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 is considered A/данные отсутствуют.rare sugar as A/данные отсутствуют.diastereoisomer at the C-3 positiПо состоянию наСоединенные Штаты америкиD-fructose. D- аллюлозаis a low-calorie sweetener. Taking a 100g/L sucrose solution as А вот и нет.example, D-allulose is 70% as sweet as sucrose [2], but only 0.  3% Соединенные Штаты америкиthe energy Соединенные Штаты америкиsucrose[3]. At the same time, D-allulose has unique В области физиологииfunctions. As an inhibitor Соединенные Штаты америкиhepatic lipogenic enzymes иintestinal α-glucosidase[4], D-allulose is hardly metabolized иabsorbed В случае необходимостиthe small intestine[5], which can further reduce postprandial hyperglycemia, improve insulВ случае необходимостиresistance иreduce the accumulation Соединенные Штаты америкиbody fat, which is Соединенные Штаты америкиgreat benefit По адресу:both obesity иdiabetes [6~7]. In addition, D-allulose has been declared “generally recognized as safe” (GRAS) by the US - продукты питанияиDrug Administration (FDA) [8] иcan be used in food иmedicine.

D Allulose is a Новая версия сайтаrare monosaccharide that is safe дляhealth. It has physiological properties such as reducing blood glucose response, reducing liver fat production, maintaining body weight, anti-oxidation иprotecting blood vessels. D-Allulose is increasingly valued by researchers дляits special nutritional иbiological functions. Since the content Соединенные Штаты америкиD-allulose in nature is very low, it is difficult to prepare it by chemical methods. At present, the major Производство и продажаmethod is the enantioselective isomerization between D-fructose and D-allulose[9~10]. В настоящее времяketose 3-isomerase involved is a research hotspot, which can be obtained Из российской федерацииdifferent microorganisms. The most commonly used is the D-allulose 3-isomerase Соединенные Штаты америкиAgrobacterium tumefaciens[11~12]  .

1 Научно-исследовательский прогресс в области технологии производства

1. 1 Метод химического синтеза

Сначала d-аллюлоза была синтезирована химическими методами. 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 Д-тагатозе (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

The properties Соединенные Штаты америкиD-allulose 3- эпизодический стеретьvary depending on the microbial source. As can be seen Из российской федерацииTable 1, the - оптимальный вариантtemperature for most D-allulose 3-epimerases is 50-70°C, and the optimum pH is 7.0-8.0. The optimum pH for the D-tagatose 3- эпизодический стеретьСоединенные Штаты америкиthe Rhodobacteraceae is 9.0, while the optimum pH for the D-allulose 3- эпизодический стеретьСоединенные Штаты америкиthe genus Doria is isomerase has an optimum pH Соединенные Штаты америки6.0. In addition, the activity Соединенные Штаты америкиthe enzyme can be effectively increased by the addition of metal ions [27], and the optimum metal ion for D-allulose 3- эпизодический стеретьis Mn2+ or 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-epimerase of Бациллы (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-epimerase составляет 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 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+.

За то, чтоD-tagatose 3-dehydrogenase Из российской федерацииBurkholderia cepacia, Itoh et al. [17] showed that the activity does not require the assistance of metal ions, but the addition of metal ions, especially Mn2+, significantly increases the activity. In particular, Clostridium D-allo-hexose 3-epimerase has a strict metal ion dependence, requiring metal ions as cofactors to display activity. In the absence of ions, it is almost inactive, and it shows maximum activity in the presence of Co2+ [36]. In addition, it was found that the cellulase D-allulose 3-epimerase has extremely high thermal stability in the presence of 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

Except for the D-tagatose 3-epimerase of Pseudomonas citrea ST-24 and the D-tagatose 3-epimerase of Sphingobium Сп. 2.which have D-tagatose and D-fructose as their optimal products, respectively, most of the other allulose 3-epimerases have D-allulose as their optimal product. The equilibrium conversion rate between D-allulose and D-fructose is between 28% and 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 in  Мужчина (1) 3. < < вистар > > Крысы [J]. Food  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 and  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 of  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] Pongkan 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 to 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 of  Энджи-ниред бациллус На сайте: subtilisи escherichia coli и биопроцессный анал-ysis Использование программного обеспечения Метаболика [J]. B. биоресурсы and  - 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 and  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) of  Ген D-psicose 3-epimerase Из российской федерации - агробактерий tumefaciens  for  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; of  Кетогексозы [J]. Химия звезда, 1973, 28:106 — 109.

[14] Дональд е - джей. - привет. A  new  Ii. Обобщение of  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 of  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 and  - дореа sp.  and  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 optimum  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 of  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 of   D-allulose  3-epimerase  Полученный в результате from   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:in vivo 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 production  of  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 and Nutrition, 2020, 60(19) : 3259 — 3270.

[32] мао с, чэн х, чжу з и др. Проектирование термостабильного вер-сьон d-аллюлозы 3-epimerase  from  - родопирелула 13. "балтика" Через мутагенез под руководством сайта В центре города on  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 of  Молекулярный катализатор B: энзиматический, 2015, 120:68 — 74.

[35] Chen J, Chen D, Ke M, et al. Характеристика рекомбинантной d-аллюлозы 3- эпистереры from  - 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 and  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  and  Xylose изомеры [J]. 1. Фермент and  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 for  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  physiological  Функции, энзиматические Biotransfor-масляные технологии и производственные процессы [J]. Продукты питания, 2021, 10(9) :2186.