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.

1. Аллюлозы can meВ то же времяthese needs due to its sweetness similar to sucrose, extremely low calorie content иits special physiological effects. In recent years, demand В случае необходимостиforeign markets has been on the rise. Domestic universities, research institutes and enzyme preparation companies have rapidly developed research on allulose В случае необходимостиrecent years, and the number Соединенные Штаты америкиrelated papers published has increased year by year[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-Allulose В настоящее времяA/данные отсутствуют.typical rare hexose. It is a white crystalline powder and an isomer Соединенные Штаты америкиglucose and fructose. Its molecular weight is 180.16 and its molecular formula is C6H12O6. It is very soluble in water. at room temperature, 100g can dissolve 291g of allulose in water[7]; melting point is 109℃, stable under normal temperature and pressure. Because of its low melting point, it is not suitable for spray drying to produce powdered products. The sweetness of D- аллюлозаis 70% - что?of sucrose [8], and its sweetness is mild. Eating the same amount of allulose will only generate 0.3% of the calories of sucrose [9].

1.2 физиологические функции d-аллюлозы

1. 2. 1 нейрозащитный эффект

Японские ученые Takata et al. [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

Relevant studies have shown that after oral intake of D-allulose, 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 типичное химическое веществоМетод синтеза d-аллюлозыПредназначен для использования глюкозы в качестве сырья, молибдата в качестве катализатора, и синтезировать на 80~120 градусов. 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

Исследование d-аллюлозного биокатализаНачалась сравнительно 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

Due to the limitations of natural enzymes, such as instability, narrow substrate spectrum and low catalytic efficiency, they are not suitable for direct application in production. It is necessary to modify the gene encoding the target protein at the molecular level, and then screen for mutants with significantly improved properties[26]. Taking food safety and compliance as well as industrialization into consideration, the choice of recombinant bacteria should be based on food-grade microorganisms, non-pathogenic, not easily infected by phages, and with the ability to secrete proteins efficiently. Bacillus subtilis is an aerobic Gram-positive bacterium that can form spores and has a cell wall that does not contain endotoxins. It is the earliest species in the genus Bacillus to be used as a genetic engineering host. As a microorganism recognized as safe by the Управление лесного хозяйства, Bacillus subtilis has long been used in the preparation of fermented foods. Recombinant Bacillus subtilis has the advantages of simple and rapid culture, good fermentation basis and production technology, and is an ideal expression host for industrial enzymes[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

Most DPE enzymes are metal-dependent enzymes. Even if some are not metal-dependent, the presence of certain metal ions can greatly promote the reaction rate [21]. From the perspective of food safety, it is advisable to choose metal ions such as Mg2+ and Mn2+ as food additives for the industrial preparation of enzymes [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

D Allulose has now been approved by regulations in 13 countries, including Japan, South Korea, Canada, Mexico, Singapore and Australia. In April 2019, the FDA/данные отсутствуют.even announced that D-allulose would be excluded Из российской федерацииthe “added sugar” and “total sugar” labels[2], which means that the amount of D-allulose added to food will no longer be restricted in terms of the amount added. However, due to the relatively high price of allulose at present, sales are not yet very large. With the deepening of research and the gradual maturity of the food-grade host recombinant expression of the key DPE enzyme technology for D-allulose, the conversion rate of D-allulose will also continue to improve. Enterprises will continue to improve problems identified during industrialization and enzyme preparation enterprises will launch finished enzymes.

Затраты на подготовку аллюлозы значительно сократятся и продукт Качество продукции будет улучшено. В августе 2021 года, China's National Health Commission has accepted the application for D-allulose as a Новая версия сайтаfood ingredient- да. 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-allulose  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 in  По состоянию здоровья Люди [J]. - питание, 2017, 16 :43 — 44.

[8] Chung M Y, Oh D K, Lee K W.Hypoglycemic health benefits of D-p sicose[J].Журнал по темеof Agricultural and - 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 in  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  new  Фермент, D- кетогексоза 3- эпистереровать, from  - 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 that  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.