น้ำนมวัวเป็นอาหารที่มีคุณค่าทางโภชนาการสูง เพราะประกอบด้วยสารอาหารต่างๆ หลายชนิดที่จำเป็นต่อร่างกาย สารอาหารที่สำคัญในนม คือ โปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต แร่ธาตุและวิตามินต่างๆ แร่ธาตุในน้ำนมที่สำคัญ ได้แก่ แคลเซียมและฟอสฟอรัส ซึ่งมีมากในนมและมีความจำเป็นในการเสริมสร้างกระดูกและฟัน ส่วนวิตามินประกอบด้วย วิตามินเอ บี1 บี2 ซี และดี โดยธรรมชาติน้ำนมวัวหนึ่งถ้วยตวง (ประมาณ 250 กรัม) จะมีโปรตีน 8 กรัม ไขมัน 8 กรัม แลคโตส 10 กรัม แคลเซียม 280 มิลลิกรัม ฟอสฟอรัส 245 มิลลิกรัม วิตามินเอ 336 I.U. (international unit) วิตามินบี1 84 มิลลิกรัม วิตามินบี2 360 มิลลิกรัม และไนอาซีน 240 มิลลิกรัม [www.tistr.or.th] เนื่องจากคุณค่าทางโภชนาการที่ครบถ้วน จึงนับได้ว่าน้ำนมเป็นแหล่งของสารอาหารที่สำคัญสำหรับร่างกาย  ดังนั้นจึงได้มีการส่งเสริมให้ประชากรโดยเฉพาะในวัยเด็กดื่มนม เพื่อการเจริญเติบโตที่สมบูรณ์  ส่วนในผู้ใหญ่โดยฉพาะในหญิงที่ตั้งครรภ์และให้นมบุตร รวมทั้งในวัยหมดระดูก็มีการส่งเสริมให้ดื่มนม เพราะนมเป็นแหล่งที่สำคัญของแคลเซียม จึงสามารถช่วยป้องกันโรคกระดูกผุได้ อย่างไรก็ตามปัญหาที่สำคัญของประชากรไทยในการบริโภคนม คือประชากรส่วนใหญ่มักจะแพ้น้ำตาลแลคโตสที่อยู่ในนม ทำให้ไม่สามารถดื่ม และใช้ประโยชน์จากนมได้เต็มที่ การแพ้น้ำตาลแลคโตส หรือ ภาวะที่ร่างกายทนรับน้ำตาลแลคโตสไม่ได้ (Lactose Intolerance) นั้นอาจแบ่งเป็น ๒ ประเภท แบบ ก) เกิดจากพันธุกรรม ซึ่งยังสามารถแบ่งออกเป็น ๒ กลุ่ม คือ กลุ่มผู้ที่ขาดเอนไซม์แลคเตสตั้งแต่แรกเกิด (Congenital lactase deficiency) และ กลุ่ม ผู้ที่มีภาวะพร่องเอนไซม์แลคเตส (Primary adult type-hypolactasia) ส่วนประเภทที่ ๒ คือแบบ ข) ซึ่งเป็นแบบที่ไม่เกิดจากกรรมพันธุ์ แต่เกิดหลังจากการติดเชื้อหรือการอักเสบเรื้อรังของลำไส้เล็ก(Secondary lactose intolerance) โดยประชากรโดยส่วนใหญ่ที่แพ้น้ำตาลแลคโตส อยู่ในกลุ่ม ก๒ คือเป็นผู้ที่มีภาวะพร่องเอนไซม์แลคเตส  โดยข้อมูลล่าสุดจากรายงานในวารสาร  Nature โดย Curry (2013) แจ้งว่าจากการสำรวจข้อมูลทั่วโลก พบว่าประชาการในกลุ่มเอเชียตะวันออกเฉียงใต้มากกว่าร้อยละ 90 เป็นผู้ที่มีภาวะพร่องเอนไซม์แลคเตส อันมีสาเหตุเนื่องมาจากกรรมพันธุ์ของประชากรในภูมิภาคเอเชียเอง ซึ่งมีกลุ่มประชากรวัยผู้ใหญ่ในประเทศไทยสามารถดื่มนมได้เพียงร้อยละ 10 เท่านั้น (Curry, 2013)

ภาวะที่ร่างกายไม่สามารถย่อยน้ำตาลแลคโตสในนมได้ นั้น ทำให้จุลินทรีย์ในทางเดินอาหารนำน้ำตาลแลคโตสไปใช้ในการสร้างกรดและแก๊ส มีการดึงน้ำเข้ามาในลำไส้และมีการเคลื่อนตัวของลำไส้เร็วขึ้น จึงเกิดอาการท้องเดิน ส่วนแก๊สที่เกิดขึ้นทำให้มีอาการแน่นท้อง ท้องอืด ท้องเฟ้อ ปวดท้อง เสียดท้อง และมีลมในระบบทางเดินอาหาร (Franz 2000)  จึงทำให้ผู้ที่มีอาการเหล่านี้ต้องหลีกเลี่ยงการดื่มนม น้ำตาลแลคโตสเป็นน้ำตาลที่มีเฉพาะในนมสัตว์เท่านั้น  อาจเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า น้ำตาลนม (milk sugar) น้ำตาลแลคโตสถูกย่อยด้วยเอนไซม์แลคเตส (lactase) หรือ เบต้า−กาแลคโตซิเดส (beta-galactosidase) ในลำไส้เล็กได้เป็นน้ำตาลเดี่ยว 2 โมเลกุล คือ กลูโคสกับกาแลคโตส เอนไซม์นี้มีมากในทารกและค่อยๆ ลดลงเมื่อโตเป็นผู้ใหญ่  คนเอเซียรวมทั้งคนไทยและคนอัฟริกาโดยกรรมพันธุ์จะขาดเอนไซม์ชนิดนี้ในเด็กโตและผู้ใหญ่ ทำให้มีปัญหาเกิดอาการแพ้น้ำตาลแลคโตสได้ (Campbell et al. 2005) สาเหตุของการแพ้เกิดจากร่างกายไม่มีเอนไซม์มาย่อยน้ำตาลโตสได้ ไม่ใช่แพ้โปรตีน การแพ้น้ำตาลแลคโตสจึงไม่ใช่เป็นปฏิกิริยาภูมิแพ้  จะไม่พบอาการทางผิวหนัง หอบ หรือรุนแรงถึงกับหมดสติ  โดยพบว่าสภาวะที่ร่างกายไม่สามารถย่อยแลคโตสได้ จะต่ำที่สุดในกลุ่มประเทศสแกนดิเนเวียและยุโรปทางด้านตะวันตกเฉียงเหนือ ซึ่งพบเพียง 3-8 %  ส่วนในยุโรปทางตอนใต้และทางตะวันออกมีอัตราการเพิ่มขึ้นมากถึง 70%   ส่วนในประเทศในแถบอัฟริกาและเอเซีย  โดยเฉพาะในแถบเอเชียตะวันออกเฉียงใต้อัตราการแพ้น้ำตาลแลคโตสจะสูงมากถึงเกือบ 100 %  ในอเมริกาพบในคนผิวขาว 15 %  คนอเมริกันเม็กซิกัน 53 % และในคนผิวดำพบถึง 80 %  ส่วนในประเทศออสเตรเลียและนิวซีแลนด์พบ 6 และ 9 % ตามลำดับ (Franz 2000; Heyman 2006) ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าประชากรผู้ใหญ่ทั่วโลกจะมีปัญหาภาวะที่ไม่ทนต่อแลคโตส  ส่วนในประเทศไทยมีรายงานว่ามีประชากรไทยถึง 98 % ที่อยู่ในภาวะนี้ [www.medassocthai.org]

จากรายงานการศึกษาเกี่ยวกับการย่อยน้ำตาลแลคโตสในคนไทยในอดีต 30 ปีที่ผ่านมา พบว่า เอนไซม์แลคเตสไม่สามารถสร้างเพิ่มขึ้นได้แม้จะให้ดื่มนมต่อเนื่อง การย่อยน้ำตาลแลคโตสไม่ได้ในคนไทยในขณะนั้นพบว่ามีมากกว่าร้อยละ 96 [www.bangkokhealth.com] ทั้งนี้การศึกษาเรื่องนี้ในอดีตจะให้อาสาสมัครดื่มสารละลายน้ำตาลแลคโตส 2 กรัมต่อน้ำหนักตัวหนึ่งกิโลกรัม และไม่เกิน 50 กรัม ส่วนใหญ่ในผู้ใหญ่จะให้กินแลคโตส 50 กรัมเท่ากับปริมาณแลคโตสที่มีในนม 1 ลิตร ซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่คนเราจะดื่มนมครั้งละ 1 ลิตร ต่อมาจึงได้มีการพัฒนาวิธีการวัดภาวะการย่อยน้ำตาลแลคโตส โดยการวัดแก๊สไฮโดรเจนในลมหายใจ โดยให้ดื่มนม 1 แก้วซึ่งมีแลคโตสประมาณ 12 กรัมเท่านั้น ซึ่งจากการศึกษาในครั้งนั้นพบว่า เมื่อให้เด็กวัยรุ่นและผู้ใหญ่ไทยดื่มนม 1 แก้ว มีผู้ที่ไม่สามารถย่อยน้ำตาลแลคโตสได้ในอัตราต่างๆ กันตั้งแต่ 40 - 88%  และมีผู้ที่มีอาการไม่สบายท้องหรือที่เรียกว่า แพ้น้ำตาลแลคโตสในระดับต่างๆ กันตั้งแต่  30 – 66 %  ส่วนเด็กเล็กไม่พบอาการดังกล่าว (Soontornchai et al. 1999)  ซึ่งถ้าความสามารถในการย่อยน้ำตาลแลคโตสของร่างกายสูญเสียไป เพราะร่างกายไม่สามารถสร้างเอนไซม์beta-galactosidaseได้แล้ว ร่างกายก็จะไม่สามารถนำสารอาหารต่างๆ ที่มีประโยชน์จากน้ำนมไปใช้ได้ และนอกจากนี้ยังส่งผลให้การดูดซึมแคลเซียมในร่างกายลดลงอีกด้วย การนำเอนไซม์ beta-galactosidase ไปประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมนม จึงเป็นแนวทางหนึ่งที่จะช่วยให้ผู้ที่แพ้น้ำนม (แพ้น้ำตาลนม) หรือมีภาวะที่ทนรับแลคโตสไม่ได้ (lactose intolerance) สามารถดื่มนมได้ และจะส่งผลให้ร่างกายได้รับสารอาหารต่างๆ ที่มีประโยชน์จากน้ำนมเพิ่มขึ้นด้วยโดยเฉพาะโปรตีนและแคลซียม จากปัจจุบันสถิติการดื่มนมของประชากรไทยอยู่ที่ 12 ลิตร/คน/ปี ซึ่งถือว่าน้อยมากเมื่อเทียบกับปริมาณการดื่มนมในต่างประเทศ เช่น สหรัฐ 120 ลิตร/คน/ปี สหภาพยุโรป 70 ลิตร/คน/ปี มาเลเซีย 50 ลิตร/คน/ปี [www.dmh.go.th] ทั้งที่การผลิตน้ำนมวัวในประเทศไทยมีแนวโน้มในการผลิตเพิ่มขึ้นในปัจจุบัน แนวทางในการแก้ปัญหาการบริโภคน้ำนมวัวไม่ได้ของประชากรผู้ใหญ่ในประเทศ สามารถทำได้โดยการใช้เอนไซม์ beta-galactosidase ซึ่งมีคุณสมบัติในการย่อยสลายแลคโตสในนม เพื่อพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์นมที่ปราศจากแลคโตส หรือนมแลคโตสต่ำ ที่คนส่วนใหญ่ทุกเพศทุกวัยสามารถดื่มได้โดยไม่เกิดอาการที่ไม่พึงประสงค์ แต่จะได้สารอาหารอย่างครบถ้วน โดยเฉพาะโปรตีน แคลเซียม และวิตามินอีกหลายชนิด

นอกจากการแก้ปัญหาภาวะทนรับแลคโตสในนมไม่ได้ของประชากรส่วนใหญ่ เอนไซม์ beta galatosidase ยังสามารถใช้ในการแปรรูปแลคโตสในนมให้เป็นสาร galacto-oligosaccharide (GOS) โดยอาศัยความสามารถในการทำปฏิกิริยา transglycosylation ของเอนไซม์ beta-galactosidase  สาร GOS นั้นมีคุณสมบัติเป็นพรีไบโอติก ซึ่งมีคุณประโยชน์และช่วยส่งเสริมสุขภาพของผู้บริโภค

พรีไบโอติก (Prebiotics) หมายถึง สารอาหารที่เป็นประโยชน์ต่อแบคทีเรียที่เป็นมิตรและมีคุณประโยชน์ในทางเดินอาหารของมนุษย์ (Gibson and Rastall 2006) หรือจุลินทรีย์โพรไบโอติก  โดยสามารถไปช่วยกระตุ้นการเจริญและช่วยในกิจกรรมต่างๆ  ซึ่งอาหารที่มีคุณสมบัติเป็นพรีไบโอติกส่วนใหญ่เป็นกลุ่มโอลิโกแซคคาไรด์ หรือสายใยน้ำตาล ตัวอย่างของสารที่มีคุณสมบัติเป็น พรีไบโอติก เช่น ฟรุคโตโอลิโกแซคคาไรด์ (fructo-oligosaccharides, FOS) อินูลิน (inulin) กาแลคโตโอลิโกแซคคาไรด์ (galacto-oligosaccharides, GOS) แลคทูโลส (lactulose) แลคทูซูโครส (lactosucrose) และซอยบีนโอลิโกแซคคาไรด์ (soybean oligosaccharides) เป็นต้น

จุลินทรีย์โพรไบโอติก (Probiotics) เป็นแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์ต่อสุขภาพของคนและสัตว์  พบเป็นจำนวนมากในลำไส้ใหญ่ และพบได้บ้างในลำไส้เล็กและกระเพาะอาหาร แบ่งแบคทีเรียนี้เป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ คือ กลุ่ม Lactobacilli และกลุ่ม Bifidobacteria (Tannock 2002; Trenev 1998)

1.  ลักษณะของเชื้อ Lactobacilli

Lactobacilli เป็นแบคทีเรียแกรมบวก ท่อนสั้น ไม่สร้างสปอร์ เป็นพวก facultative anaerobe คือสามารถเจริญได้ทั้งในสภาวะที่มีและไม่มีอากาศ พบอาศัยอยู่ในลำไส้ของมนุษย์และสัตว์ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อสุขภาพ แยกได้จากทางเดินอาหาร ในลำไส้เล็ก และลำไส้ใหญ่ เจริญได้ในสภาวะกรด Lactobacilli  เจริญได้ที่ pH 4.0-4.5 อุณหภูมิที่เหมาะสมในการเจริญคือ 30-40 องศาเซลเซียส

2.  ลักษณะของเชื้อ Bifidobacteria

Bifidobacteria เป็นแบคทีเรียแกรมบวก รูปร่างเป็นท่อนคล้ายตัว Y ไม่ต้องการอากาศอย่างแท้จริง และไม่ผลิตก๊าซ เชื้อชนิดนี้มีคุณสมบัติที่สำคัญคือ สามารถหมักน้ำตาลเฮกโซสได้เป็นกรดแลคติก โดยผ่าน phosphoketolase pathway  Bifidobacteria พบได้ในลำไส้เล็กและลำไส้ใหญ่ สามารถผลิตวิตามินบีได้ อุณหภูมิที่เหมาะสมในการเจริญคือ 37-41 องศาเซลเซียส พีเอชที่เหมาะสมคือ 5.5-7.0  เนื่องจากสามารถผลิตกรดอะซิติกและกรดแลคติกได้ จึงทำให้เพิ่มความเป็นกรดในลำไส้

สรุปกลไกการทำงานหลักของโพรไบโอติกที่เป็นประโยชน์ต่อร่างกายคือ (Tannock 2002; Trenev 1998)

1. ช่วยลดจำนวนของแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดโรคเพราะ Bifidobacteria  จะผลิตสารปฏิชีวนะและกรดออกมาช่วยควบคุมจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรคและควบคุมจำนวนของจุลินทรีย์ธรรมชาติ (normal flora) อื่นๆ กรดที่พบส่วนใหญ่เป็นกรดอะซิติกและกรดแลคติก    ซึ่งกรดเหล่านี้สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของ Clostridium perfringens, Salmonella spp. และ E. coli  ในลำไส้

2. ช่วยลดอาการท้องผูก กรดที่ผลิตโดย Bifidobacteria จะช่วยกระตุ้นการบีบตัวของลำไส้และเพิ่มความชื้นของอุจจาระ ซึ่งเป็นผลมาจากแรงดันออสโมติก

3.  ช่วยลดระดับคลอเรสเตอรอลในเลือด โดย Lactobacillus acidophilus  ซึ่งเป็น normal flora อยู่ในลำไส้จะช่วยย่อยสลายคลอเลสเตอรอล และยับยั้งการดูดซึมคลอเลสเตอรอลผ่านผนังลำไส้

4.  ช่วยลดความดันโลหิต โดยพบว่า ในผู้ป่วยที่มีระดับไขมันในเลือดสูง เมื่อบริโภค

fructooligosaccharide เป็นระยะเวลา 5 สัปดาห์ พบว่า ความดันโลหิตลดลงโดยเฉลี่ย 6 mmHg และยังพบว่า ความดันโลหิตแปรผกผันกับจำนวนของ Bifidobacteria ในลำไส้อีกด้วย

5.  ช่วยเพิ่มวิตามินบางชนิด พบว่า Bifidobacteria  สามารถผลิตวิตามิน B1, B2, B6, B12, nicotinic acid และ folic acid นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มการดูดซึมแคลเซียมในระบบย่อยอาหารอีกด้วย

6. ช่วยลดปริมาณสารพิษและเอนไซม์ที่เป็นพิษจากกระบวนการเมตาบอลิซึมของแบคทีเรีย ในระบบทางเดินอาหารบางชนิด ที่สามารถสร้างสารพิษจากกระบวนการเมตาบอลิซึมได้ เป็นผลให้ปริมาณสารพิษที่เข้าสู่ตับลดลงด้วย

ส่วนกลไกหลักของการทำงานของโอลิโกแซคคาไรด์ในการกระตุ้นการเจริญเติบโต และส่งเสริมสุขภาพของคนและสัตว์ สามารถสรุปได้ดังนี้ (Gibson and Rastall 2006)

1. เป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญ ให้กับเฉพาะแบคทีเรียที่เป็นมิตรต่อร่างกาย (จุลินทรีย์ probiotics)  โดยเฉพาะในกลุ่ม Bifidobacteria  ส่วนแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคแก่ร่างกายไม่สามารถนำสายใยน้ำตาลไปใช้ได้ ดังนั้นจึงสามารถใช้โอลิโกแซคคาไรด์ในการกระตุ้นการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์โพรไบโอติก ซึ่งมีอยู่แล้วภายในคนและสัตว์ จึงสามารถทดแทนการใส่แบคทีเรียจากภายนอกลงไปได้  จากการศึกษา พบว่า โอลิโกแซคคาไรด์หลายชนิด มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับสารที่มีความสามารถกระตุ้นการเจริญเติบโตของจุลชีพจำพวก Bifidobacteria (bactidogenic factor)  นอกจากนั้นแล้วยังมีการรายงานว่า โอลิโกแซคคาไรด์ FOS สามารถช่วยเพิ่มจำนวนประชากร Bifidobacteria ในลำไส้ใหญ่ของคนได้ด้วย

2. โอลิโกแซคคาไรด์บางประเภท สามารถกระตุ้นแบคทีเรียเป็นมิตรหลายชนิดในร่างกายให้ผลิตเอ็นไซม์เพิ่มมากขึ้น ซึ่งเอ็นไซม์เหล่านี้จะถูกนำไปใช้ช่วยย่อยอาหารต่างๆ ในร่างกายสัตว์ให้ได้เป็นสารอาหารที่สามารถดูดซึมเข้าไปใช้ในร่างกายได้

3. โอลิโกแซคคาไรด์หลายประเภท สามารถจับกับ receptor บนผนังเซลล์ของแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรค ทำให้แบคทีเรียเหล่านี้ไม่สามารถเข้าไปทำร้ายร่างกายได้ โดยได้มีกรณีตัวอย่างการใช้ manno oligosaccharides (MOS) ในการลดการติดเชื้อ Salmonella ในลูกไก่มาแล้ว

4. 4.นอกจากโอลิโกแซคคาไรด์จะสามารถจับกับผนังเซลล์ของแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคแล้ว ยังมีข้อสันนิษฐานว่าโอลิโกแซคคาไรด์บางประเภท จะสามารถจับกับผนังเยื่อบุเซลล์ในลำไส้ของคนและสัตว์ได้     ซึ่งในบางกรณีการจับกับเยื่อบุเซลล์ในส่วนที่มีหน้าที่ในการสร้างภูมิคุ้มกัน จะทำให้เกิดการกระตุ้นการสร้างแอนติบอดีออกมาเพื่อช่วยสร้างภูมิต้านทานให้กับคนและสัตว์ได้ โดยเมื่อไม่นานมานี้ได้มีการรายงานว่า     เมื่อนำสายใยน้ำตาล Lactulose ไปป้อนให้กับแม่สุกร พบว่าช่วยเพิ่มอัตราการรอดชีวิตของลูกสุกรได้ โดยคาดว่าเป็นเพราะ Lactulose ไปช่วยสร้างภูมิคุ้มกันให้แก่แม่สุกร ซึ่งสามารถส่งต่อไปยังลูกได้
   

ดังนั้นจึงเห็นได้ว่าคุณประโยชน์ของพรีไบโอติกต่อสุขภาพมีมากมาย และส่วนใหญ่จะคล้ายกับของโพรไบโอติกคือ กระตุ้นระบบภูมิคุ้มกัน เพิ่มความต้านทานเชื้อก่อโรค เช่น โรคท้องร่วง อาหารเป็นพิษ ลดความเสี่ยงการเกิดโรคมะเร็งลำไส้ เพิ่มการดูดซึมแคลเซียมภายในลำไส้  และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของโพรไบโอติก   ดังนั้นจึงสามารถนำโอลิโกแซคคาไรด์ชนิดต่างๆ มาใช้เป็นอาหารเสริมให้กับทั้งมนุษย์และสัตว์ได้ และเนื่องจากโอลิโกแซคคาไรด์เหล่านี้เป็นสารจากธรรมชาติ จึงไม่ทำให้เกิดอาการแพ้หรือสะสม และเป็นอันตรายต่อร่างกาย นอกจากนั้นแล้วโอลิโกแซคคาไรด์ยังทนต่อความร้อนและภาวะที่เป็นกรดในกระเพาะอาหารได้ดี ทำให้สะดวกต่อการจัดเก็บและขนส่ง ซึ่งวัตถุดิบที่จะนำมาใช้ในการผลิตเป็นโอลิโกแซคคาไรด์นั้นควรหาได้ง่ายและราคาถูก ยกตัวอย่างวัตถุดิบที่ใช้คือ น้ำตาลแลคโตสจากนม โดยต้องอาศัยปฏิกริยา transglycosylation ของเอนไซม์ beta-galactosidase เพื่อสร้างเป็น galacto-oligosachharide (GOS) ดังที่จะได้อธิบายต่อไป

กาแลคโตโอลิโกแซคคาไรด์ (Galacto-oligosaccharides, GOS)

เอนไซม์ beta-galactosidase สามารถนำไปใช้ในการสร้างกาแลคโตโอลิโกแซคคาไรด์จากแลคโตสซึ่งเป็นน้ำตาลจากนม โครงสร้างทางเคมีของกาแลคโตโอลิโกแซคคาไรด์ดังแสดงในรูปข้างบน

Galacto-oligosachharide (GOS) เป็นสายใยของน้ำตาลที่มีความยาวตั้งแต่ 2 – 5 หน่วย โดยมีน้ำตาลหน่วยย่อย 2 ชนิดหลักคือ galactose และ glucose เชื่อมต่อกันอยู่ด้วยพันธะ glycosidic ชนิดต่างๆ (Nakayama and Amachi 1999) GOS สามารถถูกสังเคราะห์ได้ด้วยการใช้ปฏิกิริยาทางเคมี (Flowers 1978) แต่วิธีการนี้ไม่เหมาะสำหรับการผลิตเป็นจำนวนมากเพื่อการบริโภค  พบว่าวิธีการที่เหมาะสมที่สุดในการผลิต GOS ในระดับอุตสาหกรรมคือ การใช้เอนไซม์ beta-galactosidase (Nakayama and Amachi 1999; Pivarnik et al. 1995) ที่มีคุณสมบัติเหมาะสมในการสังเคราะห์ GOS จาก lactose จากรายงานต่างๆ เกี่ยวกับการใช้เอนไซม์ beta-galactosidase จากแหล่งต่างๆ ทั้งยีสต์ ไวรัส และแบคทีเรีย ในการสังเคราะห์ GOS แสดงว่า โครงสร้างและอัตราส่วนของ GOS ที่ถูกผลิตขึ้นนั้นจะมีความแตกต่างกัน ขึ้นกับเอนไซม์ที่ใช้และสภาวะที่ใช้ในการทำปฏิกริยา (Nakkharat et al. 2006)  ดังที่ได้กล่าวข้างต้นแล้วว่าประโยชน์ของ GOS ที่กำลังได้รับความสนใจเป็นอย่างมากในประเทศต่างๆ ทั่วโลก คือ การเป็นอาหารเสริมประเภท   พรีไบโอติก  (Gibson and Rastall 2006) เนื่องจาก GOS มีคุณสมบัติเป็น bifidus grown factor เพราะมีความสามารถในการกระตุ้นการเจริญเติบโตของ จุลินทรีย์ที่เป็นมิตรในระบบทางเดินอาหาร  การบริโภค GOS  จึงนำไปสู่ประโยชน์อื่นๆ ที่ร่างกายจะได้รับ ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น 

เอนไซม์เบต้า−กาแลคโตซิเดส

เอนไซม์ beta-galactosidase หรือ lactase มีชื่อเต็มว่า beta-D-galactoside-galactohydrolase (EC 3.2.1.23)  เป็นเอนไซม์ที่สามารถ hydrolyze พันธะกาแลคโตซิล (galactosyl) ที่ตำแหน่ง β(1-3) และ β(1-4)  (รูปด้านบน) ดังนั้นจึงสามารถย่อยน้ำตาลแลคโตสเพื่อให้ได้เป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว 2 โมเลกุล คือ น้ำตาลกาแลคโตสและน้ำตาลกลูโคส ซึ่งสามารถถูกนำไปใช้ต่อในวิถีเมตาบอลิซึมภายในร่างกายได้ (Nakayama and Amachi 1999) นอกจากสั้นแล้วยังพบอีกว่าเอนไซม์ beta-galactosidase สามารถทำปฏิกิริยา transgalactosylation (รูปที่ 3) เพื่อใช้ในการสร้างสายใยน้ำตาลสั้นๆ คือ กาแลคโตโอลิโกแซคคาไรด์จากน้ำตาลแลคโตสได้ (Nakayama and Amachi 1999; Pivarnik et al. 1995)

เอนไซม์ beta-galactosidase นั้นสามารถพบได้ทั้งในแบคทีเรีย ยีสต์ รา รวมทั้งพืชและสัตว์ การศึกษาเกี่ยวกับ คุณสมบัติ และความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและหน้าที่ของเอนไซม์นี้ยังมีไม่มากนัก แต่ได้มีการประยุกต์ใช้เอนไซม์นี้มากในการเป็นตัวรายงาน (reporter) ในการศึกษาวิจัยทางด้านอณูชีววิทยาต่างๆ (Bommarius and Riebel 2004)  นอกจากนั้นแล้วยังมีรายงานอีกจำนวนมากในการพยายามนำเอนไซม์นี้จากแหล่งต่างๆ รวมทั้งในบริเวณขั้วโลกที่เย็นจัด (Cieslinski et al. 2005; Coker and Brenchley 2006; Fernandes et al. 2002; Makowski et al. 2007) เพื่อใช้ในการผลิตนมที่ปราศจากน้ำตาลแลคโตส (Nakayama and Amachi 1999; Nguyen et al. 2007) ส่วนการรายงานการใช้เอนไซม์นี้ในปฏิกริยา transglycosylation เพื่อผลิตเป็น GOS นั้น ยังมีไม่มากนัก (Nakkharat et al. 2006; Pivarnik et al. 1995)

ดังนั้นจึงเห็นได้ว่ามีทางเลือกใหม่ในการที่คนไทยจะได้รับประโยชน์จากคุณค่าของนมได้อย่างเต็มที่  โดยในปัจจุบันผลิตภัณฑ์จากนมที่มีแลคโตสต่ำ และพรีไบโอติก GOS นั้นมีขายแล้วในต่างประเทศ ส่วนในประเทศไทยยังไม่มี ผู้บริโภคจึงต้องอดใจรอไปก่อน ผู้วิจัยกำลังเร่งทำการวิจัยเพื่อให้สามารถนำผลการวิจัยพัฒนาต่อยอดให้เป็นผลผลิตออกสู่ตลาดให้ถึงมือผู้บริโภคให้เร็วที่สุด

เอกสารอ้างอิง

5. 5.Bommarius AS, Riebel BR. 2004. Biocatalyst: Fundamentals and Applications. Weinheim: Wiley-VCH. 611 p.
   

6. 6.Bull AT, Ward AC, Goodfellow M. 2000. Search and discovery strategies for biotechnology: the paradigm shift. Microbiol Mol Biol Rev 64(3):573-606.
   

7. 7.Campbell AK, Waud JP, Matthews SB. 2005. The molecular basis of lactose intolerance. Sci Prog. 88(Pt 3):157-202.
   

8. 8.Cieslinski H, Kur J, Bialkowska A, Baran I, Makowski K, Turkiewicz M. 2005. Cloning, expression, and purification of a recombinant cold-adapted beta-galactosidase from antarctic bacterium Pseudoalteromonas sp. 22b. Protein Expr Purif. 39(1):27-34.
   

9. 9.Coco WM, Levinson WE, Crist MJ, Hektor HJ, Darzins A, Pienkos PT, Squires CH, Monticello DJ. 2001. DNA shuffling method for generating highly recombined genes and evolved enzymes. Nat Biotechnol 19(4):354-9.
   

10. 10.Coker JA, Brenchley JE. 2006. Protein engineering of a cold-active beta-galactosidase from Arthrobacter sp. SB to increase lactose hydrolysis reveals new sites affecting low temperature activity. Extremophiles. 10(6):515-24. Epub 2006 May 31.
    

11. 11.Curry, A. (2013). The milk revolution. Nature. 500(1:8): 20-21
    

12. 12.Densupsoontorn N, Jirapinyo P, Thamonsiri N, Chantaratin S, Wongarn R. 2004. Lactose intolerance in Thai adults. J Med Assoc Thai. 87(12):1501-5.
    

13. 13.Farinas ET, Bulter T, Arnold FH. 2001. Directed enzyme evolution. Curr Opin Biotechnol 12(6):545-51.
    

14. 14.Fernandes S, Geueke B, Delgado O, Coleman J, Hatti-Kaul R. 2002. Beta-galactosidase from a cold-adapted bacterium: purification, characterization and application for lactose hydrolysis. Appl Microbiol Biotechnol. 58(3):313-21. Epub 2002 Jan 12.
    

15. 15.Flowers HM. 1978. Chemical synthesis of oligosaccharides. Methods Enzymol. 50:93-121.
    

16. 16.Franz KB. 2000. Lactose intolerance: a new perspective. J Am Diet Assoc. 100(11):1303.
    

17. 17.Gibson GR, Rastall RA, editors. 2006. Prebiotics: Development and Application: John Wiley & Sons, Ltd.
    

18. 18.Heyman MB. 2006. Lactose intolerance in infants, children, and adolescents. Pediatrics. 118(3):1279-86.
    

19. 19.Kikuchi M, Harayama S. 2002. DNA shuffling and family shuffling for in vitro gene evolution. Methods Mol Biol 182:243-57.
    

20. 20.Kuchner O, Arnold FH. 1997. Directed evolution of enzyme catalysts. Trends Biotechnol 15(12):523-30.
    

21. 21.Lutz S, Patrick WM. 2004. Novel methods for directed evolution of enzymes: quality, not quantity. Curr Opin Biotechnol 15(4):291-7.
    

22. 22.Makowski K, Bialkowska A, Szczesna-Antczak M, Kalinowska H, Kur J, Cieslinski H, Turkiewicz M. 2007. Immobilized preparation of cold-adapted and halotolerant Antarctic beta-galactosidase as a highly stable catalyst in lactose hydrolysis. FEMS Microbiol Ecol. 59(2):535-42. Epub 2006 Oct 24.
    

23. 23.Moore GL, Maranas CD. 2000. Modeling DNA mutation and recombination for directed evolution experiments. J Theor Biol 205(3):483-503.
    

24. 24.Moore GL, Maranas CD, Lutz S, Benkovic SJ. 2001. Predicting crossover generation in DNA shuffling. Proc Natl Acad Sci U S A 98(6):3226-31.
    

25. 25.Nakayama T, Amachi T. 1999. Beta-Galactosidase: Enzymology. In: Flickinger MC, Drew SW, editors. Encyclopedia of Bioprocess Technology: Fermentation, Biocatalysis, and Bioseparation. 3 ed. New York: John Wiley and Sons. p 1291-1305.
    

26. 26.Nakkharat P, Kulbe KD, Yamabhai M, Haltrich D. 2006. Formation of galacto-oligosaccharides during lactose hydrolysis by a novel beta-galactosidase from the moderately thermophilic fungus Talaromyces thermophilus. Biotechnol J. 1(6):633-8.
    

27. 27.Nguyen TH, Splechtna B, Yamabhai M, Haltrich D, Peterbauer C. 2007. Cloning and expression of the beta-galactosidase genes from Lactobacillus reuteri in Escherichia coli. J Biotechnol. 129(4):581-91. Epub 2007 Feb 11.
    

28. 28.Parvez S, Malik KA, Ah Kang S, Kim HY. 2006. Probiotics and their fermented food products are beneficial for health. J Appl Microbiol. 100(6):1171-85.
    

29. 29.Patten PA, Howard RJ, Stemmer WP. 1997. Applications of DNA shuffling to pharmaceuticals and vaccines. Curr Opin Biotechnol 8(6):724-33.
    

30. 30.Pivarnik LF, Senegal AG, Rand AG. 1995. Hydrolytic and transgalactosylic activities of commercial beta-galactosidase in food processing. In: Kinsella JE, Taylor SL, editors. Advances in Food and Nutrition Research: Academic Press. p 1-102.
    

31. 31.Rastall RA, Maitin V. 2002. Prebiotics and synbiotics: towards the next generation. Curr Opin Biotechnol. 13(5):490-6.
    

32. 32.Schmidt-Dannert C, Arnold FH. 1999. Directed evolution of industrial enzymes. Trends Biotechnol 17(4):135-6.
    

33. 33.Soontornchai S, Sirichakwal P, Puwastien P, Tontisirin K, Kruger D, Grossklaus R. 1999. Lactitol tolerance in healthy Thai adults. Eur J Nutr. 38(5):218-26.
    

34. 34.Stemmer WP. 1994a. DNA shuffling by random fragmentation and reassembly: in vitro recombination for molecular evolution. Proc Natl Acad Sci U S A 91(22):10747-51.
    

35. 35.Tannock GW, editor. 2002. Probiotics and Prebiotics: Where are We Going: Horizon Scientific Press.
    

36. 36.Thong-Ngam D, Suwangool P, Prempracha J, Tangkijvanich P, Vivatvekin B, Sriratanabun A. 2001. Lactose intolerance and intestinal villi morphology in Thai people. J Med Assoc Thai. 84(8):1090-6.
    

37. 37.Trenev N. 1998. Probiotics: Avery. 250 p.
    

38. 38.Williams GJ, Nelson AS, Berry A. 2004. Directed evolution of enzymes for biocatalysis and the life sciences. Cell Mol Life Sci 61(24):3034-46.