CN108384821A - 一种促进肠道益生菌增殖的低聚糖的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种促进肠道益生菌增殖的低聚糖的制备方法,该方法根据酶对不同底物的选择特异性,以乳糖和纤维二糖、蜜二糖、海藻糖等常见的低聚二糖分别作为混合底物,用来源于植物乳杆菌70810β‑半乳糖苷酶催化转糖基反应,得到的产物通过活性炭β‑硅藻土吸附层析进行分类纯化,得到各种异低聚半乳糖混合物。该制备方法工艺简单,成本低,采用该方法制备得到的低聚糖中三个分子以上低聚糖含量在95%以上,且表现出对肠道益生菌显著的增殖功能活性,同时抑制有害菌生长,产物中几乎不含单糖和双糖,扩大了受用人群和应用领域,安全性高,可直接应用于各类食品添加。
Description
技术领域
本发明涉及功能性低聚糖生产的领域,更具体地,涉及一种促进肠道 益生菌增殖的低聚糖的制备方法。
背景技术
人和动物肠道内所栖息的多种细菌组成了肠内的细菌系统,双歧杆菌 和乳酸菌是人类肠道菌群中少数不产生内毒素和外毒素,且无致病性的有 益微生物。大量实验结果表明,双歧杆菌和乳酸菌在肠道内的增殖可以提 高机体抗体水平,启动巨噬细胞的吞噬活性,提高抗感染能力,是肠道内 对人体健康最有促进作用的有益菌。由于人体胃肠缺乏水解功能性低聚糖 的酶系统,功能性低聚糖能避免人体消化系统干扰,选择性进入大肠,被双歧杆菌等有益菌利用,而一些有害细菌如志贺氏杆菌、沙门氏菌、金黄 色葡萄球菌等对大多数益生元很难加以利用,因此功能性低聚糖可以选择 性促进益生菌增殖,优化肠道菌群,改善肠道微环境。
功能性低聚糖是一种新型的功能性食品添加剂,其中食疗效果最好 的是被称为“双歧因子”的低聚半乳糖(GOS)。GOS,通常是以乳糖 (β-D-Gal-(1→4)-α,β-D-Glcp)为单一底物,利用β-半乳糖苷酶将其中的半 乳糖基部分转移到反应混合物中的糖分子上形成复杂多样的低聚糖。混合 物中的糖分子包括半乳糖、葡萄糖、乳糖以及不断合成的更高聚合度低聚 糖。乳糖在反应中既是半乳糖基的供体,同时也是半乳糖基的受体,合成 的低聚糖种类大约30多种,其分子通式为(Galactose)n-Galactose/Glucose。
鉴于不同功能性低聚糖在物化性质和生理功能上的差异性,不断开 发一些具备更新更强益生功能的低聚糖已经成为研究热点。利用糖苷酶对 于不同底物的选择特异性,可以得到各种不同结构和功能的低聚糖。目前 开展此研究的糖苷酶包括葡聚糖糖苷酶、果聚糖糖苷酶和半乳糖糖苷酶。 其中利用β-半乳糖苷酶的转糖基活性,以乳糖中半乳糖基供体,一系列的 糖醇、单糖或二糖作为受体,可以合成几乎无限多样的新型低聚糖,有助 于开发特定生理功能的功能性食品,逐渐引起了业内科研工作者的关注。 我们将这种异源半乳糖基与不同受体发生反应合成的低聚糖称之为“异低 聚半乳糖”(hetero-oligosaccharides,简称HeOS),其分子通式为(Galactose) n-Saccharide。目前,关于异低聚半乳糖(HeOS)制备及其功能活性的研究 国内外还鲜有报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型功能性低聚糖的制备方法,该方法根据 酶对不同底物的选择特异性,以乳糖和纤维二糖、蜜二糖、海藻糖等常见 的低聚二糖分别作为混合底物,用来源于植物乳杆菌70810β-半乳糖苷酶催 化转糖基反应,得到的产物通过活性炭β-硅藻土吸附层析进行分类纯化制 得。该制备方法工艺简单,成本低,采用该方法制备得到的低聚糖中三个 分子以上低聚糖含量在95%以上,且表现出对肠道益生菌显著的增殖功能 活性,同时抑制有害菌生长,是一种非常具有开发利用前景的功能性食品 添加剂。
本发明的目的是通过以下方式实现的:
一种促进肠道益生菌增殖的低聚糖,主要由以下步骤制备得到:
(1)将乳糖和双糖受体置于反应容器中,加入50mmol/L磷酸盐缓冲 溶液并调整总糖浓度,再121℃,100~105Kpa处理15-25min,使其完全溶 解后自然冷却至40~44℃,水浴保温30min;
(2)将β-半乳糖苷酶加入上述反应体系,使其浓度达到10~20U/mL 后置于恒温水浴摇床中进行反应;
(3)沸水浴灭酶5min以终止反应;
(4)将上述反应产物,通过活性炭-硅藻土吸附层析进行分类纯化,去 除单糖和双糖,纯化产物经稀释后冷冻干燥,得到本产品。
步骤(1)中乳糖和双糖受体按照质量比1:2~1:4混合溶解,磷酸盐缓 冲溶液pH6.5~7.5,总糖浓度40~60%;
步骤(2)中反应温度40~44℃,摇床转速为150~250r/min;
步骤(3)中反应时间为10~14h。
本发明中使用的β-半乳糖苷酶源于植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum70810)胞外酶,该菌株分离自泡菜,已于2011年7月10日在中国微生物 菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏,保藏号CGMCC No.2843。
本发明中β-半乳糖苷酶酶活测定方法如下:
(1)测定原理:在适宜温度下,β-半乳糖苷酶可催化易溶于水的无色 化合物邻硝基苯-β-D-半乳糖苷(oNPG)水解生成邻硝基苯酚(oNP),oNP 在碱性范围内成呈黄色,且在420nm有最大的吸收峰,根据吸光值的大小 结合数学运算可判断酶活力的大小。
(2)测定方法:称取2.8mg的oNPG溶于10mL磷酸缓冲液(50mM, pH 6.5)中配制成2mM的oNPG溶液。取1mL预热,加入适当浓度的酶 液1mL,于37℃下反应10min,加入4mL的1.0M的碳酸钠溶液终止反 应。溶液静置5min后,于420nm处测定产物oNP的吸收值。酶活力单位 定义为:β-半乳糖苷酶催化oNPG水解,以每分钟释放1μmol的oNP所需 的酶量定义为1个酶活力单位。
本发明中低聚糖的分类纯化方法如下:
(l)吸附层析中混合填料活性炭-硅藻土预处理:粉末状活性炭在150 ℃下烘焙2h除去气泡,用40%的盐酸溶液沸水条件下洗涤30min除去金 属离子等杂质,再用蒸馏水洗至中性,以1:1的比例与硅藻土混合均匀。湿 法匀浆灌柱(3.0×30cm),待柱床平整后,用2~3倍柱床体积的超纯水进 行洗脱,再用相同量的乙醇洗脱,然后再换用相同体积的超纯水洗后待用。
(2)按照1.2.1中的方法进行酶反应后,将得到的反应液冷却至室温 后5000r/min离心,过滤掉其中的不溶性杂质和变性的酶,得到澄清透明 的混合糖液。将AKATA二维液相色谱各部件连接好,在分别与A、B对应 的两个储液缸中注满超纯水和乙醇,平衡好层析柱,将上述得到的混合糖 液通过进样器注入到层析系统中,运行在主泵的仪表盘中已经录入的洗脱 程序,开始洗脱过程,洗脱程序如下:
将得到的洗脱液每隔1管分别利用苯酚-硫酸法和GC法检测,确定产 物的纯度和浓度。将己经纯化完全的单一组分归类、合并收集,并通过旋 转蒸发仪蒸发掉乙醇和多余水分后冷冻干燥得到无定形的白色粉末。
(3)苯酚-硫酸法测定总糖含量:糖在浓硫酸作用下,脱水生成的糠醛 或轻甲基糠醛能与苯酚缩合成一种橙红色化合物,在10~100mg范围内其 颜色深浅与糖的含量成正比,且在490nm波长下有最大吸收峰,故可用比 色法在此波长下测定。具体为吸取100μL的待测样液,向其中加入900μL 的蒸馏水后混匀,再加入0.5mL的苯酚溶液,最后缓慢加入2.5mL浓硫酸, 振荡均匀使其显色,待温度降至室温下尽快测定其吸光值。
本发明中低聚糖的定量测定方法如下:
(1)样品衍生:称取冻干的低聚糖样品约5mg,加入350μL 2.5%氯 化羟胺/吡啶溶液,75℃水浴30min;分别加入350μL六甲基二硅氮烷和 35μL三氟乙酸,45℃水浴30min;反应混合物8000g离心5min;取上清 过0.45μm有机滤膜,1μL注入GC分析。
(2)色谱条件:色谱柱为HP-5毛细管柱(30m×0.25mm,0.25μm); 进样口和检测器温度分别是300℃和320℃;升温程序:200℃保持15min, 以3℃/min升至260℃,再以1℃/min升至280℃,最后以5℃/min升至 310℃,保持10min;载气(N2)流速:1.0mL/min,进样量1μL;分流比 40:1。
(3)定量方法(内标法):以苯基-β-葡萄糖苷(0.2mg/mL)作为内 标,分别配制0.02~2.0mg/mL浓度的(葡萄糖、半乳糖、乳糖、4'-半乳糖 基乳糖)标准溶液,制作标准曲线。
本发明中低聚半乳糖体外增殖肠道益生菌(乳酸菌)研究方法如下:
(l)培养基配制:分别称取一定量的本发明所述低聚糖置于试管中, 无菌水溶解,0.22μm过滤;然后分别取代MRS培养基中的乳糖作为唯一 碳源添加到无菌培养基中,并使终浓度为2%。其它按正常配制,作为试验 组。将乳糖和商业化GOS(GOSQHT)做同样的处理,作为对照组。
(2)菌种活化:将供试的乳酸菌接种于MRS培养基中,于37℃恒 温培养箱中培养48h,酶标仪测定细菌浓度,调整其浓度OD600为1.2,备 用。
(3)生长曲线的测定:将活化好的乳酸菌以2%的接种量,分别添加 到试验组和对照组的无菌培养基中,混匀后移入无菌96孔板中,每孔300 μL,于37℃恒温培养箱中培养48h,每株乳酸菌做三个平行,不接种的培 养基作为空白对照。每隔1h,采用多功能酶标仪准确测定发酵液OD600, 连续测定48h。最后以时间为横坐标,OD600为纵坐标,绘制乳酸菌生长曲 线,拟合曲线方程,计算μmax和lag。
本发明的优点和积极效果在于:
1)本发明中的生产工艺简单,成本低,低聚糖纯度可达95%以上,可 规模化生产。
2)本发明采用活性炭β-硅藻土吸附层析进行低聚糖分类纯化,效果显 著,产物中几乎不含单糖和双糖,扩大了受用人群和应用领域。
3)本发明采用来源于食品级微生物植物乳杆菌70810的β-半乳糖苷酶 进行酶法合成,安全性高,可直接应用于各类食品添加。
4)本发明中制备的低聚糖聚合度、单糖残基组成及糖苷键构型复杂多 样,除了已表现出的显著增殖肠道益生菌功能活性,还将具有多种潜在的 生理功能活性的开发前景。
附图说明
图1本发明中酶合成反应产物分离纯化图。
图2本发明中酶合成反应产物的GC图。
图3本发明中酶合成反应产物增殖肠道益生菌生长曲线图。
具体实施方式
下面将结合实施例更详细地描述本发明的优选实施方式。但实施例的 具体细节仅用于解释本发明,不以任何方式限制本发明。
实施例1
将乳糖和蜜二糖受体按1:2置于螺口瓶中,加入pH6.5的50mmol/L磷 酸盐缓冲溶液调整总糖浓度至40%,经高压处理(121℃,103Kpa,20min), 使其完全溶解后自然冷却至反应温度40℃,水浴保温30min;称取适量β- 半乳糖苷酶加入上述反应体系,使其达到(10U/mL)终浓度后置于恒温水 浴摇床(150r/min)中进行反应;反应14h后,沸水浴灭酶5min以终止反应; 将上述反应产物,通过活性炭-硅藻土吸附层析进行分类纯化,去除单糖和 双糖,纯化产物经稀释后冷冻干燥,得到新型功能性低聚糖。
本实施特例制备的低聚糖产量为35.4%(w/w),相对于乳糖和商品化 的GOS,表现出了显著的体外增殖益生菌活性,即较高的比生长速率和较 短的延滞期,具体结果详见表1。
表1实施例1中供试乳酸菌在乳糖或功能性低聚糖为碳源中培养的最 大比生长速率和延滞期
实施例2:
将乳糖和纤维二糖受体按1:3置于螺口瓶中,加入pH7.0的50mmol/L 磷酸盐缓冲溶液调整总糖浓度至50%,经高压处理(121℃,103Kpa, 20min),使其完全溶解后自然冷却至反应温度44℃,水浴保温30min;称 取适量β-半乳糖苷酶加入上述反应体系,使其达到(15U/mL)终浓度后置 于恒温水浴摇床(200r/min)中进行反应;反应12h后,沸水浴灭酶5min以终 止反应;将上述反应产物,通过活性炭-硅藻土吸附层析进行分类纯化,去 除单糖和双糖,纯化产物经稀释后冷冻干燥,得到新型功能性低聚糖。
本实施特例制备的低聚糖产量为37.2%(w/w),相对于乳糖和商品化 的GOS,表现出了显著的体外增殖益生菌活性,即较高的比生长速率和较 短的延滞期,具体结果详见表2。
表2实施例2中供试乳酸菌在乳糖或功能性低聚糖为碳源中培养的最 大比生长速率和延滞期
实施例3:
将乳糖和海藻糖受体按1:4置于螺口瓶中,加入pH7.5的50mmol/L磷 酸盐缓冲溶液调整总糖浓度至60%,经高压处理(121℃,103Kpa,20min), 使其完全溶解后自然冷却至反应温度42℃,水浴保温30min;称取适量β- 半乳糖苷酶加入上述反应体系,使其达到(20U/mL)终浓度后置于恒温水 浴摇床(250r/min)中进行反应;反应10h后,沸水浴灭酶5min以终止反应; 将上述反应产物,通过活性炭-硅藻土吸附层析进行分类纯化,去除单糖和 双糖,纯化产物经稀释后冷冻干燥,得到新型功能性低聚糖。
本实施特例制备的低聚糖产量为34.6%(w/w),相对于乳糖和商品化 的GOS,表现出了显著的体外增殖益生菌活性,即较高的比生长速率和较 短的延滞期,具体结果,结果详见表3。
表3实施例3中供试乳酸菌在乳糖或功能性低聚糖为碳源中培养的最 大比生长速率和延滞期
Claims (7)
1.一种促进肠道益生菌增殖的低聚糖的制备方法,其特征在于主要包括以下步骤:
(1)将乳糖和双糖受体置于反应容器中,加入50mmol/L磷酸盐缓冲溶液并调整总糖浓度,再于121℃,100~105Kpa处理15-25min,使其完全溶解后自然冷却至40-44℃,水浴保温30min;
(2)将β-半乳糖苷酶加入上述反应体系,使其浓度达到10~20U/mL后置于恒温水浴摇床中进行反应;
(3)沸水浴灭酶5min以终止反应;
(4)将上述反应产物,通过活性炭-硅藻土吸附层析进行分类纯化,去除单糖和双糖,纯化产物经稀释后冷冻干燥制得产品。
2.根据权利要求1所述的促进肠道益生菌增殖的低聚糖的制备方法,其特征在于步骤(1)中乳糖和双糖受体质量比为1:2~1:4。
3.根据权利要求1所述的促进肠道益生菌增殖的低聚糖的制备方法,其特征在于步骤(1)中磷酸盐缓冲溶液pH6.5~7.5。
4.根据权利要求1所述的促进肠道益生菌增殖的低聚糖的制备方法,其特征在于步骤(1)中总糖浓度40~60%。
5.根据权利要求1所述的促进肠道益生菌增殖的低聚糖的制备方法,其特征在于步骤(2)中反应温度40~44℃。
6.根据权利要求1所述的促进肠道益生菌增殖的低聚糖的制备方法,其特征在于步骤(2)中摇床转速为150~250r/min。
7.根据权利要求1所述的促进肠道益生菌增殖的低聚糖的制备方法,其特征在于步骤(3)中反应时间为10~14h。
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CN108384821B (zh) | 2021-09-14 |
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