ガラクトオリゴ糖の製造方法は?

Galactooligosaccharides (GOS) are a new type of functional substance。 They are a type of functional oligosaccharide with natural properties and an important prebiotic でbreast 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.

食品の風味を調節するだけでなく、善玉菌を育てる役割も果たしています。腸内の善玉菌はオリゴ糖を利用して増殖するが、同時に大量の細胞外多糖類を産生する。細胞外多糖類は、抗腫瘍および免疫調節活性を有するだけでなく、腸内でのプロバイオティクスの長期定着を促進する。このため、血液中の総コレステロール濃度を下げる、体内の脂質代謝を改善する、ミネラルの吸収を促進するなど、さまざまな効果があります。また、アルツハイマー病などの疾患に予防効果および治療効果があります#39の病気、糖尿病、パーキンソン病'の病気、うつ病、肥満。その機能性により、オリゴ糖は現代の開発と応用のためのホットスポットとなっている。

本稿では、調製技術、分離精製、応用状況を中心にオリゴ糖をまとめ、gosの広範な応用を支えるための研究の方向性を展望する。

1生産技術の進歩

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酵素生産株の選択と育種

β-Galactosidaseは鍵galacto-oligosaccharides自動車の生産酵素。主な供給源は、自然界の動物(牛乳)、植物(リンゴなど)、微生物(酵母、カビなど)です。ほとんどのβ-galactosidase応用产业生产より抽出しの中で微生物と接触したりしていますひずみの選択は工学研究のホットスポットとなっている。

王辛ら[3]人工基板o-nitrophenyl -β-D-galactopyranoside (ONPG) 2015年上映マーカーを選択する図書館での微生物がいるの有機溶剤耐性牛β-galactosidase-producingバクテリアより純度活動が高まる。乳糖当時を調べるためとして基板を使い、合成の演技でとエルウィニア属の変種ウィルスbillingiae WX1生産β-galactosidase選ばれた。クローンのβ-galactosidase遺伝子とβ-galactosidase遺伝子ギャルのβを予測して得-galactosidase遺伝子ジノム配列同一种のに基づいてGenBank。同时に、クローンβの表現-galactosidaseは大腸菌年。2016年に李美玲ら[4]β取得発酵-galactosidase酵素の液体を流してbのcirculans SK28.003、用意し酵素で粉末濃度が低温乾燥しsalting-out降水量とした。βの-galactosidase'sトランスグリコシダーゼの機能は、ラクトースからオリゴ糖への合成を触媒するために用いられる。単因子実験と直交実験を用いて最適な合成条件を決定し、高性能液体クロマトグラフィーを用いて評価した。単因子実験と直交実験を用いて最適な合成条件を決定し、高性能液体クロマトグラフィーを用いて評価した。

単因子実験と直交実験を用いて最適な合成条件を決定し、高性能液体クロマトグラフィーを用いて評価した。単因子実験と直交実験を用いて最適な合成条件を決定し、高性能液体クロマトグラフィーを用いて評価した。 

単因子実験と直交実験を用いて最適な合成条件を決定し、高性能液体クロマトグラフィーを用いて評価した。単因子実験と直交実験を用いて最適な合成条件を決定し、高性能液体クロマトグラフィーを用いて評価した。これらの条件下では、gos収率は12時間反応後に45.5%に達する。

120の固定化β-galactosidase

固定化酵素は再利用性が高く、熱安定性に優れているため、広く研究・利用されてきました。近年、放射線被害の固定化スリープクリニック調布院長に、β-galactosidase。2014年は張奉化らた。[5]中国との比較研究のβ資料、締結など固定化-galactosidase引換回収された酵素の熱安定性網野キャリアは遥かに上回るfree酵素and酵素のスナイパーエポキシキャリアです20回の再利用サイクルを経ても、酵素活性は60%以上維持されていた。

開始濃度300 g/ lのラクトースを用いて、アミノ酸担体上に固定化された酵素を用いてガラクトリゴ糖を生産し、最大収率は87 g/ lであった。2015年には、fei junjie ' s research)β-galactosidaseしたされて、イオン交换树脂I002 1次、吸着そして架橋仕様の量を酵素51.8% U (per 1 g树脂)ですが、pH、震度6.5温度25°C吸着12时h、glutaraldehyde 4%体積積分ている。8 u(樹脂の1グラム当たり)、ph 6.5、温度25°c、吸着時間12時間、グルタルアルデヒド体積分率4%、架橋温度40°c、時間6時間、固定化効果は最高でした。得られる固定酵素活性は16.2 uに達し、固定酵素の回収率は39.1%、ガラクトオリゴ糖(gos)の収率は24.2%である。

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%. 後being reused 7 times, the yield of GOS obtained by catalysis was still 64.9%, showing good stability.

1.3生産工程条件の最適化

After オリゴ糖の工業生産多くの研究者がオリゴ糖の生産プロセス条件を完全に最適化し、オリゴ糖の生産プロセスをより効率的で低コストにしている。

2015年にxing xiaoらは、製造プロセスの最適化を行い、ガラクトオリゴ糖を調製するための最適なプロセス条件は37°c、ph 8.0、k + 0であると結論付けた[7]。08mol / L,初期乳糖大量500グラムと濃度/ L、反応時間載置台5 h酵素額= 100μL / g乳糖その結果、生成されたオリゴ糖の質量濃度は94.74 g/ lに達した。2016年にfu wenjiaらは、最適な反応条件は基質(ラクトース)濃度50%、酵素量40 u /g、ph 7.5、50°cであると結論付けた[8]。このような条件下で2時間反応を行い、オリゴガラクトースの収率は23.4%であった。

1.4新しい生産技術の開発

研究者の中には、既存の生産技術にとどまらず、広範な研究と実験を経て新たな生産方法を考案する者もおり、オリゴ糖の大規模工業生産の選択肢が広がっている。2016年位置魏在庸容疑者がら、浙江大学昔の[9]がどんな技術として乳糖基板およびpermeabilized細胞を含む乳酸菌plantarum利用β-galactosidaseを使って作成したオリゴ糖など。

嫌気性発酵を5 lの発酵槽で行い、収穫したラクトバチルス・プランタルム細胞を用いて、gos生成のための浸透性全細胞触媒の研究を行いました。その結果、ラクトース濃度400 g/ l、初期ph 7.0、温度50°c、反応時間10時間の条件下で、gosの最大収率は32%(質量分率)であった。xのプロセスproducing 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. 精製・分離技術の進歩

酵素法によって生成されるオリゴ糖は複雑であり、酵素によって触媒されていないブドウ糖やラクトースなど多くの非有効成分が含まれている。その結果、生産されるオリゴ糖は純度が低く、機能性が低下し、有用性が低下します。そのため、応用範囲を広げるためには、何らかの方法で精製・分離する必要がある[11]。現在、主な分離・精製方法はカラムクロマトグラフィー、膜分離、生物学的方法、酵素法である[12]。

2.1列クロマトグラフ

カラム分離の原理は、分離しようとする成分と静止相、移動相との結合力が異なり、分離効果が得られることだ。強い結合力を持つ成分はゆっくりと流れ、弱い結合力を持つ成分は急速に流れます。カラム分離の利点は、連続運転サイクルが可能であり、吸着材を再利用できることである。しかし、この方法は分離効率が低く、複雑な予備操作を行う[13]。2009年にfeng yongmeiらは、デキストランゲルカラムsephadex g-25を用いて粗オリゴ糖を精製・分離した[14]。実験の結果、gosの純度は1カラムで85.03%、2カラム目で89.39%に達した。

2.2膜分離法

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 purity1.5倍になります

2.3生物学的および酵素的方法

生物学的方法は、混合物から雑多な糖を除去するために微生物発酵を使用する。例えば、グルコースやラクトースは、酵母と乳酸菌を用いて除去することができます[18]。欠点は、プロセスに時間がかかり、複雑であり、除去が困難な他の物質を導入する可能性があることである[19]。この酵素法では、様々な特定の酵素を添加し、酵素分解によって対応する雑多な糖を除去する。欠点はより明らかです。酵素は高価であり、添加量を決定することは困難である。また、酵素反応が起こると、系のphが低下して酵素の活性に影響を与え[20]、分離効果が悪くなる[21]。生物学的方法と酵素法はあまり一般的ではなく、近年これら2つの方法に関する報告は少なくなってきています。

2.4新しい精製技術

In 2016, Li Liangyu et al. [22] used crude oligosaccharides as raw materialsまた、材料の精製には、それぞれ自作の模擬移動床装置(smb)と逐次模擬移動床装置(ssmb)を用いた。最適な技術パラメータ:送り屈折率60%、コラム温度60°c、送り速度467 ml /h、水投入量72.4 ml /h。この条件では、ガラクトースの純度は95.1%であった。

3. 進歩アプリケーション

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栄養必要。これらには、母乳に含まれるオリゴ糖が含まれます。研究によると、オリゴ糖は腸粘膜の修復を促進し[23]、腸内のビフィズス菌などの善玉菌の増殖と定着を促進し、人間の免疫力を向上させる[24]、乳幼児の成長と発育を促進する[25、26]、コレステロールを低下させ、骨粗しょう症を抑制する[27]、 などの責務を担った。これらの機能のために、ガラクトオリゴ糖は、肥満、アルツハイマーなどの多くの病気に予防的および治療的効果を持っています'の病気、糖尿病、パーキンソン病'の病気、うつ病など、近年では多くの関連報告がありました。そのため、ガラクトオリゴ糖は食品、健康食品、医薬品など幅広い用途に使用されています。

3.1食品アプリケーション

ガラクトオリゴ糖は、その特殊な物理的・化学的性質と生理機能により、飲料、菓子、焼き菓子、ジャム、粉ミルク、ペットフードなどの調味料産業で広く使用されています。gosは、その良好な溶解性とビフィズス菌の増殖因子であることが知られているため、乳製品に添加されます。これにより、母乳に近い粉ミルクが得られ、粉ミルクを飲ませた乳児の腸内細菌叢が母乳を飲ませた乳児と同じになり、乳児の成長と発達が促進されます。また、乳糖不耐症の一部の人々の栄養ニーズを満たすことができます。高い溶解度、良好な安定性、良好な嗜好性、低いカリブ原性を有し、gosの機能が損なわれないため、飲料に添加されます。ヨーグルトに加える際に重要なのは、gosが乳酸菌に破壊されず、機能を発揮できることだ。gosは耐熱性と安定性があり、高温焼成でも破損しないため、焼き菓子に添加されます。調味料産業におけるガラクトオリゴ糖の普及は、機能性多糖類産業全体を後押ししている。

3.2健康関連製品のアプリケーション

people&として#39の生活水準が向上し、彼らの知識が成長し、彼らは食べ物だけから栄養因子を得ることにあまり満足してきている。したがって、健康製品の出現は人々を満たしています' s必要。健康製品は、1つ以上の栄養素のポリマーです。高純度、高含有量で、タブレット1台で毎日のニーズを満たすことができます。これらの特徴のために、広く使用されています。gosは機能性オリゴ糖の一種であり、ヒトの免疫力を高めるために様々な健康食品として広く生産されている。

3.3製薬アプリケーション

gosには生理的機能がありそれは、いくつかの病気を予防し、治療することができるので、薬にも使用されます。ガラクトオリゴ糖は、腸内の善玉菌によって利用され、その後、炭水化物を使用して短鎖脂肪酸を生成することができます。これは、肝臓でのコレステロール合成を阻害し、それによって血清コレステロールを肝臓に再分配し、血中コレステロールを減少させる。2015年、xin yueqiangら[28]は、ガラクトオリゴ糖が、ラクトバシラス属およびビフィズス菌によって、より多くの細胞外多糖類の生産を促進することを発見した。細胞外は抗腫瘍活性や免疫活性を有するだけでなく、腸内のプロバイオティクスの長期定着を促進する。腸内フローラ環境の変化がアルツハイマー病など多くの疾患の発症につながる可能性があることが多くの外国の報告で示されているため' s病、Parkinson's疾患、うつ病、肥満など、腸内フローラを調節できるオリゴ糖が注目されている[29,30]。

4まとめと展望

通常のヒトの腸は、数千種、非常に多くの個体群を持つ細菌の複雑な群集によって形成されている。彼らは秩序立てて仕事をする。免疫、栄養、生物学的拮抗など、人体に多くの影響を及ぼす。近年、抗生物質の乱用、過度の精神的ストレス、環境変化などにより、腸内細菌叢が不均衡となり、公衆衛生上の第1の脅威となっています。

近年、腸内細菌叢の変化がヒトの健康と密接に関係していることが多く報告されています。このようなパーキンソン病などの疾患の発生'の病気、うつ病、アルツハイマー病'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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