています。ヒト結腸の上部消化管では分解も吸収もされず、結腸内のビフィズス菌(ビフィズス菌)など一部のプロバイオティクスの増殖を選択的に促進する[4]。ビフィズス菌の増殖によって作られる酸性環境は、他の有害な細菌の増殖を抑制することができます[5]。したがって、多くの関連生理機能を持っています:(1)腸内フローラのバランスを調整し、免疫力を向上させる;(2)スーパーオキシドジスムターゼ(sod)の活性と含有量を増加させ、老化に抵抗します;(3)多量の短鎖脂肪酸を生成し、腸の蠕動を刺激し、便の水分を増加させ、便秘を防ぐ;(4)乳糖不耐症の改善;(5)血圧を下げる;(6)インドールやギ酸などの有害な発酵物や有害な酵素の生産を減らすと同時に、健康に有益なビタミンb群、ナイアシン、葉酸を生産する。

さらに、gosを摂取すると、脂質代謝を改善し、血清コレステロール濃度を低下させることができます。ミネラルの吸収を改善する[6]、カルシウム、マグネシウム、カリウムの腸内吸収を促進し、ナトリウムの吸収を減少させる;同時に、gosは非カリオゲン性で消化不良であり、低エネルギーの砂糖であり、肥満を引き起こさない。最近の研究では、gosはコレラ毒素のガングリオシド受容体への結合を阻害することもでき、製薬業界で使用されていることが示されている[7]。

2 gosの調製法

gosの製造には、主に天然原料からの抽出、天然多糖類の酸加水分解、化学合成、発酵、酵素合成の5つの方法がある。しかし、自然界では、gosは非常に希少で、無色で、帯電していないため、抽出や分離が困難です。天然多糖変換産物は収率が低く、生成物の組成が複雑で、純粋な生成物を得ることが困難である。化学合成は有毒で、残留物が発生しやすく、収率が低く、環境を深刻に汚染します。

There has been little research on the production of GOS by fermentation, and the main method is to synthesize GOS using microbial fermentation [8], but this is still in the laboratory stage, and none of the above four methods cannot be applied in actual production. The enzymatic synthesis of GOS mainly uses high-concentration lactose or whey as raw materials, which are catalyzed and synthesized by β-galactosidase. This method has the advantages of a simple reaction, sufficient raw materials, low production costs, and non-toxicity. It is currently the main method for gosの工業生産. The following details the enzymatic synthesis of GOS.

2.1ソースやβの特性などを関数化-galactosidase

β-galactosidase (EC 3∙2∙1∙23)はたいへん商業酵素で酪农协同组合では本当に役に立ってくれた動物、植物、微生物に広く分布し、一般的に微生物から実用的に得られる[9]。別のソースからβ-galactosidaseが異なる特性、最適な反応条件および合成GOS、変換料金もは千差万別だ。食品中の酵素残基の安全性を考慮すると、酵素源としてa∙niger、a∙oryzae、k∙lactis、k∙frag ileなどの微生物が一般的に使用されています。1996年、FDA判定Candida pseudotropicalisβ-galactosidase、牛乳?乳制品は際に用いられるも良かった[10]。

一般的にβ-galactosidaseカビの最適なpH 2.5-4.5の酵素細胞外に活性化している。酵素活性が高いため、比較的安価で一般的に使用されているが、酵素安定性は低い。細胞脱出酵素がβの-galactosidaseの酵母は主に最適なpHに近い中性で、牛乳の分解のように適合される惜しくはない

2.2触媒機構と影響因子

初期研究結果、β-galactosidase hydrolyzes乳糖少なくとも3歩は、より純度展示を最後のステップまたは活動アシル基の転移酵素を帯びる。

酵素+乳糖→酵素-乳糖(1)酵素乳糖をブドウ糖→障壁-酵素+(2)障壁-酵素+じゅよう器→障壁-じゅよう器+酵素(3)勉強しているときに活性化され鍛えられることや抑制初期にによる酵素pH、跡の遺構が発見された活躍が中立β-galactosidaseの職能団体は2つ1つはthiolグループとそれ以外の、imidazoleグループのnucleophilicとしてチームの谷間を促しglycosidic債券できます。[8]

最近の研究によれば、βの触媒機構-galactosidase lysosomesのに似てるが、すなわち、大将としてグループでセンター積極的行動の1つ酸酸素陽子を提供しているにglycosidic債券の一方残り安定させられるマイナスグループ电は原子核の二酸化炭素(co2)でgalactosideの原子形成移行を岸から遠ざかって行くな絆に[11]。アクセプターが水の場合はガラクトース、糖の場合はオリゴ糖が形成される。したがって、加水分解反応は水がガラクトシドのアクセプターとして働く特殊な移動反応と考えることができる。ほとんどの場合、加水分解反応が支配的であるのは、反応系の水分量が高く、オリゴ糖の収率が低いためである[2]。

gos合成の反応系は非常に複雑で、移動反応と加水分解反応が同時に起こる。基質の濃度と温度は移動反応に大きな影響を与える。生成物グルコースは転移反応の非競合阻害剤であり、ガラクトースは競合阻害剤である[12]。gos合成は反応基質にも関係している。例えば、合成K∙によるスクールジオス判明率lactisβ-galactosidaseバッファに5%乳糖を含むは牛乳。[13]より大きい。また、β-galactoseや逆転で反応生じるα-galactoseは剤が強い。酵素濃度が上昇すると、gosの合成速度が上昇するが、逆反応も上昇する。したがって、酵素の濃度はそれほど高くはならない。

現在,gos収率を増加させる主な方法は,基材濃度を増加させ,系中の含水率を低下させることである。さらに、システムからグルコースを除去すると、gosの収量も増加する。

2.3触媒形

gosの酵素合成には主に3つの触媒形態がある:(1)自由酵素反応。この方法は比較的成熟しており、現在では一般的な方法であるindustrial production of GOS。しかし、反応系の水分含量が高く、加水分解能が強いため、生成物は単糖類の含有量が多く、多量の酵素を必要とするため、高価になります。徐A Cなど使用Bifidobacteriumβ-galactosidase合成GOS・加増により使用する32∙5%で約40%乳糖基板上の目の温度の反応45°C pH 6∙8ます。[14]。研究によれば、H a-Y oungらのthermostableβ-galactosidase Sulfolobus由来solfataricusが用いられた。ph 6∙0、温度80°cの反応条件で、600 g/ lのラクトースと3∙6 u / mlの酵素を基材とすると、gos収率は52∙2% (w/w)に達する[15];(2)固定化酵素の連続反応。

固定化後、酵素の熱安定性が大幅に向上し、酸とアルカリに対する耐性が強化され、再利用することができ、得られた生成物は酵素を含まず、品質が安定している[16]。固定化酵素は遊離酵素よりもgosの合成を触媒する能力が優れているが、これはラクトースと比較して、遊離酵素との結合がより大きく、容易に分解されないためである。コットンやらのglutaraldehydeの用途発見やacetaldehyde-immobilizedβ-galactosidaseにhydrolyzeいなミルクを大幅競争無き抑制と減らすことができる注文する分解酵素を解放するレートよりも高いglycan-immobilized酵素た[9]。

ThierryMらの発見にK∙lactisβ-galactosidaseしたD uolite A -568と同空母は収益率microwave-assistedによるGOS合成の方法で、cosolventの存在hexanol、基板溶剤217倍の〔17〕増やした。増えるかもP ocediĉova Kらにもセラミックス膜(150KDa)技術連続反応システム酵素を完全に検閲し、すなわち、固定化の効果を果たしたや、被害、酵素の活動も避けられて産業生産のように適合されるGOS[18]。

尹S Sなどimmobilizing K∙後酵素が働きの損失を勉強lactisβ-galactosidaseとしてシリカゲルを利用するキャリアとglutaraldehyde架橋に代行させた。その結果、架橋後の酵素活性は粗固定化酵素の2.6倍であり、10回の再利用サイクル後も63.9%の酵素活性を維持していた[19]。(3)非水相酵素反応。有機溶媒を用いることで、反応系の水活性を低下させ、反応平衡をガラクトース化にシフトさせ、gosの合成を容易にすることができる[20]。isabeldel-v al mらは、ポリエチレングリコールを含む二相培地中で酵素的にgosを合成するための基質としてラクトースを用いたが、その合成速度は水相と比較して大幅に向上した[21]。女iraya Sらを捌いとして循環デキストリンキャリアβ-galactosidase、そして加水分解燐酸water-triethylのシステムに含まれる乳糖(50% v / v)、コンテンツ及びスクールジオス。[22]著しく上昇した。

2.4生産状況

現在、中国のオリゴ糖はまだ新しい産業だ。オリゴイソマルトとオリゴフルクトースのみが数千トンの生産規模に達することができます。gosの開発はまだ大規模ではない。産業生産制限GOSた要因中国が足りないからではないかとβ-galactosidase性能の優れた,酵素で輸入商業費が作りました調べによると、日本は世界有数のオリゴ糖工業国で、総生産量は5万トンで、このうちgosの年間生産量は6500 ~ 7000トン(市場価格5万円/トン)で世界第2位。食生活の変化に伴い、肉類や乳製品の消費は徐々に増加し、穀物の消費は減少しています。高齢化社会に伴い、高血圧、糖尿病、各種口腔疾患、消化器疾患などの発病率も増加している。Society&#機能性食品や健康食品の需要も増加しており、機能性製品の研究開発は21世紀の最も重要な課題と考えられています。China'の豊富な製品資源が十分に開発され、利用されていない、と機能性オリゴ糖の開発は間違いなく巨大な市場を持つことになります。

3 gos検出と分離精製

gosの主な検出方法は、ペーパークロマトグラフィー(ppc)、薄膜クロマトグラフィー(tlc)、ガスクロマトグラフィー(gs)、高性能液体クロマトグラフィー(hplc)である。その中でもhplcは、簡便で高速、前処理が容易、分離結果が良好、再現性が高いなどの特長から、広く利用されています。糖は通常の紫外線領域と可視光領域では吸収されず蛍光を発せないため、gosの検出器は通常、uv検出器(uv)や蛍光検出器(fd)ではなく差動屈折率検出器(rid)である。検出器として質量分析法(ms)を使用する場合や核磁気共鳴分光法(nmr)を使用する場合、相対分子量や構造などの情報を提供することができ、機能の特異性を高めることができます[23]。

現在、中国でgosの開発と応用を制限する主な問題の1つは、その低純度である。この段階では、カラムクロマトグラフィー、膜分離、酵素法、微生物発酵が主な分離・精製方法である。カラム分離の利点はサイクルで連続運転が可能で時間を節約できることである。コストが高く、操作も複雑ですが、イオン交換樹脂によるgosの迅速かつ効率的な分離は非常に優れており、他のクロマトグラフィー分離媒体と比較してはるかに優れています。gosの工業分離・精製に適用されています。

膜分離は、フィルターの膜孔の大きさに基づいて分離の目的を達成します。相変化がなく、エネルギー消費が低い。しかし、gos原料にはラクトースが多く含まれているため、分離・精製が困難です。この酵素法は、混合物から特定の成分を特異的に除去するために酵素製剤を用いるが、酵素が高価であるためコストが高すぎる。微生物発酵法では、発酵に適した微生物を選別することで機能しないオリゴ糖を除去するため、比較的安価ですが、細菌の繁殖が困難です。chao-chun cらはkluyveromyces marxianusを用いてグルコース、ガラクトース、ラクトース、その他の二糖を含む混合物を発酵させ、gos混合物の含量をそれぞれ31%、32%から97%、98%に精製することができた[24]。

4 gosの応用の見通し

GOS has broad prospects for application in functional foods because of its many advantages over other sugars. (1) It can be used in dairy products to solve the problem of lactose intolerance; (2) it can be used in health foods to promote the absorption of calcium, magnesium and phosphorus and improve the efficacy of the product; (3) it can be used in lactic acid fermented foods to increase the number of lactic acid bacteria and shorten the fermentation cycle; (4) it can be used in baked goods [25] to improve their flavor, texture and color, and its nutritional value will not be lost during high-temperature heating. Because it is low in energy and non-digestible , which can reduce the incidence of obesity; (5) can be added to ice cream to prevent the precipitation of lactose crystals, improve product quality and extend the shelf life; (6) the synthesis of GOS from lactose in whey comprehensively treats the environmental pollution caused by whey discharge and saves a lot of energy [26].

5展望

GOS, as a new type of functional food additiveその特異な生理機能と優れた物理化学的性質から世界的に注目されています。gosの継続的な開発と研究、中国の豊富な原材料、消費者市場の無限の潜在力に加えて、近い将来、gosは中国の強力な発展の流れを開始し、生態学的、経済的に大きな利益をもたらすと信じています。

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