Quels aliments sont riches en Fructooligosaccharides?

Les Fructo-oligosaccharides (FOS), également connus sous le nom de fructooligosaccharides ou Fructo-oligosaccharides de saccharose, sont un oligosaccharide fonctionnel qui peut favoriser la prolifération des bifidobactéries, empêcher la croissance et la colonisation des microorganismes nuisibles, améliorer le corps et#39; S système immunitaire, protéger le foie, lutter contre le cancer, prévenir la carie dentaire, et exercer partiellement les fonctions physiologiques des fibres alimentaires [1]. En tant que prébiotique typique, le FOS est maintenant largement utilisé dans les domaines de l’alimentation, des soins de santé, de la médecine et des aliments pour animaux. Au cours des dernières années, FOS a attiré beaucoup d’attention et d’accent, en particulier en Europe et au Japon, où ses applications de recherche et développement sont à la pointe du monde. Cet article passe en revue les derniers progrès de la recherche sur les effets biologiques, la technologie de production et le statut d’application des FOS, en vue de fournir une base théorique de pointe pour la recherche et le développement ultérieur.

1 Structure, propriétés et sources de FOS

1.1 Structure

FOS est un type de fructooligosaccharide (FOS)C’est un mélange de fructo-oligosaccharides (GF2), de fructo-oligosaccharides (GF3) et de fructo-oligosaccharides (GF4), qui sont composés d’une à trois unités de fructose liées au résidu de fructose d’une molécule de saccharose par l’intermédiaire d’une liaison glycosidique β-1,2. La formule générale est G-F-Fn (G est le glucose; F est le fructose; N =1, 2, 3).

1.2 propriétés

FOS avec une pureté de 95%Est seulement environ 30% aussi sucré que le saccharose, et a un goût plus pur et plus frais que le saccharose. In vivo, le pouvoir calorifique du FOS n’est que de 1,5 kcal/g (40% de glucose), ce qui est extrêmement faible. Sa viscosité diminue avec l’augmentation de la température. Il est moins hygroscopique et convient pour ralentir le moulage et la détérioration des aliments pour animaux ou des aliments pour animaux afin d’assurer la durée de conservation du produit. Le FOS a une stabilité thermique semblable à celle du saccharose dans des conditions neutres à 120°C, mais il se décompose facilement lorsqu’il est chauffé dans des conditions acides à un pH de 3 à 4. Le FOS non seulement réduit, mais participe également à la réaction de Maillard et a un effet inhibiteur significatif sur la rétrogradation de l’amidon. Cette propriété est très appropriée pour les aliments féculents. En outre, FOS a une bonne solubilité, non-couleur, propriétés excipientes, résistance aux alcalis, anti-vieillissement et autres caractéristiques de traitement. Des études ont montré que le taux de rétention fonctionnelle totale du FOS diminue à 74% après 25 minutes à 121°C dans des conditions neutres, à 31% dans des conditions acides et est stable dans des conditions alcalines [2].

1.3 Sources de données

Le FOS se trouve dans de nombreuses plantes naturelles et certaines herbes, comme les légumes et les fruits de tous les jours, en particulier l’artichaut (16%-20%), les asperges (1%-20%), la chicorée (5%-10%), l’ail (3%-6%), l’oignon (2%-6%), le poireau (2%-5%), la bardane (3,6%), le blé (1% à 4%), ainsi que le miel et les bananes, qui ont des niveaux élevés, et le seigle et les tomates, qui contiennent également de petites quantités.

2 production FOS

A l’heure actuelle, il existe deux méthodes de production industrielle courantes pour les FOS: l’une est l’extraction à l’eau chaude et l’hydrolyse enzymatique de l’inuline de l’artichaut ou de la chicorée; L’autre est l’hydrolyse enzymatique du saccharose en tant que matière première, qui peut être divisée en la méthode de fermentation immergée et la méthode d’enzymes immobilisées selon que l’enzyme est immobilisée ou non.

2.1 extraction à l’eau chaude et hydrolyse enzymatique de l’inuline

L’inuline est produite industriellement au niveau international à partir de deux matières premières principales: le chrysanthème et la chicorée. Dans les pays d’europe occidentale tels que la Belgique et les Pays-Bas, la chicorée est principalement utilisée, tandis qu’en Chine, l’artichaut de jérusalem est la principale matière première. L’inuline est un FOS hautement polymérisé (degré de polymérisation: 2-60), qui n’est pas facilement absorbé et utilisé par le corps humain. Cependant, après hydrolyse enzymatique, il est possible de produire du FOS avec un degré de polymérisation de 2-7, et sa structure est principalement de type Fm (F: fructan molécule; M: nombre de molécules de fructose; F-F-F...Fm), et il y a aussi une petite quantité de fructo-oligosaccharide de type GFn (G: molécule de glucose; F: molécule de fructan; N: nombre de molécule de fructose, n=1~3).

L’inuline obtenue grâce aux techniques modernes de séparation et de purification est devenue un nouvel ingrédient multifonctionnel dans l’industrie alimentaire. En tant que fibre alimentaire soluble dans l’eau, il est non seulement un substitut de graisse efficace, mais aussi un facteur de croissance de bifidobacterium important. Bien que les matières premières soient différentes, les procédés utilisés sont fondamentalement similaires.

Prenons l’artichaut de jérusalem comme exemple. Le processus spécifique [3] est le suivant:

Acidolyse ou hydrolyse enzymatique ↑  ↓ ↓

Artichaut de jérusalem → lavage → tranchage → extraction à l’eau chaude → purification → résine échangeuse d’ions → concentration et séchage → FOS

2.2 hydrolyse enzymatique du saccharose

La méthode d’hydrolyse enzymatique du saccharose utilise le saccharose comme matière première et utilise la β-fructose transférase ou β-fructofuranosidase produite au cours de la fermentation microbienne pour catalyser le transfert intermoléculaire des groupes de fructose afin d’obtenir le FOS. Lobo et al. [4] ont signalé que la β-D-fructofuranosidase (β-fructofuranosidase, EC. 3. 2. 1. 26) catalyse l’hydrolyse du saccharose en glucose et en fructose et le transfert de la fraction fructose au résidu de fructose de la molécule de saccharose, synthétisant ainsi des niveaux élevés de FOS.

Il existe deux sources de fructosyltransférase: l’une provient de plantes, telles que l’aloès, la betterave sucrière, les oignons, l’artichaut, etc.; L’autre provient de micro-organismes, tels que la levure, Aspergillus oryzae, Penicillium, Aspergillus Niger, Aureobasidium pullulans, etc. En raison de la faible activité catalytique des fructosyltransférases dans les plantes et des limitations saisonnières, elles ne sont pas adaptées à la production industrielle. Par conséquent, la production industrielle de FOS utilise des enzymes produites par des microorganismes [5].

La β-Fructofuranosidase est une enzyme extracellulaire, et la souche enzymatique optimale pour la production peut être obtenue en criblant un grand nombre de souches [6]. Qin Yimin et al. [7] ont constaté que le pH et la température optimaux d’aspergillus oryzae GX0011 β-fructosyltransférase étaient respectivement de 5,0 à 6,0 et de 45 °C. Le Glucose est un inhibiteur concurrentiel de l’enzyme, et l’échographie peut améliorer l’activité enzymatique dans une certaine mesure. De faibles concentrations d’éthanol n’ont aucun effet significatif sur l’activité enzymatique. Ghazi et al. [8] ont étudié les propriétés de purification et cinétiques, et les résultats ont montré que l’enzyme peut transférer le groupe fructose du saccharose pour produire les oligoères de fructose correspondants, et a une activité de transfert plus élevée que la β-fructofuranosidase. La plage d’activité est de pH 5,0 à 7,0.

2.2.1 méthode de fermentation profonde (méthode de production par lots)

Dans la méthode de fermentation profonde, l’enzyme est directement ajoutée à une solution de saccharose de 50% à 60%, et la température et le pH sont contrôlés pour catalyser la production de FOS. Cette méthode a un équipement de procédé simple, mais elle est moins automatisée, a un rendement plus faible et est plus coûteuse.

2.2.2 méthode enzymatique immobilisée (méthode de production continue)

Par rapport à la méthode d’enzymes au saccharose, la méthode d’enzymes immobilisées a une stabilité opérationnelle élevée, peut réaliser l’automatisation et la continuité du processus de production, a un taux d’utilisation élevé des matières premières et réduit considérablement les coûts de production. Le processus de production est le suivant:

β-fructose transférase ou β-fructofuranosidase immobilisation → 50%-60% solution de saccharose → colonne immobilisée ou bioréacteur à lit immobilisé (24 h, 50-60 °C) → solution de sucre → décolorisation au charbon actif → dessalement par échangeur d’ions → concentration sous vide → sirop de FOS.

Comme le montre le processus, la clé d’une production efficace de FOS réside dans les enzymes et la technologie d’immobilisation utilisées. Par rapport aux enzymes libres, les enzymes immobilisées non seulement empêchent la perte d’enzymes et améliorent la stabilité de stockage, mais améliorent également les propriétés enzymatiques pour augmenter leur taux d’utilisation et permettre une utilisation répétée, réalisant ainsi une production industrielle continue, contrôlable et simple à grande échelle [9].

Il existe deux méthodes principales de préparation d’enzymes immobilisées: physique et chimique. Les méthodes physiques comprennent des méthodes physiques d’adsorption et d’enrobage. Les matériaux d’encastrage comprennent principalement l’agarose, le carraghénane, la gélatine, l’alginate de sodium, le polyacrylamide, la cellulose, etc. Parmi eux, l’alginate de sodium est non toxique, sûr, peu coûteux et facile à obtenir, et est l’un des matériaux d’enfoncement les plus couramment utilisés dans le processus d’immobilisation [10]. Zhang Yuanyuan et al. [11] ont utilisé l’intégration d’alginate de sodium, l’intégration composite de gélatine-alginate de sodium et la réticulation covalente de glutaraldéhyde-alginate de sodium pour immobiliser la β-D-fructofuranosidase d’aspergillus Niger. À partir d’une analyse complète des applications pratiques de production, de l’activité enzymatique immobilisée, et de la stabilité opérationnelle des enzymes immobilisées, la méthode de réticulation de glutaraldéhyde-sodium alginate est meilleure.

2.3 autres

Le FOS de haute pureté (P-F0S) est sujet à la dégradation lorsqu’il est chauffé. Lv Xiaoling et al. [12] ont déterminé les conditions de séchage appropriées au moyen d’essais à facteur unique: température du pièges à froid -50 °C, taux de précongélation 12 °C/h, temps 5-6 h, température de chauffage radiant 40-55 °C, degré de vide 550-600 Pa, cycle de séchage de 10 à 16 h, pour obtenir le P-F0S semblable à un flocon, qui est traité pour obtenir le produit P-FOS en poudre sèche. Pendant ce temps, avec le développement continu de nouvelles technologies, de nouvelles technologies de production telles que la séparation microbienne (fermentation), la séparation de nanofiltration, et le lit mobile simulé (séparation chromatographique) ont également été appliquées, qui non seulement réalisent la production simple, efficace et sûre de FOS, mais améliorent également considérablement la qualité du produit. C’est une nouvelle tendance pour le développement futur.

3 effets biologiques des fo

3.1 améliore l’équilibre de la flore intestinale, inhibe la putréfaction intestinale et soulage la constipation

Le FOS ne peut pas être directement digéré et absorbé par le corps humain. Après consommation, il atteint le gros intestin et est fermenté par les bactéries intestinales pour produire des acides gras à chaîne courte tels que l’acide acétique, l’acide propionique et l’acide butyrique, qui abaissent le pH de l’environnement intestinal, améliorant ainsi l’équilibre de la flore intestinale, favorisant la prolifération de probiotiques tels que les bifidobactéries et les lactobacilles dans l’intestin, tout en inhibant la croissance et la reproduction de bactéries nocives et pathogènes, Réduire la production et l’accumulation de toxines intestinales et de substances putréfactives, et favoriser le péristaltisme intestinal, qui a un effet soulagant sur la constipation et la diarrhée. L’indigestibilité du FOS et son effet sur la prolifération des bifidobactéries sont principalement dus au faible poids moléculaire des oligomères de fructose. Par conséquent, plus la teneur en saccharose triose est élevée, plus les avantages pour la santé du FOS en termes de prolifération des bifidobactéries sont élevés.

Kapiki et al. [13] ont constaté qu’une petite quantité de prébiotiques oligosaccharidiques dans les préparations pour nourrissons peut favoriser la croissance rapide de Bifidobacterium dans les intestins des nourrissons prématurés nourris artificiellement, tout en réduisant le nombre de microorganismes pathogènes dans les intestins. L’effet des bactéries sur le métabolisme des oligosaccharides peut être étudié en mesurant la production d’acides gras à chaîne courte et le pH des matières fécales [14]. En outre, en raison de la prolifération rapide de bifidobactéries après l’ingestion de FOS, la croissance de bactéries putrefactives telles que Escherichia coli, Salmonella et Clostridium perfringens est fortement inhibée et la production de métabolites toxiques (tels que l’indole et les nitrosamines) est réduite.

3.2 améliore le métabolisme des lipides et abaisse les lipides sanguins et le cholestérol

FOS peut effectivement réduire le cholestérol sérique, les triglycérides et les acides gras libres, et a un bon effet sur l’amélioration d’une série de maladies cardiovasculaires causées par des lipides sanguins élevés, tels que l’hypertension et l’athérosclérose. Yen et al. [15] ont étudié et évalué l’effet de la prise de suppléments de FOS sur les bifidobactéries fécales, les indicateurs de peroxydation lipidique, les indicateurs de l’état nutritionnel et la durabilité des effets fructooligosaccharides chez les résidents de maisons de soins infirmiers atteints de constipation.

3.3 favorise l’absorption des minéraux et des nutriments tels que le calcium

Le FOS ne peut pas être décomposé par les enzymes digestives et est fermenté par des bactéries dans le gros intestin pour produire de l’acide l-lactique, qui abaisse le pH de l’intestin. Les conditions acides ainsi créées augmentent le taux de dissolution de minéraux tels que le calcium, le magnésium, le fer et le zinc. Heuvel et al. [16] ont constaté que l’apport soutenu de FOS à chaîne courte (sc-FOS) pendant 36 jours favorisait l’absorption du magnésium chez les adolescentes sans affecter l’absorption du calcium.

Des études ont montré que l’ajout de FOS entraîne une augmentation du ccecum et une augmentation de l’acidité du ccecum (p < 0. 01), et que le FOS peut effectivement favoriser l’absorption du calcium (FOS1, +7%; FOS2, +9%, p < 0. 05), magnésium (FOS1, +26%; FOS2, +19%, p < 0. 05), et le fer (FOS1, +17 %; FOS2, +22%, p < 0. 05) et a rétabli le taux d’absorption du magnésium et du fer endommagés par l’acide phytique (p< 0. 01). De plus, le FOS a considérablement augmenté les taux de zinc dans le foie (p et lt; 0. 01) et les taux de magnésium du foie (p < 0. 01). Toutes ces données indiquent que le FOS peut effectivement améliorer le taux d’absorption des minéraux et contrer les effets nocifs de l’acide phytique [17]. Asvarujanon et al. [18] ont signalé que le FOS peut augmenter l’absorption du calcium, du magnésium et du fer chez les rats normaux et les rats ovariectomisés, mais que son effet pourrait être lié à la fermentation de ces sucres dans le cecum.

3.4 améliore l’immunité et réduit le risque de cancer

FOS peut améliorer la fonction du système immunitaire et la santé globale, et améliorer le body' S microécologie. Il peut favoriser la formation naturelle des vitamines B1, B2, B3, B6, B12 et de l’acide folique, améliorant ainsi le corps et#39; S métabolisme, immunité et résistance aux maladies. Tai Xiulin et al. [19] ont montré que le FOS peut améliorer la performance de croissance des veaux, prévenir l’atrophie intestinale chez les veaux sevrés tôt, maintenir la structure morphologique normale de l’intestin, affecter le métabolisme des veaux, améliorer la performance immunitaire des veaux, et soulager le stress du sevrage sur les veaux.

3.5 protéger les dents

La carie dentaire est l’une des maladies buccodentaires courantes chez les enfants en Chine, principalement causée par l’érosion des micro-organismes buccaux, en particulier Streptococcus mutans. Le FOS ne peut pas être utilisé par Streptococcus mutans pour produire du glucane insoluble, qui fournit un endroit où les microorganismes buccaux se déposent, produisent de l’acide et se corrodent (tartre), de sorte qu’il peut prévenir la carie dentaire.

3.6 autres

Il a été rapporté que la consommation de polyphénol concentré en association avec le FOS peut favoriser le métabolisme des glycosides de quercétine dans le cecum des souris [20]. Bruzzese et coll. [21] ont signalé que les fo peuvent prévenir les infections intestinales et extraintestinales. Des études récentes ont démontré les avantages cliniques de l’utilisation de prébiotiques en association avec les préparations pour nourrissons. Premièrement, il a été démontré qu’il réduit l’incidence de la dermatite atopique chez les nourrissons à haut risque dans les pays en développement, et deuxièmement, qu’il réduit l’incidence des maladies intestinales et la probabilité d’infections des voies respiratoires au cours de la première année de vie [22]. Selon Sherman et coll. [23], les essais de prévention primaire chez les nourrissons ont fourni des données prometteuses sur la prévention des infections et des dermatites allergiques. De plus, l’ajout d’une certaine quantité de mélange oligosaccharidique comme supplément a un certain effet sur la prévention primaire de la dermatite atopique chez les nourrissons à faible risque [24].

4 état actuel de la demande de FOS

4.1 Application dans les produits alimentaires et de santé

FOS est connu comme la nouvelle génération d’additifs la plus prometteuse après l’ère des antibiotiques - les prébiotiques. Actuellement, le FOS est utilisé dans une variété d’aliments en Europe, aux États-Unis, au Japon et dans d’autres pays, y compris les produits laitiers, les boissons à l’acide lactique, les boissons solides, la confiserie, les biscuits, le pain, la gelée, les boissons froides, la soupe, les céréales et plus encore. L’ajout de FOS améliore non seulement les avantages nutritionnels et pour la santé des aliments, mais prolonge également efficacement la durée de conservation d’une variété d’aliments tels que la crème glacée, le yogourt et la confiture. De plus, le FOS a un faible pouvoir calorifique, c’est-à-dire qu’il ne provoque pas d’obésité, ni n’augmente la glycémie ou l’insuline. C’est un nouvel édulcorant idéal avec des avantages pour la santé qui peut être utilisé comme base alimentaire dans les aliments pour répondre aux besoins des diabétiques, des patients obèses, des patients hypoglycémiques, etc.

Ces dernières années, le FOS a également été largement utilisé dans les aliments pour nourrissons, en particulier dans les produits laitiers tels que la poudre de lait pour nourrissons, le lait pur, le lait aromatisé, le lait fermenté, les boissons de bactéries lactiques, et diverses poudres de lait. De nombreuses marques de lait en poudre sur le marché ont déjà ajouté FOS. L’ajout de prébiotiques tels que FOS, inuline, galacto-oligosaccharides et lactulose en quantités modérées au lait en poudre pour nourrissons peut augmenter la croissance de micro-organismes tels que les bifidobactéries ou les lactobacilles dans le côlon, peut donc avoir un effet bénéfique [26].

Jiang Zhanmei et al. [25] ont utilisé du lait frais comme matière première, ont ajouté des facteurs fonctionnels tels que l’inuline, le FOS, les pignons et les amandes amères, et ont développé un yogourt préservant la santé avec pour effet de prévenir la constipation par la fermentation. Si Junling et al. [26] ont optimisé le processus de production et le rapport optimal de yoght FOS, à savoir: 6% FOS, 5% sucre ajouté, 4% inoculum, et le rapport de bactéries (Streptococcus thermophilus et Lactobacillus acidophilus) est de l: l, de sorte que le nombre de Lactobacillus acidophilus atteint plus de 10 cfu/mL. En outre, FOS est utilisé comme une fibre alimentaire bioactive prébiotique et soluble dans l’eau dans l’eau potable. Non seulement il répond aux fonctions physiologiques de base et aux besoins métaboliques du corps humain, mais il favorise également la santé humaine globale lorsqu’il est consommé à long terme. Ses effets se complètent et s’améliorent les uns les autres [27].

4.2 Application dans l’alimentation animale

FOS est de nature stable. Il peut améliorer la microflore intestinale, favoriser le développement intestinal animal, réguler le métabolisme des protéines et des lipides, favoriser l’absorption minérale, améliorer le taux de conversion alimentaire, améliorer la qualité et la quantité de lait et la production d’oeufs et la dureté de la coquille d’oeuf, réduire l’odeur de fumier, et stimuler directement ou indirectement l’activité immunitaire chez les animaux d’une manière positive. Il a l’effet d’antibiotiques, ne produit pas de résistance médicamenteuse et est appelé prébiotiques (agents microécologiques) [28]. En outre, le FOS est également utilisé dans l’alimentation d’animaux à sang chaud tels que le panda géant «trésor national». Nourrir les FOS peut renforcer le panda& géant#39; S constitution et prévenir et traiter des affections telles que les douleurs abdominales, l’anorexie et les selles molles.

5 perspectives

Actuellement, la production et l’utilisation des produits FOS en asie, en amérique du nord et en Europe sont en hausse. Au fur et à mesure que le marché se développe, la demande d’op dans les industries alimentaires nationales et étrangères, les industries des aliments pour animaux et les industries d’élevage continuera de croître.

En termes de production, il est nécessaire d’optimiser continuellement la technologie de transformation en utilisant la chicorée, l’artichaut et le saccharose comme matières premières, d’améliorer l’équipement technique et d’accroître la recherche et le développement de produits FOS connexes. Dans le même temps, non seulement la recherche sur le criblage des souches bactériennes hautement actives et les propriétés de la β-fructosyltransférase devrait se poursuivre, mais la recherche sur l’isolement, le séquençage, le clonage et l’expression des gènes fonctionnels de la β-fructosyltransférase devrait également être renforcée à l’aide de la biotechnologie moderne, en vue de construire des souches bactériennes génétiquement modifiées, d’optimiser davantage le processus d’immobilisation et d’améliorer complètement la technologie de production de FOS. En production réelle, la souche devrait faire l’objet d’un examen plus poussé pour détecter les souches contenant des enzymes à haute activité en utilisant des techniques telles que le génie protéique. En ce qui concerne le processus, des efforts devraient être faits pour améliorer l’enzyme' S la durée de vie et la stabilité et d’éliminer le sous-produit glucose de la réaction enzymatique, obtenant ainsi des fo de plus haut rendement et de haute qualité.

En termes d’efficacité, les nombreux avantages pour la santé des FOS ont été largement étudiés et sont généralement reconnus. Cependant, il existe différentes conclusions concernant l’amélioration du métabolisme des lipides, comme l’abaissement du cholestérol, l’abaissement de la glycémie, et la prévention de l’hypertension. Les conclusions concernant l’effet anti-tumoral sont également limitées aux expériences sur les animaux. Le mécanisme d’action, l’effet synergique avec les prébiotiques et les essais cliniques prospectifs doivent être étudiés et clarifiés.

En termes d’application, la recherche et le développement sont encore nécessaires pour les produits à haute pureté, non toxiques, de bonne sécurité et à forte valeur ajoutée. Tout en améliorant les avantages économiques du produit, plus important encore, il peut fournir des avantages sociaux tels que l’amélioration de la qualité du produit, l’amélioration des catégories de produits et l’extension de la fraîcheur du produit pour de nombreuses industries. En outre, le FOS a un grand potentiel dans la production d’aliments bifidogènes, favorisant la régulation de divers animaux sauvages rares menacés après le passage de l’équilibre microécologique dans la nature au déséquilibre microécologique après l’élevage artificiel. On pense qu’avec les progrès continus de la science et de la technologie, la recherche liée à la fo continuera de mûrisser, ce qui profitera à la société et à l’humanité.

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