dタガトースの利点は何ですか?

砂糖の過剰摂取は、肥満や糖尿病などの慢性疾患と関連しており、アルコールと同様に身体に有害です[1]。欧米などの先進国では、消費者に糖分の摂取量を減らすように誘導するために、砂糖飲料などの食品に糖分税を課している。近年、砂糖の削減のための市場の需要と砂糖代替成長を続けています砂糖の抑制と削減は、「健康な中国」という重要な国家戦略ニーズを満たしています。

希少糖は、天然に存在するが非常に低濃度の単糖およびその誘導体である[2]。新しいタイプの機能性甘味料として、国際的にも注目されています。希少糖は消費後のエネルギー生産が少なく、血糖値の上昇抑制、抗肥満、抗酸化、抗炎症などの生理機能を持っています[3-4]。低カロリーの砂糖の代わりに希少糖を使うことは、「衛生と健康」というコンセプトに合致しています[5 - 6]。d-タガトースは、スクロースに似た味の希少な砂糖で、甘さはスクロースの92%だが、カロリーは3分の1しかない。

D-tagatosehas のvariety のbeneficial physiological functions ためのhumのbody, such as preventing obesity, lowering blood sugar, anti-caries, anti-oxidation, probiotics, improving intestinal flora, enhancing immunity, とpreventing cardiovascular とcerebrovascular diseases。 Therefore, D-tagatoseis のideal functional sweetener. In 2001, のU.S. 食品とDrug Administratiに(FDA) Administratiに(FDA) recognized D-tagatoseas a “generally recognized as safe” (GRAS) 食品[7], とwas recommended によってのJoint FAO/WHO Expert Committee on 食品Additives (JECFA) とのUnited Nations 食品とAgriculture Organization recommend it as a new type の甘味料that can be used as a food additive [8]. In 2014, でaccordance with the 食品Safety Law のthe People&#中国39の共和国と新しい食品原料の安全性審査の管理のための措置は、国家衛生・計画出産委員会は、d-タガトースを新しい食品原料として承認した。したがって、d-タガトースは非常に広い市場の見通しを持っています。

1. d-タガトースの代謝と生理活性

d-タガトースは、図1に示すように、d-ガラクトースの異性体、d-フルクトースのc-4エピマー、d-ソルビトールのc-3エピマーである重要な希少なヘキソースである。

1. 1. D-tagatose代謝

d-タガトースとd-フルクトースは構造が似ていますが、ボディ&#d-タガトースの吸収効率は非常に低く、小腸で吸収されるのはわずか20 ~ 25%である。d-タガトースが小腸に吸収された後の代謝過程はd-フルクトースと同様であるが、代謝率はフルクトースの50%に過ぎない。d-タガトースはフルクトキナーゼの作用によってd-タガトース-1-リン酸に変換され、アルドラーゼによってジヒドロキシアセトンリン酸とグリセルアルデヒドに分解される。フルクトキナーゼは、d-フルクトースよりもd-タガトースに対する親和性が低い[9]。小腸で吸収されなかったd-タガトースは大腸に入り、腸内微生物によって発酵されて短鎖脂肪酸が生成される[10 - 11]。大腸では、d-タガトースは代謝経路であるタガトース-6-リン酸代謝経路のガラクトース分岐を介して代謝される。ヘキソキナーゼの作用により、d-タガトースはd-タガトース-6-リン酸に変換され、さらにタガトース-6-リン酸キナーゼとタガトース-1,6-二リン酸アルドラーゼの作用によりジヒドロキシアセトンリン酸とグリセルアルデヒド-3-リン酸に分解される。

1. 2Physiological activity のD-tagatose

d-タガトースには、血糖値の低下、肥満の抑制、腸内フローラの促進、虫歯の予防、抗酸化、不妊の改善など、さまざまな生理機能があります(図3)。

1. 2. 1   血糖値を下げる

d-タガトースは、健康な人や2型糖尿病患者の血糖値を調節することができる。従来の経口糖尿病薬と比較して、安全性が高く、抗酸化活性があり、体重増加を抑制するという利点がある[11]。研究によると、耐糖能検査の30分前に75 gのd-タガトースを糖尿病患者に投与すると、血糖値に影響を与えずに血糖値の上昇を有意に抑制できることが示されている[12]。

Furthermore, the minimum dose のD-tagatoseis 5 g(3倍/日),効果的に2型糖尿病患者のアセチル化ヘモグロビンのレベルを制御することができます[13]。d-タガトースの低血糖作用機序はこれまで完全には解明されていないが、以下のような機序が考えられている。D-tagatoseは、肝臓で代謝されたりD-fructose同様、、によってD-tagatose-1-phosphateにfructokinaseに核から阳诱glucokinaseに闻くの引っ越して変換の発揚グルコースgluco-6-phosphateやglycolytic入りであればも変換グルコース时推進ながらグリコーゲン[14 15アンダーパー】。d-タガトース-1-リン酸はグリコーゲンホスホリラーゼの活性を阻害し、それによってグリコーゲンのグルコースへの分解を阻害する。また、d-タガトースは、腸内の主な消化酵素(スクラーゼ、マルターゼ)の活性を阻害し、血糖値を下げる効果があります。したがって、d-タガトースは、糖尿病患者の食事に砂糖の代替品として添加して血糖値を下げることができる。

1. 2. 2   肥満を減らす

体重管理は、肥満関連疾患のリスクを減らす上で重要な役割を果たしている。d-タガトースは低カロリー特性を持つ体重管理のための有望な甘味料として使用することができます。糖尿病を持つ多くの人々のために、減量は血糖を制御する重要な要因である。糖尿病患者が長期間d-タガトースを摂取すると、体重が有意に減少し[16]、健康な男性では食物摂取量が減少する[17]。妊婦にとって体重管理は共通の問題だ。過度の体重増加は、母親と胎児の両方の健康リスクを増加させます。したがって、d-タガトースは母子市場にも応用できる可能性がある。

1. 2. 3あまりの寒機能

Prebiotics are organic substances that are not digested or absorbed によってthe host but selectively promote the metabolism とproliferation のbeneficial bacteria でthe body, thereによってimproving host health [18]. D-tagatoseis an excellent prebiotic. D-tagatoseis resistant にthe human gastrointestinal 条件とcan effectively stimulate the growth のprobiotics, especially Bifid bacterium infantis, thereby inhibiting the growth のpathogenic bacteria [19]; studies have shown that the human body is rich でD-tagatoseでa healthy mouth, とbecause D-tagatosehas an inhibitory 効果on the growth のbacteria such as Streptococcus gordonii that cause tooth decay [20], it has an anti-caries function. Promoting the proliferation のbeneficial bacteria, inhibiting the growth のpathogenic bacteria, とanti-caries functions all reflect the good ヨーグルトfunction のD-tagatose.

1. 2. 4抗酸化

細胞内のフリーラジカルは細胞に損傷を与え、癌、老化、または他の病気につながる可能性があります。d-タガトースは、細胞の損傷を引き起こす細胞内のフリーラジカルを減少させる可能性がある。グルコース、マンニトール、キシロースの同量と比較して、マウス肝細胞のフラゾリドンが引き起こす酸化的損傷をd-タガトースが抑制できることが研究によって示されている[21]。d-タガトースは弱い鉄キレート特性を持つ。したがって、鉄触媒による脂質過酸化やタンパク質のカルボニル化によるフリーラジカルの生成を阻害することで、鉄による細胞毒性から細胞を守ることができる[22 - 23]。

1. 2. 5他の機能

また、d-タガトースは臓器移植や生殖能力の向上、新生児の成長にも関与しており[22]、その生理機能に関する研究は途絶えることがない。

2 d-タガトース生合成法

主methods のsynthesizing D-tagatose化学合成と生物形質転換です化学合成においては、d-ガラクトースが原料として用いられ、アルカリまたはアルカリ土類金属の触媒反応の下で異性化反応が起こり、金属水酸化物とd-タガトース錯体が沈殿する。その後、中間体を酸で中和してd-タガトースを得る。この化学合成法は、d-タガトースを生産するための費用対効果の高い方法であるが、製造過程では高温高圧が必要であり、ソルビトールやマンノースなどの不純物糖が生成しやすく、分離精製には向かない。そのため、これらの欠点を克服するために、d-タガトースのバイオ変換法が広く注目され、研究が進められている[24-25]。長年の研究を経て、d-タガトースの生体変換法は基質によってヘキソース、ラクトース、多糖の3つに分類される。

2. 1ヘキソースを原料として使用しています

市販されている希少糖は非常に限られており、また高価であるため、その開発や利用が厳しく制限されています。このような状況を克服するためには、希少糖を大量生産する方法を見出す必要があります。イズモリは、希少糖の生産に対する解決策としてイズモリング法を提案した[26]。の生産D-tagatoseヘキソースから主に3つの酵素:イソメラーゼ、ジアステレオイソメラーゼおよびデヒドロゲナーゼを含みます。イソメラーゼは主にd-ガラクトースを、ジアステレオイソメラーゼはd-フルクトースとd-ソルビトールを、デヒドロゲナーゼはガラチトールを触媒する(図4)。

2. 1. 図1ガラクチトールを原料とする

ガラクチトールからのd-タガトースの生産は、研究されている最も初期の生合成法の1つである。主にソルビトールデヒドロゲナーゼを用いてガラチトールを脱水素し、d-タガトースを生成する。d-タガトースの生成に関する初期の研究では、主に微生物arthrobacter globiformisとmycobacterium smegmatisを用いてガラチトールをd-タガトースに酸化させた[27]。現在の研究では、主にoxidobacterium gluconicumを用いて膜結合ソルビトールデヒドロゲナーゼを発現させ、galactitolをd-タガトースおよびl-キシルロース-3-ヘクスロソンに酸化させる[28]。ガラクチトールは比較的高価であり、生産コストが高いため、d-タガトースの商業的価格は高く、その用途は限られている。

2. 1. 2 d-ガラクトースを原料とする

Because D-galactoseis relatively cheaper than galactitol, it has a higher potential ためcommercial application. Using D-galactose as a raw material, enzymatic 合成D-tagatoseのhas gradually become the mainstream synthesis method [29]. のcore enzyme used でthis method is L-arabinose異性化酵素(L-arabinoseisomer-ase, AI). Due にthe structural similarity between D-galactose とL-arabinose, AI can catalyze the 変換のD-galactose to D-tagatose [30]. In order to improve the yield のD-galactose to D-tagatose, many studies have been carried out on this enzyme. For example, AI からvarious sources has been molecularly modified to improve enzyme activity, catalytic efficiency, pH とtemperature stability, etc., or the efficiency のD-galactose 変換to D-tagatose has been improved by enzyme immobilization technology [24, 31]. At present, these studies have gradually reached saturation とare now mainly focused on finding catalytic methods that can increase the yield のD-tagatose. For example, a packed bed reactor using AI microspheres fixed on an アルギン酸carrier was used to produce D-tagatose, which achieved a 50% 均衡conversion rate and can be used multiple times [32].

2.1.3 d-フルクトースを原料とする

近年、d-タガトースの生物学的合成では、人工知能による触媒合成の基質としてd-ガラクトースが一般的に用いられている。しかし、d-ガラクトースは、グルコース、フルクトース、デンプンなどの炭水化物に比べて生産コストが高く、大量生産や応用には至らない。そのため、安価で入手しやすいバイオマス資源を利用して、d-タガトースを効率的に合成する方法を見出すことは、研究上の意義が大きい。d-フルクトースは、安価で安定した供給源を持つ単糖の一種である。d-タガトースを生成する理想的な基質であるが、d-フルクトースをd-タガトースに変換する酵素は自然界には存在しない。2012年、rodionovaら[33]は、d-タガトースアルデヒドをd-フルクトースアルデヒドに変換する酵素ファミリーを発見した。シンら[34]この酵素はと考えられる4-isomerization活動ため、D-fructose基板にも類似の果糖構造があるそして合理的な進化分子工学デザインやにより、この酵素C4-epimerization活動D-fructoseよくなったといっても、また変異酵素をD-tagatoseと名付けた4-epimerase。開発されたd-タガトース- 4-エピメラーゼは、d-タガトースの合成に応用された。最適な反応条件下では、700 g/ lのd-フルクトースを2時間以内に213 g/ lのd-タガトースに変換し、変換率は30%であった。

In addition to the use D-tagatoseの4-epimerase to catalyze the 生産のD-tagatose からfructose, there are also two multi-enzyme catalytic pathways ためthe production のD-tagatose from D-fructose (Figure 5): 1) D-fructose is converted to D- fructose-6-phosphate, and D-fructose-1,6-bisphosphate aldolase catalyzes the conversion のD-fructose-6-phosphateto D-tagatose-6-phosphate, and finally D-tagatose-6-phosphate is converted to D-tagatose by phosphatase [35]. Since this method requires the participation のa kinase, ATP needs to be added during the reaction, which is not conducive to practical production applications, so this method has been studied relatively little [36]; 2) Yoshihara etアル〔37〕successfully used the rice mold Rhizopus oryzae MYA-2483 to catalyze the production のD-tagatose from D-allulose, and found that most Mucoraceae fungi have this conversion ability, so D-tagatose-3-epimerase can be used to isomerize D-fructose to D-tagatose. and found that most Mucoraceae fungi have this conversion ability, so D-tagatose-3-epimerase can be used to isomerize D-fructose to D-allulose[38], and then convert D-alluloseto D-tagatose. のlarge-scale production of D-allulose from D-fructose is feasible, so this method has the potential for commercial production, but there has been little research on it.

2. 2ラクトースを原料とする

として乳糖を利用する原材料农产物のD-tagatose解媒二重酵素βによって-galactosidaseとarabinose異性化酵素、ことも研究近年スポットを持っていますホエイは通常、乳製品の生産中に生成されるラクトースが豊富な副産物であり、過去にはしばしば廃棄物として扱われていました。科学技術の進歩により、d-タガトースの製造に利用できる貴重な食材となっています。ラクトースを基質とした場合、生成物濃度の異なる(12.7 ~ 9 6.8 g/ l) d-タガトースのラクトースからの収率は19.4% ~ 36.7%であった(表1[39-47])。そのため、この方法では炭素源の利用が効率的ではなく、その残渣がd-タガトースの分離・精製を困難にする。この問題を解決するために、乳糖を原料として複数の製品を同時に生産することができる。例えば、ホエイ粉末は、それぞれ23.5%と26.9%の収率で、d-タガトースとバイオエタノールを同時に生産するための原料として使用することができます[48]。これは、炭素源の利用率を向上させるだけでなく、貴重な副産物を生成します。その他の成分はアラビノースイソメラーゼの活性に影響を与える可能性があるため、収率はラクトースと比較して7.8%減少した。

2. 3   原料として多糖類

The polysaccharides used to produce D-tagatose are mainly maltodextrでand starch. They are converted to D-tagatose using phosphoribosyltransferase, glucokinase, glucokinase, C4 epimerase, and phosphoribosyl pyrophosphate synthetase [49 -50]. The multi-enzyme catalytic synthesis of D-tagatose using デンプンor maltodextrでas a substrate is shown でFigure 6. Compared to the multi-enzyme catalytic pathway using fructose as a substrate, the phosphorylase used to catalyze the production of glucose-1-phosphate from maltodextrin and starch does not require ATP, which reduces the production cost of D-tagatose and the instability of the production process. In order to avoid purifying multiple synthetic enzymes, Dai etアル[49]constructed a D-tagatose anabolic pathway in グルカンスクラーゼcoli, achieving the production of 3.38 g/L D-tagatose from 10 g/L maltodextrin sugar. Han etアル[50]constructed a semi-artificial セル工場and achieved the production of 72.2 g/L D-tagatose from 150 g/L maltodextrin, with a yield of 48.1%, which has good application value.

3概要と展望

E-tagatose, as an ideal functional sweetener, has broad application prospects. Against the backdrop of the continued strong marketdemand for sugar-reducing and sugar-substitute products, D-tagatose is of great significance for meeting people'の「少ない砂糖が、劣らず甘い」と生活と健康の質を向上させるための需要。本論文では、d-タガトースの生理機能と生合成に関する最近の研究について概説する。生产コストを減らすためD-tagatose家々が利用できるようにし、以下の研究は推荐:1)研究の商業製品D-tagatose D-galactoseから素材は比較的成熟しながらも、しかし、D-galactoseの高コストのD-tagatoseをテーマとしたアプリケーション、振興を制限した。研究は、フルクトース、ラクトース、麦芽デキストリン、デンプンなどの安価な基質からd-タガトースを生産し、d-タガトースの市場を拡大することに集中することができる。2)タンパク質構造に基づく分子シミュレーションを通じて、(半)合理的にキー酵素を修正し、触媒効率と安定性を向上させ、産業応用の可能性を高める。3)食品グレードのシャーシ細胞を作製し、シャーシ細胞を体系的に改変することで、高基質濃度、高変換速度、高生産強度を有するd-タガトース合成法と効率的なd-タガトース精製法を開発する。4) d .タガトースの利点を十分に発揮し、食品、医療、農業、化粧品などの分野でより有効に活用できるよう、徹底的な研究を行い、その機能を拡張し続けること。以上の研究を進めることは、d-タガトースの工業化にもつながり、本論文がd-タガトースの普及と応用に有効な情報を提供することが期待される。

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