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。

Allulose can meetthese needs due to its sweetness similar to sucrose, extremely low calorie content とits special physiological effects. In recent years, demand でforeign markets has been on the rise. Domestic universities, research institutes and enzyme preparation companies have rapidly developed research on allulose でrecent years, and the number のrelated papers published has increased year by year[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位のジアステレオイソマーであり、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-Allulose はa typical rare hexose. It is a white crystalline powder and an isomer のglucose 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-alluloseis 70% その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 d- alluloseの生理機能

1. 2. 1 Neuroprotective効果

日本の高田らは、50 mmol/ lのd- alluloseが、細胞内のグルタチオン濃度を上昇させ、カテコールアミンpc12細胞のアポトーシスを阻害することによって神経を保護することを発見した[10]。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

Relevant studies have shown that after oral intake of 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

落合らは[13]、ラットでd-アルロースを与えるとリパーゼ活性が有意に増加することを示した。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、自然界にはほとんど存在せず、イチジク、サトウキビの糖蜜、小麦、ラットサンザシの植物に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ない。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]は、agrobacterium tumefaciensからd-アルロース- 3-エピメラーゼ(d-psicose 3-epimerase、dpe酵素、以下dpe)を単離した。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、アリュloseホウ酸塩複合体中のホウ酸塩は、アンバーライトira-743およびdowex 50樹脂を用いて容易に除去することができます[31]。

3. d- allulose工業用酵素の開発方向性

d- alluloseは近年大きな発展を遂げているが、そのほとんどは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

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 FDA, 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 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。希少糖変換法によれば、d-アルコースの一段階酵素的生産は、比較的安価なフルクトースを基質として利用し、dpe酵素によって触媒されてアルコースを生産する。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

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 has now been approved by regulations in 13 countries, including Japan, South Korea, Canada, Mexico, Singapore and Australia. In April 2019, the FDのeven announced that D-allulose would be excluded からthe “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.

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;s National Health Commission has accepted the application for D-allulose as a 新しいfood ingredient。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。

参考:

[1] 国際 糖尿病 連盟 糖尿病 アトラス 9 edition 2019[r] . idf, 2019。

[2] guo yuanheng, wang jing, wang xiaoyan, et al。中国におけるd-アルロース生合成の研究と産業化の進展[j]。^ a b c de f g h i(2016) 34-40頁。

[3]元Tanguo。d- alluloseイソメラーゼの異種発現とd- alluloseの効率的な変換[d]。^大連理工大学、2021年。

[4] eble t e, hoeksema h, boyack g a, et アルpsicofuranine。Ⅰ.Dis - covery、孤立、p rop ertiesか[J] .Antibiotics &化学療法(northfield, ill .)。1959年(昭和34年)9月9日-420号。

【5】park c s, kim t, hong s h, et al。d- alluloseコリネバクテ・rium glutamicumのp ermeabilized組換え細胞によるd-フルクトースからのp回転 細胞 exp ressing D-allulose  3-epimerase fla—vonifractor plauti[j] . plos one, 2016, 11(7): 160044。

[6] liu menglu, yuan weitao, li ning, et al。機能性甘味料d-alluloseの研究成果[j]。中国食品添加物,2022,33(1):21-25。

【7位】木村拓哉、kanasaki 林、 n, et al。D-Allulose postprandial増す 脂肪  酸化 in  健康 人間か[J]。栄养 16:43 -44に放送。

[8] chung m y, oh d k, lee k w.hypoglycemic health benefits of d-p sicose[j] . journal of agricultural and food chemistry, 2012, 60(4): 863-869。

[9] 松尾t H、橋口 m, et al。D-p sicose is  a  pは成長ラットにエネルギーをrovidesない希少糖[j] .ニュージャーナル- tritionalscience &2002年Vitaminology、48(1):77-80。

[10] takata m k, yamaguchia f, nakanosea k, et アルneuropro-tec -ラット褐色細胞(pc12)細胞における6-ヒドロキシドパミン誘導性アポパトシスに対するd-psicoseの効果[j]。journal of biosci - ence and bioengineering, 2005, 1 00:05 -516。

[11]松尾T, Izumori k D-p sicose腸αを抑える-glucosidaseと出ressesのグリセミック応答carbo -ガスハイドレイトを摂取することがネズミか[J] .Journal臨床生化学 & ^『官報』第2354号、大正11年(1923年)12月23日。

[12] iida t, kishimoto y, yoshukawa y, et al .急性d-pシコースad- ministrationは、正常な成人における経口のマルトデキストリン耐性試験に対する血糖応答を低下させる[j]。journal of nutrition - al science and vitaminology, 2008, 54(6):511-514。

[13] 落合m,大西k, yamada t, et al。高スクロース食を与えたラットでは、d-psicoseは経験値限界を増加させ、体脂肪蓄積を減少させる[j]。国際 誌 of  食品 科学と栄養学,2014,65(2):245-250。

[14] matsuo t, baba y,橋口m, etal。d-fructoseのc- 3エピマーであるd-pシコーは、ラットにおける肝リポジェニック酵素の活性を抑制する[j]。asia pacifific journal of clinical nu - trition, 2001, 10(3):233-237。

[15] kanasaki a, iida t, murao k, etal。d-アルロースは、ラットへのhdl-コレステロールの取り込みを増強します's p rimary hepatocyte via sr-b1 [j]。Cytotechnology 20/20、72(2):295-301。

[16] suna s, yamaguchi f, kimura sら希少ケトヘキソースの一つであるd-ピー・シコーのdi-(2-ethylhexyl)に対する予防効果 フタル酸エステル類(うちDEHP) -induced 睾丸 負傷 in  ネズミか[J]です毒性 ^ a b c d e f g h i(2007), 173(2): 107-117。

[17] wang chengfu, fang chunlei, du ruifeng, et al。alluloseの準備法とその応用[p]。CN104447888A、2015-03-25。

[18] fang zhijie, li song, cheng jie, et al。糖酸ラクトンから希少なヘキソピラノースやヘプトピラノースを合成する方法[p]。CN101817851A、2010-09-01。

[19] doner l w .塩基性d-フルクトースの異性化:液体クロマトグラフィー評価とd-pシコーの単離[j] . carbohy - drate research, 1979, 70(2):209-216。

[20] mu wanmeng, zhang tao, jiang bo, et al。希少糖の生合成戦略:泉化法[j]。中国生物工学会誌,2007,27(7):129-136。

[21]李暁波。d-アルロース3-エピメラーゼの発現とd-アルロース変換のためのその固定化[d]。天津科技大学(tianjin university of science and technology) - 2013年設立。

[22] izumori k, yamakita m, tsumura t, et al . d-talitol, d-tagatoseまたはd-galactitol b yalcaligenes sp。j ferment bioeng, 1990, 70(1):26-29。

[23] Izumori K Khana R, 岡谷 H et al .  A  new  酵素、d-ケトヘキソース 3-Epimerase、 from  彼らの右側の spを務めていらしたST-24 [J]。^「bioscience biotechnology and biochemistry, 1993, 57(6): 1037- 1039」(英語). bioscience . 2018年3月7日閲覧。

[24]大人Kimh J Hyune  K Kimy  S et  al .  特性化  of   のAgrobacterium tumefaciens D-p sicose 3-Epimerase that  con- d-フルクトースからd- pシコーへ[j]。適用 and  2006年環境微生物学、72(2):981-985。

[25] zhang longtao, mu wanmeng, jiang bo, et al。d-アルロースの生物学的変換のためのクロストリジウムのスクリーニング[j]。飲食発酵反応業、08年(9):40-43。

[26]王であることが判明。clostridium cellulolyticum h10由来d-アルロース- 3-エピメラーゼの分子修飾・発現最適化・安定性研究[d]。^長崎大学、2018年。

【27】歩であることが判明。d-アルロース3-エピメラーゼの生産の最適化と細胞への固定化[d]。^長崎大学、2018年。

[28]陳家君。d-アルロース3-エピメラーゼの性質の同定と熱安定性の変化に関する研究[d]。^長崎大学、2018年。

[29]峰林業。d-フルクトースの多酵素反応によるd-アルロースの合成に関する研究[d]。^長崎大学、2018年。

[30]魏Yuxia。枯草菌におけるd-アルロース- 3-エピメラーゼの異種発現および固定化[d]。^長崎大学、2018年。

[31] hicks k b, simpson g l, bradburya g w .ホウ素選択性樹脂を用いた炭水化物溶液からのホウ酸および関連化合物の除去(ira-743) [j] . carbohydr res, 1986, 147(1):39-48。

[32] li yunfei, luan qingmin, liu feng, et al。多成分糖溶液の分離における模擬移動床クロマトグラフィーの応用に関する研究[j]。食品・発酵産業,2022,48(11):1-13。

[33] ma pingying, luo wen, zhan yixin, et al。枯草菌発現システムの研究[j]。江西科学,2020,38(6):867-871。

[34]人民保健省'の中国の共和国。gb 25584-2010国家食品安全基準食品添加物塩化マグネシウム[s]。北京:中国標準出版社、2010年。

[35]人民保健省'の中国の共和国。gb 29208-2012国家食品安全基準食品添加物硫酸マンガン[s]。^「china standard press」。china standards press(2012年). 2012年12月23日閲覧。