Из чего она сделана?

С ростом распространенности ожирения и диабета "здоровое питание и жизнь с низким содержанием сахара" стала популярной тенденцией в настоящее время#39; с. Общество. В 2019 году международная диабетическая федерация (цахал) опубликовала отчет, в котором говорится, что 9,3% взрослых в возрасте от 20 до 79 лет во всем мире страдают диабетом, что означает, что 463 миллиона человек страдают диабетом. Расходы на лечение диабета составляют 10% от глобальных расходов на здравоохранение (около 760 миллиардов долларов США) [1~2]. В ответ на ежедневные сладкие тяги этих пациентов и ожирения, существует настоятельная необходимость в разработке подсластителей, которые похожи сукроуз в сладости, но не приводят к росту сахара в крови.

Аллюлоза может удовлетворить эти потребности из-за своей сладости, подобной сукроуз, чрезвычайно низкого содержания калорий и его специальных физиологических эффектов. В последние годы спрос на внешних рынках растет. В последние годы отечественные университеты, научно-исследовательские институты и компании, занимающиеся подготовкой ферментов, быстро развивают исследования по аллюлозе, и из года в год растет количество публикуемых соответствующих работ [3].

1. Физико-химические свойства и физиологические функции d-аллюлозы

D- аллюлоза, также известная как d-рибу -2- гексулоза, является диастереоизомером d-фруктозы на позиции C-3, и может быть подготовлена путем добавления диастереоизомера d-фруктозы. Изначально он был изолирован от псикофуранина и поэтому получил название D-psicose[4]. В 2014 году международная конференция по редкому сахару в японии официально изменила традиционное название D-psicose с D-psicose на D-allulose[5~6].

1. 1   Физические и химические свойства d-аллюлозы

D- аллюлоза-типичная редкая гексоза- да. Это белый кристаллический порошок и изомер глюкозы и фруктозы. Его молекулярный вес составляет 180,16, а молекулярная формула — C6H12O6. Она очень растворима в воде. При комнатной температуре 100 г растворяется 291 г аллюлозы в воде [7]; Температура плавления 109 градусов, стабильная при нормальной температуре и давлении. Из-за низкой температуры плавления, он не подходит для распыления сушки для производства порошкообразных продуктов. Сладость d-аллюлозы составляет 70% от сахароза [8], а сладость его мягкая. Потребление такого же количества аллюлозы вырабатывает лишь 0,3% калорий сукроза [9].

1.2 физиологические функции d-аллюлозы

1. 2. 1 нейрозащитный эффект

Японские ученые TakatA/данные отсутствуют.В то же времяal. [10] обнаружили, что 50 ммоль/л d-аллюлозы могут защитить нервы, увеличивая внутриклеточный уровень глутатиона и ингибируя апоптоз клеток catecholamine PC12, вызванных нейротоксином 6- гидроксидопамином. Добавление d-аллюлозы в ежедневный рацион питания может эффективно сократить частоту паркинсона и#39. Болезнь s.

1. 2. 2    Снижение уровня сахара в крови

Соответствующие исследования показали, что после устного переводаПрием d-аллюлозы, активность глюкозы гликозидазы и гравитационной амилазы в кишечнике может быть эффективно подавлена d-аллюлозой [11], тем самым значительно снижая уровень сахара в крови после еды. В ходе небольшого клинического испытания здоровые субъекты, потреблявшие 75 г мальтодекстроина и дозу d-аллюлозы 5 г и более, имели более низкие концентрации глюкозы плазмы и инсулина [12].

1. 2. 3. Эффект снижения липидов и веса

Ochiai et al. [13]показали, что d-аллюлозное питание значительно увеличило активность липазы у крыс. Matsuo et al. [14] экспериментально подтвердили, что после того, как крысы получали d-аллюлозу в течение 28 дней, активность липогенного фермента печени значительно снизилась, а брюшная жировая ткань была значительно ниже, чем у крыс, получавших D-fructose [8]. Исследования подтвердили, что d-аллюлоза может способствовать обратной транскрибировке холестерина и снижению уровня холестерина высокой плотности, что способствует профилактике атеросклероза [15]. Кроме того, многочисленные исследования показали, что d-аллюлоза обладает высокой способностью собирать химически активные виды кислорода (ROS) [16].

2 подготовка d-аллюлозы

D- аллюлоза редко встречается в природе, только в небольших количествах в инжире, сахарном тростнике мелассы, пшеницы и крысиных колючих растений, поэтому она не подходит для извлечения из растений. В настоящее время основными методами подготовки d-аллюлозы являются химический синтез и биологическая конверсия фермента.

2. 1 метод химического синтеза

Относительно типичный метод химического синтеза d-аллюлозы заключается в использовании глюкозы в качестве сырья, молибдата в качестве катализатора, и синтезировать при 80~120℃. Хотя максимальная скорость преобразования этого метода может достигать более 40%, зольность продукта слишком высока, чтобы удовлетворить потребности в пище. Кроме того, проводимость реакционного раствора достигает 10 000-20 000 граваций/см [17], что требует электродиализа и очистки и опреснения при помощи множественных анионных и катионных обменных смол, что приводит к увеличению нагрузки на очистку сточных вод. Фан чжижи и др. [18] разработали метод химического синтеза аллозы глицеролида. Использование химических растворителей, таких как толуол и ацетонитрил, в этом процессе не только вредно для организма человека, но и обременительно. Другие методы, такие как каталитическая гидрогенация и перекомпонование феррье [19], также имеют проблемы, такие как низкая эффективность преобразования и серьезное загрязнение окружающей среды, и не подходят для крупномасштабного промышленного производства.

2. 2 метод преобразования биологического фермента

Исследования d-аллюлозного биокатализа начались относительно рано за границей. Кен идзумори (Ken Izumori) из центра исследований редкого сахара университета кагава в японии предложил ряд стратегий преобразования редкого сахара, основанных на многолетних исследованиях в области биоконверсии редкого сахара, которая известна как метод «Izumoring» [20]. В соответствии со стратегией переработки редкого сахара Izumoring, в настоящее время существуют два основных метода биопереработки, которые могут достичь производства d-аллюлозы. Одним из них является использование окислительных редуктазов для производства d-аллокетосахара из сплава-инитола (сплава), таро-инитола и d-галактоинитола. Из-за высокой стоимости субстратов этот метод не является коммерчески жизнеспособным с точки зрения затрат [21-22]. Другим методом является изомеризация d-фруктозы к d-аллюлозы изомером. В 1993 году Izumori et al. [23] обнаружили фермент из псевдодоминаса cichorii ST-24, который может катализировать изомеризацию C3 гексазы. Поскольку его оптимальным субстритом является тагатоза, он был назван d-тагатоза 3- эпистерер (DTE фермент, далее именуемый DTE).

В 2006 году Kimh et al. [24] из южной кореи изолировали d-аллюлозу 3- эпистерер (D-Psicose 3- эпимер, DPE фермент, далее именуемый DPE) от Agrobacterium tumefaciens, и его оптимальный субstrate d-аллюлоза. DPE демонстрирует более высокую активность d-изомеризации фруктозы, чем DTE[8]. По сравнению с зарубежными исследованиями, отечественные исследования d-аллюлозы начались относительно поздно. Это было не до 2008 года, что цзян Bo' команда s в университете яньнань [25] выбрала DTE из родобактера sphaeroides по имени SK011 из 30 образцов грязи и воды. После получения культуры колбы для коктейлей была проведена полная трансформация клеток, и урожайность составила всего 6,54%. С 2010 года исследования по DPE/DTE быстро развивались в китае, с пятью master' с и докторские диссертации, опубликованные только в 2021 году [26 — 30].

Среди них у цзинь ' команда s в университете яньнань постоянно оптимизировала условия молекулярной модификации и ферментационной культуры гена DPE, полученного из Clostridium cellulolyticum H10, и увеличила ферментационный фермент 3L танка до 4567μ/mL[26]. В настоящее время в национальном центре биотехнологической информации США имеется более 400 генов фермента DPE, и более 20 из них были четко описаны в литературе. Рекомбинантный фермент имеет коэффициент преобразования фруктозы около 30%. Добавление бората может увеличить скорость преобразования, а борат в комплексе аллюлозы борат может быть легко удален с помощью амберита IRA-743 и Dowex 50 смол [31].

3. Направление развития подходящих d-аллюлозных промышленных ферментов

Несмотря на значительные изменения в d-аллюлозе в последние годы, большинство из них было сосредоточено на генной добыче и деформационной конструкции, и было относительно мало сообщений об изоляции и очистке продукта [32]. По-прежнему существуют некоторые недостатки в исследованиях и разработках этого продукта и в его эффективном сочетании с индустриализацией. Поскольку d-аллюлоза используется главным образом в продовольствии, ниже описывается направление потребностей индустриализации в сочетании с требованиями законов и положений о продовольствии и проблемами, возникающими в процессе индустриализации.

3.1 выбор экспрессионных штаммов рекомбинантных бактерий

Из-за ограничений природных ферментов, таких как нестабильность, узкий субстратный спектр и низкая каталитическая эффективность, они не подходят для непосредственного применения в производстве. Необходимо изменить ген, кодирующий целевой белок на молекулярном уровне, а затем проверить мутантов со значительно улучшенными свойствами [26]. Принимая во внимание безопасность и соблюдение пищевых продуктов, а также индустриализацию, выбор рекомбинантных бактерий должен основываться на пищевых микроорганизмах, непатогенных, не легко зараженных фагами, а также на способности эффективно выделять белки. Bacillus subtilis-это аэробная грам-положительная бактерия, которая может образовывать споры и имеет клеточную стенку, которая не содержит эндотоксинов. Это самый ранний вид из рода Bacillus, который используется в качестве генной инженерии. В качестве микроорганизма, признанного безопасным FDA, Bacillus subtilВ настоящее времяуже давно используется в подготовке ферментированных продуктов. Рекомбинант Bacillus subtilis имеет преимущества простой и быстрой культуры, хорошей основы ферментации и технологии производства, и является идеальным носителем для промышленных ферментов [33].

3. 2 направление модификации фермента DPE

Хотя в последние годы направление исследований в определенной степени учитывает возможность индустриализации, оно в основном направлено на повышение термоустойчивости фермента дпэ. Ниже описываются потребности в промышленных ферментах с точки зрения индустриализации.

3.2.1 оптимальное рн фермента

Оптимальным рн для ферментов является предпочтительно низкая кислотность, и чем шире диапазон, тем больше благоприятствует индустриализации. В соответствии со стратегией преобразования редкого сахара одноэтапное производство d-аллюлозы использует относительно недорогие фруктозы в качестве субстрата и стимулируется ферментом DPE для производства аллюлозы. Тем не менее, производство аллюлозы из фруктозы DPE обратимой реакцией, и фермент лечение требуется после завершения реакции. Подложки фруктозы и аллюлозы, скорее всего, подвергаются реакции майяра в условиях высокой температуры, щелочности и наличия белка, что увеличивает стоимость деколонизации с помощью активированного угля для последующей переработки сахара. Промышленный выбор наиболее подходящего значения pH является слабокислым DPE, который является более подходящим. Влияние различных значений pH на коэффициент пропускания и поглощения кормового раствора показано в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, если первоначальный показатель pH реакции является слабокислотным, то коэффициент пропускания и цветовое значение раствора реакции лучше, чем у раствора с исходным показателем pH нейтральности.

В вышеупомянутой литературе, DPE фермент катализирует подготовку аллозы из фруктозы. Раствор фруктозы должен поддерживаться с помощью предлагаемого солевого раствора для стабилизации pH, что приведет к повышению проводимости раствора, в результате чего последующие процессы обмена аниона и катионов будут иметь проблемы с уменьшением количества раз материал может быть передан через смолу. Промышленное производство нелегко освоить, и его достаточно для того, чтобы растворить его в деионизированной воде. Юань танго и др. [3] и ли сяобо и др. [21] подтвердили это экспериментами.

3. 2. 2 селективность ионов металлов

Большинство ферментов дпэ зависят от металла. Даже если некоторые из них не зависят от металла, наличие определенных ионов металла может значительно повысить скорость реакции [21]. С точки зрения безопасности пищевых продуктов рекомендуется выбирать ионы металлов, такие как Mg2+ и Mn2+, в качестве пищевых добавок для промышленной подготовки ферментов [34~35].

3.2.3 оптимальная температура фермента

Исследования показали, что чем выше температура реакции, тем короче период полураспада фермента, но в то же время скорость реакции быстрее и сокращается производственный цикл. С точки зрения промышленного производства, оптимальная температура фермента не выше, чем лучше. Чем выше температура, тем больше потребление пара, и реакция майяра, вероятно, произойдет. Необходимо найти баланс между ними и, как правило, контролировать от 40 до 60 °C, принимая во внимание производство других функциональных сахара. Чем выше оптимальная температура фермента, тем больше он способствует повышению коэффициента восстановления активности фермента в процессе экстракции сырого фермента.

3. 3   Субстратная концентрация подходит для промышленного применения

Влияние концентрации субстратов на преобразование фермента показано в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, чем ниже концентрация фруктозного раствора, тем быстрее конверсия на ранней стадии реакции с таким же количеством добавленного фермента (на сухую основу реакционного субстра). Однако если концентрация является слишком низкой, то количество аллюлозы, производимой на единицу времени, будет слишком большим. В результате индустриализации высококонцентрированной деколонизации и высококонцентрированного ионного обмена объем работы возрос в результате преобразования низкоконцентрационных ферментов в последующие процессы концентрации и другие процессы. Таким образом, в промышленном производстве концентрация около (400-500) г/л может также обеспечить высокий коэффициент преобразования, а также сократить потребление воды и энергии и выбросы углерода.

3. 4 подготовка и проблемы с ферментом препаратов

Скорость реакции фермента значительно выше, чем у целых клеток. При тех же условиях добавления фермента, когда концентрация фруктозного раствора составляет около 300 г/л, скорость реакции сырого фермента примерно в 5 раз выше, чем целых клеток. DPE фермент является внутриклеточным ферментом, и процесс подготовки фермента включает в себя центрифугацию, стирку и гогнизацию. Хотя сырые или чистые ферменты могут быть подготовлены при низких температурах на лабораторном уровне, трудно поддерживать низкую температуру во время центрифугации и гомогенизации в ходе промышленного производства. В частности, потери фермента в процессе гомогенизации относительно высоки, что приводит к высоким издержкам производства фермента.

4. Перспективы на будущее

В 13 странах, включая японию, южную корею, канаду, мексику, сингапур и австралию, электронная аллюлоза в настоящее время утверждена нормативными положениями. В апреле 2019 года FDA/данные отсутствуют.даже объявило, что d-аллюлоза будет исключена из этикеток «добавленный сахар» и «общий сахар» [2], что означает, что количество d-аллюлозы, добавленного в еду, больше не будет ограничиваться с точки зрения добавленного количества. Однако из-за относительно высокой цены аллюлозы в настоящее время продажи еще не очень велики. С углублением исследований и постепенным развитием рекомбинатного выражения ключевых технологий DPE фермента d- аллюлозы, рекомбинатов d- аллюлозы также будет продолжать улучшаться. Предприятия продолжат работу по решению проблем, выявленных в ходе индустриализации, а предприятия по подготовке ферментов запустят готовые ферменты.

Затраты на подготовку аллюлозы значительно сократятся и продукт Качество продукции будет улучшено. В августе 2021 года, China'. Национальная комиссия здравоохранения приняла заявку на d-аллюлозу в качестве нового пищевого ингредиента. В настоящее время проводятся токсикологические эксперименты, и ожидается, что использование аллюлозы в качестве подсластителя будет одобрено во второй половине 2023 года или 2024 года. Поскольку d-аллюлоза едва метаболизируется после прохождения через кишечник, она не обеспечивает энергию, и она обладает уникальными физиологическими эффектами, такими как эффективное снижение послепрэндитной глюкозы в крови, контроль веса тела и снижение накопления жира, области ее применения будут все шире и шире. В ближайшие несколько лет рыночное пространство и возможности для d-аллюлозы внутри страны и за рубежом будут продолжать расширяться, и рыночные перспективы хорошие.

Ссылка:

[1] Международная организация труда 3. Диабет Федерация европейских сообществ 3. Диабет Система < < атлас > > Девятая сессия Издание 2019[р]. Цахал, 2019.

[2] го юаньхенг, ван цзинь, ван сяоянь и др. Исследования и индустриализация биосинтеза d-аллюлозы в китае [J]. Современные продукты питания, 2020(6): 34-40.

[3] юань танго. Гетерологическое выражение D- аллюлозы изомеров и эффективное преобразование D- аллюлозы [D]. Далянь: далянский технологический университет, 2021 год.

[4] Eble T E, Hoeksema H, Boyack G A, et al.Psicofuranine. Ⅰ.Dis- covery, изоляция, и p rop erties[J]. Антибиотики & Химиотерапия (нортфилд, штат Иллинойс) ,1959, 9(7) :419 — 420.

[5] Park C S, Kim T, Hong С н, и др. D- аллюлоза p родукция из d-фруктозы p эрмибилизированные рекомбинатные клетки коринебакта-глютамик риума 2. Камеры Перепродажа exp D- аллюлоза 3- эпизодический стереть Fla-vonifractor plauti[J].Plos One, 2016, 11(7) : 160044.

[6] лю менглу, юань вайтао, ли нин и др. Прогресс в исследовании функционального подсластителя D-allulose [J]. Китайские пищевые добавки, 2022, 33(1): 21-25.

[7] кимура т, канасаки A, хаяши, Н, и др. D- аллюлоза Улучшает послеправый набор - жир;  5. Окисление В случае необходимости По состоянию здоровья Люди [J]. - питание, 2017, 16 :43 — 44.

[8] Chung M Y, Oh D K, Lee K W.Hypoglycemic health benefits Соединенные Штаты америкиD-p sicose[J].Журнал по темеСоединенные Штаты америкиAgricultural и- продукты питанияChemistry, 2012, 60(4) :863-869.

[9] Мацуо ти, сузуки Эйч, хашигути М, и др. Сициза D-p is  a  Редкий сахар, который не рождает никакой энергии для растущих крыс [J].Journal of Nu- tritionalScience & Витаминилогия, 2002, 48(1) :77-80.

[10] Takata M K, Yamaguchia F, Nakanosea K, и др.

[11] Matsuo T, Izumori K. D-p сициза ингибирует кишечную грань-глюкозидазу и супп resp glycemic response после приема карбо-гидратов у крыс [J].Journal of Clinical Biochemistry * * * * Nutri — tion, 2014, 54(3) :219.

[12] Iida T, Kishimoto Y, Yoshukawa Y, и др.

[13]  Очий м, ониси к, ямада т и др. D-Psicose увеличивает ener- gy exp enditure и уменьшает накопление жира в организме крыс, питающихся высокососной диетой [J]. Международная организация труда Journal  of  Food  Наука и питание, 2014, 65(2) :245 — 250.

[14] Matsuo T, Baba Y, Hashiguchi M, etal. Диетическая сикоза D-p, C- 3epimer D-fructose, подавляет активность печеночных липо-генных ферментов у крыс [J] asia Pacifific Journal of Clinical Nu- trition, 2001, 10(3) :233-237.

[15] Kanasaki A, Iida T, Murao K, etal. D- аллюлоза повышает поглощение HDL- холестерина в rat's p rimary hepatocyte via SR-B1[J]. Цитотехнологии, 2020, 72(2) :295 — 301.

[16] суна с, ямагути ф, кимура с и др. Фталат (DEHP)- индуцирован - яички. 3. Нанесение телесных повреждений В случае необходимости Крыса [J]. Токсикология и токсикология Лет — терс, 2007, 173(2) : 107 — 117.

[17] ван ченфу, фан чунлей, ду рюйфенг и др. Метод подготовки аллюлозы и ее применения [п]. CN104447888A, 2015-03-25.

[18] фан чжицзе, ли сон, чэн цзе и др. Метод синтеза редких гексапиранозы и гептопиранозы, начиная с лактона сахарной кислоты [п]. CN101817851A, 2010-09-01.

[19] Doner L W.Isomerization of d-fructose by base:Liquid chroma-tographic assessment and the isolation of d-p sicose[J].Carbohy- drate Research, 1979, 70(2) :209-216.

[20] му ванменг, чжан тао, цзян бо и др. Стратегия производства редких сахаров на основе биоконверсии: метод отверждения [J]. Китайский журнал биоинженерии, 2007, 27(7): 129-136.

[21] ли сяобо. Выражение D-allulose 3- epimdelete и его иммобилизация для преобразования D-allulose [D]. Тяньцзинь: тяньцзинский университет науки и техники, 2013.

[22] Izumori K, Yamakita M, Tsumura T, et al. Производство d-p si- cose из d-talitol, d-tagatose или d-galactitol b yAlcaligenes sp. 701B[J].J Ferment Bioeng, 1990, 70(1) :26-29.

[23] идзумори К, хана - р, Организация < < окая > > H, et и - эл. - привет. A  Новая версия сайта Фермент, D- кетогексоза 3- эпистереровать, Из российской федерации - псевдоним Сп. 2. ST-24 [J]. Биотехнология и биохимия, 1993, 57(6) : 1037- 1039.

[24] Kimh - джей, - хён!  - к, - кими? - да.  - с, et  - эл. - привет. 3. Определение характеристик  of   - ахробактерий - тумефейенс Сициза D-p 3- эпизодический стереть - что? Con-verts D-fructose-D-p sicose[J]. Применение на практике and  Экологическая микробиология, 2006, 72(2) :981 — 985.

[25] чжан лонгтао, му ванменг, цзян бо и др. Скрининг клостридии для биоконверсии d-аллюлозы [J]. Пищевая и ферментационная промышленность, 2008(9): 40-43.

[26] ван ифань. Молекулярная модификация, оптимизация экспрессии и исследования стабильности D- аллюлозы 3- эпистереть из Clostridium cellulolyticum H10 [D]. Вуси: цзяньнаньский университет, 2021.

[27] бу ифань. Оптимизация производства D- аллюлозы 3- эпистерер и его иммобилизация с клетками [D]. Вуси: цзяньнаньский университет, 2021.

[28] чэнь цзяцзюнь. Определение свойств D- аллюлозы 3- эпистереческий и исследования по изменению термоустойчивости [D]. Вуси: цзяньнаньский университет, 2021.

[29] фэн линсюэ. Исследование по синтезу D- аллюлозы с помощью мультиферментных катализаторов D- фруктозы [D]. Вуси: цзяньнаньский университет, 2021.

[30] вей юся. Гетерологическое выражение и иммобилизация D- аллюлозы 3- эпистереческий в Bacillus subtilis [D]. Вуси: цзяньнаньский университет, 2021.

[31] Hicks K B, Simpson G L, Bradburya G W.Removal of boric acid and related systems from solutions of carboгидраты с бороноселективной смолой (IRA-743) [J].Carbohydr Res, 1986, 147 (1) :39-48.

[32] ли юнфей, луан цинмин, лю фэн и др. Научно-исследовательский прогресс в области применения смоделированной хроматографии подвижного слоя при разделении многокомпонентных сахарных растворов [J]. Пищевая и ферментационная промышленность, 2022, 48(11): 1-13.

[33] ма пиньинг, Лу вэнь, чжан йисин и др. Прогресс в исследовании системы выражения Bacillus subtilis [J]. Наука цзянси, 2020, 38(6): 867 — 871.

[34] министерство здравоохранения#39; китайская республика. GB 25584-2010 национальные стандартные пищевые добавки хлористый магний [S]. Пекин: China Standards Press, 2010.

[35] министерство здравоохранения#39; китайская республика. GB 29208-2012 национальные стандарты безопасности пищевых продуктов пищевые добавки марганцевый сульфит [S]. Пекин: China Standards Press, 2012.