食品分野での甘味料dタガトースの用途は何ですか?

D-tagatose is のrare sugar thでis のnew type のfunctional sweetener discovered でrecent years. It hとしてthe functions のbeing low in calories, lowering blood sugar, regulating intestinal flora, とresisting tooth decay [1]. In 2001, it was determined によってthe US食品とDrug Administration to be generally recognized as safe [2], とin 2014 it was approved as のfood ingredient によってthe National Health とFamily Planning Commission のthe People'の中国共和国[3]。d-タガトースの甘さはスクロースに似ており、甘さはスクロースの92%で、不快な臭いや後味はほとんどなく、生成カロリーはスクロースの1/3、エネルギー値は1である。5燃やせるカロリー/ g。また、d-タガトースはメイラード反応を起こしやすく、低温でカラメル化できることから、乳製品、飲料、穀物、キャンディー、ドライフルーツなどの食品分野への応用が期待されています。

1 d-タガトースの構造

d-タガトース(d- tagatose)は、d-ガラクトースの異性体であり、c-4位にあるd-フルクトースのジアステレオイソマーである。その化学構造を図1に示す。

2 d-タガトースの生成

Pure natural D-tagatose is not easy to find とis only found in the gum secreted by trees [4]. At present, D-tagatoseis mainly produced by chemical synthesis とbiosynthesis.

2.1化学合成

この化学合成法では、可溶性アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩を触媒として、アルカリ条件下でd-ガラクトースと水酸化金属の異性化を触媒し、水酸化金属とd-タガトース錯体を沈殿させる。沈殿物を酸で中和して分離し、沈殿させてd-タガトースの最終生成物を得る[5]。既に、米国のスフェリックス社、デンマークのarla foods社、ベルギーのnutrilad社が、d-タガトースの化学合成を工業生産に応用していることが報告されている。

外国と比較して、化学物質synthesis method のD-tagatose in China is still in the research のindustrialization process. Researchers are committed to improving the process conditions to improve the yield とpurity のD-tagatose[6-8]. At present, although chemical synthesis cのachieve industrial production, it has certain disadvantages, such as many by-製品とserious environmental pollution. Therefore, if chemical synthesis is to be further developed, further improvements must be made to the process.

2.2 Biosynthetic方法

生合成法は、生物学的酵素または酵素を含む細胞を触媒として用い、基質からd-タガトースを合成する。化学合成法と比較して、条件が穏やかで、収率が高く、副生成物が少ないという利点がある。現在、d-タガトースは、デヒドロゲナーゼによるガラチトールの酸化を触媒するか、またはl-アラビノースイソメラーゼによるd-ガラクトースの異性化を触媒することによって得られる。

2.2.1ガラクチトールからのd-タガトースの生成

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。1984年、izumori kら[9]は、最初にbacillus subtilisとbacillus globigiiを用いて、ガラクチトールをタガトースに酸化させた。muniruzzaman sら[10]は、土壌から単離されたenterobactercloacae株が、ガラクチトールをd-タガトースに酸化することを発見した。その結果、ガラクチトール濃度2%では変換率は92%であったが、濃度5%では変換率は86%まで低下した。また、固定化された酵素細胞は高い触媒活性を維持していることが分かりました。jagtap s s etal.[11]は、rhizobium pei anthii由来のgalactitolデヒドロゲナーゼも、galactitolを基質としてd-タガトースを生成することを発見した。このガラクチトール脱水素酵素は、これまで報告されている他のガラクチトール脱水素酵素よりも高い特異的活性を持つことがわかった。しかし、ガラクチトールは高価であるため、工業的な生産には適しておらず、商業的な利用価値も低い。

2.2.2 d-ガラクトースからのd-タガトースの生成

1993年にcheetham p sらによって初めて報告された、l-アラビノスイソメラーゼを用いてd-ガラクトースの異性化を触媒してd-タガトースを生成する方法は、より高価なgalactitol酸化法と比較して、工業化の見通しが高い。lim b cらは、bacillus l-arabinose isomeraseを用いて、d-ガラクトースの異性化反応をd-タガトースに触媒する。その結果、最大収量は11個だった。5 g /(l・h)であり、ホウ酸を含まない場合の最大収率の1.5倍である。liang mら[14]は、アルギン酸カルシウムを用いて、thermus thermophilusからl-アラビノースイソメラーゼを固定化し、バイオリアクターを充填したベッドでd-タガトースを生産し、最大収率は10 g/(l・h)であった。

d-ガラクトースは、ガラクチトールに比べて比較的安価であるが、生合成法としては比較的製造コストが高く、これに対応する研究が行われている。1つの解決策は、酵素を含む細胞を固定化することである。hong y hら[15]は、アルギン酸ナトリウムを用いて組換え大腸菌細胞を不活化させてd-タガトースを生成させ、純度99%のd-タガトースを得た。しかし、d-タガトースの生産株として大腸菌を使用すると、安全上の問題がある。xu zらは、食品グレードのlactobacillus fermentumcgmcc2921株を用いて、アルギン酸ナトリウム埋め込みとグルタルアルデヒド架橋によるd-タガトース産生のための固定化細胞を作製した[16]。ホウ酸を添加した場合、d-ガラクトースからd-タガトースへの変換率は60%に達し、収率は11に達する。固定化細胞触媒法は、l- ai酵素の抽出を必要とせず、生体内でd-タガトースの生体変換を行うことができるため、酵素精製工程が省略され、生産工程が簡素化され、生産コストが削減される。

生合成法は、環境保護のための現在の国際的な要求を満たすグリーンプロセスであり、d-タガトースの将来の工業生産のための主要な開発方向である。しかし、d-タガトースの変換率が低く、コストが高いため、工業生産を実現することは困難である。そのため、d-タガトースを効率的に生産できるl-アラビノースイソメラーゼの探索、生産プロセスの最適化、d-タガトースの収率の向上、コスト削減が生合成法の研究ホットスポットとなっている。

3. d-タガトースの食品への応用

d-タガトースは、機能性甘味料として、主に健康飲料、乳製品、キャンディー、シリアル食品などに使用されており、食品業界において幅広い用途が期待されています。

3.1. 健康飲料への応用

飲料業界では、主にシクラミン酸、アスパルテーム、アセスルファム、ステビアなどの強力な甘味料の金属、後味、渋味、その他の不快な後味を除去し、改善するために使用されています[17]。2003年、ペプシコは、基本的にフルカロリー飲料のような味のゼロカロリーと低カロリーの健康的な飲料を得るために、炭酸飲料にd-タガトースを含む甘味料を追加し始めました[18,19]。2009年には、アイルランド濃縮処理会社は、d-タガトースを添加することによって、低カロリーのお茶、コーヒー、フルーツジュースおよび他の飲料を得た[20,21]。2012年、韓国に移籍#39;s cj cheiljedangもd-タガトースを加えて低カロリーのコーヒー飲料を得た[22]。

3.2乳製品への適用

として 低カロリーsweetener, D-tagatosecan significantly improve the texture のdairy products とa small amount added. Therefore, D-tagatoseis added to dairy products such as sterilized milk powder, cheese, とyogurt [23]. With the deepening of research on the properties of D-tagatose, its application has been extended to more dairy products. Fまたはexample, adding D-tagatoseto chocolate dairy products can give a rich and mellow toffee flavor. D-tagatosecan also be used in yogurt. In addition to providing sweetness, it can increase the number of live bacteria in yogurt, improve the nutritional value of yogurt, and give it a richer and mellow flavor [24].

3.3穀物製品への適用

d-タガトースは低温で容易にカラメル化され、スクロースよりも理想的な色と豊かな風味が得られ、焼き菓子に使用できる。研究によると、d-タガトースはアミノ酸とメイラード反応を起こし、グルコースやガラクトースなどの糖を還元して生成するものよりも高い風味を持つ2-アセチルフラン、2-エチルピラジン、2-アセチルチアゾールなどの揮発性フレーバー物質を生成することがある[25]。ただし、d-タガトースを加える場合は、焼く温度にも注意する必要がある。低温にすると風味が増し、高温にすると処理時間が長くなると色が濃くなり、後味が苦くなります[26]。

また、d-タガトースは低粘度で結晶化しやすいため、フロスティングにも使用できます。d-タガトースは、穀物の表面に単独で、またはマルチトールなどの多水素化合物と組み合わせて、製品の甘味を高めることができる[27]。

3.4菓子のアプリケーション

d-タガトースは、チョコレートの唯一の甘味料として使用することができ、プロセスは大きな変更を必要としない。チョコレートの粘度と熱吸収特性は、スクロースを加えたものと似ています。2003年、ニュージーランドに移住#39;s Mada Sports Nutrition Food Company was the first to develop chocolate products containing D-tagatosein flavors such as milk, dark chocolate, and white chocolate. It then developed various novel chocolate products containing D-tagatose, such as dried fruits coated in chocolate, dried fruit bars, and Easter eggs [28].

3.5低糖ドライフルーツに適用

低糖度保存果実(こうしょくしょくしょく)とは、糖度が50%未満の保存果実のこと。糖度が65 ~ 75%と高糖度の保存フルーツに比べ、「低糖・低塩・低脂肪」という「3低」の健康条件にもマッチしている。d-タガトースは、非常に低カロリーで高い甘みを持つことから、甘味料として低糖保存果実の製造に用いられる。一般的に、d-タガトースは単体の甘味料として保存果実に添加されることはなく、他の甘味料と組み合わせて低糖度の保存果実製品の調製に用いられる。例えば、糖度の低い冬瓜やスイカを作る際に砂糖溶液に0.02%のタガトースを加えると、製品の甘さが増す[29,30]。

4まとめと展望

D-tagatose is a rare monosaccharide whose physical and chemical properties and physiological functions have been proven. It is used as a food additive in food production in many countries. As a new multifunctional sweetener, D-tagatose has broad marketprospects. However, due to the limitations of the raw materials and production process for D-tagatose, the production of cheap, high-quality D-tagatose is very low, far below the demand. Therefore, how to improve the production process and produce cheap and high-quality D-tagatose products will become the future development direction D-tagatoseのin the food industry.

参考:

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