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催化效率高 低能耗 低污染 酶法生产低聚半乳糖主流地位难动摇

2012-05-23 09:23:14 来源:淀粉协会 浏览:3296

催化效率高 低能耗 低污染

酶法生产低聚半乳糖主流地位难动摇

   信息来源:中国淀粉工协会网站  时间:2012-5-21

   低聚半乳糖(GOS)是目前国际上已经开发并广泛应用的功能性低聚糖之一,在人类母乳中含量较多,具有调节肠道菌群、增殖双歧杆菌、促进钙吸收、调节血脂、免疫调节和抗龋齿等保健功能。用微生物酶法生产的低聚半乳糖,结构和功能与母乳所含低聚半乳糖一致,安全可靠,广泛应用于婴幼儿食品中。
   目前市场上的低聚半乳糖,均是以乳糖为原料,通过β-半乳糖苷酶转化而成。β-半乳糖苷酶又称乳糖酶。不同微生物来源的β-半乳糖苷酶作用性能不同,一些β-半乳糖苷酶只能水解乳糖,这类β-半乳糖苷酶来源于大肠杆菌等细菌,可存在于肠道中催化β-半乳糖苷水解,使乳糖分解为半乳糖和葡萄糖;而另一些β-半乳糖苷酶不仅有水解乳糖作用,还可以连接半乳糖糖基,生成低聚半乳糖,这类酶可由米曲霉(As-pergillus oryzae)、克鲁维乳酸菌培养液制得。
   现已知在β-半乳糖苷酶的活性位点上有两个功能团:硫氢基和咪唑基。其中,硫氢基可作为广义酸使半乳糖苷的氧原子质子化,咪唑基可作为亲核试剂攻击半乳糖分子的第一个碳原子上的亲核中心。当半乳糖苷的受体是水时,发生的是水解;当受体是另外的糖或醇时,则成为转半乳糖苷;如果受体是乳糖,则可以生成三糖的低聚半乳糖。
    在转化乳糖生产低聚半乳糖的过程中,不同菌种代谢产生的β-半乳糖苷酶作用特异性不同,作用于乳糖后生成的低聚半乳糖结构不同。这种特异性的差异在不同种类的菌中尤为明显,比如用环杆菌或罗伦隐球酵母菌生产的β-半乳糖苷酶催化时,半乳糖单元间的糖苷键主要是β(1→4)键,而用米曲霉或嗜热链球菌产生的酶催化,糖苷键主要是β(1→6)键。日本YakuIt(养乐多)微生物研究中心利用核磁共振方法分析出,用米曲霉和嗜热链球菌所产β-半乳糖苷酶生产的Oligomate 55产品中含有6种二糖、5种三糖、9种四糖和l种五糖。
    现在,生产低聚半乳糖有以下两种方法:
    细胞法  细胞法又分为直接使用细胞法和固定细胞法两种。
    直接使用细胞法,是将含β-半乳糖苷酶的细胞直接投入底物进行反应,操作简便,方法简单。直接使用细胞法有以下优点:一种酶只能催化一种化学反应,而在生产实际中很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能进行,另外避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程对酶的活性影响。但这种方法的缺点也很明显:将菌体直接用于乳糖转化反应,反应完成后的菌体在底物浓度高的前提下较难处理。
    固定化细胞法,是采用固定化材料将含β-半乳糖苷酶的细胞固定化,可解决细胞分离问题.固定化细胞既能与反应物接触,又能与反应物分离,可反复使用。但在国内,采用固定化细胞法生产低聚半乳糖相关的研究报道较少。
    酶法  酶法生产低聚半乳糖具有催化效率高、低污染等优点,酶法生产也有直接酶法和固定化酶法两种:
    直接酶法,是将分离出来的β-半乳糖苷酶直接作用乳糖,完成转化后只需要提高温度将酶灭活,而不需要将酶从反应体系中分离。相对于直接使用细胞方法,简化了生产工艺流程,也减轻了对环境的污染。但直接使用酶制剂进行反应也有一定的缺点:对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感,容易失活;反应体系中的酶难以回收,不能被再次利用,提高了生产成本。
    固定化酶法,是采用固定化材料:将β-半乳糖苷酶固定化,它可提升β-半乳糖苷酶的使用率,降低低聚半乳糖生产成本。固定化β-半乳糖苷酶对GOS进行催化合成,能明显提高GOS的合成率。固定化载体一般有树脂、海藻酸钠等,相关的研究也已比较成熟。
    固定化β-半乳糖苷酶技术在国际上属于领先技术,相信固定化β-半乳糖苷技术将成为低聚半乳糖行业,乃至整个低聚糖行业可以借鉴的生产技术的主流。
    在我国,低聚半乳糖已被批准为营养强化剂以及新资源食品,已作为新一代功能性食品配料应用于婴幼儿配方乳粉等食品中。随着低聚半乳糖等功能性糖的普及,不断有相关的研究机构对低聚半乳糖的生产方法进行研究,曾有报道,美国物理学家研究出自动合成低聚半乳糖的方法。但无论生产方法如何改进,酶法生产低聚半乳糖始终保持着催化效率高、低能耗、低污染等优点,在未来一段时间内,将依然是低聚半乳糖生产的主流方法。


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