갈락토올리고당 (GOS)의 생산 방법은 무엇입니까?

사회의 발전과 인간의 식생활 구조의 변화에 따라 people's 육류 및 유제품의 섭취는 증가하고 있는 반면, 시리얼 식품의 섭취는 점차 감소하고 있다다.식생활 구조의 변화는 직접적으로 고혈압, 당뇨병, 각종 구강 및 소화기 질환의 급증으로 이어졌다.더욱이 고령화 사회의 악화로 기능성식품 및 건강식품의 수요는 지속적으로 증가할 것이다.갈락토올리고당 (GOS)은 대표적인 기능성 식품 첨가물로 물리적, 화학적 특성이 우수하고 생리효과가 뛰어나 과학적 연구 가치와 시장 발전 전망이 매우 높다.

1. 갈락토올리고당 소개 및 생리적 효과

1.1. 갈락토올리고당 (galacto-oligosaccharides) 소개

프리바이오틱스는 소화가 잘 되지 않는 식품 성분으로 비피도균과 유산균이 숙주 건강 증진을 위해 선택적으로 활용할 수 있다.그들은 장내 식물체의 균형을 유지하는 데 중요한 역할을 한다."최적의"장내 식물체를 가지면 보디 &를 강화할 수 있습니다#39;의 병원성 박테리아에 대한 저항성, 혈액 암모니아 질량 분율을 감소, 면역력을 강화, 암 위험을 감소 [1-2].갈락토올리고당 (Galactooligosaccharides, GOS)은 기능성 올리고당이며 최근 많은 관심을 끌고 있는 프리바이오틱 계열의 일종이다 [3-5].갈락토올리고당은 2 내지 10 갈락토오스로 구성된다단위와 말단 포도당 단위이며, 구조식 (갈락토오스) n-glucose이다.

또한, 2개의 갈락토스 단위로 구성된 이당류 또한 올리고당의 일종으로 간주된다.올리고당은 자연계에서 소량 발견되며, 모유와 일부 과일, 채소에만 함유되어 있다.이들은 물리적, 화학적 특성이 우수하고 생리적 효과가 뛰어나서 [6] 식품 산업에서 첨가제로 사용하기에 매우 적합하다.또한, 올리고당의 안전성 또한 널리 알려져 있다.예를 들어 일본은 이미 올리고당을 특정 건강식품 (FOSHU)으로 간주해왔고, 미국은 일반적으로 인정된 안전한 물질 (GRAS) [7]로 인정했으며, 중국은 영양 강화제 및 신자원 식품으로 정의했다.따라서 갈락토올리고당은 유아용 조제류, 발효유, 과자류, 구운 식품, 가축 사료, 애완동물 사료 등 여러 분야에 광범위하게 응용되고 있으며 시장 전망이 밝다.

갈락토올리고당의 물리화학적 특성 및 생리적 효과 1.2 

물리화학적 성질 1.2.1

상용화된 갈락토올리고당반투명하고 노르스름에서 무색이며 일반적으로 자당의 0.3~0.6배에 달하는 적당한 단맛이 있다.점도는 액상과당 시럽과 비슷하며 열량은 자당 시럽보다 낮으며 일반적으로 50% 미만이다.갈락토-올리고당류는 친수성 그룹을 많이 함유하고 있어 수용성 및 수분 유지력이 우수하고 보습성이 강하다.게다가, 구조로 인해,이 포함 된 많은 β-(1 → 3), β-(1 → 4)와 β-(1 → 6) 당 결합 되지 않은 쉽게 hydrolyzed, 그것은 광범 위하게에서 높은 안정성을 높은 온도와 pH범위.예를 들어, 37°C, pH 2의 온도에서 몇 달 동안 안정하게 유지될 수 있다.또한 중성 pH 7, 온도 160°C 또는 pH 3, 온도 120에서 처리한 후에도 물리적, 화학적으로 안정한 상태를 유지할 수 있다.

1.2.2 생리적 효과

1) Non-digestibility다.어떤 성분이 전생균 [1]으로 정의되기 위해서는 반드시 존재해야 하는 요소 중 하나가 비소화율이다.갈락토-올리고당은 일반적으로 body&에 의해 소화 또는 흡수되지 않습니다#39; s 소화 효소에는 β 가 많기 때문에-galactoside 설탕하는 단위 사이의 채권은 쉽게 hydrolyzed,지 않을 제외하고는 아주 작은 수의 이당 류이다.연구에 따르면 [8-9] 질량 분율이 90% 이상인 올리고당류는 위와 소장에서 소화 또는 흡수되지 않고 대신 대장으로 직접 통과한다.체외 실험들은 또한 그 oligosaccharides보여 galactooligosaccharidesgalactotrioses와 같은 침은 인간에 의해 hydrolyzed지 않 α-amylase, 인공 위액, 또는 돼지 췌장암 α-amylase다.쥐의 장에 있는 효소에 의해 소량의 이당류만이 소화될 수 있다.또한, 갈락토올리고당의 열량은 5~8 kJ/g에 불과하여 매우 낮다.이러한 이유로 갈락토-올리고당은 당뇨병 환자 및 비만 환자를위한 식품의 감미료 및 벌크제로 사용될 수 있습니다.

2) probiotics의 증식을 촉진한다.갈락토올리고당은 비피도박테리아 (bifidobacteria)와 유산균 (lactobacilli)에 의해 선택적으로 이용될 수 있으므로 유익균의 증식을 촉진하고 유해균의 증식을 억제하며 장내 균형의 균형을 유지할 수 있다.Davis etal.[10]은 갈락토-올리고당 복용량이 비피도박테리아에 미치는 영향을 연구했는데 갈락토-올리고당이 5 g 이상 함유된 캔디를 3주 동안 매일 섭취하면 비피도박테리아 증식에 상당한 효과를 나타내 주는 것을 발견했다.장진진 등 (11)은 새끼돼지의 식이에 2%의 올리고당을 첨가하여 새끼돼지의 상대적 풍부도 유산균을 증가시킬 수 있는 연구를 하였다#39;s 장 및 장내 미생물 구성을 개선합니다.

3) 미네랄 흡수를 촉진한다.비피박테리움 등의 프로바이오틱스는 갈락토올리고당을 이용하여 단쇄지방산 (아세트산, 부티르산, 이소부티르산 등)과 젖산 등의 약산을 생성하여 장의 pH를 낮추고 칼슘과 철이온의 흡수를 촉진하며 골다공증을 예방할 수 있다 [7, 11-12].

4) 충치 예방.갈락토올리고당은 Streptococcus mutans의 생성을 감소시키고 충치를 방지하는 Streptococcus mutans에 의해 이용될 수 없다.동시에 갈락토올리고당은 달콤한 맛을 가지고 있으므로 어린이 &에서 감미료로 사용할 수 있습니다#39;의 음식 또는 어린이의 충치 발생을 줄이기 위해 안티 caries 사탕의 생산에서.

5) 변비의 예방과 치료.갈락토올리고당이 비피도박테리아에 의해 발효, 분해되면서 생성되는 CO2, H2, CH4와 같은 단사슬지방산과 가스는 장의 운동을 자극하고 변의 수분함량을 증가시키며 변비를 예방할 수 있다.

6) 기타:갈락토올리고당은 면역계 조절, 지질대사 조절, 종양세포의 성장 억제 [12-14] 에도 중요한 역할을 한다.갈락토올리고당은 또한 인간의 피부에 있는"이로운"박테리아의 성장을 선택적으로 자극하는 것으로 밝혀졌다.미용 첨가물로서 어느 정도 보습 효과가 있으며 [15] 여드름 해소에 도움을 주기도 한다.또한, 장내 식물체 환경의 변화는 우울증, 비만, 알츠하이머 &와 같은 질병의 발생으로 이어질 수 있다는 연구 결과가 나왔다#39;s 병과 파킨슨 ' s 질병이다.올리고당은 장내 식물체 조절에 이롭기 때문에 생리학적 효과도 제약 분야 연구자들의 광범위한 관심을 받고 있다.

올리고당 2 준비

현재, 국내외 연구에 따르면 올리고당을 제조하는 주된 방법은 천연 원료로부터의 추출 (천연 다당류의 산 가수분해 등), 화학적 합성, 발효 및 효소적 방법 (생체 분해)이다.천연 원료의 올리고당 함량이 매우 낮기 때문에 꿀과 같이 일부 과일과 채소, 동물의 젖에는 극미량의 올리고당이 함유되어 있고 모유에만 약간 더 함유되어 있기 때문에 천연 원료에서 다량의 올리고당을 추출하는 것은 현실적이지 못하다.천연 다당류가 가수분해되면 올리고당의 수율이 높지 않고, 가수분해된 생성물의 조성이 복잡하여 기능성이 없는 다른 단당류/올리고당을 다량 함유하고 있어 분리 및 정제가 어렵고, 대규모 산업 생산에는 부적합하다.갈락토-올리고당을 제조하기 위한 화학적 합성 방법은 오염이 심하고, 비용이 많이 들며, 생태적으로나 경제적으로 효율적이지 않으며, 산업 생산에도 적합하지 않다.갈락토올리고당을 합성하는 방법 중에서는 발효법과 효소법이 더 많이 연구되어 왔다.효소 (β-galactosidase) 방법, 특정 transglycosylati에활동과 함께,의 주요 산업 생산 방법을이 되었galacto-oligosaccharides[16].

2.1 갈락토올리고당의 효소 합성 기작

β-Galactosidase 가수분해 활동을 사용 기판 유당을 분해 시키 갈 락 토 오 스와 포도당 단위로, 그리고 사용 β-galactosidase' 갈락토스 유닛을 다른 수용체로 전달하기 위한 transglycosylation activity.갈락토스 단위의 수용체가 물일 때, 갈락토스가 형성되고;갈락토스 단위의 당량이 다른 당량일 때, 올리고당이 형성된다.그러므로, β의 반응-galactosidase oligosaccharides를 합성하는 것은 kinetically 통제 된 지구와 합성 [18].동반 반응 한다.

2. 2 β-galactosidase, 소스와 합성의 oligosaccharides

2.2.1 β-galactosidase

β-galactosidase (e. c. 3.2.1.23), 락 타 아제 로도 알 려 진은 할 수 있는 유형의 glycosidase hydrolyze β-galactoside 채권 [4, 19]과 같은 분야에서 적용 되었음식, biosensors과 기본적인 연구이다.식품 산업에의 가수분해 활동 β-galactosidase은 유당이 저하 될 하기 위해 자주 사용에 유제품, 생산 low-유당유제품, 소화를 개선, 용해도, 단맛과 다른 맛의 유제품, 위험을 줄이고 유당 과민 증의 증상 유당 [4]에 의해 발생 한다.세계 성인의 70% 가까이가 유당불내증 [8]을 앓고 있다는 연구 결과가 있다.또한 유장 폐수를 처리하여 환경 오염을 줄이는 데 사용할 수 있습니다 [20-21].분야의 biosensors, 일부 β-galactosidase biosensors에 사용 되는 효소는 또한 유제품 [22]유당을 탐지 할 수 있다.연구 분야의 기본적인, 코딩 β-galactosidase 유전자 (lacZ)는 기자 로서 자주 사용 된 유전자를 모니터 transfection 율 [4]다.더 흥미 롭 게도, 그것의 가수분해 활동 외에, 일부의 원천 β-galactosidase 또한 transglycosylation 활동을 가지고 있어, 사용 할 수 있는 합성으로 galacto-oligosaccharides 구,는의 또 다른 주요 식품 산업에 사용 한다.

2.2.2 β의 출처-galactosidase

에는 β의 출처 가 넓은 범위의-galactosidase다.주요원천은 1) 식물원천이다.예를 들어 아라비도프시스 (Arabidopsis), 토마토, 딸기, 단고추, 사과, 망고, 바나나 [23];2) 동물원천이다.주로 어린 포유류의 소장에서 발견된다;3) 미생물원.세균 (예:Escherichi한coli, Lactobacillus 그리고Bifidobacterium), 곰팡이 (예:Aspergillus oryzae, Aspergillus niger 그리고Penicillium), 효모 (예:Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces fragilis 그리고Kluyveromyces marxianus) 및 actinomycetes (예:Streptomyces coelicolor) [5, 8].금형] [5, 8].그 β-galactosidase 동식물 출처에서나 온 작은 대량 부분 및 및 추출, 분리 하기는어 려 운 그래서 그것은 산업 생산이 적합 하지 않다.그러나, β-galactosidase에서 미생 물의 출처은 높은 생산량의 장점을 가지고 있, 낮은 비용과 짧은 주기, 그래서 그것이 되어 주요 공급원, 그리고 균은 니제르, 균은 oryzae, Kluyveromyces lactis, Bifidobacterium과 대장균에 대한 주요 효소 자원은 circulans β의 산업 생산-galactosidase [5, 24].

다른 소식통에서 β-galactosidases 유의하게 다르 단백질 시퀀스의 측면에서, 분자 가중치, 구조,하고 속성을 효소 합니다.의 유사성을 기반으로 β-galactosidase 단백질 시퀀스, 정보학 데이터베이스를 검색 CAZy의 (http://www.c azy다.org/),  β-galactosidase 여러로 세분화 될 수 있 glycoside hydrolase GH1 같은 가족, GH2, GH35, GH42, GH59 그리고 GH147.GH1, GH2, GH35, GH42 계열은 산업적 적용 가능성이 있는 것으로 보고되었다.그 β-galactosidase 다른 소식통에서 가족과 그들의 활동 특성은 표 1에 나와 있다.

2.2.3 β-galactosidase 합성의 oligosaccharides

최근 들어 올리고당의 유익한 효과가 점차 알려지면서, 올리고당에 대한 연구는 국내외 학자들의 관심이 집중되고 있다.현재,이 있었다수의 합성에 대한 보고서에 의해 oligosaccharides β-galactosidase 국내외에서다.합성의 주 된 방법에 의해 oligosaccharides β-galactosidase은 원유를 사용 하거나 순수 한 β-galactosidase 야생에서 박테리아 [32-33], 재조 합 β-galactosidase [34-35], 전체 세포 또는 permeabilized 미생물 [30-36]의 세포, 움직이 효소 또는 셀 [37, 29일] transglycosylation 과정을 촉진시 유당의 지구와, 그리고 달성 galacto-oligosaccharides의 biocatalytic 준비이다.

자유 효소를 이용하여 갈락토-올리고당을 합성하면 자유 효소가 반응에 직접 참여하고, 생성물은 순도가 높고 정제가 용이하다는 장점이 있다.단점은 사용되는 효소의 양이 많고 안정성이 높지 않다는 것이다.게다가, β-galactosidase 야생에서 박테리아과 정화, 분리 하기는 어렵고 비용이 높다, 하지만 안전은 높은 반면, β-galactosidase에서 재조 합 된 야생 효소 박테리아보다 더 쉽게 이용 할 수 있 것은다.올리고갈락토스의 고정화 효소 합성은 자유 효소보다 안정적이고 재사용이 가능하며, 올리고갈락토스의 공업적 생산에 대한 연구의 초점이다.

이후의 반응 β-galactosidase 동반 oligosaccharides를 합성하는 것은 동적 통제 되는 가수분해 반응과 지구의 합성의 속성을 β-galactosidase (효소 소스)은 파도에 의해 oligosaccharides의 효율적인 준비에 중요하다.예를들어, 생산량의 중 합 및 본드 유형 정도의 모든 속성에 따라 oligosaccharides β-galactosidase 효소 속성 [5].현재, β-galactosidase oligosaccharides의 상업적 합성에 사용 되는 주로 같은 박테리아에서 파생 된 대장균 circulans, 균은 oryzae과 Kluyveromyces lactis [5, 20].에 대한 반응 온도의 합성에 의해 oligosaccharides β-galactosidase에서 대장균 circulans은 40~60 ℃, pH은 6,에 가깝고 수익률은 40%이다;위한 최적의 반응 온도를 β-galactosidase에서 균은 oryzae은 40~60 ℃, 최적의 pH는 4. 5, 그리고의 수율 oligosaccharides 가 30%에 가까 운, 그리고 그것은 더 편리에 비해 효소를 준비 하기 위해 β-galactosidase에서 대장균 circulans다.β의 반응 온도에서-galactosidase Kluyveromyces lactis은 35~40 ℃, pH은 6. 5, 그리고의 수율 oligosaccharides은 30%에 관 한 것이다.게다가, β-galactosidase 유산균 kluveri에서 파생 되는 강 한 가수분해 활동과보다 지구 유당을 위해 더 적합 한의 합성 oligosaccharides [5].

그것은 또한다고 보도 되었의 3 차원 구조와 반응 메커니즘 β-galactosidase 단백질에서 다른 자료는 다른, 그리고 그들은 물과 설탕을 위한 다른 selectivities을 가지고 있다.을 야기하는 반응 조건이 다른에서 galacto-oligosaccharides의 수익률과 구조의 차이 (예를들어, β의 원천이-galactosidase 수율을 결정, 구성과 유형들의) [38].예를들어, 황 etal.[29].표명 heterologously 두 β-galactosidase 유전자에서 파생 된 acid-producing [39-40] 막대 균에 감염 됐고 조사를 얻 으려면 transglycosylation 및 지구 활동을 매우 활발 한 β-galactosidase다.효소는 반응온도 37 °C, 초기 젖당 질량농도 400 g/L, 반응 pH 7.5, 효소 첨가 10 U/g 젖당, 반응시간 48시간에서 높은 올리고당 수율을 보였다.

반응 pH는 7.5, 첨가된 효소의 양은 10U/g lactose, 반응 시간은 48h 이었다.이러한 조건에서 갈락토스의 수율은 약 45% 였으며, 생성물의 질량농도는 178 g/L에 달하였다 (isomaltose, oligosaccharides, trisaccharides 및 tetrasaccharides 포함).Zhu Wuer etal.[41] 사용 β-galactosidase에서 Salinomon로S62 연구 개체로 합니다.반응온도 40 °C, 초기 락토오스 매스 농도 300 g/L, 반응 pH 7.0, 효소 첨가 50 U/mL 및 반응시간 6시간에서 갈락토올리고당의 수율은 약 4 2% 이었다.이 제품은 isomaltose, galactose, 두 종류의 올리고당 갈락토스, 두 종류의 갈락토스를 포함합니다.

사용 Rodriguez-co-lins etal.[42]β-galactosidase 유산균 kluveri에서 양보를 얻 으려면 최대의 177 g/L로 oligosaccharides 유당 전환 율의 76%의 초기 유당 질량 농도 조건 밑에 400 g/L, 반응의 pH 7. 0, 40 ° C의 반응 온도, 효소 또한 양의 1.2-1.5 U/mL,과 6의 반응 시간이 h. isomaltulose 같은 이당 류 포함 된 제품, 갈 락 토 오 스, 두 가지 유형의 oligosaccharides 3 갈 락 토 오 단위,그리고 4 갈락토스 단위를 갖는 2 종류의 올리고당.5U/mL, 반응 시간은 6h, 갈락토올리고당의 최대 수율은 177 g/L, 유당 전환율은 76% 였으며, 이당류인 6-갈락토오스 및 이소말토오스 및 6-갈락토오스-유당을 포함하는 조성물.사용 Urruti한et알다.[43]β-galactosidase에서 균은 oryzae들을 생산하는 것이다.

GOS의 최대 농도는 107 g/L (총 당량의 26.8%) 이었으며, 이는 약 70%의 유당 전환율에 해당한다.갈 락 토 오 스, 포함 제품 3-O-β-galactosylglucose,과 6'가 될-β-galactosyl-lactose다.사용 Yanahir한et알다.[44]β-galactosidase에서 대장균 circulans에 효소 (275 U)를 추가 유당을 포함하는 솔루션 (55 g)에서 (pH. 0)의 반응 온도는 60 ° C (45 mL).반응은 23 h 수행 되,었고 제품들은 11 oligosaccharides (3 이당 류과 8 명의 trisaccharides 포함), 즉 β-D-Galp-(1. 0) 입니다.그 반응은 23 수행 되었h다. 11 가지 종류의 oligosaccharides를다 포함 된 제품 (3 이당 류과 8 명의 trisaccharides 포함), 즉 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-Glc다.의 biocatalytic 준비에 관 한 연구의 결과들에 의해 β은 다른 원인 으로부터-galactosidase 표 2에 표시 되어 있다.

효소의 특성 외에 β-galactosidase 자체, 초기 유당 농도의 촉매 조건과 반응 온도는 또한 galacto-oligosaccharides의 biocatalytic 준비의 핵심 요인이다.초기 유당 농도가 질량 대 부피비 30% 이상일 경우 합성 반응에 도움이 되며, 예를 들어 갈락토-올리고당 (50)의 수율을 높이는 데 도움이 된다.그러나 젖당의 용해도는 다른 당보다 약하다.30 °C의 온도에서 용해도는 물의 25%, 40 °C 에서는 물의 33% 밖에 되지 않는다.과포화로 고농도의 유당 용액을 얻을 수는 있지만, 과포화된 용액은 불안정하여 유당이 침전되기 쉽다.

따라서, 전환 시스템의 온도를 높이면 더 높은 초기 기질 (유당) 질량 농도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 올리고당 합성의 효율도 향상된다.농도, 그러나 또한 갈락토-올리고당의 합성의 효율을 향상시키는 데 도움이됩니다.동시에, 지나치게 높은 반응 온도 촉매를 쉽게 변성 및 무력 할 수 있 β-galactosidase다.감독 검사 또는 분자 진화를 얻 으려면 high-temperature-resistant β-galactosidase oligosaccharide 합성의 효율성을 향상 시키기 위해 (변환 시스템 기판 먹이 비율, 제품 생산량과 순수함, 등)은 또다른 뜨 거 운 oligosaccharides 효소 합성의 연구에서는 주제이다.현재 국내외 연구 [8]에서는 Sulfolobus tokodaii, Pyrococcus furiosus, Thermus thermophilus, Staphylococcus saccharolyticus 및 Halothermus marinus와 같은 고열성 미생물의 glycoside hydrolases 가 80 °C 이상의 온도에서 transglycosylation 반응을 촉매하는 능력이 있으며, 이는 바이오촉매 방법으로 제조된 올리고당의 수율을 향상시키는데 도움이 된다는 것이 밝혀졌다.

3. 효소 합성한 올리고당 갈락토스 분리 및 정제

현재까지 낮은 수율은 바이오촉매 방법으로 제조된 과당류의 산업적 생산의 결점으로 남아 있다.에 대한 β-galactosidase-mediated 효소 합성 경로,의 수율하는 데는 대개 oligosaccharides 가 20% 45%에 해당하는 (유당 기질이 변환으로 40%의 비율 60%), 그리고의 수율을 크게 증가 시키는 시도를 oligosaccharides biocatalysts를 최적화 함 으로써 또는 공정 공학 기술은 아직 성공 되지 않았습니다.따라서 효소 합성로의 최종 반응용액에서 가수분해 후 반응하지 않은 유당과 중합되지 않은 단당류 (포도당과 갈락토스)를 제거하는 것은 과당류의 분리 및 정제 연구에 있어 주된 어려움이자 병목점이 되었다 [32].현재 올리고당의 정제 방법에는 크로마토그래피 분리, 막 분리, 효소법, 선택적 발효법 [51] 등이 있다고 보고되었다.

크로마토그래피 분리는 분리하려는 물질의 성분과 고정상, 이동상 사이의 결합력이 다르고, 성분이 순차적으로 분리되는 것을 기본으로 한다.이온교환수지는 당류를 분리하기 위해 가장 일반적으로 사용된다 [52].이량위 등 53은 직접 만든 모의 이동 크로마토그래프와 순차 모의 이동 크로마토그래프 장치를 이용하여 각각 조악한 저분자 갈락토오스를 정제하여 양호한 분리 결과를 얻었다.비교 분석을 통하여 순차 모의된 이동 크로마토그래프를 이용하여 얻은 결과가 더 우수하였다.feed 굴절률 60%, 컬럼온도 60 °C에서 실험조건은 feed rate 467 mL/h, 유입수 유량 722.4 mL/h, 컬럼온도 60 °C 이었다.올리고당의 수율은 91.3% 였으며, 질량분율은 95.1% 이었다.

Wisniewski 4mL/h, 올리고당의 수율은 91.3%, 질량분율은 95.1% 이었다.Wisniewski 등 [54]은 모의 이동층 (SMB) 기술을 이용하여 질량 분율이 99.9%인 올리고당을 얻을 수 있다고 보고하였다.9% 저분자 갈락토올리고당.막분리는 분자량이 다른 물질은 막의 모공을 통과할 수 있는 반면 거대분자는 막혀있다는 점에 착안한 것이다.이를 통해 분자 크기가 다른 성분을 분리할 수 있습니다.그 중 초미세여과 나노여과는 기능성 다당류 [55]의 분리 및 정제에 자주 사용된다.

Feng 등 [56]은 800~1,000 Da의 cut-off phase를 갖는 NF-3 막을 이용하여 원유의 저분자 갈락토오스 제품을 정제하였다.단당류와 유당의 제거율은 각각 90.5%와 52.5% 이었고, 올리고당 질량분율은 54.5% (조제품의 1.5배)였다. 5%, 올리고당 질량분율은 54.5% (원제품의 1.5배), 올리고당 수율은 70% 이었다.

굴라스 등 (57)은 2개의 비대칭 셀룰로오스 아세테이트 막 (NF-CA-50 및 UF-CA-1)을 이용하여 조제된 갈락토-올리고당 생성물을 지속적으로 여과하고 투석하였으며, 과당 질량분율은 98%에 도달할 수 있었다.갈락토-올리고당과 오염물 (주로 유당과 단당류) 간의 분자 질량이 비슷하기 때문에 막 입도에 의한 분리는 어려운 일이다.단순당의 효과적인 제거는 합리적인 방법이지만, 유당을 제거하기 위해서는 효소적 가수분해 전 단계가 필요하며, 이는 생산성 저하와 비용 증가를 초래할 것이다.막분리는 선택적이고 오염이 없으며 에너지 효율적이기는 하지만 비용이 많이 들고 잦은 세척과 유지보수가 필요하므로 그렇지 않으면 막오염을 유발할 수 있으므로 대규모 산업 생산에 적용하는 데 한계가 있다.

효소법은 효소제를 첨가하여 해당 단순당과 유당을 선택적으로 제거한다.이 방법에 사용되는 효소는 특이성이 있고, 정제 결과가 우수하며, 제품 순도가 높은 장점이 있다.Maisch-Berger 등 (58)은 Lactobacillus roxannae 로부터 매우 특이적인 cellobiose dehydrogenase를 이용하여 갈락토올리고당의 원유 생성물을 정제하였다.그리고, 크로마토그래피 단계를 이용하여 이온과 단당류를 제거하여 단당류와 유당 질량분율이 0.3% 이하인 퓨어 갈락토올리고당을 얻었다.3%, 올리고당 수율은 60.3%에 달했다.효소 정제 과정은 낮은 안정성, 회수율 및 높은 효소 조제의 가격 등의 요인으로 인해 비용이 많이 든다.또한, 효소반응이 일어나면서 반응계의 pH 가 점차 감소하여 효소의 활성에도 영향을 미치므로 산업적 응용에 제한을 받게 된다.

상술한 분리 및 정제 방법 외에도 미생물의 선택적 발효 특성을 고려한 발효 분리 방법도 갈락토-올리고당의 정제 효과를 효과적으로 향상시킬 수 있다.이는 최근 국내외에서 뜨거운 연구 주제이기도하다.예를 들어, 클루이베로마이세스 (Kluyveromyces) 및 사카로마이세스 세르비지애 (Saccharomyces cerevisiae) 균주를 사용할 경우, 생올리고갈락토스의 발효전환 (생전환)을 통해 전환용액에서 대사가능한 당 (포도당, 갈락토스 및 락토스)을 선택적으로 제거할 수 있으며, 이를 통해 올리고갈락토스 정제라는 목표를 달성할 수 있다.Rengaraj한등 59)은 Saccharomyces cerevisiae의 선택적 발효에 의한 고순도 isomaltooligosaccharides (IMOS)의 연속 생산에 대해 연구하였다.

IMOS의 저품질 분획물 (67%)은 분리된 균주인 Saccharomyces cerevisiae (4%)를 3L 생물반응기에서 1 h 동안 배양하고, 미세여과막 사이클과 조합하여 고품질 IMOS, 제품 질량분획>91%, 수율 79%, 시공간 수율이 가장 높은 198.79 g/(L · h)을 얻었다 윤 등 (60)은 Saccharomyces cerevisiae를 이용한 저분자 갈락토스로 전환한 모주의 선택적 발효 특성을 연구하였다.본 연구를 통해 24시간 동안 혐기성 당 발효가 저분자 갈락토스로 전환된 모주의 단당류 (포도당과 갈락토스)의 질량 농도를 특이적으로 제거하고 제품 품질 분율을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.이러한 선택발효 및 분리법은 질량분율이 높은 제품을 얻을 수 있지만, 선택발효 (생물전환) 역시 단점이 있다.발효과정은 높은 세포량을 필요로 하며 정제되지 않은 갈락토올리고당을 희석할 필요가 있다.에탄올, 아세트산, 글리세롤 등의 대사 부산물의 생성도 생성물의 질량분율과 수율에 영향을 줄 수 있다 [5].

올리고당의 산업별 생산현황 4

과당류의 공업적 생산은 일본에서 시작되었으며 [4], 이후 유럽과 미국에서 상업화되었다.China'의 올리고당 산업은 비교적 늦게 시작되었습니다.오늘날 많은 국내외 기업들이 올리고당 산업에 목표를 두고 있다.상업적으로 생산되는 올리고당의 제조업체에는 주로 Japan's Yakult Honsha Co., Ltd., 일본 's Nissh에서Sugar Manufacturing Co., Ltd.는 네덜란드 'Z, 유나이티드 스테이츠'일리노이 옥수수 제품 국제, China's Baolingbao Biology, 그리고 Quantum Hi-Tech Biology Co., Ltd. .

시판되고 있는 주요 올리고당 제조용 조성물은 하기 표 3에 나타내었다.비록의 산업 생산에서 큰 진전이 있었oligosaccharides 국내외에서,에는 아직도 일부 긴급 oligosaccharide 산업에서 해결 해야 할 문제의 난이도를 같은 분리 해서 정화 oligosaccharides (현재, 품질에 대부분의 국내 oligosaccharide 생산 된 제품의 일부분을 국내 시장은 57% 미만),와 기존의 상업화 된 β-galactosidase 활동은 높지 않을 40% (약 30%들은 수율)이다.그러므로,의 개발을 위한 효율적인 방법의 분리와 정화에 대한 검색을 oligosaccharides과 새로 운 β-galactosidases 될 탁월 한 성능과에 대한 미래 산업 연구의 주요 방향 oligosaccharides,는 높은 연구 가치와 개발 전망 [61].

5 결론

상기 분석결과를 통하여, 올리고당은 우수한 물리화학적 특성 및 생리적 효과로 인하여 유아용 조제류, 발효유, 과자류, 구운 식품, 가축 사료 및 pet사료 등의 산업에 널리 사용되고 있으며, 지속적인 개발 가능성을 가지고 있다.생물촉매법에 의한 갈락토-올리고당 제조에 대한 연구가 심화됨에 따라, 국내외의 학자들은 생물분해에 의한 갈락토-올리고당 제조에 사용되는 효소의 원료개발, 촉매 제조공정의 개발, 갈락토-올리고당의 분리 및 정제 방법의 연구 및 개발 등에 많은 시도를 하였으며 상당한 진전을 보이고 있다.그러나 연구성과는 여전히 공업생산의 수요와 끊임없이 확대되는 시장수요를 충분하게 충족시킬수 없다.현재, 생산 공정의 관점에서 볼 때, 과당류의 낮은 수율과 분리 및 정제의 어려움은 여전히 과당류의 산업적 발전을 제한하는 중요한 요인이다.

또한, 차이나's 올리고당 생산 산업은 여전히 촉매의 단일 소스, 낮은 제품 순도 및 개선되어야 할 테스트 방법의 부족과 같은 문제를 가지고 있습니다.위와 같은 연구 방향에 대한 국내 연구자들의 지속적인 노력으로 바이오촉매 방법에 의한 올리고당 제조시 어렵고 병목되는 문제에 획기적인 발전이 이루어질 것이며, 기술 개발에서의 미비점은 점차 보완될 것으로 생각된다.이를 통해 바이오촉매 (biocatalytic) 법에 의한 올리고당의 효율적인 조성이 가능하여, 올리고당이 프리바이오틱스 (prebiotics) 로서 중국인들의 일상생활에 점차 침투하여, 서브 차이나 '의 건강 산업, 그리고 상응하는 경제적 이익과 사회적 효과를 창출합니다.

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