Quelles sont les méthodes de Production du Galacto Oligosaccharide (GOS)?

Avec le développement de lA Aasociété Et etles changements dans lA astructure alimentaire humaine, people&#LA aconsommatiSur lede viande Et etde produsonlaitiers augmente, tandis que celle d’aliments céréaliers diminue progressivement....... Les changements dans la structure alimentaire ont directement conduit à une augmentation de l’hypertension, du diabète Et etde diverses maladies buccodentaires Et etdigestives. De plus, avec l’aggravation d’une société vieillissante, la demande d’aliments fonctionnels Et etd’aliments santé continuera d’augmenter. Les Galacto-oligosaccharides(go) sont un additif alimentaire fonctionnel typique qui présente une grande valeur pour la recherche scientifique Et etdes perspectives de développement sur le marché en raison de leurs excellentes propriétés physiques Et etchimiques Et etde leurs effets physiologiques exceptionnels.

1. Introduction aux galacto-oligosaccharideset à leurs effets physiologiques

1.1. Introduction aux galacto-oligosaccharides

Les prébiotiques sont des composants alimentaires non digestibles qui peuvent être utilisés sélectivement par les bifidobactéries et les lactobacilles pour promouvoir la santé de l’hôte. Ils jouent un rôle important dans le maintien de l’équilibre de la flore intestinale. Avoir une flore intestinale «optimale» peut améliorer le corps et#39; S résistance aux bactéries pathogènes, réduire la fraction massique d’ammoniac dans le sang, améliorer l’immunité, et réduire le risque de cancer [1-2]. Les Galactooligosaccharides (GOS) sont un oligosaccharide fonctionnel et un membre de la famille des prébiotiques qui a attiré beaucoup d’attention ces dernières années [3-5].Les Galactooligosaccharides se composent de 2 à 10 galactoseUnités et une unité de glucose terminale, avec la formule structurelle (Galactose) n-glucose.

De plus, le disaccharide composé de deux unités de galactoseest également considéré comme un type d’oligosaccharide. Les Oligosaccharides sont présents en petites quantités dans la nature, uniquement dans le lait maternel et certains fruits et légumes. Ils ont d’excellentes propriétés physiques et chimiques et des effets physiologiques remarquables, ce qui les rend très appropriés pour une utilisation comme additifs dans l’industrie alimentaire [6]. En outre, l’innocuité des oligosaccharides a été largement reconnue. Par exemple, le Japon a déjà considéré les oligosaccharides comme un aliment de santé spécifique (FOSHU), les États-Unis les ont reconnus comme une substance généralement reconnue comme sûre (GRAS) [7], et la Chine les a définis comme un exhausteur nutritionnel et un nouvel aliment ressource. Par conséquent, les galacto-oligosaccharides ont un large éventail d’applicationsdans de nombreux domaines tels que les préparations pour nourrissons, le lait fermenté, les produits de confiserie, les produits de boulangerie, les aliments pour bétail et les aliments pour animaux de compagnie, et ont une perspective de marché prometteuse.

1.2 propriétés physico-chimiques et effets physiologiques des galacto-oligosaccharides 

1.2.1 propriétés physico-chimiques

Galacto-oligosaccharides disponibles dans le commerceSont translucides, jaunâtres à incolores et ont une douceur modérée, généralement de 0,3 à 0,6 fois celle du saccharose. La viscosité est similaire à celle du sirop à haute fructose, et la valeur calorique est inférieure à celle du saccharose, généralement inférieure à 50%. Les Galacto-oligosaccharides contiennent de nombreux groupes hydrophiles, ce qui leur donne une bonne solubilité et rétention d’eau, et de fortes propriétés hydratantes. De plus, en raison de sa structure, qui contient de nombreuses liaisons glycosidiques β-(1→ 3), β-(1→ 4) et β-(1→ 6) qui ne sont pEn tant quefacilement hydrolysées, il présente une grande stabilité à des températures élevées et sur une large gamme de pH. Par exemple, il peut rester stable pendant plusieurs mois à une température de 37°C et à un pH H2. Il peut également rester stable physiquement et chimiquement après avoir été traité à un pH neutre de 7 et une température de 160°C ou un pH de 3 et une température de 120.

1.2.2 effets physiologiques

1) non-digestibilité. La non-digestibilité est l’un des facteurs qui doivent être présents pour qu’un composant soit défini comme un prébiotique [1]. Les Galacto-oligosaccharides ne sont généralement pas digérés ou absorbés par le corps et#39; S enzymes digestives parce qu’elles contiennent de nombreuses liaisons β-galactosides entre les unités sucrées qui ne sont pas facilement hydrolysées, à l’exception d’un très petit nombre de disaccharides. Des études ont montré [8-9] que les oligosaccharides dont la fraction de masse est supérieure à 90% ne sont pas digérés ou absorbés par l’estomac et l’intestdansgrêle, mais passent directement dans le côlon. Des expériences In vitro ont également montré que les oligosaccharides tels que les galactooligosaccharideset les galactotrioses ne sont pas hydrolysés par la salive humaine α-amylase, le suc gastrique artificiel, ou la α-amylase pancréatique porcine. Seule une faible proportion de disaccharides peut être digérée par les enzymes dans l’intestdansdu rat. En outre, la valeur calorique des galacto-oligosaccharides est très faible, à seulement 5-8 kJ/g. Pour cette raison, les galacto-oligosaccharides peuvent être utilisés comme édulcorant et agent de gonflement dans les aliments pour les diabétiques et les patients obèses.

2) favorise la prolifération des probiotiques. Les Galacto-oligosaccharides peuvent être utilisés de manière sélective par les bifidobactéries et les lactobacilles, favorisant ainsi la prolifération de bactéries bénéfiques, inhibant la croissance de bactéries nuisibles et maintenant l’équilibre de la flore intestinale. Davis Et al.[10] [traduction]ont étudié l’effet du dosage de galacto-oligosaccharides sur les bifidobactéries et ont constaté qu’un apport quotidien de bonbons à mâche contenant 5 g ou plus de galacto-oligosaccharides pendant 3 semaines produisait un effet significatif sur la prolifération des bifidobactéries. Chang JinjdansEt al.[11] ont étudié l’ajout de 2% d’oligosaccharides au régime alimentaire des porcelets sevrés, ce qui peut augmenter l’abondance relative des lactobacilles dans le porcelets.#39; S intestin et améliorer la composition microbienne intestinale.

3) favoriser l’absorption minérale. Les probiotiques tels que Bifidobacterium peuvent utiliser des galacto-oligosaccharides pour produire des acides faibles tels que les acides gras à chaîne courte (acide acétique, acide butyrique, acide isobutyrique, etc.) et l’acide lactique, qui peuvent abaisser le pH intestinal, favoriser l’absorption des ions de calcium et de fer, et prévenir l’ostéoporose [7,11-12].

4) prévention de la carie dentaire. Les Galacto-oligosaccharides ne peuvent pas être utilisés par Streptococcus mutans, qui réduit la La productionde Streptococcus mutans et prévient la carie dentaire. En même temps, les galacto-oligosaccharides ont un goût sucré, de sorte qu’ils peuvent être utilisés comme édulcorant chez les enfants' S alimentaire ou dans la production de bonbons anti-caries pour réduire l’incidence des caries dentaires chez les enfants.

5) prévention et traitement de la constipation. Les acides gras à chaîne courte et les gaz tels que le CO2, H2 et CH4 produits par la fermentation et la décomposition des galacto-oligosaccharides par les bifidobactéries peuvent stimuler les selles, augmenter la teneur en humidité des selles et prévenir la constipation.

6) autre: les Galacto-oligosaccharides jouent également un rôle important dans la régulation du système immunitaire, la régulation du métabolisme des lipides et l’inhibition de la croissance des cellules tumorales [12-14]. Les Galacto-oligosaccharides ont également été trouvés pour stimuler sélectivement la croissance de bactéries «bénéfiques» sur la peau humaine. En tant qu’additif cosmétique, ils ont un certain effet hydratant et peuvent aider à éliminer l’acné [15]. En outre, la recherche a constaté que les changements dans l’environnement de la flore intestinale peuvent conduire à l’apparition de maladies telles que la dépression, l’obésité, Alzheimer' S maladie et Parkinson' S maladie. Les oligosaccharides étant bénéfiques pour la régulation de la flore intestinale, leurs effets physiologiques ont également attiré l’attention des chercheurs dans le domaine pharmaceutique.

2 préparation des oligosaccharides

Actuellement, des études nationales et étrangères ont montré que les principales méthodes de préparation des oligosaccharides sont l’extraction de matières premières naturelles (telles que l’hydrolyse acide des polysaccharides naturels), la synthèse chimique, la fermentation et les méthodes enzymatiques (biocatalyse). Étant donné que la teneur en oligosaccharides dans les matières premières naturelles est très faible, comme le miel, certains fruits et légumes et le lait d’animaux contiennent des traces d’oligosaccharides, et que seul le lait maternel en contient un peu plus, il n’est pas réaliste d’extraire de grandes quantités d’oligosaccharides à partir de matières premières naturelles. Lorsque les polysaccharides naturels sont hydrolysés, le rendement des oligosaccharides n’est pas élevé, et la composition des produits hydrolysés est complexe, contenant une grande quantité d’autres monosaccharides/oligosaccharides non fonctionnels, ce qui le rend difficile à séparer et à purifier, et inadapté à la production industrielle à grande échelle. La méthode de synthèse chimique pour la préparation des galacto-oligosaccharides est très polluante, coûteuse et non écologiquement ni économiquement efficace, et ne convient pas non plus à la production industrielle. Parmi les méthodes de synthèse des galacto-oligosaccharides, la méthode de fermentation et la méthode enzymatique ont été plus étudiées. La méthode enzymatique (β-galactosidase), avec son activité spécifique de transglycosylation, est devenue la principale méthode de production industrielle de galacto-oligosaccharides [16-17].

2.1 mécanisme de synthèse enzymatique des galacto-oligosaccharides

La β-Galactosidase utilise son activité hydrolytique pour décomposer le lactosede substrÀ propos deen unités de galactose et de glucose, puis utilise la β-Galactosidase et#39; S activité de transglycosylation pour transférer l’unité de galactose à différents accepteurs. Lorsque l’accepteur de l’unité de galactose est de l’eau, du galactose est formé; Lorsque l’accepteur de l’unité de galactose est un autre accepteur de sucre, des oligosaccharides sont formés. Par conséquent, la réaction de la β-galactosidase synthétisant des oligosaccharides est une réaction contrôlée cinétiquement accompagnée d’hydrolyse et de synthèse [18].

2.2 β-galactosidase, sources et synthèse des oligosaccharides

2.2.1 β-galactosidase

β-galactosidase (E. C. 3. 2. Les droits de l’homme 1. Les droits de l’homme 23), également connue sous le nom de lactase, est un type de glycosidase qui peut hydrolyser les liaisons β-galactoside [4, 19] et a été appliquée dans des domaines tels que la nourriture, les biocémocapteurs et la recherche fondamentale. Dans l’industrie alimentaire, l’activité hydrolytique de la β-galactosidase est souvent utilisée pour dégrader le lactose dans les produits laitiers, produire des produits laitiers à faible teneur en lactose, améliorer la digestibilité, la solubilité, la douceur et la saveur des produits laitiers, et réduire le risque de symptômes d’intolérance au lactose causés par le lactose [4]. Des études ont montré que près de 70% des adultes dans le monde souffrent d’intolérance au lactose [8]. Il peut également être utilisé pour traiter les eaux usées de lactosérum afin de réduire la pollution de l’environnement [20-21]. Dans le domaine des biocapteurs, certaines enzymes β-galactosidases sont également utilisées dans les biocapteurs pour détecter le lactose dans les produits laitiers [22]. Dans le domaine de la recherche fondamentale, le gène codant de la β-galactosidase (lacZ) est souvent utilisé comme gène reporter pour surveiller les taux de transfection [4]. Plus intéressant encore, en plus de son activité hydrolytique, certaines sources de β-galactosidase ont également une activité de transglycosylation, qui peut être utilisée pour synthétiser les galacto-oligosaccharides en tant que prébiotiques, ce qui est une autre de ses principales utilisations dans l’industrie alimentaire.

2.2.2 Sources de β-galactosidase

Il existe un large éventail de sources de β-galactosidase. Les principales sources sont: 1) les sources végétales. Comme l’arabidopsis, les tomates, les fraises, les poivrons doux, les pommes, les mangues et les bananes [23]; 2) sources animales. Se trouve principalement dans l’intestin grêle de jeunes mammifères; 3) sources microbiennes. Les bactéries (par exemple Escherichia coli, Lactobacillus et Bifidobacterium), les moisissures (par exemple Aspergillus oryzae, Aspergillus Niger et Penicillium), les levures (par exemple Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces fragilis et Kluyveromyces marxianus) et les actinomycètes (par exemple Streptomyces coelicolor) [5, 8]. Moule] [5, 8]. La β-galactosidase de sources animales et végétales a une faible fraction en masse et est difficile à isoler et à extraire, de sorte qu’elle ne convient pas à la production industrielle. Cependant, la β-galactosidase provenant de sources microbiennes présente les avantages d’un rendement élevé, d’un coût bas et d’un cycle court, de sorte qu’elle est devenue la La source principale, et Aspergillus Niger, Aspergillus oryzae, Kluyveromyces lactis, Bifidobacterium et Bacillus circulans sont les principales sources d’enzymes pour la production industrielle de β-galactosidase [5, 24].

Les β-galactosidases de différentes sources diffèrent considérablement en termes de séquences de protéines, de poids moléculaire, de structures et de propriétés enzymatiques. Sur la base de la similarité des séquences de la protéine β-galactosidase, une recherche dans une base de données bioinformatique du CAZy (http://www.cazy. Org/),  La β-galactosidase peut être subdivisée en plusieurs familles de glycosides hydrolases telles que GH1, GH2, GH35, GH42, GH59 et GH147. Les familles GH1, GH2, GH35 et GH42 ont un potentiel d’application industrielle. Les familles β-galactosidases de différentes sources et leurs caractéristiques d’activité sont présentées dans le tableau 1.

2.2.3 synthèse β-galactosidase des oligosaccharides

Au cours des dernières années, à mesure que les effets bénéfiques des oligosaccharides sont progressivement devenus connus, la recherche sur les oligosaccharides est devenue un hotspot d’attention pour les chercheurs au pays et à l’étranger. A l’heure actuelle, il y a eu un grEt en plusnombre de rapports sur la synthèse des oligosaccharides par la β-galactosidase au pays et à l’étranger. Les principaux moyens de synthétisation des oligosaccharides par la β-galactosidase consistent à utiliser la β-galactosidase brute ou pure provenant de bactéries sauvages [32-33], la β-galactosidase recombinante [34-35], des cellules entières ou des cellules perméabilisées de micro-organismes [30- 36], des enzymes ou des cellules immobiliser [37, 29] pour catalyser l’hydrolyse du lactose et le processus de transglycosylation, et réaliser la préparation biocatalytique des galacto-oligosaccharides.

L’avantage d’utiliser des enzymes libres pour synthétiser les galacto-oligosaccharides est que les enzymes libres participent directement à la réaction, et le produit a une grande pureté et est facile à purifier. L’inconvénient est que la quantité d’enzymes utilisées est importante et la stabilité n’est pas élevée. De plus, la β-galactosidase de bactéries sauvages est difficile à isoler et à purifier, et le coût est élevé, mais la biosécurité est élevée, tandis que la β-galactosidase de bactéries recombinantes est plus facilement disponible que l’enzyme sauvage. La synthèse enzymatique immobilisée de l’oligogalactose est plus stable que les enzymes libres et peut être réutilisée, et fait l’objet de recherches sur la production industrielle de l’oligogalactose.

Étant donné que la réaction de la β-galactosidase synthétisant des oligosaccharides est accompagnée d’une réaction d’hydrolyse et de synthèse contrôlée dynamiquement, les propriétés de la β-galactosidase (source enzymatique) sont cruciales pour la préparation efficace des oligosaccharides par biocatalyse. Par exemple, le rendement, le degré de polymérisation et le type de liaison des oligosaccharides dépendent tous des propriétés de l’enzyme β-galactosidase [5]. Actuellement, la β-galactosidase utilisée dans la synthèse commerciale d’oligosaccharides est principalement dérivée de bactéries telles que Bacillus circulans, Aspergillus oryzae et Kluyveromyces lactis [5,20]. La température de réaction pour la synthèse des oligosaccharides par la β-galactosidase de Bacillus circulans est de 40~60 ℃, le pH est proche de 6, et le rendement est de 40%; La température de réaction optimale pour la β-galactosidase d’aspergillus oryzae est de 40~60 ℃, le pH optimal est de 4,5, et le rendement des oligosaccharides est proche de 30%, et il est plus commode de préparer l’enzyme par rapport à la β-galactosidase de Bacillus circulans. La température de réaction de la β-galactosidase de Kluyveromyces lactis est de 35~40 ℃, le pH est de 6,5, et le rendement des oligosaccharides est d’environ 30%. De plus, la β-galactosidase dérivée de Lactobacillus kluveri a une forte activité hydrolytique et convient mieux à l’hydrolyse du lactose qu’à la synthèse d’oligosaccharides [5].

Il a également été rapporté que les structures tridimensionnelles et les mécanismes de réaction des protéines β-galactosidase de différentes sources sont différents, et ils ont des sélectivités différentes pour l’eau et le sucre. Les conditions de réaction sont différentes, ce qui entraîne des différences dans le rendement et la structure des galacto-oligosaccharides (c.-à-d., la source de β-galactosidase détermine le rendement, la composition et le type de GOS) [38]. Par exemple, Huang Et al.[29] [en]ont exprimé de façon hétérologue deux gènes de la β-galactosidase dérivés de Klebsiella productrice d’acide [39-40] et ont étudié les activités de transglycosylation et d’hydrolyse pour obtenir une β-galactosidase hautement active. L’enzyme présentait un rendement élevé en oligosaccharides à une température de réaction de 37 °C, une concentration en masse initiale de lactose de 400 g/L, un pH de réaction de 7,5, une addition enzymatique de 10 U/g de lactose et un temps de réaction de 48 h.

Le pH de la réaction était de 7,5, la quantité d’enzyme ajoutée était de 10U/g de lactose et le temps de réaction était de 48h. Dans ces conditions, le rendement en galactose était d’environ 45% et la concentration massique du produit atteignait 178 g/L (y compris l’isomaltose, les oligosaccharides, les trisaccharides et les tétrasaccharides). Zhu Wuer Et al.[41] ont utilisé la β-galactosidase de Salinomonas S62 comme objet de recherche. A une température de réaction de 40 °C, une concentration massique initiale de lactose de 300 g/L, un pH de réaction de 7,0, une addition enzymatique de 50 U/mL et un temps de réaction de 6 h, le rendement en galacto-oligosaccharides était d’environ 4 %. Les produits comprennent l’isomaltose, le galactose, deux types de galactose oligosaccharide, et deux types de galactose oligosaccharide.

Rodriguez-co-lins et Al., et al.[42] [traduction]ont utilisé la β-galactosidase de Lactobacillus kluveri pour obtenir un rendement maximal de 177 g/L d’oligosaccharides avec un taux de conversion du lactose de 76% dans les conditions d’une concentration initiale en masse du lactose de 400 g/L, un pH de réaction de 7,0, une température de réaction de 40 °C, une quantité d’addition d’enzymes de 1,2-1,5 U/mL et un temps de réaction de 6 h. Les produits comprenaient des disaccharides tels que isomaltulose, galactose, deux types d’oligosaccharides avec trois unités de galactose, Et deux types d’oligosaccharides avec quatre unités de galactose. 5U/mL, le temps de réaction était de 6h, le rendement maximal en galactooligosaccharides était de 177 g/L, le taux de conversion du lactose était de 76%, et les produits comprenaient les disaccharides 6-galactose et isomaltose et 6-galactose-lactose. Urrutia et Al., et al.[43] [traduction]ont utilisé la β-galactosidase d’aspergillus oryzae pour produire des GOS.

La concentration maximale de GOS était de 107 g/L (26,8 % de la teneur totale en sucre), ce qui équivaut à un taux de conversion du lactose d’environ 70%. Les produits comprennent le galactose, le 3-O-β-galactosylglucose et le 6’-o -β-galactosyl-lactose. Yanahira Et al.[44] [traduction]ont utilisé la β-galactosidase de Bacillus circulans pour ajouter l’enzyme (275 U) à une solution contenant du lactose (55 g) (pH 6,0) à une température de réaction de 60 °C (45 mL). La réaction a été effectuée pendant 23 heures et les produits étaient 11 oligosaccharides (dont 3 disaccharides et 8 trisaccharides), à savoir le β-D-Galp-(1 6,0). La réaction a été effectuée pendant 23 h. Le produit contenait 11 types d’oligosaccharides (dont 3 disaccharides et 8 trisaccharides), à savoir β-D-Galp-(1 → 3) -D-Glc, β-D-Galp-(1 → 6) -D-Glc, β-D-Galp-(1 → 2) -D-Glc, β-D-Galp-(1 → 4)-β-D-Galp-(1 → 4) -D-Glc, β-D- Galp-(1 → 6) -[β-D-Galp-(1 → 2)] -D-Glc, β-D-Galp- (1 → 6) -[β-D-Galp-(1 → 4)] -D-Glc, β-D-Galp-(1 → 4)-β-D-Galp-(1 → 3) -D-Glc, β-D-Galp-(1 → 4)-β-D- Galp-(1 → 2) -D-Glc, β-D-Galp-(1 → 4) -[β-D-Galp- (1→ 2)] -D-Glc, β-D-Galp-(1→ 4)-β-D-Galp-(1 → 6)-D-Glc, β-D-Galp-(1→ 6) [β-D-Galp-(1 → 3)]-D-Glc. Les résultats de l’étude sur la préparation biocatalytique de GOS par la β-galactosidase provenant de différentes sources sont présentés dans le tableau 2.

Outre les propriétés enzymatiques de la β-galactosidase elle-même, les conditions catalytiques de la concentration initiale de lactose et de la température de réaction sont également des facteurs clés dans la préparation biocatalytique des galacto-oligosaccharides. Une concentration initiale de lactose supérieure à un rapport masse/volume de 30% est propice à la réaction de synthèse, c’est-à-dire qu’elle est bénéfique pour augmenter le rendement en galacto-oligosaccharides [50]. Cependant, la solubilité du lactose est plus faible que celle des autres sucres. À une température de 30 °C, la solubilité n’est que de 25% de l’eau, et à 40 °C, elle n’est que de 33% de l’eau. Bien qu’une forte concentration de solution de lactose puisse être obtenue par sursaturation, la solution sursaturée est instable et le lactose est susceptible de précipitation.

Par conséquent, l’augmentation de la température du système de conversion permet non seulement d’obtenir une concentration massique initiale plus élevée du substrat (lactose), mais améliore également l’efficacité de la synthèse des oligosaccharides. Concentration, mais aide également à améliorer l’efficacité de la synthèse des galacto-oligosaccharides. En même temps, des températures de réaction trop élevées peuvent facilement dénaturer et inactiver le catalyseur β-galactosidase. Le cribage ou l’évolution moléculaire dirigée pour obtenir une β-galactosidase résistante à haute température pour améliorer l’efficacité de la synthèse des oligosaccharides (rapport d’alimentation du substrat du système de conversion, rendement et pureté du produit, etc.) est un autre sujet brûlant dans la recherche de la synthèse enzymatique des oligosaccharides. À l’heure actuelle, des recherches nationales et étrangères [8] [traduction]ont révélé que les hydrolases glycoside de micro-organismes hyperthermophiles tels que Sulfolobus tokodaii, Pyrococcus furiosus, Thermus thermophilus, Thermus thermophilus, Staphylococcus saccharolyticus et Halothermus marinus ont la capacité de catalyser des réactions de transglycosylation à des températures de 80 °C ou plus, ce qui est bénéfique pour améliorer le rendement des oligosaccharides préparés par la méthode biocatalytique.

3. Séparation et purification de galactose d’oligosaccharide de synthèse enzymatique

A ce jour, le faible rendement reste une lacune de la production industrielle d’oligosaccharides préparés par la méthode biocatalytique. Pour la voie de synthèse enzymatique médiée par la β-galactosidase, le rendement des oligosaccharides est généralement de 20 à 45% (correspondant à un taux de conversion du lactose du substrat de 40 à 60%), et les tentatives d’augmenter significativement le rendement des oligosaccharides en optimisant les biocatalystes ou les techniques de génie des procédés n’ont pas encore abouti. Par conséquent, l’élimination du lactose non réactif et des monosaccharides non polymérisés (glucose et galactose) après hydrolyse de la solution de réaction finale de la voie de synthèse enzymatique est devenue la principale difficulté et le goulot d’étranglement dans la recherche sur la séparation et la purification des oligosaccharides [32]. Il a été rapporté que les méthodes actuelles de purification des oligosaccharides comprennent la séparation chromatographique, la séparation membranaire, les méthodes enzymatiques et la fermentation sélective [51].

La séparation chromatographique est basée sur les différentes forces de liaison entre les composants du matériau à séparer et la phase stationnaire et la phase mobile, et les composants sont séparés séquentiellement. Les résines échangeuses d’ions sont le plus souvent utilisées pour séparer les saccharides[52]. Li Liangyu et Al., et al.[53] ont utilisé un chromatographe mobile simulé maison et un dispositif séquentiel de chromatographe mobile simulé pour purifier le galactose brut à faible poids moléculaire, respectivement, et ont obtenu de bons résultats de séparation. L’analyse comparative a permis d’obtenir de meilleurs résultats en utilisant le chromatographe mobile simulé séquentiel. Avec un indice de réfraction d’alimentation de 60%, une température dans la colonne de 60 °C, les conditions expérimentales étaient un taux d’alimentation de 467 mL/h, un débit d’eau d’entrée de 722,4 mL/h et une température dans la colonne de 60 °C. Le rendement en oligosaccharides était de 91,3% et la fraction massique de 95,1%.

Wisniewski 4mL/h, le rendement en oligosaccharides était de 91,3%, et la fraction massique était de 95,1%. Wisniewski Et al.[54] [traduction]ont signalé que des oligosaccharides d’une fraction massique de 99,9% pouvaient être obtenus à l’aide de la technologie de lit mobile simulé (SMB). 9% galacto-oligosaccharides de faible poids moléculaire. La séparation de la Membrane est basée sur le fait que des substances avec des poids moléculaires différents peuvent passer à travers les pores de la Membrane, tandis que les macromolécules sont bloquées. Cela permet la séparation de composants de tailles moléculaires différentes. Parmi eux, l’ultrafiltration et la nanofiltration sont souvent utilisées pour la séparation et la purification de polysaccharides fonctionnels [55].

Feng Et al.[56] [traduction]ont utilisé une membrane NF-3 avec une phase de coupure de 800 à 1 000 Da pour purifier les produits bruts de galactose de faible poids moléculaire. Les taux d’élimination des monosaccharides et du lactose étaient respectivement de 90,5 % et 52,5 %, et la fraction massique des oligosaccharides était de 54,5 % (1,5 fois celle du produit brut). 5%, la fraction massique des oligosaccharides était de 54,5 % (1,5 fois celle du produit brut), et le rendement en oligosaccharides était de 70%.

Goulas Et al.[57] [traduction]ont utilisé deux membranes asymétriques d’acétate de cellulose (NF-CA-50 et UF-CA-1) pour filtrer et dialyser en continu le produit galacto-oligosaccharidique brut, et la fraction massique de l’oligosaccharide pourrait atteindre 98%. En raison de la masse moléculaire similaire entre les galacto-oligosaccharides et les contaminants (principalement le lactose et les monosaccharides), la séparation par classement membranaire est une tâche difficile. Bien que l’élimination efficace des sucres simples soit une approche raisonnable, l’élimination du lactose nécessiterait une étape enzymatique de pré-hydrolyse, ce qui entraînerait une baisse de la productivité et une augmentation des coûts. La séparation des membranes, bien que sélective, non polluante et économe en énergie, est coûteuse et nécessite un nettoyage et un entretien fréquents, ce qui peut entraîner une contamination des membranes, limitant ainsi son application dans la production industrielle à grande échelle.

La méthode enzymatique élimine sélectivement les sucres simples correspondants et le lactose en ajoutant une préparation enzymatique. Les enzymes utilisées dans cette méthode présentent les avantages de la spécificité, de bons résultats de purification et une grande pureté du produit. Maisch-Berger Et al.[58] [traduction]ont utilisé une cellobiose déshydrogénase hautement spécifique de Lactobacillus roxannae pour purifier le produit brut des galacto-oligosaccharides. Ensuite, une étape chromatographique a été utilisée pour enlever les ions et les monosaccharides afin d’obtenir un galacto-oligosaccharideplus pur avec un monosaccharide et une fraction massique du lactose inférieure à 0,3%. 3%, et le rendement des oligosaccharides a atteint 60,3%. Le procédé de purification enzymatique est coûteux en raison de facteurs tels que la faible stabilité, le taux de récupération et le prix élevé des préparations enzymatiques. En outre, au fur et à mesure que la réaction enzymatique se produit, le pH du système réactionnel diminue progressivement, ce qui affecte également l’activité de l’enzyme, limitant ainsi son application industrielle.

En plus des méthodes de séparation et de purification mentionnées ci-dessus, la méthode de séparation par fermentation, qui est basée sur les caractéristiques de fermentation sélective des micro-organismes, peut également améliorer efficacement l’effet de purification des galacto-oligosaccharides. C’est aussi un sujet de recherche brûlant au pays et à l’étranger récemment. Par exemple, en utilisant des souches de Kluyveromyces et de Saccharomyces cerevisiae, la conversion fermentative (bioconversion) de l’oligogalactose brut peut éliminer sélectivement les sucres métabolisables (glucose, galactose et lactose) de la solution de conversion, ce qui permet d’atteindre l’objectif de purification de l’oligogalactose. RengarajunEt al.[59] [traduction]ont étudié la production continue d’isomaltooligosaccharides de grande pureté (IMOS) par fermentation sélective de Saccharomyces cerevisiae.

La fraction de faible qualité des IMOS (67%) a été incubée avec une souche séparée de Saccharomyces cerevisiae (4%) dans un bioréacteur 3L pendant une heure, combinée à un cycle de microfiltration sur membrane pour obtenir des IMOS de haute qualité, fraction massique du produit et gt;91%, rendement 79%, et le rendement espace-temps le plus élevé était de 198,79 g/(L · h). Yoon Et al.[60] [traduction]ont étudié les caractéristiques de fermentation sélective de la liqueur mère convertie à la galactose de faible poids moléculaire à l’aide de Saccharomyces cerevisiae. L’étude a révélé que la fermentation anaérobie du sucre pendant 24 heures peut spécifiquement éliminer la concentration massique de monosaccharides (glucose et galactose) dans la liqueur mère de faible poids moléculaire convertie au galactose et améliorer la fraction de qualité du produit. Bien que cette méthode de fermentation sélective et de séparation puisse obtenir un produit avec une fraction massique élevée, la fermentation sélective (bioconversion) a également ses inconvénients. Le processus de fermentation nécessite une masse cellulaire élevée et les galacto-oligosaccharides non purifiés doivent être dilués. La production de sous-produits métaboliques comme l’éthanol, l’acide acétique et le glycérol peut également influer sur la fraction massique et le rendement du produit [5].

4 situation actuelle de la production industrielle des oligosaccharides

La production industrielle d’oligosaccharides a pris naissance au Japon [4], puis a été commercialisée en Europe et aux États-Unis. Chine et#L’industrie des oligosaccharides a commencé relativement tard. Aujourd’hui, de nombreuses entreprises nationales et étrangères se sont tournées vers l’industrie des oligosaccharides. Les fabricants d’oligosaccharides produits commercialement comprennent principalement le Japon et le Japon.#39; S Yakult Honsha Co., Ltd., Japan' S Nisshin Sugar Manufacturing Co., Ltd., Pays-Bas ' Z, les états-uniset#39; Illinois Corn Products International, China' S Baolingbao Biology, et Quantum Hi-Tech Biology Co., Ltd. .

Les principaux oligosaccharides sur le marché sont présentés au tableau 3. Bien que de grands progrès aient été réalisés dans la production industrielle d’oligosaccharides au pays et à l’étranger, il y a encore des problèmes d’urgence à résoudre dans l’industrie des oligosaccharides, tels que la difficulté de séparer et de purier les oligosaccharides (actuellement, la fraction de qualité de la plupart des produits d’oligosaccharides produits dans le pays sur le marché intérieur est inférieure à 57%), et l’activité actuelle commercialisée de β-galactosidase n’est pas élevée (le rendement du go est d’environ 30% à 40%). Par conséquent, le développement de méthodes efficaces pour la séparation et la purification des oligosaccharides et la recherche de nouvelles β-galactosidases avec d’excellentes performances seront la principale direction de la recherche industrielle future sur les oligosaccharides, qui a une valeur de recherche élevée et des perspectives de développement [61].

5 Conclusion

Grâce à l’analyse ci-dessus, les oligosaccharides ont été largement utilisés dans des industries telles que les préparations pour nourrissons, le lait fermenté, les produits de confiserie, les produits de boulangerie, les aliments pour bétail et les aliments pour animaux en raison de leurs excellentes propriétés physico-chimiques et leurs effets physiologiques, et ils ont un potentiel de développement durable. Avec l’approfonnement de la recherche sur la préparation des galacto-oligosaccharides par la méthode biocatalytique, les chercheurs au pays et à l’étranger ont fait de nombreuses tentatives dans le développement de la source de l’enzyme utilisée dans la préparation des galacto-oligosaccharides par biocatalyse, le développement du processus de préparation catalytique, et la recherche et le développement de méthodes pour la séparation et la purification des galacto-oligosaccharides, et ont fait des progrès considérables. Cependant, les résultats de la recherche ne peuvent toujours pas répondre de manière adéquate aux besoins de la production industrielle et à la demande toujours croissante du marché. Actuellement, du point de vue du processus de production, le faible rendement en oligosaccharides et la difficulté de séparation et de purification restent des facteurs importants limitant le développement industriel des oligosaccharides.

En outre, la Chine et#L’industrie de production d’oligosaccharides connaît toujours des problèmes tels qu’une source unique de catalyseurs, une faible pureté des produits et un manque de méthodes d’essai qui doivent être améliorées. On pense qu’avec les efforts continus des chercheurs nationaux dans les directions de recherche ci-dessus, des percées seront faites dans les problèmes difficiles et les goulets d’étranglement dans la préparation des oligosaccharides par la méthode biocatalytique, et les lacunes dans le développement technologique seront progressivement comblées. Cela permettra la préparation efficace des oligosaccharides par la méthode biocatalytique, de sorte que les oligosaccharides peuvent progressivement pénétrer dans la vie quotidienne du peuple chinois en tant que prébiotiques, servir la Chine et#39; S de l’industrie de la santé et génèrent des avantages économiques et des effets sociaux correspondants.

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