Que sont les Fructooligosaccharides à chaîne courte?

L’oligofructose est de nature stable, sûr et non toxique lorsqu’il est utilisé comme additif alimentaire, et n’est pas digéré par des enzymes endogènes dans le tractus gastro-intestinal, ne laissant aucun résidu dans l’animal et#39; S corps. Il peut améliorer la microflore intestinale, favoriser le développement intestinal animal, réguler le métabolisme des protéines et des lipides, favoriser l’absorption minérale, améliorer l’immunité, eta l’effet d’antibiotiques sans laisser de résidus dans le corps, ne produit pas de résistance aux médicaments, et est appelé un prébiotique (agent microécologique) [1].

1. Propriétés physico-chimiques des fructooligosaccharides

1.1 composition structurelle

Fructooligosaccharides (FOS), 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] .

1.2 douceur

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 viscosité

Dans l’intervalle de 0 à 70°C, la viscosité des fructooligosaccharides est semblable à celle du sirop de maïs à haute teneur en fructose, et diminue avec l’augmentation de la température [3].

1.4 valeur du pH et stabilité thermique

Lorsque le pH environnemental est neutre, les fructooligosaccharides sont très stables à 120°C. Dans des conditions acides (pH 3), ils sont très sensibles à la décomposition après 70°C et leur stabilité est considérablement réduite [3].

1.5 activité de l’eau

L’activité dans l’eau de l’oligofructose G est semblable à celle du saccharose, mais légèrement plus élevée pour l’oligofructose [3].

1.6 autres caractéristiques de traitement

Il a une bonne solubilité, une résistance à hautes températures, une inhibition du vieillissement de l’amidon, une incolorabilité, des propriétés donnant forme, une résistance aux alcalis, une rétention d’eau et une stabilité, mais est pauvre en non-hygroscopicité [3].

2 effets physiologiques de l’oligofructose sur les animaux

2.1 optimiser la flore du tractus gastro-intestinal

Les micro-organismes dans les intestins des animaux peuvent être divisés en trois catégories: une catégorie est les bactéries bénéfiques représentées par Bifidobacterium; Une autre catégorie est celle des bactéries nocives représentées par le Clostridium; Et la catégorie restante est celle des bactéries intermédiaires. Lorsque la flore bénéfique est dominante, la microécologie du corps est en équilibre; Par contre, lorsque la flore nuisible est dominante, le corps animal est dans un état de sous-santé ou de maladie.

Les bifidobactéries sont un type de bactérie Gram-positive non motile sans spores qui existe dans les intestins des animaux à sang chaud et des humains. Après des années de recherche, il a été progressivement reconnu que les bifidobactéries sont des bactéries intestinales bénéfiques qui accompagnent les animaux tout au long de leur vie. Les bifidobactéries ferment l’oligofructose pour produire des acides gras à chaîne courte et certains antimicrobiens, qui peuvent inhiber la croissance de bactéries pathogènes exogènes et de bactéries indigènes de détérioration dans l’intestin, réduisant ainsi la production de produits de fermentation toxiques et de bactéries nuisibles. La réduction de la formation de métabolites toxiques peut réduire considérablement la charge sur le foie de décomposer les toxines, protégeant ainsi indirectement le foie. Les bifidobactéries proliférantes ont également la capacité d’améliorer l’animal et#39; S système immunitaire et résister aux tumeurs, et peut produire certains nutriments que l’animal ' le corps a besoin [4].

2.2 promouvoir le métabolisme intestinal

Les Fructooligosaccharides peuvent favoriser le péristaltisme intestinal petit, accélérer la dégradation et l’élimination des substances putrefactives intestinales. Ils peuvent avoir pour effet d’humidifier les intestins, améliorer le caractère des selles, prévenir et soulager la constipation. Les Fructooligosaccharides peuvent rapidement proliférer les bifidobactéries, formant un film bactérien sur la muqueuse intestinale qui rend difficile la colonisation des agents pathogènes. Les bifidobactéries, tout en étant cultivées, ferment également les fructooligosaccharides en grandes quantités, produisant de l’acide acétique, de l’acide propionique et de l’acide lactique, qui abaissent le pH de la lumière intestinale, inhibent directement la croissance des bactéries pathogènes et accélèrent le mouvement péristaltique dans la lumière intestinale. En outre, les fructooligosaccharides sont solubles dans l’eau, faciles à manger, non absorbés par le corps ou les bactéries nocives, peuvent stimuler le réflexe de défécation rectal, et ont un effet synergique avec les bifidobactéries pour détoxifier et neutraliser les toxines. Cette méthode de désintoxication de l’équilibre microécologique est très sûre et efficace, sans effets secondaires toxiques [4].

2.3 régulation du métabolisme de l’azote dans le corps

L’alimentation des rats en inuline (un ingrédient naturel contenant une grande quantité de fructooligosaccharides) a favorisé l’expansion du cecum et l’acidification de son contenu. L’inuline n’a eu aucun effet sur l’équilibre net en azote, mais a considérablement inhibé la digestibilité de l’azote, ce qui indique que l’excrétion de l’azote s’est déplacée des reins vers l’intestin. L’équilibre entre le transfert d’azote uréique (plasma-caecum) et le transfert d’azote ammoniacal (plasma-caecum) était positif, ce qui indique que l’inuline a provoqué un dépôt d’azote uréique positif dans le caecum. Avec un régime contenant de l’inuline, le transfert de l’azote uréique est élevé, mais la plus grande partie est réabsorbée sous forme d’ammoniac, ce qui indique que les bactéries ont un faible taux d’utilisation. L’inuline augmente la concentration d’acides aminés libres dans le cecum, mais le cecum réabsorbe très peu d’acides aminés, ainsi l’inuline augmente significativement l’excrétion d’azote fécal et inhibe l’excrétion d’azote urinaire. Cependant, il n’y a aucun effet sur le taux d’utilisation total des protéines. L’inuline peut effectivement favoriser le transfert de l’azote uréique dans l’intestin parce qu’elle affecte la pression osmotique de l’intestin grêle, augmentant ainsi la quantité d’urée à l’extrémité de l’iléon. Il est également possible que l’inuline augmente la décomposition de l’urée en favorisant la reproduction de bactéries décomposant l’urée ou en favorisant la diffusion de l’azote uréique [4].

2.4 améliore le body' S système immunitaire

Les Fructooligosaccharides ont été considérés comme un activateur immunitaire qui peut améliorer la fonction immunitaire des animaux, principalement par les aspects suivants: (1) favoriser la prolifération de bifidobactéries et améliorer la fonction immunitaire des animaux. Des Tests ont montré que l’ingestion de bifidobactéries vivantes ou mortes peut augmenter le corps et#39; S niveaux d’anticorps et activer l’activité phagocytaire des macrophages, ce qui est important pour améliorer le corps et#La capacité de lutte contre les infections et la prévention, l’inhibition et la destruction des cellules tumorales. La colonisation des lactobacilles et des bifidobactéries dans la paroi intestinale peut stimuler le corps à produire une réponse immunitaire spécifique. Les Fructooligosaccharides ont des effets adjuvants immunologiques et immunomodulateurs. Les Fructooligosaccharides ont un effet synergique sur les lipopolysaccharides, qui peuvent améliorer les fonctions immunitaires cellulaires et humorales. En outre, les fructooligosaccharides ont également un effet antigénique, qui peut provoquer une réponse anticorps directe. 3) il peut activer le body' S immunité humorale et cellulaire. 4) les Fructooligosaccharides ont une fonction de prévention des maladies [4].

2.5 améliore le métabolisme des graisses

Les Fructooligosaccharides réduisent le cholestérol et les graisses neutres et améliorent le métabolisme des lipides. En plus d’accélérer le métabolisme du cholestérol en multipliant les bifidobactéries et en les transformant en stérols fécaux qui ne peuvent être excrétés que dans les selles, les fructooligosaccharides, comme toutes les fibres, favorisent le péristaltisme intestinal, absorbent les acides biliaires et réduisent la synthèse et l’absorption du cholestérol. En outre, l’oligofructose n’est pas absorbé par le corps et ne peut pas être synthétisé en graisse par la voie du «métabolisme des glycolipides». Il peut être utilisé pour prévenir le dépôt de graisse simple causé par la graisse neutre excessive [4].

2.6 favorise l’absorption minérale

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' S d’absorption de minéraux importants tels que le calcium, le magnésium et le fer, et même d’augmenter la densité minérale osseuse, ce qui est d’une grande importance pour la prévention de l’ostéoporose. Les Fructooligosaccharides en tant qu’aliments peuvent empêcher de manière significative la diminution de l’hématocrite et de l’hémoglobine chez les rats après la chirurgie. Cela montre que l’oligofructose peut favoriser l’absorption du fer et du magnésium dans le côlon du rat. L’oligofructose favorise l’absorption du fer principalement dans l’iléon. La consommation d’oligofructose peut prévenir l’anémie après la gastrectomie, et l’effet est meilleur que l’inuline. La consommation d’oligofructose peut augmenter le volume du rat' S fémur et la concentration en calcium et magnésium minéraux, ce qui indique que l’oligofructose peut favoriser l’absorption du calcium et du magnésium [5].

2.7 effet sur l’histologie gastro-intestinale

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 processus de Production de l’oligofructose

3.1 procédé de fermentation microbienne pour produire de l’oligofructose

Le secteur industrielLa méthode de production de l’oligofructose est principalement la fermentation microbienne....... Une souche pouvant produire des rendements élevés d’oligofructose A été sélectionnée à partir du sol et des betteraves pourries. Cette souche appartient au moule. Au cours de l’expérience, les bactéries de départ ont été fermentées pour obtenir un bouillon de fermentation.

Les cellules du bouillon de fermentation ont été broyées dans un bain de glace à l’aide d’un broyeur ultrasonique et le surnageant a été centrifugé pour obtenir une solution enzymatique. Une solution enzymatique, une solution de saccharose d’une concentration de 25 g/100 mL et un tampon d’hydrogène phosphate-acide citrique disodique ont été prélevés pour la réaction enzymatique. Les résultats de l’analyse montrent que le taux de conversion du saccharose en sucralose (le principal composant de l’oligofructose) peut atteindre plus de 85%. Pendant la réaction, parce que les sous-produits ont un certain effet inhibiteur sur la réaction, si une certaine quantité de substance anti-inhibiteur (comme la glucose oxydase, etc.) peut être ajoutée, le taux de conversion de l’oligofructose sera plus élevé [7]. En même temps, selon la composition des produits de réaction, un procédé de séparation unique est utilisé pour obtenir une pureté de produit de 82%. La souche sélectionnée est utilisée comme souche produisant du fructooligosaccharide, et le processus de production est le suivant.

(1) équipement de Production: réservoir de fermentation de semences, concasseur à ultrasons, centrifugeuse, dispositif de chauffage, dispositif d’alimentation, réacteur, dispositif de séchage et de purification, dispositif de concassage et d’emballage, etc.

(2) description du processus: les conditions optimales du processus de fermentation sont: pH initial 6,0, température 30°C, temps 25h. Les enzymes intracellulaires et extracellulaires de cette bactérie sont à la fois actives et fondamentalement équivalentes. Par conséquent, les cellules sont décomposées à l’aide d’un broyeur à ultrasons, et les enzymes intracellulaires et extracellulaires sont collectées pour des réactions enzymatiques. Les conditions optimales de réaction enzymatique sont: température 50°C, pH 6,0, temps 1 h, concentration initiale du substrat (saccharose) 25 g/100 mL. Cette bactérie a un rendement élevé, et le processus de production est simple et facile à mettre en œuvre.

3.2 Production de fructooligosaccharides par fermentation cellulaire immobilisée

Les avantages de l’utilisation de la fermentation cellulaire immobilisée sont qu’elle peut être continue, utilise pleinement les bactéries actives, est hautement automatisée et facile à utiliser. Pour utiliser la fermentation cellulaire immobilisée, les cellules doivent d’abord être immobilisées. Le processus cellulaire bactérien immobilisé est le suivant: le bouillon de fermentation obtenu après culture de la souche est séparé pour obtenir une cellule bactérienne humide, et la cellule bactérienne est ajoutée à une solution prépréparée d’alginate de sodium avec une fraction massique de 6 à 8%. Le mélange est agité uniformément sous vide, puis pulvérisé ou passé sous pression à travers un tube creux de 0,6 mm pour permettre au mélange homogène de tomber dans une solution CaCl2 0,5 mol/L 0,5 mol/L, de sorte qu’il forme des billes de gel. Après un durcissement de 20 à 30 minutes, il est filtré et chargé dans une colonne à lit fixe ou un réacteur à lit fluidisé [3].

3.3 méthode enzymatique ou cellulaire immobilisée pour produire des oligosaccharides

L’oligofructose obtenu par la méthode enzymatique ou cellulaire immobilisée pour produire l’oligofructose n’est pas élevé, environ 50% à 60%. La raison en est que la méthode enzymatique produit de l’oligofructose tout en produisant un sous-produit de glucose, ce qui empêche la conversion ultérieure du saccharose, de sorte que le produit contient une quantité considérable de glucose et de saccharose non agité. En utilisant Aspergillus Niger et d’autres enzymes (isomérase, glucose oxydase) co-encapsulés ou synergiques, dans la production de fructooligosaccharides, le sous-produit isomérisation ou oxydation du glucose, augmentant ainsi l’effet inhibiteur du glucose, et a obtenu des fructooligosaccharides avec des teneurs respectives de 63% et 71% [6].

3.4 Production de fructooligosaccharides par la méthode à double enzyme

Le procédé à double enzyme pour produire des fructooligosaccharides utilise la fructose transférase pour convertir le saccharose en fructooligosaccharides ordinaires comme matière première. Dans les conditions de 30°C et de pH 5, la glucose oxydase et la catalase sont utilisées en réaction synergique avec 30% du sucre total. Après 17 heures d’aération dans les conditions ci-dessus, on obtient des fructooligosaccharides [8].

4. Procédés de séparation et de purification de fructooligosaccharides

4.1 chromatographie

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 équipement de traitement en lit fluidisé de résine

L’utilisation d’équipements de traitement en lit fluidisé de résine pour purifier 55% d’oligofructose est une méthode qui a été récemment développée au Japon et en Corée du Sud au cours des dernières années. L’élément clé de cette méthode réside dans la conception et la fabrication de l’équipement. Avec un équipement bien conçu, l’oligofructose peut être purifié avec une pureté de plus de 95%, et tous les matériaux peuvent être pleinement utilisés avec un minimum de déchets. Bien que l’investissement en équipement soit relativement élevé, la production continue à grande échelle peut être réalisée et l’opération est plus simple et plus pratique, avec une tendance à une production plus propre [9].

4.3 filtration sur Membrane pour séparer l’oligofructose

Le procédé de filtration sur membrane a été utilisé à l’origine pour le traitement de l’eau. Avec l’amélioration du processus de membrane et les changements dans la technologie de taille des pores de membrane, il a été progressivement introduit dans le domaine de la séparation et de la purification des matériaux et utilisé dans la production industrielle, réalisant de bons avantages économiques. Hebei Welkin Pharmaceutical Co., Ltd. a coopéré avec d’autres sociétés pour rechercher l’utilisation d’équipement de filtration à membrane et a obtenu de l’oligofructose avec un contenu d’environ 80%, qui a un rendement élevé. Si la séparation se poursuit, on peut également obtenir de l’oligofructose d’une teneur supérieure à 90%.

5 Application d’oligofructose dans les aliments

Au début des années 1980, les chercheurs étrangers ont commencé à s’intéresser aux bactéries bénéfiques qui se trouvent naturellement dans les intestins des animaux. Ils ont cherché à trouver une substance qui pourrait favoriser la croissance et la reproduction de bactéries bénéfiques dans les intestins, mais qui ne serait pas absorbée et utilisée par les bactéries nuisibles et le bétail lui-même. Il a été découvert que les substances de sucre à chaîne courte, également connu sous le nom deOligosaccharides fonctionnels, avait cette fonction. Entre le milieu et la fin des années 1980, le Japon a été le premier à en faire un additif alimentaire destiné à l’industrie des aliments pour animaux.

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 Additifs alimentaires with great development potential [10].

6 contraintes actuelles de développement

Le développement de l’oligofructose en Chine est principalement affecté par deux facteurs: le premier est le niveau de la technologie de production. La fermentation de l’oligofructose a été couronnée de succès, mais le taux de conversion est faible et la technologie d’extraction limite le processus de production industrielle; L’autre est les avantages économiques. Les ventes d’oligofructose sont affectées par la concurrence d’autres oligosaccharides (oligosaccharides de malt, oligosaccharides de soja), et les avantages économiques ne sont pas évidents, ce qui affecte son développement [6].

7 perspectives d’application

Depuis un demi-siècle, l’application d’antibiotiques a grandement favorisé le développement rapide de l’industrie de l’élevage, mais leurs effets secondaires sont également devenus de plus en plus évidents. L’utilisation intensive d’antibiotiques a entraîné une aggravation de l’infection endogène ou de la surinfection chez les animaux, ce qui a affaibli la fonction immunitaire du bétail et de la volaille, et peut même constituer une menace pour la santé humaine à travers la chaîne alimentaire. En tant que nouveau type d’additif alimentaire, les oligosaccharides peuvent être spécifiquement utilisés par des bactéries bénéfiques chez les animaux, inhibant la flore nuisible et jouant un rôle similaire aux antibiotiques. L’oligofructose est abondant et peu coûteux, ce qui en fait l’un des types les plus importants d’additif oligosaccharidique. Au fur et à mesure que les gens comprendront mieux l’oligofructose et mèneront de plus en plus de recherches, ses perspectives d’application deviendront certainement de plus en plus prometteuses [11].

Références:

[1] Huang Haiqing, Wang Yizhen. Application et progrès de la recherche de l’oligofructose en nutrition animale [J]. Feed Wide Angle, 2002 (16): 26-27.

[2] Xu Xilin, Lin Qingsheng, Lai Fengying. Production de fructooligosaccharides à partir de la fermentation du saccharose [J]. Food Industry Science and Technology, 1997 (4): 34-37.

[3] Wang Shihua, Peng Limin, Zhang Hui, et al. Développement et application de fructooligosaccharides [J]. China Dairy Industry, 2002 (2): 31-34.

[4] Tang Shengqiu, Dong Xiaoying, Zou Xiaoting. L’oligofructose et son application en nutrition animale [J]. Additive World, 2003 (10): 40-42.

[5] Yang Yuange, Luo fax. Oligofructose - un nouveau type de base alimentaire fonctionnelle [J]. Canne à sucre industrie, 2002 (3): 35-39.

[6] Wang Shihua, Bai Wenzhao, Luo Jinhua et al. Application d’oligofructose dans les aliments [J]. Céréales, huiles et industrie des aliments pour animaux, 2002 (3): 25-26.

[7] Tang Jun, Zhang Haitao. Propriétés de l’oligofructose et nouveau procédé de fermentation pour sa production [J]. Chemical Industry and Engineering Technology, 1999, 20 (2): 11-12.

[8] Wang Duoren. Développement de l’oligofructose [J]. Guangxi canne à sucre, 2002(4): 29-34.

[9] Li Xiuqin, Yang Xinghui, un Suxin. Procédé de Purification de l’oligofructose [J]. Hebei Chemical Industry, 2003(1): 4-7.

[10] Lin Qinlu, Qin Dan, Jin Yanghai. Production et application de facteurs fonctionnels de l’oligofructose [J]. Chinese Food and Nutrition, 2002 (4): 20-22.

[11] Yao Jianguo, Xia Dong, Li Ruzhi. Un nouveau type d’additif alimentaire, l’oligofructose [J]. Additive World, 2000 (5): 15-16.