《功能性低聚糖研究进展课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《功能性低聚糖研究进展课件（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、功能性低聚糖研究进展 The Research Advances and Application on Functional Oligosaccharides,一、概述 二、功能性低聚糖的生理功能 三、功能性低聚糖的来源和制备方法 四、制备方法举例-果寡糖的制备 五、功能性低聚糖制品的市场发展 安全性问题,一、概述,人体正常菌群 益生菌的定义及常用益生菌 益生元的定义及常用益生元,人体的正常菌群,人体内的微生物以细菌为主，大约有几十万亿到百万亿，重量1.5-2.0kg。 肠道：大于1kg 肺：20g 口腔：20g 鼻孔：10g 眼：1g 皮肤：200g,P28图2-12,益生菌的定义及常用益生
2、菌,益生菌的定义:益生菌(probiotics)是指对人和动植物机体有益的菌。 常用益生菌: 双歧杆菌（Bifidobacterium） 乳杆菌（Lactobacillus） 嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus ) 鼠李糖乳杆菌GG(Lactobacillus rhamnosus GG, 简称LGG) 植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum) 干酪乳杆菌(Lactobacillus casei) 芽孢杆菌（Bacillus）,双歧杆菌 Bifidobacterium,60年代末70年代初，肠道中的优势菌群双歧杆菌,干酪乳杆菌 Lactobacil
3、lus casei,上述乳酸菌均为嗜热菌。最近：适温益生菌干酪乳杆菌及植物乳杆菌,常用益生菌产品形式,由益生菌生产的产品叫益生菌制品 包括活菌体、死菌体、菌体成分及代谢产物。,主要形式 酸奶（最有名）（牛奶为培养介质） 各种酸奶、养乐多、优酪乳 泡菜（蔬菜为培养介质） 那豆、酸豆浆（大豆为培养介质） 其他形式 胶囊剂 益生菌片剂 益生菌冲剂 益生菌口服液类产品 益生菌发酵果蔬汁 益生菌微胶囊制剂,常用活菌体益生菌产品的缺陷,稳定性较差。 须低温保藏（-4） 保质期短,益生元的定义及常用益生元,益生元定义（1995年Gibson和Roberfroid首次提出） 不被宿主胃肠道消化或吸收，能够完整
4、达到大肠； 能够选择性地刺激一种或几种有益细菌在宿主肠道内的生长； 不能促进肠道中有害菌的代谢和增殖； 进而促进宿主的健康。,结肠食品定义 不被宿主胃肠道消化或吸收，能够完整达到大肠； 能够肠道内微生物（有益及有害微生物）的生长。 益生元是一种结肠食品,常见的益生元,纯寡糖类物质 由2-10个单糖通过糖苷键聚合在一起而形成，如果糖、木聚糖、半乳寡糖等。也称功能性寡糖或功能性低聚糖。 蛋白质水解产物及一些蛋白质物质 胃黏膜蛋白水解产物（其生物活性物质部分为糖蛋白中的寡糖）、酪蛋白水解物、牛奶中的-乳清蛋白和乳铁蛋白等。 多糖类物质 灵芝多糖的水解物、胡萝卜中的含氮多糖,天然植物及中草药的提取物
5、茶叶中的茶多酚、人参中的人参皂甙及五加科植物的水提物 一些多元醇（polyols） 木糖醇(xylitol)、甘露醇（mannitol）、山梨醇（sorbitol） 培养乏液（spent culture） 双歧杆菌与乳杆菌培养后的液体培养基上清液。,上述几类双歧因子中，寡糖及糖基化类物质占主要部分，也是目前益生元的主要来源。 非消化性寡糖。,益生元的功能检测,体外、体内检测方法验证益生元的功能。 首先要确定其不被消化道消化而能够完整达到大肠，并且能够在大肠内选择性发酵。这可以在体外模拟肠道内环境实现。 其次是检测双歧杆菌等益生菌的增殖和活性。 最后通过体外发酵、动物实验或人体实验检测其对免疫功
6、能、脂质和致病菌的影响。,非消化性寡糖,国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC-IUB）定义寡糖为2-10个单糖通过糖苷键构成的化合物。 通常至少有90%不能被利用而到达大肠的糖类才能被认为是非消化性寡糖。,非消化性寡糖的生理功能研究,非消化性寡糖生理功能的研究结果主要来自于欧盟资助了一个为期超过3年的非消化性寡糖项目（ENDO Project，DGXII AIRII-CT94-1095）（Van Loo 1999），,该研究结果将非消化性寡糖的生理功能性质划分为三个层次： 充分实证的（strong），即得到人体实验确证的； 有希望的（promising），即对人体功能效果需进行进一步确证的；
7、初步的（preliminary），即只进行了实验动物研究的。,主要生理功能 改善肠道微生态 提高肠道对钙等矿物质的吸收 改善脂质代谢 预防肠道癌变、增强机体免疫力,改善肠道微生态-体外发酵,改善肠道微生态-人体实验,进行人体益生元功能试验是极其耗时和繁重的工作。经典的平板记数技术是该研究的瓶颈。目前，基于16S rRNA探针和细菌脂肪酸分子标记的先进微生态生物研究技术的使用，为大规模、长时期的人体试验研究提供了有效途径。,非消化性寡糖的肠内发酵能产生气体、短链脂肪酸和乳酸，从而起到通便的效果。 能产生理论上至少300g/kg（干重）的菌体量，这将能增加排粪量和干物质含量。 每摄入1g非消化性寡
8、糖，就能够导致1.5-2g的排粪量，同时使排便频率趋于正常，这对于改善小儿和老人的便秘是有益的。,提高肠道对钙等矿物质的吸收,动物实验 菊糖和转半乳糖基寡糖对矿物质如钙、镁、铁的吸收促进作用已在鼠中得到证实。,人体实验,使用不同模型的研究结果表明对矿物质吸收的增加主要发生在大肠。 对矿物质的吸收能够增加骨密度，从而为食用菊糖防治骨质疏松提供了依据。,改善脂质代谢,非消化性寡糖对脂质代谢影响的研究仅局限于菊糖和果寡糖。 小鼠实验 以含10%菊糖的剂量饲喂小鼠，其血清甘油酸三酯水平下降。超过12周的饲喂后，能够观察到胆固醇的下降。 人体实验 初步结果说明摄入适量的菊糖或果寡糖对脂质代谢有一定效果。
9、,预防肠道癌变、增强机体免疫力,动物实验 研究了菊糖和果寡糖或与双歧杆菌结合使用，对实验鼠的防癌效果。 实验鼠因实验诱导了肠道癌。,隐窝异常病灶(ACF)，上皮细胞的上皮-间质转化（ EMT）。,继续开展非消化性寡糖对人体健康的生理功效的研究,益生元的作用机制,促进双歧杆菌增殖，调整肠道菌群及代谢 双歧杆菌、乳杆菌等有益菌一般是通过分泌到胞外的糖苷酶将寡糖降解后再吸收利用的。 双歧杆菌所产生糖苷酶的种类 -呋喃果糖糖苷酶、-葡萄糖苷酶、 -半乳糖苷酶等6种酶。肠道中的致病菌不产生这些糖苷酶。 乳酸菌产生的短链脂肪酸使肠道pH降低，从而使钙、镁、铁盐的溶解度升高并促使钙等离子的吸收。,抑制病原菌
10、定植，促进其随粪便的排泄 肠道病原菌必须首先与肠黏膜粘接才能在胃肠道定植和繁殖而致病。现已证实，大多数肠道病原菌具有对甘露糖特异结合的外源凝集素。 实验证明，粘连在上皮细胞的大肠杆菌碰到甘露糖后可在30min内脱落下来，但葡萄糖和半乳糖则对附着的细菌无作用。,阻止细菌与肠黏膜结合的方法（化学益生） 用特定的糖（如甘露糖）结合细菌的外源凝集素 或用特定的外源凝集素结合肠黏膜上皮细胞表面的糖脂或糖蛋白的糖残基。,刺激免疫应答，提高机体免疫力 寡糖能与一定毒素、病毒、真核细胞的表面结合而作为这些外源抗原的佐剂，能够减缓抗原的吸收。 寡糖也具有抗原特性，能够产生特异性的免疫应答。 另外，含甘露糖的寡糖
11、也可以通过刺激肝脏分泌与甘露糖结合的蛋白而影响免疫系统。,益生元的安全性,有效摄入量和摄取限额 只对部分非消化性寡糖做了动物和人食用初步研究。 有效摄入量 果寡糖3.0g/d 半乳寡糖2.0-2.5g/d 大豆寡糖2.0g/d 木寡糖0.7g/d,摄取限额 大豆寡糖引起腹泻的最小剂量：男性44g/d 急性毒理实验 半乳寡糖LD5015kg体重/g 大豆寡糖LD5010kg体重/g 亚急性和慢性毒理实验 每天每千克体重摄入寡糖4.0g持续35-180d是安全的。,小鼠亚慢、慢性毒理实验和致突变实验 每天每千克体重摄入果寡糖2.17g也无明显不良反应。 因此，寡糖毒性极小。每天饮用含3.0g大豆寡
12、糖的碳酸饮料100ml持续2周，不会引起肠胃胀气，也不会出现腹泻。,益生元的来源和制备方法,从天然原料如动、植物组织及益生菌菌体中提取 化学合成法制备（产量低，费用高，难以实现商业化生产） 天然多糖的酸法水解（反应不易控制） 酶法合成（微生物） 天然多糖的酶法水解（微生物）,从天然原料如动、植物组织及益生菌菌体中提取,从大豆中提取 大豆低聚糖 猪胃黏膜提取 结晶二糖 胡萝卜中提取 含氮多糖及寡糖 壳多糖中提取 壳聚糖 动物肝脏、胰脏中提取 牛奶中提取 双歧杆菌菌体中提取,酶法合成（微生物）,淀粉、蔗糖、乳糖为原料合成寡糖 常用的微生物酶 糖基转移酶 糖苷水解酶 磷酸化酶,天然多糖的酶法水解（微
13、生物）,多糖原料 纤维素、半纤维素、甲壳素、藻类 多糖的降解涉及的酶 纤维素酶、淀粉酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶等水解酶类 海藻多糖裂解酶等裂解酶类 已大规模生产的甘露寡糖、木寡糖、果寡糖类都采用了来源于微生物的水解酶。,重要的非消化性寡糖及其应用,果寡糖（fructo-oligosaccharides ） 木寡糖（xylo-oligosaccharides ） 半乳寡糖（galacto-oligosaccharides ） 甘露寡糖（manno-oligosaccharides） 低聚乳果糖（lactosucrose）,果寡糖,G指葡萄糖，F指果糖。Fm代表均果寡糖，GFn代表杂果寡糖。 连接的
14、糖苷键是（12）,果寡糖在果蔬、谷物中天然存在。 耶路撒冷菊芋：16-20% 菊苣：5-10% 芦笋：1-20 韭菜：2-5% 大蒜：3-6% 洋葱：2-6% 葡罗门参：4-11% 牛蒡：3.6% 小麦：1-4%,日本 果寡糖最早由日本的明治制果公司研究开发，于1984年进入市场。 日本厚生省于1992年批准果寡糖为特定保健食品。 20年代80年代末，其产量已达到4000吨以上，1998年含果寡糖的各种产品在日本的销售额达50亿美元。 日本的明治制果公司在韩国有协作生产厂。,韩国 三星集团的长一制糖厂。 欧洲 荷兰、比利时、瑞典和英国等国家的许多大学和科研机构都竞相开展有关裹寡糖的研究，并已经
15、将其作为控制胆固醇水平的功能性甜味剂广泛应用在许多食品中。 美国 膳食补充剂、药品和功能食品中的一种成分，以片剂、胶囊、粉剂、口服液等形式在全美市场上销售。,商品果寡糖 均果寡糖 比利时Rafinerie Tirlemontoise S. A. 公司和Consucra公司以菊粉多糖为原料生产的Raftilose和Fibruline。 杂果寡糖 日本的明治寡糖（Meioligo） 欧美商品Neosugar、Nutra Flora的果寡糖 中国的天元B型 台湾富力得,生产方法： 以菊苣的块根为原料水解生产 均果寡糖 以微生物酶法转化生产（主要方法） 杂果寡糖：在蔗糖分子的果糖残基上以（12）糖苷键
16、结合1-3个果糖而形成蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖,以微生物酶法转化生产杂果寡糖 原料 蔗糖 酶 -果糖转移酶（ fructosyltransferase，EC 2.4.1.9） -呋喃果糖苷酶（ fructofuranosidase，EC 3.2.1.26）,酶的来源 高等植物（产量低、且受季节的限制） 洋葱、甜菜、芦笋、菊苣、龙舌兰等 微生物 酵母 产生的酶可以产生以蔗果三糖为主的数种果糖，但最终将寡糖水解成葡萄糖和果糖。 霉菌 高产黑曲霉（Aspergillus niger）（日本） 成功地应用于果寡糖的生产,米曲霉（Aspergillus oryae） 出芽短梗霉（Aureobasidum pullulans）（韩国） 海枣曲霉（Aspergillus phoenicis） 短梗帚霉（Scopulariopsis brevicaulis）等,微生物来源酶的特性 大多数为胞内酶 最适pH为5-6.5 最适反应温度为50-60 底物蔗糖浓度可高达700-800g/l 反应过程受杂菌污染的可能性较小 有利于工业化生产,
