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　　Foodjx導(dǎo)讀：本文對(duì)目前低聚半乳糖制備的五種方法，天然原料提取、天然多糖酸解、化學(xué)合成法、酶法及微生物發(fā)酵法進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹，同時(shí)也對(duì)低聚半乳糖在食品和醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。
　　
　　一．引言
　　
　　低聚半乳糖（Galacto-OligoSaccharidcs，GOS）是一類在乳糖的半乳糖基一側(cè)連接上1個(gè)或多個(gè)半乳糖分子的的結(jié)合寡糖，分子式為（Galactose）n-Ghrcose，半乳糖之間可以β（1→3、4、6）等鍵相結(jié)合，以β（1→4）鍵為主。動(dòng)物的母乳中含有稍高濃度的GOS，是一種具有天然屬性的功能性低聚糖[1]；GOS具有出色的保水力和*的酸熱穩(wěn)定性；GOS不但可選擇性的促進(jìn)雙歧桿菌等益生菌增殖，抑制有害菌的代謝，利于B族維生素、*和*的生成，而且能有效刺激腸道蠕動(dòng)，增加糞便濕潤(rùn)程度，減少和防止便秘的發(fā)生，還能夠能夠促進(jìn)腸道對(duì)鈣、鎂和鉀的吸收，防止骨質(zhì)疏松[2]，因而GOS已經(jīng)成為一種非常食品和飲料加工業(yè)的食品添加劑。
　　
　　二．低聚半乳糖的制備進(jìn)展
　　
　　GOS因其具有出色的理化和生物性能，成為國(guó)內(nèi)外眾多研究者關(guān)注的焦點(diǎn)，如何針對(duì)不同需求和基于經(jīng)濟(jì)考量來(lái)選擇合適的制取方法亦成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，到目前為止GOS的制備方法主要有以下五大類：
　　
　　1天然原料提取、酸解和化學(xué)合成法、
　　
　　天然原料中低聚半乳糖濃度超低，且無(wú)色和不帶電荷，很難分離提取到。天然多糖酸解的產(chǎn)率低，產(chǎn)物極其復(fù)雜，高純度產(chǎn)品不易獲得?；瘜W(xué)合成法不可避免用到大量有毒易殘留化學(xué)試劑，合成時(shí)還需要引入多步羥基保護(hù)反應(yīng)和去保護(hù)反應(yīng)，步驟繁瑣，得率低，生產(chǎn)成本高，而且存在環(huán)境污染、副產(chǎn)品得率高和分離純化難度大等問(wèn)題，因此主要限于新型低聚糖的物化特性研究。
　　
　　2.酶法
　　
　　酶法合成GOS主要以高濃度乳糖或乳清為原料，由β-半乳糖苷酶催化完成。β-半乳糖苷酶除能將乳糖水解為半乳糖和葡萄糖外，還能通過(guò)轉(zhuǎn)半乳糖苷合成GOS。β-半乳糖苷酶的來(lái)源十分廣泛，如植物、細(xì)菌、霉菌、酵母和動(dòng)物腸道[3]?？紤]到食品中酶殘留的安全性因素，一般以A.niger，A.oryzae，K.lactis及K.fragile等微生物作為酶源。因酶來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜，且原料充足，工藝成熟，酶法已成為目前工業(yè)化生產(chǎn)GOS的*方法。
　　
　　2.1游離酶法
　　
　　KanT報(bào)道了用米曲霉β-半乳糖苷酶制備GOS的方法：乳糖濃度50-90%，溫度55-83℃，自然PH值，如：沸水浴制取80%（w/v）乳糖溶液，冷卻至65℃后，加入β-半乳糖苷酶，反應(yīng)4h，低聚糖的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到31%[4]。而Komika利用嗜熱菌（Thermussp）β-半乳糖苷酶，乳糖初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，反應(yīng)溫度70℃，PH值為7.0，反應(yīng)若干小時(shí)，低聚半乳糖的得率則為40%[5]。陜西科技大學(xué)的范金波、許牡丹和毛跟年等利用米曲霉以乳清為底物進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示*條件為：乳清粉濃度為35%，溫度55℃，PH為5.5，加酶量為500U/g（乳清粉），*條件下GOS得率可達(dá)到30.5%。
　　
　　2.2非水相酶法
　　
　　GOS的合成是利用水解的逆反應(yīng)轉(zhuǎn)半乳糖苷制得的，反應(yīng)體系中水的存在會(huì)引起乳糖水解反應(yīng)，導(dǎo)致GOS的生成減少，因此，降低水的濃度能使GOS的產(chǎn)量增加，非水相酶反應(yīng)體系就是基于此提出的。但是為了維持酶的構(gòu)象防止其活性下降，需要合理地控制有機(jī)相和水相的比例。1994年，韓國(guó)的Hyun-JaeShin等人研究表明95%（v/v）環(huán)己烷/5%水的反應(yīng)體系與游離酶反應(yīng)體系相比，低聚半乳糖得率從38%提高到45%[6]。歸莉瓊等分別對(duì)5%水/95%（體積分?jǐn)?shù)）環(huán)己烷和20%水/80%（體積分?jǐn)?shù)）乙酸乙酯的兩相體系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)合成低聚半乳糖的效率比純水相中高。
　　
　　2.3固定化酶連續(xù)法
　　
　　固定化酶在非水溶性的載體上被固定后，可引起一定立體障礙，低聚糖分子較大，酶與之結(jié)合困難，因此低聚糖不易被酶作用而降解。以脫鹽乳清粉為原料，陜西科技大學(xué)的范金波，許牡丹和毛跟年等選用固定化米曲霉乳糖酶對(duì)GOS進(jìn)行催化合成，能明顯提高GOS的合成率。優(yōu)化后的*工藝條件為：PH5.0，乳清粉濃度50%，乳糖酶量40U/g，溫度55℃，反應(yīng)時(shí)間36小時(shí)，在此條件下GOS的合成率為29.78%。天津科技大學(xué)用海藻酸鈉-明膠凝膠包埋法制備固定化β-半乳糖苷酶，當(dāng)乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為41.5%，加酶量為0.14%，反應(yīng)時(shí)間為0.98h，溫度55℃時(shí)，GOS得率為41.4%。
　　
　　3微生物發(fā)酵法
　　
　　ShinH-H等人[7]采用細(xì)胞發(fā)酵的方法，將5ml細(xì)胞懸浮液接種于45ml培養(yǎng)基中（乳糖40%，PH值6.0），30℃下往復(fù)振蕩器上無(wú)菌培養(yǎng)60h，產(chǎn)生232mg/ml的低聚半乳糖，低聚糖的產(chǎn)率達(dá)到64%，這在目前所報(bào)道的低聚半乳糖的產(chǎn)率中是zui高的。細(xì)胞固定化技術(shù)是利用物化手段將游離細(xì)胞定位于限定的空間區(qū)域并使之保持活性并可反復(fù)使用的一種技術(shù)，目前在合成GOS的領(lǐng)域內(nèi)異?；钴S。魏東芝和王筱蘭固定嗜熱脂肪芽孢桿菌，以乳糖為底物，在纖維床反應(yīng)器中連續(xù)合成GOS，zui高得率為50.7%。
　　
　　三．低聚半乳糖的應(yīng)用進(jìn)展
　　
　　低聚半乳糖具有*理化性質(zhì)和的生理功能，在食品和醫(yī)藥中具有廣泛的應(yīng)用。
　　
　　3.1低聚半乳糖在食品工業(yè)中的應(yīng)用
　　
　　GOS廣泛地應(yīng)用于烘培食品、乳制品、糖果、果醬、清涼及保健飲料、糕點(diǎn)、調(diào)味品中。例如因GOS與乳糖結(jié)構(gòu)更相似，可添加到冰激凌原料中以防止乳糖結(jié)晶析出[8]。內(nèi)蒙古伊利集團(tuán)的一項(xiàng)“含低聚半乳糖和膳食纖維的液態(tài)乳制品及其制備方法”的中，提到了一種同時(shí)添加低聚半乳糖和膳食纖維的乳制品，其成功地解決了添加上述物質(zhì)后的貨架期穩(wěn)定性問(wèn)題，而且所提供的產(chǎn)品具有營(yíng)養(yǎng)，安全，對(duì)腸道健康等特性。應(yīng)用于焙烤食品不僅能改善食品風(fēng)味、質(zhì)地及色澤，還能因?yàn)槠涞湍芰繙p少肥胖癥的發(fā)生[9]。
　　
　　3.2低聚半乳糖在保健品中的應(yīng)用
　　
　　嬰幼兒配方奶粉中添加GOS，可以促進(jìn)嬰幼兒腸道健康并增強(qiáng)其強(qiáng)抵抗力。
　　
　　據(jù)報(bào)道，出生6-7天的人工喂養(yǎng)嬰兒使用含3.6-9g/LGOS的奶粉，連續(xù)喂養(yǎng)28天，試驗(yàn)組嬰兒腸道內(nèi)雙歧桿菌和乳酸菌的數(shù)量顯著高于對(duì)照組，其糞便濕潤(rùn)度和排便次數(shù)亦較對(duì)照組增加，GOS的添加還進(jìn)一步提高了嬰幼兒對(duì)配方奶粉的生理耐受性。隨著年齡的增長(zhǎng)，腸道有益菌明顯下降導(dǎo)致中老年便秘[10]，患有便秘的老年病人每日攝食15gGOS，并同時(shí)攝食短雙歧桿菌，能建立正常的排便習(xí)慣。對(duì)于有便秘癥狀的糖尿病人的研究結(jié)果表明，攝食低聚半乳糖后，便秘現(xiàn)象緩解[11]。
　　
　　3.3低聚半乳糖在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用
　　
　　微生態(tài)制劑對(duì)腸胃病的治療效果明顯優(yōu)于抗生素已成為其藥物，由于GOS能被腸道內(nèi)所有的雙歧桿菌利用，而有害菌幾乎不能加以利用，所以腸道疾病的患者服用低聚半乳糖，能大大縮短療程，避免服用藥物產(chǎn)生的毒副作用[12]。荷蘭祖*申請(qǐng)了一項(xiàng)---含有免疫球蛋白和低聚糖的營(yíng)養(yǎng)組合物，其中的低聚糖即為GOS，而向嬰兒腸道內(nèi)給予含有半乳寡聚糖的營(yíng)養(yǎng)物可用于降低感染的幾率和/或嚴(yán)重性，特別是對(duì)于呼吸道感染。GOS還能應(yīng)用于中藥中，公開(kāi)號(hào)101209269的中提供了GOS改良傳統(tǒng)膏滋制作的新應(yīng)用，傳統(tǒng)方法制作的膏滋成分復(fù)雜，含糖量高，以致久服易影響腸胃功能，產(chǎn)生高血糖和導(dǎo)致體重增加等缺點(diǎn)，而在膏滋制作中采用GOS，使膏滋質(zhì)量穩(wěn)定，熱值低，口感良好，調(diào)節(jié)腸胃功能。
　　
　　四．展望
　　
　　在我國(guó)，GOS目前只有少量生產(chǎn)工藝相關(guān)的報(bào)道，而且主要為實(shí)驗(yàn)室研究，產(chǎn)業(yè)化水平較低，還未形成規(guī)模，主要原因是有兩個(gè)，一是GOS分離純化成本太高，二是缺乏性能優(yōu)良的β-半乳糖苷酶，都制約著GOS產(chǎn)業(yè)在我國(guó)的發(fā)展。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的低聚半乳糖產(chǎn)品基本上都是用生物酶法合成，因酶源性質(zhì)不同等因素的差別，反應(yīng)得到的低聚糖的收率大不相同，同時(shí)溶液中還存在相當(dāng)數(shù)量的乳糖、少量葡萄糖和極少量的半乳糖大大降低了低聚半乳糖的生理功效和適用對(duì)象的數(shù)量，因此加強(qiáng)對(duì)GOS產(chǎn)品分離提純方法的研究以及運(yùn)用生物技術(shù)使β-半乳糖苷酶純度更高，活性更強(qiáng)，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科研意義。
　　
　　低聚半乳糖是以乳糖為原料的寡糖類混合物，具有許多其他糖類不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，更被譽(yù)為母乳益生元，目前國(guó)內(nèi)低聚半乳糖的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閶胗變号浞绞称?，尤其是嬰幼兒配方奶粉，隨著健康理念的傳播、GOS開(kāi)發(fā)研究的不斷深入，加之我國(guó)原材料的豐富，消費(fèi)市場(chǎng)的無(wú)限潛力，相信低聚半乳糖將具有良好的市場(chǎng)前景。