alluloseそれは何から作られていますか?

肥満と糖尿病の有病率の増加に伴い、「健康的な食事と低糖生活」は今日の人気トレンドとなっています' s社会。2019年、国際糖尿病連盟(idf)は、世界の20 ~ 79歳の成人の9.3%が糖尿病を患っており、4億6300万人が糖尿病にかかっていると発表しました。糖尿病の医療費は、世界保健支出の10%(約7,600億ドル)を占めています[1~2]。このような患者や肥満の人たちの日々の甘い欲求に応えるため、甘さはショ糖に似ているが、血糖値が上がらない甘味料の開発が急がれている。

アリュロースは、スクロースに似た甘さのため、これらのニーズを満たすことができます,非常に低いカロリー含有量とその特殊な生理作用。近年、海外市場での需要が増加しています。ここ数年、国内の大学や研究所、酵素製造会社などがアリュロースに関する研究を急速に進めており、関連論文の発表件数も年々増加している[3]。

1. Physicochemicalの領地との生理机能D-allulose

d-アルロース(d-allulose)またはd-ribo-2-hexuloseは、d-フルクトースのc-3位のジアステレオ異性体であるd-フルクトースにジアステレオイソメラーゼを加えることで合成できる。もともとプシコフラニンから単離されたため、d-psicoseと命名されました[4]。2014年に日本で開催された国際希少糖会議において、従来のd-psicoseの名称がd-psicoseからd-alluloseに正式に改められた[5~6]。

1. 1   ^ のb c d e f g h i化学的性質

d-アルロースは、典型的なまれなヘキソースである。白色の結晶性粉末で、グルコースとフルクトースの異性体である。分子量は180.16で、分子式はc6h12o6である。水に非常に溶けやすい。室温で100gは291gのアリュロースを水に溶かすことができます[7];融点は109℃であり、常温常圧で安定である。低融点のため、粉末製品を製造する噴霧乾燥には適していません。d-アルロースの甘さはスクロースの70%[8]であり、その甘さはマイルドである。同じ量のアロイースを食べると、スクロースのカロリーの0.3%しか発生しません[9]。

1.2 d- alluloseの生理機能

1. 2. 1 Neuroprotective効果

日本の高田ら[10]が発見した50 mmol / L D-allulose神経毒6-ヒドロキシドパミンによって誘導されるカテコールアミンpc12細胞のアポトーシスを阻害し、細胞内のグルタチオン濃度を増加させることによって、神経を保護することができます。毎日の食事にd- alluloseを追加すると、効果的にパーキンソン病の発生率を減らすことができます' sです

1. 2. 2    血糖値を下げる

関連する研究は、口頭の後にそれを示しています摂取D-allulose特に、ブドウ糖glycosidaseのαD-alluloseにより、肠内-amylase排出できるを抑制する[11]、を大幅食後に血糖値を下げる。小規模な臨床試験では、75 gのマルトデキストリンと5 g以上のd-アルロースを摂取した健康な被験者では、血漿中グルコースおよびインスリン濃度が低かった[12]。

1. 2. 3. 脂質の低下と体重の減少効果

落合ら[13]はそれを示しているd- alluloseの摂食はラットにおいてリパーゼ活性を有意に増加させた。松尾ら[14]は、ラットにd- alluloseを28日間投与したところ、肝臓脂肪生成酵素の活性が有意に低下し、腹部脂肪組織がd-フルクトースを投与したラットに比べて有意に低下することを実験的に確認した[8]。研究では、d-アルロースがコレステロールの逆転写を促進し、高密度コレステロールを低下させ、アテローム性動脈硬化を予防する効果があることが確認されている[15]。さらに、多くの研究により、d-アロロースは活性酸素(ros)を除去する能力が高いことが示されている[16]。

2 d-alluloseの作成

d alluloseは自然界ではめったに見られないイチジク、サトウキビの糖蜜、小麦、ラットのとげの植物には少量しか含まれていないため、植物からの抽出には適していません。現在、d-アルロースを合成する主な方法は、化学合成と生物学的酵素変換である。

2. 1化学合成法

比較的典型的な化学物質でd-alluloseの合成法ブドウ糖を原料とし、モリブデン酸を触媒とし、80~120℃で合成する。この方法の最大変換率は40%以上に達する可能性がありますが、製品の灰含有量は食品要件を満たすには高すぎます。また、伝導率の反応ほど高く解決策は2万μs / cm〔17〕や飲用適合と浄化を淡水化が必要な複数の陰イオン、ようイオン交換樹脂などが増加した下水処理負荷fang zhijieら[18]は、グリセリンからアロースを化学合成する方法を開発した。トルエンやアセトニトリルなどの化学溶剤を使用すると、人体に有害なだけでなく、扱いにくい。触媒水素化やフェリエ転位[19]などの他の方法も、変換効率の低さや深刻な環境汚染などの問題を抱えており、大規模な工業生産には適していません。

2. 2生物学的酵素変換法

d -alluloseバイオ触媒の研究比較的早い時期から海外で活動している。香川大学希少糖研究センターの泉守健教授は、長年の希少糖の生物学的変換の研究に基づき、「泉リング法」として知られる一連の希少糖変換戦略を提案した[20]。イズマリング希少糖変換戦略によれば、現在、d-アルロースを生産するためのバイオコンバージョンには2つの主要な方法がある。1つは酸化還元酵素を用いてアロイニトール(アロイン)、太郎-イニトールおよびd-ガラクト-イニトールからd-アロケト糖を生成することである。この方法では、基板のコストが高いため、コストの観点からは商業的には有効ではありません[21-22]。もう一つの方法は、イソメラーゼによるd-フルクトースからd-アルロースへの異性化である。1993年、泉森ら[23]は、pseudomonas cichorii st-24からヘキコースのc3の異性化を触媒する酵素を発見した。最適な基質がタガトースであることから、d-タガトース3-エピメラーゼ(dte酵素、以下dte)と命名された。

2006年、韓国のkimhら[24]が分離したd-アルロース- 3-エピメラーゼ(d-プシコース- 3-エピメラーゼ、dpe酵素、以下dpeとする)agrobacterium tumefaciens由来で、その最適な基質はd- alluloseです。dpeはdteよりも高いd-フルクトース異性化活性を示す[8]。d alluloseの研究は、海外の研究に比べて遅れて始まった。2008年まではjbcに所属していなかった#江南大学の研究チーム[25]は、30の泥と水の試料からsk011と呼ばれるrhodobacter sphaeroidesのdteを選択した。シェイクフラスコ培養後に細胞全体の形質転換を行ったところ、収率は6.54%にとどまった。2010年以降、dpe / dteの研究は中国で急速に発展し、5つのmaster&があります#39;sと博士論文2021年だけで公開された[26 - 30]。

その中で、ウー・ジン&#江南大学チーム39;s绝えず好適な分子修正や醸造あっ文化条件もよい遺伝子クロストリジウム由来cellulolyticum H10とする、増やし種タンクの醸造酵素が働き4567μ/ mL[26]。現在、米国のnational center for biotechnology informationにアノテーションが付与されているdpe酵素遺伝子は400以上あり、文献には20以上のdpe酵素が明らかに報告されています。この組換え酵素のフルクトース変換率は約30%である。ホウ酸塩を添加すると、変換速度が向上し、中のホウ酸塩が増加するallulose硼酸塩複雑なアンバーライトira-743およびdowex 50樹脂で容易に除去できます[31]。

3. d- allulose工業用酵素の開発方向性

ただし、重要なされている近年ではd-alluloseの開発が進んでいるそのほとんどが遺伝子マイニングと株構築に焦点を当てており、生成物の分離と精製に関する報告は比較的少ない[32]。制品の研究開発と工業化との効果的な組み合わせにはまだいくつかの欠陥があります。d- alluloseは主に食品に使用されるため、以下は食品の法規制の要求と工業化の過程で発見された問題と組み合わせて工業化の必要性の方向を説明します。

3.1組換え細菌の発現系統の選択

不安定性、基質スペクトルの狭さ、触媒効率の低さなど、天然の酵素には限界があるため、生産における直接の応用には適していません。標的タンパク質をコードする遺伝子を分子レベルで改変し、特性が著しく改善された変異体を選別する必要がある[26]。食品の安全性、コンプライアンス、工業化を考慮すると、組換え細菌の選択は、非病原性で、ファージに感染しにくく、タンパク質を効率的に分泌する能力を備えた食品グレードの微生物に基づいている必要があります。枯草菌(bacillus subtilis)は好気性性グラム陽性菌で、胞子を形成し、細胞壁にはエンドトキシンが含まれない。バシラス属の中で最も初期の種であり、遺伝子工学の宿主として用いられる。枯草菌は、米国食品医薬品局(fda)から安全性が認められた微生物として、古くから発酵食品の製造に使用されてきました。組換え枯草菌は、簡単で迅速な培養、良好な発酵基盤と生産技術の利点を持ち、工業用酵素の理想的な発現宿主である[33]。

3. 2 dpe酵素修飾の方向

近年の研究の方向性は、ある程度工業化の可能性を考慮しているが、主にdpe酵素の熱安定性の向上に焦点が当てられている。以下、工業化の観点から工業用酵素に求められる要件について説明します。

3.2.1酵素の最適なph

酵素に最適なphは酸性が弱く、範囲が広いほど工業化に有利である。希少糖の変換戦略に応じて酵素によるd- alluloseの生産比較的安価なフルクトースを基質として使用し、dpe酵素によって触媒されてアリュロースを生成する。しかし、dpeによるフルクトースからのalluloseの生成は可逆的な反応であり、反応終了後に酵素処理が必要となる。基質のフルクトースとアリュロースは、高温、アルカリ、タンパク質の存在下でメイラード反応を起こしやすく、その後の糖精製のための活性炭による脱色のコストが増加します。最も適切なph値の工業的選択は弱酸性のdpeであり、より適しています。ph値の違いが飼料溶液の透過率と吸光度に及ぼす影響を表1に示す。

表1に示すように、反応初期のphが弱酸性の場合、反応溶液の透過率および色値は、初期のphが中立な溶液よりも優れています。

前述の文献では、dpe酵素はフルクトースからのアロースの調製を触媒する。果糖の解体を安定さに従い、バッファリングした塩液ををもって維持されるたに違いpHの数字で上昇へとつながるだろう伝導率策の後続の陰イオンの変を起こしてようイオン交換処理問題あり回数の低下で素材は、樹脂を通過します。工業生産は容易ではなく、純水に溶かすだけで十分である。袁湯国ら[3]や李暁波ら[21]は実験によってこれを確認した。

3. 2. 2金属イオン選択性

ほとんどのdpe酵素は金属依存性の酵素である。いくつかは金属に依存していなくても、特定の金属イオンの存在は反応速度を大幅に促進する[21]。食品の安全性の観点から、mg2 +やmn2 + asなどの金属イオンを選択することが推奨されます酵素の工業的調製のための食品添加物[34 ~ 35]。

3.2.3酵素の最適温度

研究によると、反応温度が高いほど酵素の半減期は短くなるが、同時に反応速度が速くなり、生産サイクルが短くなる。工業生産の観点からは、酵素の最適温度が高いほど良いというわけではありません。温度が高いほど蒸気消費量が大きくなり、メイラード反応が起こりやすくなります。この2つの間のバランスを見つける必要があり、他の機能性糖の生産を考慮して、一般的に40 ~ 60°cの間で制御される。酵素の最適温度が高いほど、粗酵素溶液の抽出過程における酵素活性回復率の向上に寄与する。

3. 3   工業用途に適した基板濃度

基質濃度が酵素変換に及ぼす影響を表2に示す。

表2に示すように、フルクトース溶液の濃度が低いほど、反応の初期段階で同量の酵素を(反応基質の乾燥基に)添加した場合の変換速度が速くなります。しかし、濃度が低すぎると単位時間当たりに生成されるalluloseの量が多すぎる。高濃度脱色や高濃度イオン交換の工業化に伴い、低濃度の酵素をその後の濃度に変換するなど、作業量が増えています。したがって、工業生産では、約(400 ~ 500)g/ lの濃度も高い変換率を達成することができ、水とエネルギー消費量を削減し、炭素排出量を削減することができます。

3. 4つの準備と酵素製剤の問題

酵素溶液の反応速度は、細胞全体の反応速度よりもはるかに高い。同じ条件で酵素を加えた場合、果糖溶液の濃度が約300 g/ lの場合、粗酵素溶液の反応速度は細胞全体の約5倍になる。dpe酵素は細胞内の酵素であり、酵素溶液を調製する過程には遠心分離、洗浄、均質化がある。実験室レベルで粗または純粋な酵素溶液を低温で調製することができますが、遠心分離や工業生産中の均一化の際に低温を維持することは困難です。特に、均質化過程での酵素活性の損失が大きく、酵素の生産コストが高くなります。

4展望

d alluloseは現在、13カ国の規制で承認されています日本、韓国、カナダ、メキシコ、シンガポール、オーストラリアを含む。2019年4月、fdaはd-アラロースを「添加糖」と「総糖」の表示から除外すると発表した[2]。つまり、食品に添加されるd-アラロースの量は、添加量に制限されなくなる。しかし、現時点ではアリュロースの価格が比較的高いため、売上はそれほど大きくはありません。研究の深化と徐々に成熟度の食品グレードのホストの組換え発現の鍵d-alluloseのdpe酵素技術d-alluloseのコンバージョン率も向上し続けます。企業は、工業化の過程で明らかになった問題点を改善し続け、酵素調製企業は完成した酵素を発売する。

アリュロースの調製コストは大幅に減少し、製品 製品の品質はさらに向上します。2017年8月、中国・上海にてデビュー#39の国民健康委員会は受け入れました新規食品原料としてのd-アロロースへの適用。現在、毒性試験が行われており、2023年後半または2024年には甘味料としての使用が承認される見込みです。d- alluloseは、腸を通過してもほとんど代謝されないため、エネルギーを供給することができず、食後の血糖値を効果的に低下させたり、体重をコントロールしたり、脂肪蓄積を減らすなどのユニークな生理作用があり、その応用分野は今後ますます広がっていくと考えられます。今後数年間、国内外の市場規模と能力は拡大を続け、市場の見通しは良好である。

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