Quelle est la méthode de Production des Oligosaccharides Galacto?

Les Galactooligosaccharides (GOS) sont un nouveau type de substance fonctionnelle. Il s’agit d’un type d’oligosaccharide fonctionnel aux propriétés naturelles et d’un prébiotique important dans le lait maternel [1]. On le trouve en concentrations élevées dans le lait maternel, et a une bonne palatabilité, solubilité dans l’eau et stabilité. Lorsqu’il est ingéré, il peut augmenter la croissance de bactéries bénéfiques dans l’intestdanshumain, en particulier les bifidobactéries, tout en inhibant la croissance de bactéries putrefactives.Les Oligosaccharides sont largement utilisésDans l’industrie des condiments. En raison de leurs propriétés et fonctions physiques et chimiques spéciales, ils sont largement ajoutés aux boissons, aux produits laitiers et aux produits de boulangerie.

Ils peuvent non seulement réguler la saveur des aliments, mais aussi jouer un rôle dans l’alimentation des bactéries bénéfiques. Alors que les bactéries bénéfiques dans l’intestin prolifèrent à l’aide d’oligosaccharides, elles produisent également une grande quantité de polysaccharides extracellulaires. Les polysaccharides extracellulaires ont non seulement des activités antitumorales et immunomodulatrices, mais favorisent également la colonisation à long terme des probiotiques dans l’intestin. Ainsi, ils ont divers effets, tels que la réduction de la concentration de cholestérol total dans le sang, l’amélioration du métabolisme des lipides dans le corps, et la promotion de l’absorption des minéraux. Ils ont également des effets préventifs et thérapeutiques sur des maladies telles que l’alzheimer' S maladie, diabète, Parkinson' S maladie, dépression et obésité. En raison de ses propriétés fonctionnelles, les oligosaccharides sont devenus un hotspot de recherche pour le développement et l’application modernes.

Cet article résume principalement les oligosaccharides des aspects de la technologie de préparation, de la séparation et de la purification, et de l’état d’application, et regarde vers l’avenir ses orientations de recherche clés pour soutenir la large application de GOS.

1 progrès dans la technologie de production

- extraction naturelle: l’extraction des oligosaccharides à partir de substances naturelles est coûteuse, le rendement est faible et la séparation difficile; (2) hydrolyse acide des polysaccharides: le taux de conversion est bas et la purification est difficile; 3) synthèse chimique: hautement toxique et cause une pollution grave; (4) fermentation: il y a peu de recherches sur le processus et la séparation et la purification est difficile; (5) synthèse enzymatique: le coût est relativement faible et est actuellement la méthode de préparation la plus utilisée [2]. Le principe de base de la production de la synthèse enzymatique est d’utiliser le lactose comme matière première principale et de l’obtenir en utilisant la β-galactosidase pour effectuer la transglycosidation. Cependant, ces dernières années, en étudiant et en optimisant divers aspects du processus de production, tels que l’immobilisation de la β-galactosidase, des voies de production plus efficaces ont été obtenues pour produire des galacto-oligosaccharides.

1.1 sélection et sélection de souches productrices d’enzymes

La β-Galactosidase est l’enzyme clé dans la production de galacto-oligosaccharides. Ses principales sources sont les animaux (lait), les plantes (pommes, etc.) et les micro-organismes (levures, moisissures, etc.) dans la nature. La plus grande partie de la β-galactosidase utilisée dans la production industrielle est extraite de micro-organismes. La sélection des souches est devenue un point chaud de la recherche en ingénierie.

Wang Xin et al. [3] ont utilisé le substrat artificiel o-nitrophényl -β-D-galactopyranoside (ONPG) comme marqueur de criblage en 2015 pour sélectionner parmi une bibliothèque de microorganismes résistants aux solvants organiques, des bactéries productrices de β-galactosidase-à forte activité hydrolytique. Le Lactose a ensuite été utilisé comme substrat pour étudier les performances de synthèse, et une souche d’erwinia billingiae WX1 produisant de la β-galactosidase a été sélectionnée. Le gène β-galactosidase a été cloné et le gène β-galactosidase gala été obtenu en prédisant le gène β-galactosidase en fonction de la séquence du génome de la même espèce dans GenBank. En même temps, l’expression clonée de la β-galactosidase a été obtenue chez Escherichia coli. En 2016, Li Meiling et al. [4] ont obtenu le liquide enzymatique β-galactosidase par fermentation de B. circulans SK28.003, et préparé la poudre enzymatique par concentration, par précipitation de salage et par lyophonie à basse température. Le β-galactosidase&#La fonction transglycosidase S est utilisée pour catalyser la synthèse du lactose en oligosaccharides. Les conditions optimales de synthèse ont été déterminées à l’aide d’expériences à facteur unique et orthogonales, et ont été évaluées à l’aide de chromatographie liquide à haute performance. Les conditions optimales de synthèse ont été déterminées à l’aide d’expériences à facteur unique et orthogonales, et ont été évaluées à l’aide de chromatographie liquide à haute performance.

Les conditions optimales de synthèse ont été déterminées à l’aide d’expériences à facteur unique et orthogonales, et ont été évaluées à l’aide de chromatographie liquide à haute performance. Les conditions optimales de synthèse ont été déterminées à l’aide d’expériences à facteur unique et orthogonales, et ont été évaluées à l’aide de chromatographie liquide à haute performance. 

Les conditions optimales de synthèse ont été déterminées à l’aide d’expériences à facteur unique et orthogonales, et ont été évaluées à l’aide de chromatographie liquide à haute performance. Les conditions optimales de synthèse ont été déterminées à l’aide d’expériences à facteur unique et orthogonales, et ont été évaluées à l’aide de chromatographie liquide à haute performance. Dans ces conditions, le rendement en GOS peut atteindre 45,5% après 12 heures de réaction.

1.2 immobilisation de la β-galactosidase

Les enzymes immobilisées ont été largement étudiées et utilisées en raison de leurs avantages tels que leur grande réutilisabilité et leur bonne stabilité thermique. Ces dernières années, il y a eu des rapports de recherche sur l’immobilisation de la β-galactosidase. En 2014, Zhang Fenghua et al. [5] ont mené une étude comparative des matériaux d’immobilisation de la β-galactosidase et ont conclu que la stabilité thermique des enzymes immobilisées sur des supports aminés était significativement plus élevée que celle des enzymes libres et des enzymes immobilisées sur des supports époxy. Après 20 cycles de réutilisation, l’activité enzymatique était toujours maintenue à plus de 60%.

Avec une concentration initiale de 300 g/L de lactose, l’enzyme immobilisée sur le support aminé a été utilisée pour produire des galactooligosaccharides, avec un rendement maximal de 87 g/L. En 2015, Fei Junjie&#La recherche a montré que la β-galactosidase était immobilisée sur la résine échangeuse d’ions I002 par une méthode d’adsorption d’abord puis de réticulation, avec une quantité d’enzyme de 51,8 U (pour 1 g de résine), un pH de 6,5, une température de 25 °C, un temps d’adsorption de 12 h et une fraction volumique de glutaraldéhyde de 4%. 8U (pour 1 g de résine), pH 6,5, température 25 °C, temps d’adsorption 12 h, fraction volumique de glutaraldéhyde 4%, température de réticulation 40 °C, temps 6 h, l’effet d’immobilisation a été le meilleur. L’activité de l’enzyme fixe obtenue peut atteindre 16,2 U, le taux de récupération de l’enzyme fixe est de 39,1 %, et le rendement de galacto-oligosaccharides (GOS) est de 24,2 %.

En 2016, Liu Xinlong et al. [6] ont étudié le processus de synthèse des galacto-oligosaccharides en utilisant la galactosidase immobilisation adsorbée au chitosan et réticulée au glutaraldéhyde comme catalyseur, et ont optimisé les conditions de réaction. Les résultats expérimentaux ont montré que les conditions optimales de réaction étaient un substrat à 50% de lactose en masse, un pH de solution de 6,5, une température de réaction de 40 °C, l’ajout de 2 mmol/L Mg2+ au système, un dosage enzymatique de 640 g/L et un temps de réaction de 4 h. Le rendement en oligosaccharides était de 71,5 %. 5%. Après avoir été réutilisé 7 fois, le rendement de GOS obtenu par catalyse était encore de 64,9 %, montrant une bonne stabilité.

1.3 optimisation des conditions du processus de production

Après que la production industrielle des oligosaccharides soit devenue un hotspot de recherche, un grand nombre de chercheurs ont entièrement optimisé certaines des conditions de processus dans la production des oligosaccharides, rendant le processus de production des oligosaccharides plus efficace et plus bas dans le coût.

En 2015, Xing Xiao et al. [7] ont optimisé le processus de production et ont conclu que les conditions optimales pour la préparation des galacto-oligosaccharides étaient de 37 °C, pH 8,0, K+ 0. 08mol/L, concentration massique initiale de lactose 500 g/L, temps de réaction 5h, quantité d’addition enzymatique 10 μL/g de lactose. Dans ces conditions, la concentration massique des oligosaccharides générés a atteint 94,74 g/L. En 2016, Fu Wenjia et al. [8] ont également conclu que les conditions optimales de réaction étaient une concentration de substrat (lactose) de 50%, une quantité d’enzymes de 40 U/g, un pH de 7,5 et 50 °C. La réaction a été effectuée dans ces conditions pendant 2 h et le rendement en oligogalactose a été de 23,4 %.

1.4 développement de nouvelles technologies de production

Certains chercheurs ne se limitent pas aux technologies de production existantes et ont mis au point de nouveaux procédés de production grâce à des recherches et des expérimentations approfondies, offrant plus d’options pour la production industrielle à grande échelle d’oligosaccharides. En 2016, Wei Chun et al. de l’université de technologie de Zhejiang [9] ont utilisé le lactose comme substrat et ont utilisé des cellules perméabilisées de Lactobacillus plantarum contenant de la β-galactosidase pour catalyser la production d’oligosaccharides.

La fermentation anaérobie a été effectuée dans un fermenteur de 5 litres, et les cellules de Lactobacillus plantarum récoltées ont toutes été utilisées dans l’étude de la catalyse perméabilisée de cellules entières pour produire des GOS. On a constaté que le rendement maximal de GOS était de 32% (fraction massique) dans les conditions d’une concentration massique de lactose de 400 g/L, d’un pH initial de 7,0, d’une température de 50 °C et d’un temps de réaction de 10 h. Brevet CN200810157830. X un procédé de production de galacto-oligosaccharides utilisant des Saccharomyces cerevisiae recombinantes A été mis au point. Dans un premier temps, un vecteur d’affichage de la β-galactosidase a été construit, puis la β-galactosidase a été affichée sur la surface cellulaire de Saccharomyces cerevisiae. Enfin, la levure recombinante a été utilisée pour fermenter le lactose pour produire des galacto-oligosaccharides [10].

2. Progrès dans la technologie de purification et de séparation

Le conseil des ministresOligosaccharides produits par des méthodes enzymatiquesSont complexes, contenant de nombreux ingrédients non efficaces tels que le glucose et le lactose qui n’ont pas été catalysés par l’enzyme. Il en résulte que les oligosaccharides produits sont de faible pureté, ce qui réduit leur fonctionnalité et les rend moins utiles. Par conséquent, il doit être purifié et séparé par quelque moyen que ce soit pour élargir son champ d’application [11]. Actuellement, les principales méthodes de séparation et de purification sont la chromatographie sur colonne, la séparation membranaire, les méthodes biologiques et les méthodes enzymatiques [12].

2.1 chromatographie sur colonne

Le principe de la séparation des colonnes est que les forces de liaison entre les composants à séparer et la phase stationnaire et la phase mobile sont différentes, ce qui permet d’obtenir l’effet de séparation. Les composants avec des forces de liaison fortes s’écoulent lentement, tandis que ceux avec des forces de liaison faibles s’écoulent rapidement. Les avantages de la séparation des colonnes sont qu’il peut fonctionner en continu dans un cycle, et l’adsorbant peut être réutilisé. Cependant, cette méthode a une faible efficacité d’espacement et des opérations préliminaires complexes [13]. En 2009, Feng Yongmei et al. [14] ont utilisé une colonne de gel de dextran, Sephadex G-25, pour purifier et séparer les oligosaccharides bruts. L’expérience a montré que la pureté du GOS peut atteindre 85,03% avec une seule colonne et 89,39% après une deuxième colonne.

2.2 méthode de séparation par Membrane

Le principe de base de la méthode de séparation membranaire est de contrôler l’écoulement des molécules à travers la taille des pores de la membrane. Les molécules avec de grandes molécules sont retenues dans la membrane, et les molécules avec de petites molécules s’écoulent, réalisant ainsi le but de la séparation et de la purification. L’avantage est que l’effet de séparation est bon et l’activité de l’enzyme n’est pas affectée. L’inconvénient est que la membrane est facilement contaminée et que les substances ayant des poids moléculaires similaires sont difficiles à séparer [15]. Goulas A K et al. [16] ont passé un mélange d’oligosaccharides à travers des membranes NF-CA-50 (25 °C) et DS-5-DL (60 °C) en séquence, et la pureté du GOS A atteint 98%. Feng Y M et al. [17] ont utilisé une membrane NF-3 (rétention de substances ayant une masse moléculaire relative de 800 à 1000 u) pour purifier et séparer le galactose brut de faible poids moléculaire, augmentant la pureté du GOS d’environ 1,5 fois.

2.3 méthodes biologiques et enzymatiques

La méthode biologique utilise la fermentation microbienne pour éliminer divers sucres du mélange. Par exemple, le glucose et le lactose peuvent être éliminés à l’aide de levures et de bactéries lactiques [18]. Les inconvénients sont que le processus est long et compliqué, et il peut introduire d’autres substances qu’il est difficile d’éliminer [19]. La méthode enzymatique consiste à ajouter diverses enzymes spécifiques pour éliminer les sucres divers correspondants par décomposition enzymatique. Les inconvénients sont plus évidents. Les enzymes sont coûteuses et la quantité ajoutée est difficile à déterminer. De plus, à mesure que la réaction enzymatique se produit, le pH du système diminuera, ce qui affectera l’activité de l’enzyme [20], et l’effet de séparation est faible [21]. La méthode biologique et la méthode enzymatique sont moins couramment utilisées, et il y a eu moins de rapports sur ces deux méthodes ces dernières années.

2.4 nouvelles techniques d’épuration

En 2016, Li Liangyu et al. [22] ont utilisé des oligosaccharides bruts comme matières premières et ont purifié les matières premières à l’aide d’un dispositif de lit mobile simulé (SMB) et de lit mobile simulé séquentiel (SSMB), respectivement. Paramètres techniques optimaux: indice de réfraction d’alimentation 60%, température de la colonne 60°C, taux d’alimentation 467mL/h, entrée d’eau 722.4mL/h. Dans ces conditions, la pureté de l’oligosaccharide galactose était de 95,1 %.

3. Progrès dans l’application

Alors que la science continue de se développer, les substances sont constamment recherchées et développées, ce qui entraîne la déclaration et la production en série d’ingrédients bénéfiques dans les aliments pour répondre aux besoins des gens et#39; S besoins nutritionnels. Il s’agit notamment des oligosaccharides que l’on trouve dans le lait maternel. La recherche a montré que les oligosaccharides peuvent favoriser la réparation de la muqueuse intestinale [23], favoriser la croissance et la colonisation de bactéries bénéfiques telles que les bifidobactéries dans l’intestin, améliorer l’immunité humaine [24], favoriser la croissance et le développement des nourrissons et des jeunes enfants [25,26], réduire le cholestérol et inhiber l’ostéoporose [27], Et d’autres fonctions. En raison de ces fonctions, les galacto-oligosaccharides ont un effet préventif et thérapeutique sur un certain nombre de maladies, telles que l’obésité, Alzheimer' S maladie, diabète, Parkinson' S maladie, dépression, etc., et il y a eu de nombreux rapports connexes au cours des dernières années. Par conséquent, les galacto-oligosaccharides ont un large éventail d’applications dans les aliments, les produits de santé et les produits pharmaceutiques.

3.1 applications alimentaires

En raison de ses propriétés physiques et chimiques spéciales et de ses fonctions physiologiques, les galacto-oligosaccharides sont largement utilisés dans l’industrie des condiments, comme dans les boissons, les bonbons, les produits de boulangerie, les confitures, le lait en poudre et les aliments pour animaux de compagnie. Le GOS est ajouté aux produits laitiers en raison de sa bonne solubilité et parce qu’il est connu pour être un facteur de croissance des bifidobactéries. Cela rend le lait en poudre qui en résulte plus semblable au lait maternel, assurant ainsi que la flore intestinale des nourrissons nourris au lait maternel est la même que celle des nourrissons nourris au lait maternel, favorisant ainsi la croissance et le développement des nourrissons. Il peut également répondre aux besoins nutritionnels de certaines personnes intolérantes au lactose. Il est ajouté aux boissons parce qu’il a une solubilité élevée, une bonne stabilité, une bonne palatabilité, une faible cariogénicité et la fonctionnalité de GOS n’est pas détruite. Un facteur important en l’ajoutant au yogourt est que le GOS n’est pas détruit par les bactéries lactiques et peut encore exercer sa fonction. GOS est ajouté aux produits de boulangerie parce qu’il est résistant à la chaleur et stable, et ne sera pas détruit par la cuisson à haute température. L’utilisation généralisée des galacto-oligosaccharides dans l’industrie des condiments a stimulé l’ensemble de l’industrie des polysaccharides fonctionnels.

3.2 applications des produits de santé

En tant que personnes' S leur niveau de vie s’améliore et leurs connaissances s’accroissent, ils sont de moins en moins satisfaits de se procurer des facteurs nutritionnels uniquement à partir de la nourriture. Par conséquent, l’émergence des produits de santé a rencontré les gens et#39; S besoins. Les produits de santé sont des polymères d’un ou de plusieurs nutriments. Ils sont très purs, ont un contenu élevé et peuvent satisfaire les besoins quotidiens avec un seul comprimé. C’est précisément à cause de ces caractéristiques qu’elles sont largement utilisées. En raison de ses nombreuses fonctions, GOS est connu comme un type d’oligosaccharide fonctionnel et est largement produit dans divers produits de santé pour améliorer l’immunité humaine.

3.3 applications pharmaceutiques

Le GOS a des fonctions physiologiques qui peuvent prévenir et traiter certaines maladies, il est donc également utilisé en médecine. Les Galacto-oligosaccharides peuvent être utilisés par des bactéries bénéfiques dans l’intestin, qui utilisent ensuite des glucides pour produire des acides gras à chaîne courte. Cela inhibe la synthèse du cholestérol dans le foie, redistribuant ainsi le cholestérol sérique au foie et réduisant le cholestérol sanguin. En 2015, Xin Yueqiang et al. [28] ont constaté que les galacto-oligosaccharides peuvent favoriser la production de polysaccharides plus extracellulaires par Lactobacillus plantarum et Bifidobacterium. Extracellulaire a non seulement une activité anti-tumorale et une activité immunitaire, mais favorise également la colonisation à long terme des probiotiques dans l’intestin. Depuis de nombreux rapports étrangers ont montré que les changements dans l’environnement de la flore intestinale peuvent conduire à l’apparition de nombreuses maladies, telles que la maladie d’alzheimer' S maladie, parkinsonet#39; S maladie, dépression, obésité, etc., les oligosaccharides qui peuvent réguler la flore intestinale ont reçu une attention croissante [29,30].

4 Conclusion et perspectives

L’intestin humain normal est colonisé par une communauté complexe de bactéries avec des milliers d’espèces et une population très importante. Ils travaillent de manière ordonnée. Ils ont de multiples effets sur le corps humain, tels que l’immunité, la nutrition et l’antagonisme biologique. Ces dernières années, en raison de l’abus d’antibiotiques, du stress mental excessif et des changements environnementaux, la flore intestinale est devenue déséquilibrée, devenant la menace numéro un pour la santé publique.

Au fil des ans, de nombreux rapports ont confirmé que les changements dans la flore intestinale sont étroitement liés à la santé humaine. L’apparition de maladies telles que le Parkinson' S maladie, dépression, Alzheimer&#La maladie et le diabète sont directement liés à des modifications de la flore intestinale. L’utilisation répandue des galacto-oligosaccharides dans l’industrie des condiments peut non seulement atteindre la valeur nutritionnelle et le goût de l’aliment, mais est également une direction importante pour le développement des galacto-oligosaccharides. L’application de condiments nécessite également beaucoup de recherche. C’est un moyen plus acceptable de prévenir et de traiter certaines maladies en ajoutant des galacto-oligosaccharides aux aliments.

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