Что является источником D аллюлозы?

Международное общество по редким сахарам (ISRS) определяет редкие сахара как моносакхариды и их производные, которые встречаются редко в природе [1]- да. Согласно определению ISRS, d-аллюлоза считается редким сахаром в качестве диастереоизомера при C-3 d-фруктозы. D- аллюлоза-это низкокалорийный подсластитель. Если взять в качестве примера раствор d-аллюлоза 100 г/л, то он на 70% сладок, как sucrose [2], но только 0. 3% энергии сукроза [3]. В то же время, d-аллюлоза имеет уникальные физиологические функции. В качестве ингибитора липогенных печеночных ферментов и гравитационной глюкозидазы кишечника [4] d-аллюлоза едва метаболизируется и поглощается в тонком кишечнике [5], что может способствовать дальнейшему снижению постпранальной гиперглициемии, повышению устойчивости к инсулину и сокращению накопления жира в организме, что очень полезно как для ожирения, так и для диабета [6~7]. Кроме того, D- аллюлозабыл объявлен «общепризнанным безопасным» (GRAS) американским управлением по контролю за продуктами питания и лекарствами (FDA) [8] и может быть использован в продуктах питания и медицине.

D аллюлоза является новым редким моносакбаридом, который безопасен для здоровья. Она обладает такими физиологическими свойствами, как снижение реакции глюкозы в крови, сокращение производства жира в печени, поддержание массы тела, противоокисление и защита кровеносных сосудов. D- аллюлоза все больше ценится исследователями за ее особые питательные и биологические функции. После того, как содержаниеАллюлоза в природеОчень низкий, трудно подготовить его химическими методами. В настоящее время основным методом производства является энантиоселективная изомеризация между d-фруктозой и d-аллюлозой [9~10]. Кетозе - 3- изомеры является исследовательской точкой, которую можно получить из различных микроорганизмов. Чаще всего используется d-аллюлоза 3- изомера Agrobacterium tumefaciens[11~12] .

1 Научно-исследовательский прогресс в области технологии производства

1. 1 Метод химического синтеза

В начале,D- аллюлоза была синтезирована химическими методами- да. Bilik et al. [13] обнаружили, что в кислотном водном растворе d-фруктоза может быть преобразована в d-аллюлозу под каталитическим действием ионов молибдата.

В 1997 году Дональд [14] подготовил d-аллюлозу, химически синтезируя 1,2:4,5-di- o -isopropylidene-β- d -fructopyranose. Кроме того, d-аллокетоническая кислота может также синтезироваться путем кипящего этанола и триэтиламина [15]. С углублением исследований метод химического синтеза имеет недостатки, связанные с высокой стоимостью, опасной эксплуатацией, сложным процессом, сложной очисткой, низкой урожайностью, легкостью вызывать загрязнение окружающей среды, и его безопасность продуктов требует изучения. Постепенно он заменяется методом биопреобразования.

1. 2   Метод биопреобразования

Биопреобразование d-аллюлозы было впервые предложено профессором кеном идзумори из кагавского университета в японии. Он использует гекситол в качестве промежуточного продукта для завершения биоконверсии между редкими гексозами, то есть методом биоконверсии Izumoring [16]. Речь идет о диастереоизомере (специфический для диастереоизомеризации гидроксильных групп), дегидрогеназе полиола (катализатор реакции между кетозой и сахарным спиртом) и изомере альдопентозы (реакция альдопентозы) [17]. Среди них D-allulose 3- эпизодический стереть(DPE) может конвертировать D-fructose и D-allulose.

1. 2. 1 d-аллюлоза 3- эпистерер

D- аллюлоза 3- эпистерер является ключевым ферментом для преобразования D-fructose в d-аллюлоза и является членом кетозе 3- эпистерер семейства ферментов. В 1993 году Izumori et al. [16] впервые изолировали и очистили изомеры кетозы из псевдономы cichorii. Его оптимальным продуктом является D-tagatose, поэтому он был назван D-tagatose 3- эпистерер (DTE). - дтэ. Кроме того, ким и др. [18] обнаружили фермент в Agrobacterium - тумефейенсSTR. C58, который конкретно катализирует преобразование D-fructose в D-allulose с коэффициентом преобразования 32,9%. Она называлась D- allulose 3- epimdelete. В последние годы были постепенно обнаружены d-аллюлозные 3- эпимеразы из различных микробных источников (см. таблицу 1), и их свойства были изучены.

1. 2. 2 свойства d-аллюлозы 3- эпистереть

Свойства D-allulose 3- epimdelete варьируются в зависимости от микробного источника. Как видно из таблицы 1, оптимальная температура для большинства d-аллюлозных 3- эпимеразов составляет 50-70 градусов, а оптимальный pH - 7,0-8,0. Оптимальный pH для d-тагатозы 3- эпизодический стеретьрода родобактериальных 9,0, в то время как оптимальный pH для d-аллюлозы 3- эпизодический стеретьрода DoriA/данные отсутствуют.является изомером имеет оптимальный pH 6,0. Кроме того, активность фермента может быть эффективно увеличена за счет добавления ионов металла [27], а оптимальным ионом металла для d-аллюлозы 3- эпистерера является Mn2+ или Co2+.

(1) влияние температуры на d-аллюлозы 3- эпистереры

Термическая стабильность важна для промышленного производства d-аллюлозы. В целом, в сахарной промышленности подходящие высокие температуры могут повысить коэффициент использования сырья и скорость биопреобразования, снизить вязкость раствора, повысить растворимость реагентов и продуктов, а также дополнительно увеличить урожайность [28]. Однако теплостойкость d-аллюлозы 3- эпимера низкая, а период полураспада короткий [29], что ограничивает промышленное производство. Поэтому повышение теплоустойчивости d-аллюлозы 3- эпистереры необходимо для промышленного производства аллюлозы. Среди них, случайный мутагенез и рациональный белковый дизайн являются типичными методами повышения термоустойчивости ферментов в области белковой инженерии [30-32].

В работе Choi et al. [19] для получения штаммов мутантов S213C, I33L и I33LS213C D-allulose 3- эпизодический стеретьиз Agrobacterium tumefaciens использовались подверженные ошибкам полимеразной цепной реакции (ПЦР, подверженный ошибкам) и мутагенеза, направляемого по месту службы. По сравнению с диким d- аллюлозным 3- эпимером оптимальная температура для ферматической активности штаммов мутантов S213C, I33L и I33LS213C увеличилась соответственно на 2,5 °C, 5 °C и 7,5 °C, а период полураспада при 50 °C увеличился на 3,3, 7.2 и 29 °C. В 9 раз, и видимая температура плавления увеличилась в 3 раза. 1. 1. 4. 3. И 7. 6. 6. Результаты показали, что тепловая стабильность штаммов мутантов d-аллюлозы 3- эпистереры значительно улучшилась, среди которых штамм мутантов I33LS213C может иметь потенциал для производства d-аллюлозы.

Между тем, чжан и др. [33] получили мутанта Y68I и мутанта G109P под руководством мутагенеза на тирозин 68 и глисин 109 D-allulose 3- эпизодический стеретьСоединенные Штаты америкиБациллы (Bacillus)subtilis, соответственно. По сравнению с диким d- аллюлозным 3- эпимером мутант Y68I продемонстрировал самую высокую прочность связывания и каталитическую эффективность, в то время как мутант G109P продемонстрировал самую высокую термоустойчивость. Кроме того, был также создан двухузловой мутант Y68I/G109P, который продемонстрировал хорошие ферментные свойства, о чем свидетельствуют: 17,9% увеличение константы микаэлиса (км), 1,2 - кратное повышение каталитической эффективности (ккат/км) и увеличение периода полураспада при 55 градусах с 156 мин до 260 мин, а также видимая температура пларения увеличилась на 2,4 градуса. Это говорит о Том, что мутант Y68I/G109P подходит для промышленного производства d-аллюлозы.

(2) влияние pH на d-аллюлозу 3- эпистерер

Оптимальное значение pH d-аллюлозы 3- эпизодический стеретьсоставляет 7,0-9,0, что находится в диапазоне щелочности. Однако производство в сахарной промышленности осуществляется в кислотных условиях, так как кислотные условия могут уменьшить образование побочных продуктов и реакцию браунинга [34-35]. Таким образом, pH реакции d-аллюлозы 3- эпистереры не идеально подходит для биопреобразования потребностей моносакшаридной промышленности. Оптимальная реакция pH фермента должна быть улучшена с помощью генной инженерии, чтобы получить лучший продукт.

(3) влияние ионов металлов на d-аллюлозы 3- эпистереры

Ионы металлов оказывают определенное влияние на d-аллюлозы 3- эпистереры. Как видно из таблицы 1, оптимальный металлический ион для d-аллюлозы 3- эпистерера из Clostridium botulinum, d-аллюлозы 3- эпистерера из Clostridium cellulovorans, d-аллюлозы 3- эпистерера из Clostridium butyricum, d-аллюлозы 3- эпистерера из Clostridium formosA/данные отсутствуют.и d-аллюлозы 3- эпистерера из Clostridium tricornutum-Co2+. изомеразе's оптимальным ионом металла является Co2+. Оптимальный металлический ион для D-allulose 3-epimerase из Agrobacterium tumefaciens, D-tagatose 3-epimerase из Pseudomonas cepacia ST-24, D-tagatose 3-epimerase из Sphingobium Сп. 2.и D-allulose 3-epimerase из Streptococcus ruminantium — Mn2+.

Для д-тагатозы 3- дегидрогеназы из Burkholderia cepacia, Itoh etal. [17] показали, что деятельность не требует помощи ионов металлов, но добавление ионов металлов, особенно Mn2+, значительно увеличивает активность. В частности, Clostridium d-alloo -hexose 3-epimerase имеет строгую зависимость от ионов металлов, требуя ионы металлов в качестве кофакторов для отображения активности. При отсутствии ионов, он практически бездействует, и показывает максимальную активность в присутствии Co2+ [36]. Кроме того, было установлено, что целлюлаза D-allulose 3-epimerase обладает чрезвычайно высокой термоустойчивостью в присутствии Co2+ [36].

Патель и др. [37] использовали дрожжевой гомологический белок Smt3 для n-терминального синтеза для получения изомеров Smt3 d-аллюлоза -3 и в оптимальных условиях реакции исследовали каталитическую активность ионов дивалентного металла на изомере Smt3 d-аллюлоза -3. Результаты показали, что активность фермента была почти потеряна в присутствии Zn2+, Cu2+ и Ni2+. Ca2+ оказал значительное ингибиторное воздействие на его активность, в то время как Mg2+, Fe2+ и Ba2+ не изменили активность. Напротив, Mn2+ и Co2+ могут значительно повысить активность фермента, даже если количество Mn2+ в реакции анализа (0,025-0,1 mmol/L) очень мало. Jia etal. [24] изучали воздействие ионов металлов на ботулиний d-аллокетоглюкозу клостридия (Clostridium botulinum d-alloo -keto-glucose 3-epimerase). Результаты показали, что эдта полностью подавила активность d-аллокетоглюкозы 3-epimerase, Zn2+, Mg2+ и Cu2+ подавила часть ферментной активности. В отличие от этого, Co2+ и Mn2+ значительно повысили активность фермента, особенно Co2+ может значительно повысить активность d-аллюлозы 3- эпистерера.

(4) влияние других факторов на d-аллюлозы 3- эпистереть

За исключением D-tagatose 3-epimerase Соединенные Штаты америкиPseudomonas citrea ST-24 и D-tagatose 3-epimerase Соединенные Штаты америкиSphingobium Сп. 2.которые имеют D-tagatose и D-fructose в качестве оптимальных продуктов, соответственно, большинство других аллюлозных 3-epimerases имеют D-allulose в качестве оптимального продукта. Равновесная скорость преобразования d-аллюлозы и d-фруктозы составляет от 28% до 33% [38].

Кроме того, ким и др. [39] показали, что d-аллюлоза обладает высокой способностью комплектации с боратом, что помогает D-fructose производить d-аллюлозу в дальнейшем. Lim et al. [40] использовали иммобилизованный d-аллюлоза 3- эпистерер в качестве сырья для стабильного и высокопроизводительного производства d-аллюлозы в присутствии бората. - аллюлоза. Основной механизм может заключаться в Том, что борат реагирует с углеводами, образуя комплекс, а комплекс взаимодействует с ферментной системой для изменения равновесия любой реакции с использованием углеводов цис-диола через разницу в связывания сахара, тем самым достигая высокой степени преобразования [41~42].

2. Выводы

В настоящее время основным промышленным ферментом, используемым для производства d-аллюлозы, является d-аллюлоза 3- эпистерер, который имеет высокую степень родства и преобразования для субстрата d-фруктозы. В целях дальнейшего повышения урожайности d-аллюлозы некоторые исследователи использовали методы генной инженерии для получения d-аллюлозы 3- эпистереровать с более высокой скоростью преобразования. Поэтому во избежание потенциальных проблем безопасности пищевых продуктов необходимо дополнительно изучить безопасность экспрессии фермента и секреции микробных хостов. С улучшением людей#39; уровень жизни и осведомленность о здоровье, а также углубление экспериментальных исследований D-allulose будет иметь более широкие перспективы развития.

Ссылка:

[1] чжу з, ли л, чжан в и др. Улучшение фермента d-аллюлозы  3-epimerase    Из российской федерации   a    - термофилия   1. Организм   Конголезского халанаэроба До конца года Рациональное использование природных ресурсов Дизайн [J]. Фермент и микробные технологии, 2021, 149:109850.

[2] Ogawa M, Hayakawa S. применение редкого сахара D- псикозав пищевой промышленности [J]. Журнал японского общества пищевой науки и технологии ниппон шокухин кагаку когаку кай — ши, 2021, 68(3) : 101 — 114.

[3] болгер A/данные отсутствуют.M, Rastall R A, Oruna-Concha M J, et al. Влияние D- аллюлозы, по сравнению с сукроуз и D- фруктозы, на физические свойства кексов [J]. LWT, 2021, 150:111989.

[4] канасаки а, ниибо м, иида т. влияние d-аллюлозного питания на метаболические процессы печени Главная страница В случае необходимости Мужчина (1) 3. < < вистар > > Крысы [J]. - продукты питания И функциональность, 2021, 12(9) :3931-3938.

[5] Maeng H J, юн J H, Chun K H, etal. Метаболическая стабильность D- аллюлозы в Биорелевантность для окружающей среды Средства массовой информации и Гепатоциты: сравнение С фруктозой и эритритолом [J]. Продукты питания, 2019, 8(10) :448.

[6] Хаякава м, хира - ти, накамура М, и др. Раздел о секретных сведениях Соединенные Штаты америки GLP-1, но не GIP мощно стимулируется B в уluminal D-allulose (D-psi- cose) У крыс [J]. Биохимические и биофизические исследования коммуникации, 2018, 496(3) :898-903.

[7] PongkА вот и нет.W, Jinawong К, пратчайасакул W, et al. D- аллюлоза обеспечивает кардиозащитное действие b и смягчающее митохондрическую дисфункцию сердца у инсулиностойких крыс, вызванных ожирением [J]. Европейский журнал питания, 2021, 60(4) :2047 — 2061.

[8] чжан у, чжан т, цзян б и др. Enzymatic approaches По адресу:rare sugar production[J]. Достижения биотехнологии, 2017, 35(2) : 267 — 274.

[9] чжао дж., вэй х., чэнь дж., этал. Эффективный биосинтез d-аллюлозы в Bacillus  На сайте: subtilis До конца года D- псикоза  3-epimerase  Изменение перевода [J]. Международный журнал по биологическому оружию Макромоль-кулес, 2021, 187:1-8.

[10] чжан дж., Лу в., ван ц., и др. Новая стратегия D- псикозаи - липазе. Совместное производство Использование программного обеспечения a  2. Совместная культура В системе организации объединенных наций Соединенные Штаты америки Энджи-ниред бациллус На сайте: subtilisи escherichia coli и биопроцессный анал-ysis Использование программного обеспечения Метаболика [J]. B. биоресурсы и - биообработка, 2021, 8(1) : 1-18.

[11] ван цзяньвэй, сунь цзяньдун, ци хунцин и др. Высокая производительность D- псикозаиз D-fructose путем иммобилизации цельной реком-бинант бациллы subtilis  2. Камеры Выражение своего мнения D-psicose  3- эпистереть из агробактериума - тумефейенс. [J]. B. биотехнология и Прикладная биохимия,(2021) :doi:10.1002/BAB. 2115 год.

[12] ян п, чжу х, чжэн ц и др. Регенерации клеток и циклических катализаторов Проектирование и ремонт - клайверомисес Марксиан (marxianus) Соединенные Штаты америки Ген D-psicose 3-epimerase Из российской федерации - агробактерий tumefaciens  для D-allulose production[J]. Всемирный журнал микробиологии и биотехнологии, 2018, 34(5) : 1-7.

[13] билик в, тихларик к. Реакция сахаридов катализатором b y молиб-дата - ионы. - да. IX. Положение в области прав человека - эпимеризация; Соединенные Штаты америки Кетогексозы [J]. Химия звезда, 1973, 28:106 — 109.

[14] Дональд е - джей. - привет. A  Новая версия сайта Ii. Обобщение Соединенные Штаты америки D-psicose  (d-рибогексулоза) [J]. Исследования углеводов, 1997, 5:106 — 108.

[15] донор л в. изомеризация d-фруктозы по основаниюжидкой хромы — тографическая оценка и изоляция D-psicose[J]. Carbo- гидратит Research, 1979, 70:209-216.

[16] Izumori K, Rahman A K, Okaya H, etal. Новый фермент D-ke- тогексоза 3- эпистерер, из - псевдоним Сп. 2. St-24 [J]. Биохимии, 1993, 57(6) : 1037-1039.

[17] ито х, окая х, хан р а и др. Очистка и характер-составление d-тагатозы 3-epimerase  Из российской федерации - псевдоним sp.  St-24 [J]. Биотехнология и биохимия, 1994, 58(12) : 2168-2171.

[18] ким х Дж., хён E. E. К, ким ким у С, и др. 3. Определение характеристик Соединенные Штаты америки Agrobacterium tumefaciens D-psicose 3-epimerase, который преобразует D-fructose в D-psicose[J]. Прикладная и экологическая микро-биология, 2006, 72(2) :981-985.

Чхве чжу г, чжу ю н, ё м с дж. Улучшение термостабилизации D-psicose 3-epimerase из agrobacterium tumefaciens b y random и site- направленного мутагенеза [J]. Прикладная и энвайронная микробиология, 2011, 77(20) :7316-7320.

[20] янг C, луан N, J, etal. Влияние родобактерского сфэ-роидов на состав кишечника микробиоты и короткоцепных жировых кислот У мышей [J]. Журнал по теме Пищевых продуктов и Исследования в области питания, 2020, 8(6) :288-296.

[21] чжу Y, Men Y, Bai W, etal. Чрезмерное сжатие D-psicose 3-epi — меразы от ruminococcus sp. в escherichia coli и ее применение в производстве D-psicose [J]. Биотехнология лет — терс, 2012, 34(10) : 1901 — 1906.

[22] вей х, чжан р, ван л, этал. Выражение D-psicose 3-epi- мераза от - клостридиум Общая сумма ассигнований и - дореа sp.  и Производство цельных клеток d -psicose в bacillus subtilis[J]. Анналы микробиологии, 2020, 70(1) : 1-8.

[23] чжан у, фанг д, чжан т и др. Описание зависящего от металла D-psicose 3-epimerase из романа Штамм, desmos- pora sp.8437[J]. Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии, 2013, 61(47) : 11468-11476.

[24] дзя м, му W, чу ф и др. D-psicose 3-epimerase с pH-tral - оптимальный вариант Из российской федерации - клостридиум Общая сумма ассигнований Для D-psicose Про-дукция: клонирование, выражение, очищение и Определение характеристик [J]. Прикладная микробиология и биотехнология, 2014, 98(2) : 717 — 725.

[25] Su L, Sun F, Liu Z, etal. Высокоэффективное производство clostrid- ium cellulolyticum H10 D-psicose 3-epimerase в bacillus subti- lis и - использование Соединенные Штаты америки Вот это да. 2. Камеры to  Продукты питания и напитки D-psicose[J]. Микробные клеточные заводы, 2018, 17(1) : 1-10.

[26] му W, чжан W, клык D, этал. Характеристика фермента производства D-psicose, D-psicose 3-epimerase, из clostridium sp. [J]. Биотехнологические письма, 2013, 35(9) : 1481 — 1486.

[27] йосихара - а, козакай - ти, шинтани Т, и др. Очистка от загрязнения И определение характеристик Соединенные Штаты америки  D-allulose  3-epimerase  Полученный в результате Из российской федерации  Ar-тробактер globiformis M30, гра микроорганизмы [J]. Jour — нал бионаук и биоинженерии, 2017, 123(2) : 170 — 176.

[29] Jiang S, Xiao W, Zhu X, etal. Обзор D-allulose:В случае необходимостиvivo me- таболизм, каталитический механизм, инженерная деформация, Технология биопроизводства [J]. 1. Границы in  1. Биоинженерия И биотехнологии, 2020, 8:26.

[30] чжу з, гао д, ли с, этал. Редизайн романа D-allulose 3-epi- меразы от стафгилококка aureus для термостабильности и effi- cient biocatalytic Производство и продажа Соединенные Штаты америки D-allulose[J]. На микробной основе Сотовые заводы, 2019, 18(1) : 1-10.

[31] чэнь к, сяо и, чжан у и др. Современные методы и приложения в расчетах протеиндексирования пищевой промышленности [J]. Crit — ical Reviews in Food Science иNutrition, 2020, 60(19) : 3259 — 3270.

[32] мао с, чэн х, чжу з и др. Проектирование термостабильного вер-сьон d-аллюлозы 3-epimerase  Из российской федерации - родопирелула 13. "балтика" Через мутагенез под руководством сайта В центре города По состоянию на B. факторы b Анализ [J]. En- займ и микробные технологии, 2020, 132:109441.

[33] чжан в, цзя м, ю с, этал. Повышение термостабильности и каталитической эффективности D-psicose 3-epimerase из clostridi- um Общая сумма ассигнований Кцуо консультативный комитет по административным и бюджетным вопросам Ба -613  Использование программного обеспечения Сюжет на сайте Мутагенез [J]. Журнал агрохимии и пищевой химии, 2016, 64(17) : 3386-3393.

[34] чжан у, ли х, чжан т, этал. Характеристика D-psicose 3-epimerase из dorea sp. Cag317с кислотным pH оптимальным и высокой удельной активностью [J]. Журнал по теме Соединенные Штаты америки Молекулярный катализатор B: энзиматический, 2015, 120:68 — 74.

[35] Chen J, Chen D, Ke M, et al. Характеристика рекомбинантной d-аллюлозы 3- эпистереры Из российской федерации - термоклостридиум Каеникола (caenicola) С возможным применением в производстве d-аллюлозы [J]. Молекулярная Bi- otechnology, 2021, 63(6) :534-543.

[36] му W, чу F, Xing Q, etal. Исправление к клонированию, выражению, И характеристика D-psicose 3-epimerase из clostridi- um cellulolyticum H10[J]. Журнал по теме of  В сельском хозяйстве и Пищевая химия, 2013, 61(43) : 10408.

[37] Patel S N, Sharma M, Lata K и др. Улучшенная операционная ста-способность D-psicose 3-epimerase b y a novel Стратегия белковой инженерии и производство D-psicose из фруктов и овощей res- i[J]. Технология биоресурсов, 2016, 216:121 — 127.

[38] Chen X, Wang W, Xu J и др. Производство D-psicose из D- глюкозы b y Совместное выражение мнений of  D-psicose  3-epimerase  и Xylose изомеры [J]. 1. Фермент и На микробной основе Технологии, 2017, 105: 18-23.

[39] Kim N H, Kim H J, Kang D I, etal. Преобразование D-fruc- тозы В д-псикозу для Фермент-катализатор - эпимеризация; b y  Адол. - адол Борат [J]. Применение на практике and  По окружающей среде - микробиология, 2008, 74(10) :3008-3013.

[40] Lim B C, Kim H J, Oh D K. Стабильный иммобилизированный D-psicose 3- epimerase для производства D-psicose в присутствии бо-скорость [J]. Биохимия процессов, 2009, 44(8) :822 — 828.

[41] сон Y, нгуен Q A, Wi S G и др. Стратегия двойного производства биоэтанола и d-псикозы в качестве продукции с добавленной стоимостью от распятия  - овощные продукты  Остаток [J]. 1. Биоресурсы  - технологии, 2017, 223 :34 — 39.

[42] Xia Y, Cheng Q, Mu W, etal. Научные достижения D-allulose: an  Ii. Общий обзор of  В области физиологии Функции, энзиматические Biotransfor-масляные технологии и производственные процессы [J]. Продукты питания, 2021, 10(9) :2186.