D Mannose: из чего он сделан?

После бурного развития исследований белков и нуклеиновых кислот в начале xx века исследование углеводов получило быстрое развитие. В 1960 - х годах научные исследования по углеводам можно было разделить на три области: углеводная химия, углеводная биология и углеводная инженерия [1]. По мере углубления исследований в области углеводов наше понимание углеводов также продолжает развиваться. Например, исследователи использовали химические свойства сахара для синтеза различных производных сахара, и понимание функций сахара эволюционировало от их роли в качестве источников углерода до целого ряда биологических функций [1,2]. Кроме того, углубленные исследования показали, что все полисахариды с несколькими биологическими видами деятельности содержат D-mannose в качестве компонента, и последующие доклады подтвердили, что D-mannose обладает различными физиологическими видами деятельности.

D mannose is widely distributed В случае необходимостиnature, with polysaccharides containing D-mannose units present in large quantities in plant cell walls иoligosaccharides, and free D-mannose is also found in some fruit peels [1,2]. Therefore, D-mannose can be prepared by extracting and purifying plant polysaccharides По адресу:obtain A/данные отсутствуют.pure product. Additionally, D-mannose can be synthesized chemically or through bioconversion methods. Currently, major domestic and international producers Соединенные Штаты америкиD-mannose include Nanjing Reagent Co., Ltd., Hubei Jusheng Technology Co., Ltd., BioTech Pharmacal-Inc., Source Naturals, and NOW Foods. As a natural active monosaccharide, D-mannose has been widely used as a carbohydrate nutrient to address diseases such as diabetes and obesity. Additionally, D-mannose possesses anti-inflammatory and immune-modulating functions. In the human body, D-mannose is abundantly present in body fluids and tissue fluids, though it is not easily metabolized by the human body. However, it plays a significant role in immune regulation and glycoprotein synthesis [2,3]. Additionally, D-mannose is commonly used as a sweetener in the food industry, as a medication to prevent urinary tract infections in medicine, to prevent - сальмонелла.infection in broiler chickens and increase egg production in animal husbandry, and in chemical synthesis to produce trifluoromannose and L-ribose derivatives [4].

1. Научно-исследовательский прогресс в области технологии подготовки D-Mannose

Основные методы подготовки D-mannose включают экстракцию, химический синтез и биологические методы. Экстракция является широко используемым методом подготовки d-манноса, который включает в себя гидролиз и отделение растений полисахаридов и олигосахаридов для получения d-манноса. Этот метод требует большого количества растительного материала и зависит от географических и сезонных факторов. Химический синтез предполагает преобразование d-глюкозы путем изомеризации или расширения углеродной цепи d-арабинозы. Химические методы разнообразны и описаны в различной литературе, но они связаны со сложными производственными процессами и высокими затратами. Биологический метод использует микробную ферментацию или определенные изомеразы для преобразования моносакхаридов или полисахаридов в d-манносы. Этот метод имеет такие преимущества, как мягкие условия реакции и низкая стоимость. Однако указанные изомеразы, используемые в текущих исследованиях, имеют низкую каталитическую эффективность, и продукты могут содержать значительное количество побочных продуктов [4].

1.1 метод экстракции

1.1.1 экстракция с использованием кофейных площадок в качестве сырья

Coffee grounds are a byproduct Соединенные Штаты америкиinstant coffee production and contain abundant polysaccharides, primarily mannan oligosaccharides. Research indicates that mannan oligosaccharides can be hydrolyzed to D-mannose, which can further be reduced to mannanol, both of which play important roles asПищевые добавки[5].

В конце xx века сунь чжунлян и др. [6] провели предварительные исследования по гидролизному процессу маннана олигосахарида. Добавляя кислоту, давление и устанавливая конкретную температуру, они гидролизировали маннаньский олигосахарид и обнаружили, что трубный реактор обеспечивает лучший гидролиз при высоких температурах и коротких периодах реакции. Раствор продукта реакции был светло-коричневого цвета, облегчая разделение и очистку. В начале xxi века хуан гуанмин и др. [7,8] проводили технологические исследования по производству D-mannose из кофейных полей методом кислотного гидролиза. В условиях концентрации серной кислоты от 1,5 моль/л до 3,0 моль/л, температуры от 100 до 130 градусов и времени реакции от 80 до 120 минут, выход D-mannose в растворе гидролиза составлял от 28% до 30%. После последующих шагов, включая деколонизацию, концентрацию испарения, кристаллизацию разделения и сушку, был получен чистый D-mannose. В 2015 году Pei Jun В то же время- эл. - привет.[9] изобрели метод извлечения D-mannose высокой чистоты из кофейных полей. Этот метод облегчает разделение продукта в процессе подготовки, с выходом более 60% и чистоты более 98%, и процесс прост и эффективен с точки зрения затрат, что делает его пригодным для промышленного производства.

1.1.2экстракция с использованием семян пальм в качестве сырья

Palm trees are abundantly found in southern provinces of China and belong to the palm family. The leaves, flowers, roots, and bark of palm trees are all used in traditional medicine. In the 1980s, Fang Jinian В то же время- эл. - привет.[10] referenced the degradation conditions of bamboo polysaccharides and other materials. They added 80% concentrated sulfuric acid to crushed palm tree seeds, diluted the sulfuric acid concentration to 2N, and refluxed at 100°C for 5–6 hours. After separation, concentration, crystallization, purification, and drying, D-mannose was obtained with a yield of 30%. Subsequently, Pan Ziguo [1] from Zhejiang University further studied the extraction and purification process of D-mannitol based on this method. Using palm tree seeds as the raw material, the liquid containing D-mannitol was extracted through acid hydrolysis, alkali neutralization, and enzymatic reaction. The liquid was then decolorized with activated carbon, concentrated, and separated using silica gel. The liquid containing pure D-mannitol was desalted using ion exchange resin, Finally, D-mannitol crystals were crystallized, with a crystallization yield of 86.7% and a total yield of 48.4%. This method improved product yield, reduced production costs, and minimized pollution, providing essential foundational data for the industrial-scale production of the target product and the extraction, separation, and purification of intermediate liquids.

1.2 метод химического синтеза

Широко используемый метод химического синтеза для подготовки D-mannose предполагает использование химических реагентов, чтобы вызвать дифференциальную реакцию изомеризации в глюкозе. Однако этот метод требует строгого контроля за концентрацией кислоты и температурой во время обработки. В 1975 году Takemura [11] описал патентный метод с использованием молибдической кислоты в качестве катализатора, нагревая d-глюкозу раствор при температурах от 110 до 160 градусов и pH/ч.от 2,3 до 4,5, который преобразовал часть глюкозы в d-манносовой с выходом от 30% до 36%. Из-за низкой урожайности и содержания примесей в продукте этот метод не подходит для крупномасштабного производства. PH/ч.2.3-4.5. Из-за нестабильности молибдической кислоты в 2003 году лю чуньян [12] гидролизировал сукроуз (T = 100°C, pH = 2,0) в течение 2 часов, получая 50% d-глюкозы и 50% d-фруктозы. Затем смесь нагревалась с 0,15% (NH₄)₂MoO₄ (pH = 3,0) при 100°C в течение 2 часов, в результате чего выход D-mannose составил 30%. Впоследствии чжао гуангуи и др. [13] использовали 1% (NH₄)₂MoO₄ (pH = 3,0) для катализации реакции при 150°C в течение 2 часов, достигнув максимальной скорости преобразования глюкозы 32,3%. Метод химического синтеза для подготовки D-mannose имеет низкую урожайность и функционально громоздкий, что делает его пригодным только для мелкомасштабной лабораторной подготовки.

1.3 биологический метод

1.3.1 метод биологической ферментации

Существуют два метода получения D-mannose с использованием биологических методов: биологическая ферментация и биологическая конверсия. Метод биологической ферментации включает в себя ферментирование полисахаридов или моносахаридов с использованием микроорганизмов для получения D-mannose, с многочисленными докладами литературы. В обзоре литературы 2007 года ху чжаохуэй и др. [14] было отмечено, что из дрожжей можно легко получить манносовые белки путем ферзиматического гидролиза или нагрева при высоких температурах. Впоследствии ян в и др. [15] пришли к выводу, что моносакхаридный состав SSLO (где xylose и mannose составляют молекулярную цепь SSLO) в соевых соусах отличается от состава олигосакхаридов в соевых бобах, что позволяет предположить, что D-mannose может быть получен путем микробной ферментации. В 2013 году Charchoghlyan H et al. [16] выделяли бактериальный штамм под названием M. chitosanitabida из почвы, который при гидролизе EPS производил высокие уровни экстраклекулярных полисахаридов (ESP), состоящих из глюкозы, манноса и галактозы (соотношение молекулярного веса 18:6:1). Это говорит о Том, что получение свободного D-mannose через микробную ферментацию не просто.

1.3.2 раздел 1.3.2   Метод биопреобразования

Биохимическое преобразование — это метод, который использует ферментативные реакции для преобразования фруктозы или глюкозы в d-манносовую при мягкой температуре, давлении и pH условиях. Ферменты, участвующие в этих ферментативных реакциях, включают d-манносовый изомер, селлобиоз изомеров, и d-ликсозе изомеров, которые широко доступны. Согласно отчетам, d-манносовый изомер из Bacillus subtilis M-1 преобразует приблизительно 25% фруктозы в d-галактозу, когда pH составляет 8,0-8,5, а концентрация фруктозы увеличивается с 5% до 40% [17]. В 2015 году Jiang Bo et al. [18] разработали производственный процесс для эффективного преобразования D-fructose в D-mannose, используя D-mannose изомеры из псевдодомы псевдомалей, и подали заявку на патент (CN201510195854.4). Этот метод подходит для крупномасштабного производства и обеспечивает новый подход к ферментативной промышленной подготовке D-mannose. По сравнению с изомером D-mannose, изомером целлюлозы является единственным ферментом, способным преобразовать глюкозу в D-mannose; Однако этот фермент имеет низкую эффективность преобразования и производит большое количество побочных продуктов (D-fructose) в процессе преобразования, что делает его непригодным для крупномасштабного промышленного производства [5]. Кроме того, использование изомеров d-ликсозы для синтеза d-манноса привлекло значительное внимание исследователей. Хуан цзявей и др. [5] синтезировали термостабильный изомер d-лактулозы из термостойкого микроорганизма и применили его к синтезу D-mannose. Они обнаружили, что фермент продемонстрировал хорошую тепловую устойчивость в нейтральных и слабых щелочных условиях при температурах от 70 до 75 градусов, со ° значительно повышает ферментную активность, что делает его пригодным для D-lactulose преобразования, а также демонстрирует хорошую каталитическую эффективность по отношению к fructose.

2  Научно-исследовательский прогресс в области применения д-маннитола

2.1.1.   Применение d-маннитола в пищевой промышленности

D-mannitol powder has stable properties, a sweet taste, and low calories, making it commonly used as a sweetener and food additive that can be consumed directly. Currently, the main countries producing food-grade D-mannitol are China and the United States, with products primarily available in capsule or powder form [3]. Adding D-mannose to food can improve texture. Elghaouth et al. [19] demonstrated that inoculating D-mannose into apples nearing spoilage reduced the diameter of rot spots. Yang Bingxun et al. [20] used high-performance liquid chromatography to confirm that D-mannose enhances the immune function beverages.

2.2 применение D-mannose в фармацевтической промышленности

Исследования показывают, что D-mannose обладает разнообразной физиологической деятельностью, включая усиление иммунитета, улучшение иммунной системы и лечение распространенных заболеваний, таких как диабет. В настоящее время это единственный углеводный питательный материал, используемый в клиническом применении в фармацевтической промышленности. Ван шутинг [21] продемонстрировал, что D-mannose может образовывать полимерные связки с доксорубицином в качестве целевого препарата, что позволяет проводить адресную терапию рака и уменьшает токсичные побочные эффекты препарата. Ранта [22] использовала D-mannose в качестве сырья для подготовки иммуностимулянта, связанного с клеточной стеной маннан кандиды альбикан. Камель [23] синтезировал ряд новых баз Schiff, используя D-mannose в качестве синтетического промежуточного продукта, и продемонстрировал, что эти соединения обладают антиопухолевой активностью. Dengler et al. [24] инновационно используют D-mannose для улучшения невирусной генной терапии.

2.3 применение D-mannose в аквакультуре

Excessive use of antibiotics in aquaculture can lead to the proliferation of drug-resistant bacteria and environmental pollution [25,26]. Van [26] and Zhang Zhaofu [27] et al. demonstrated that D-mannose has an inhibitory effect on Salmonella infection in chicks, with no side effects, and can serve as an alternative to antibiotics for treating Salmonella infections. Berge et al. [28] demonstrated that adding D-mannose to livestock feed inhibits the proliferation of pathogens in the intestine, protects intestinal health, enhances immune and disease resistance, and improves feed utilization.

2.4 применение D-mannose в области химического синтеза

D-mannose может быть синтезирован в различные производные и играет важную роль в клиническом применении [29]. Ян чжицзе и др. [30] использовали D-mannose в качестве исходного материала и, через ацетиляцию, гидролиз и сульфонирование, приготовили трифтороманнос с чистотой 99%. В природе, первичная структурная форма нуклеозидов d-ребра, в то время как l-ребра является изомером d-ребра. По сравнению с d-ребром l-ребро проявляет лучшую антивирусную и антиопухолевую активность и более низкую цитотоксичность [31]. В настоящее время l-рибоза синтезируется в основном химически, обычно используя D-mannose в качестве исходного материала, который преобразуется в L-ribose через D-mannose acid-1,4- лактонизацию [31,32]. Такахаши и др. [32,33] продемонстрировали, что D-mannose может быть синтезирован в L-ribose посредством восьми шагов, включая циклизацию, в условиях митсунобу. Seo et al. [32,34] повысили урожайность за счет использования D-mannose acid-1,4- лактона в качестве сырья для подготовки l-ребра.

2.5 применение D-mannose в косметической промышленности

Алоэ вера обладает такими функциями, как защита солнца, улучшение красоты и увлажнение [35], с глюкуроновой кислотой и длинноцепными полимерами маннана, являющимися ее основными биоактивными компонентами [36]. Исследования показали, что D-mannose обладает эффектом кондиционирования кожи, делая кожу мягче и гладче после стирки [37]. Wivell et al. [38] продемонстрировали, что при молярном соотношении d-глюкозы, d-глюкуроновой кислоты и d-манноса 2,8:2.0:2,0 эффект увлажнения и очищения кожи является оптимальным.

2.6 применение D-mannose в биохимических исследованиях

Joersbo et al. Кроме того, было доказано, что d-маннозные клетки пригодны для первичного трансгенного риса в различных условиях выращивания. Ван и др. [40] обнаружили, что D-mannose оказал хорошее влияние на протопластовую трансформацию кукурузы в полиэтиленгликоле.

3 резюме и перспективы

Производственный процесс подготовки д-манносового носа в первую очередь включает в себя методы экстракции, которые являются трудоемкими, чувствительными к сезонным и региональным изменениям в сырье, а также подвержены экологическому ущербу и загрязнению. Химический синтез подходит для мелкомасштабного лабораторного производства, но не для крупномасштабного промышленного производства. Биологические методы были горячей точкой исследований в последние годы, так как они просты, зелени и безопасны. Однако большинство обнаруженных до настоящего времени изомеразов имеют низкую каталитическую активность, легко подвержены воздействию реакционных условий и могут нарушать производственные процессы, в то время как сами ферменты являются дорогостоящими. Поэтому выявление недорогого изомера с высокой каталитической эффективностью и стабильностью является одной из основных задач нынешних исследователей.

The widespread application of D-mannose has created a broad market prospect, especially as it can serve as a substitute for high-calorie sugars and a new food additive, offering significant market application value. In the field of fine chemicals, D-mannose not only reduces costs but also, due to its natural properties and excellent skin care effects, brings significant economic benefits to enterprises. In the pharmaceutical field, drugs modified with D-mannose exhibit significant anti-inflammatory, anti-cancer, and anti-tumor effects, offering promising prospects for future applications in new drug development.

Ссылки на статьи

[1] Пан зиго. Исследование процесса извлечения и очистки D-mannose[D]. Ханчжоу: чжэцзян университет, 2009.

[2] чэн зе. Исследование термодинамических свойств и кинетики термического разложения моносакваридов при низких температурах [D]. Шэньян: шэньянский технологический университет, 2016.

[3] ху х, ши, чжан п и др. D-Mannose: свойства, производство и применение: обзор [J]. Комплексные обзоры в Food Science and Food Safety, 2016, 15(4): 773-785.

[4] лян ц, хуан г. Подготовка и использование мужского носа [J]. Друг химической промышленности, 2000(3): 14.

[5] хуан цзявэй, ши юэ, чжан вэньли и др. Журнал продовольствия и биотехнологии,2019,38(1): 83-92.

[6] сунь чжунлян, чэнь вейпин, хуан гуанмин и др. Гидролиз остатков кофе при производстве d-гликозы [J]. Наука о еде, 1999,20(12): 30-32.

[7] хуан гуанмин, чэнь ипин, ян сюэлуй и др. Определение маннана на очищенных кофейных площадках [J]. Журнал хайнанского университета (издание естественных наук),1999(4): 317-321.

[8] хуан гуанмин, чэнь вейпин. Кислотный гидролиз D-mannose с кофейной площадки [J]. Наука и техника в легкой промышленности,2002(1): 19-21.

[9] пэй цзюнь, шэн яньхуа, гао ликн. Способ приготовления D-mannose высокой чистоты: Китай, CN105087712A[P]. 2015-11-24.

[10] фан цзянь, ван хонг чэн, чжан де чжун и др. Подготовка D-mannose из семян пальмы [J]. Мир химии,1981(9): 25-26.

[11] Takemura - м,Iijima - м,Tateno Y, et al. Процесс подготовки д-маннитола: США, патент 4 083 881 [п]. 1978- 1974 -11 годы.

[12] лю, яньчунь. Синтез маннитола и сорбитола путем электрохимического восстановления сукроза [D]. Шиджиазхуан: хэбэй, обычный университет, 2003.

[13] чжао гуаньхуй, ван гуаньбинь, ли юньпин и др. Анализ ортогонального испытания на каталитическое производство манноса из глюкозы [J]. Современная химическая промышленность,2005,34(1): 39-41.

[14] ху чжаохай, инь ян, юэ цян. Прогресс в исследовании маннобелка в Saccharomyces cerevisiae[J]. Пивоварение,2007,34(4): 64-66.

[15] ян б, прасад к н, се х и др. Структурные характеристики олигосахаридов из соевого соуса lees и их потенциальный пребиотический эффект на молочных кислотных бактерий [J]. Пищевая химия, 2011, 126(2): 590-594.

[16] шарчоглян - г, - в парке H  D. День рождения. Общие сведения о компании of  a  Новые бактериальные полисахариды состоят из глюкозы и маннососа в качестве основных компонентов [J]. Продукты питания гидроколлоквиумы, 2013, 30(2): 512-518.

[17] до свидания - джей, - маеда? - к, Йокои (Япония) - г, et  al.  Очистка от загрязнения И характеристика изомеров манносового сустава из агробактериевого радиобактера   M-1[J]. Бионаук, биотехнология и биохимия, 2001, 65(3): 658-661.

[18] б. цзян, т. чжан, х. ху и др. D-mannose изомерационный штамм и способ производства D-mannose с ним: Китай, CN201510195854.4[P]. 2015-07-15.

[19] El G A, Wilson C L, Wisniewski С. О.E. Сахарные аналоги как потенциальные фунгициды для патогенов яблока и персика после смерти.[J] Заболевания растений, 1995, 79(3): 254.

[20] ян бинсюнь, шэнь чуньсян, ван цзэн и др. Определение D-mannose в официальном напитке Dendrobium с помощью HPLC[J]. Наука о еде,2011(8):275 — 277.

[21] ван шутинг. Целевая доставка лекарственных средств исследование модифицированных полимеров D-mannose [D]. Вуси: цзяньнаньский университет,2015.

[22] Ranta K, Nieminen K, Ekholm F S, et Al. Оценка - иммуностимулятор Деятельность синтетических манносодержащих структур Имитация маннанса Кандида альбиканс из клеточной стены [J]. Клиническая и вакцинная иммунология,   2012,19(11): 1889 — 1893.

[23] камель С. О. M,  3. Организация < < али > > H  - я, 1. Анвар M  M,  et  al.   Синтез, антиопухоли Деятельность организации объединенных наций and  10. Молекулярная структура Стыковка в порту Исследования по теме: Из романа "сульфонамид-шифф" Базы, тиазолидиноны, бензотиазиноны и их С-нуклеозид  Деривативы [J]. Европейской экономической комиссии Журнал по теме of  В медицинских целях - химия, 2010 год, 45(2): 572-580.

[24] Dengler E C, Alberti L A, Bowman B N, et al. Улучшение дефералитно-дефералированной дефекации спинного мозга D-mannose в качестве трансгенного адъюванта для управления хронической нейропатической болью [J]. Журнал нейровоспаления, 2014, 11(1): 92.

[25] ван ран, лю ти чжэн, ван тянь. Экологическая трансформация и экотоксичность антибиотиков [J]. Журнал экологии,2005,26(1): 265 — 270.

[26] Van impeseel F, Cauwerts K, Devriese L A, et al. Кормовые добавки  to   Контроль и контроль  Salmonella   in   Птица [J].  Мир и общество#39;s птицеводство научный журнал, 2002, 58(4): 501-513.

[27] чжан чжао-фу. D-mannose ингибирует инфекцию сальмонеллы у цыпочек бройлеров [J]. Животноводство и птицеводство,1998 год (11): 18.

[28] Berge A C, Wierup M. Стратегии борьбы с сальмонеллой в моножелудочном животноводстве [J]. Животное, 2012, 6(4): 557-564.

[29] фэн мяо, юй цзинцзинь, инь чанфэн и др. Исследование метода обнаружения трифтороманносового бактериального эндотоксина [J]. Химические реагенты,2017,39(9): 992 — 994.

[30] ян чжицзе, чжоу сайчунь. Синтез трифтороманноса в качестве диагностического реагента [J]. Химического времени, 2004(7): 34-35.

[31] чжан цзинь, сюй чжэн, сюй Лу и др. Прогресс в производстве L-ribose[J]. Биообработка,2013,11(5): 74 — 78.

[32] цзоу е, су вейке. Прогресс в синтезе l-рибозы [J].  China Pharmaceutical Industry Magazine,2018,49(8): 35-47.

[33] такахаши х, ивай и хитоми и др. Новый синтез l-рибозы из d -mannono- 1,4 - лактона [J]. Органические буквы, 2002, 4(14): 2401-2403.

[34]Seo M J, An J, ShimJ H и др. Одногоршковая инверсия d-mannono-1,4- лактона для практического синтеза l- рибозы [J]. Письма тетраэдра, 2003, 44(15):3051 — 3052.

[35] чжан к, цуй й, гу х и др. Определение содержания алоэ-эмодина в косметике и его стабилизация [J]. Ежедневная химическая промышленность,2019,49(3): 199-202, 208.

[36] хе цзе, фан чжэньцзин. Научный прогресс алоэ вера полисахариды [J]. Медицина Huaxia,2017, 30(2): 188 — 191.

[37] Schmidt R R, Fortna R H, Beyer H H. аэрозольный мусс для мягкой чистки кожи с преимуществами увлажнения и ощущения кожи: США, Патент 5 002 680[п]. 1991-03-26.

[38] Wivell S C, Deckner G E. комбинированная личная чистка и увлажнение  Составы: U.S.Patent 5,439 682[P]. 1995-08-08.

[39] Joersbo M. достижения в выборе трансгенных растений с использованием генов неантибиотиков [J]. Физиология плантара, 2001, 111(3): 269-272.

[40] Wang A S, Evans R A, Altendorf P R, et al. Система отбора носа для производства плодородных трансгенных кукурузных растений из протопластов [J]. Отчеты о растительных клетках, 2000, 19(7): 654-660.