allulose powderとは何ですか?

ここ数年、肥満、糖尿病、高血圧、高脂血症など、体重増加に関連する疾患が世界的に急増しているのは、主に高脂肪、高糖度食品の過剰摂取によるものだ。このような中、天然で低カロリーな代替糖分のおいしさが話題になっている。d-アルロースは、フルクトースから変換された新しいタイプの低カロリー機能性希少糖で、スクロースと同様の味とボリューム特性を持つ。幅広い応用の可能性がある。本総説では,近年発見されたアリュロースの生化学的性質,合成法,応用について概説する。

1. d-アルロースの物理化学的性質

d-アルロース(d-allulose)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。国際純正・応用化学連合(iupac)は、この化合物を体系的にd-ribo-2-hexuloseと命名している。d- alluloseは、psicomycin c (psico furanine)として知られる抗生物質アロプリノールから初めて単離された。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-プシコースからd- alluloseに正式名称が変更された[2]。

D-Allulose is a white powdery crystal with no particular smell, and it crystallizes only in の1C (1C4(D)) conformatiにof β-D-pyranose [3]. Its molecular formula is C6H12O6, its molar mass is 180.165 g/mol, and its CAS number is 551-68-8. D-Allulose is a reducing hexose that can undergo the Maillard reaction. It also has a high melting point (109°C), boiling point (551.7± 50.0°C), is not hygroscopic, and is highly soluble in water. It also has a high sweetness (70% of sucrose sweetness) [4] and a low energy value (0.4 kcal/g) [5].

2. d- alluloseの合成と生産に関する研究

d-アルロース(d- allulose)は、ヘキソークラスに属する希少な糖である。自然界では非常にまれであり、少数の植物(コムギとルバーブ)と特定の細菌からしか発見されていない。動物には見られません[6]。主に化学合成と生合成によって合成される。

2.1化学合成

The original chemical synthesis method for D-allulose included a ring-closing synthesis method [7], a selective aldol condensation synthesis method [8], etc. Subsequent developments include catalytic hydrogenation, 一方reaction, Ferrier rearrangement, etc. [9]. Fang Zhijie et アル[10] first used the reaction of a sugar acid lactone with diiodomethane to obtain 1-deoxyiodo-D-erythro-pentitol, and then carried out a hydrolysis reaction under alkaline conditions to obtain a ketose intermediate. After selective protection and deprotection of the hydroxyl group, D-allulose was synthesized. Wang Chengfu et アル[11] used glucose as a raw material, molybdate as a catalyst, and reacted at 80-120°C for 2-5 hours to catalyze the production of D-allulose products with a content of 98.5%-99.5%. Zhu Ji [12] used D-fructose as a raw material and designed a synthesis of β-D-allopyranose derivatives through processes such as the protection and deprotection of the hydroxyl group of sugar compounds with isopropylidene and benzyl groups. The yield of D-allulose prepared using this chemical method is only 9.8% under optimal conditions.

d-アロロースは、化学合成によって調製することができるが、経済性の悪さ、環境汚染の深刻さ、化学廃棄物の発生しやすさ、無価値な副産物の発生などの問題がある。そのため、d-アルロースの化学合成は工業化されていない。

2.2 Bioconversion方法

化学合成と比較して、d- alluloseを合成するバイオトランスフォーメーション法は、反応特異性が高く単一生成物であることに加え、分離精製法が単純であり、環境汚染が少ないことが特徴である。バイオ変換方法は、産業コストの削減に役立つだけでなく、環境に優しい生産の原則に準拠しています。これは、国内および海外のd- alluloseの工業生産のための主要な方法です。

2.2.1株と酵素

d-アルロースの生物学的変換に最も一般的に使用される細菌は枯草菌(bacillus subtilis)とコリネバクテリウム(corynebacterium glutamicum)であり、どちらも承認された食品グレードの宿主である。これらの細菌は内毒素を産生せず、非病原性であり、食品に対して安全である。また、簡単な培養条件、短い成長サイクル、効率的な標的分泌の利点を持ち、食品酵素の発現のための優れた宿主である。

d-アルロースの生物学的生産にとって重要な生物触媒はケトース-3 -エピメラーゼであり、d-フルクトースを基質として用いて可逆的なエピメラーゼ反応を触媒し、d-アルロースを合成する。現在、17のケトース3-エピメラーゼが広範な微生物から同定されており、そのうちの3つはd-タガトース3-エピメラーゼ(dte)であり、残りはagrobacterium tumefaciens、clostridium cellulolyticum h10)、clostridium sp.、ruminococcus sp.、favonifractor plautiiなどからのものである[13]。2018年 2018年にyang j g et al.[14]もarthrobacter globiformis(セネガル)からdpeを同定し、bacillus glutamicumの食品グレード発現系で発現した。

現在、生物学的方法でd-アルロースを工業的に生産するのに使われる酵素は、大半が06年、ソウル大学の呉徳坤(オ・ドクゴン)教授チームが初めて発見したd-アルロース3-エピメラーゼだ。agrobacterium tumefaciens atcc 33970に由来し、dpe[15]と命名されています。次に、フルクトースを基質とするdpeを大腸菌で発現させ、32.9%の変換率を達成しました。しかし、酵素の半減期が短いことも分かった。研究チームは、エラーを起こしやすいpcr技術を用いて、dpeの二重変異株(i33l-s213c)を作製し、半減期を29.9倍に増加させた[16]。

2.2.2国内外における研究の進捗状況

日本の松谷化学工業株式会社とテイト&イギリスのライル社は、d-alluloseの代表的な海外メーカー3社である。いずれもフルクトースを基質とし、組換え系統を用いてd-アラロース- 3-エピメラーゼを発現させ、工業的にd-アラロースを生産する。最も高いd- allulose産生率は345 g/(l・h)であり、parkらの成果である[17]。d-フルクトースを基質とし、大腸菌の組換え変異体で不均一にdpeを発現させて変換したところ、変換率33% (w/w)であった。その後、多くの研究者がd- alluloseの変換率を改善するための詳細な研究を行った。2008年、韓国の世宗大学のkimらは、ホウ酸塩がジ星異性化反応平衡のd-アルロースへの段階的な移行を促進し、ホウ酸塩とd-フルクトースのモル比が0.6に達すると最大変換速度が達成されることを発見した[18]。2015年7月、韓国代表デビュー#39;s cj cheiljedang corporationは、フルクトースからd- alluloseを生成するために使用できる高効率のd- allulose 3-エピメラーゼのスクリーニングに成功した。

外国に比べて、中国のdアロロース研究は相対的に遅れている。当初、江南(カンナム)大学はスクリーニングを通じて、dteを合成できるrhodococcusのような細菌を入手した。この酵素は、最大6.54%の変換率でd-フルクトースからd-アルロースの合成を触媒する[19]。jia minらは[20]、c . bolteaeのdpeを枯草菌wb800の能力のある細胞に移植し、食品グレードの宿主枯草菌で初めてdpeを発現させ、d- alluloseの発現系を広げた。その後、天津市産業バイオテクノロジー研究所は、クロストリジウム種からdpeを抽出し、bacillus subtilisで発現させ、反応温度50°c、基質濃度500 g/ l、変換率24.83%でd-アルロースを合成した[21]。2019年、陝西省生物農業研究所は、dnaを修飾した機能性ポリヒドロキシアルカン酸(pha)ナノobeadを、エンドトキシンを含まない組換え大腸菌に調製した。ph 7.0および65°cの条件下では、固定化dteの酵素活性は649.3 u /gであり、変換率は3時間で最大33%に達し、非常に高い安定性を示し、費用対効果が向上した[13]。

3. d-alluloseの機能と応用分野

3.1. D-alluloseの機能

3.1.1. カロリーの低い

D-allulose is a new functional factor with a high sweetness that has only 10% of the calorie value of sucrose. It does not cause blood glucose to rise and is a good functional sweetener.

3.1.2. 代謝率が低い

人体におけるアリュロースの代謝は、他の希少糖のそれとは著しく異なる。飯田ら[22]によると、8人の被験者が3時間アロイースを摂取した後、炭水化物のエネルギー消費量は増加せず、尿中排泄率は70%に達した。これは、d-アルロースが小腸で体内に吸収された後は、代謝されてエネルギーを作り出すことができないことを示しています。また、吸収されなかった部分は大腸に入り、腸内フローラによってほとんど発酵されません。この違いの原因は、様々な希少糖のコンフォメーションとコンフォメーションが異なり、酵素触媒反応の速度が異なるためであると考えられている。

3.1.3 Neuroprotective効果

酸化ストレスは神経変性疾患の発症に重要な因子である。村田ら[23]は、d-alluloseが刺激された好中球によって産生されるrosに対して強い阻害作用を示すことを見出した。takataら[24]は、6-ヒドロキシドパミン(6- ohda)誘導されたpc12細胞のアポトーシスに対して、d-アロロースが有意な保護効果を有することをin vitroで示した。細胞内で還元されたグルタチオンの濃度を上昇させ、神経変性疾患を治療することができる。d-アロロースは、活性酸素を除去し、体内の活性酸素の合成を阻害する機能を持っており、体内の神経保護剤と同様の役割を果たしていることがわかります。

3.1.4血糖値を下げる

Matsuo et アル[25] found in an animal experiment that the plasma glucose level of rats in the D-allulose supplement group was lower than that in the fructose supplement group. After 8 weeks of feeding, the weight gain in the D-allulose supplement group was significantly lower than that in the fructose supplement group, indicating that supplementing with D-allulose can lower plasma glucose levels and reduce the accumulation of body fat. Hayashi et al. [26] found in a clinical trial that the addition of D-allulose not only reduced postprandial blood glucose levels, but also improved insulin sensitivity and glucose tolerance.

3.1.5 Lipid-lowering効果

多くの研究で、d-アロロースは体脂肪の蓄積を抑制する効果があることが示されている。落合らは、高糖食を与えたラットでd- alluloseの脂質低下効果を調べたところ、d- alluloseを与えたラットでは、リパーゼの活性が有意に上昇する一方、血液中のグルコース、レプチン、およびアディポネクチンの濃度は有意に低下したことを明らかにした。松尾ら[28]28日間d- alluloseを投与したところ、腹部脂肪組織はフルクトース投与群よりも有意に少なかった。また、肝臓リポ酵素の活性が有意に低下することから、d-アロロースを補充すると肝臓リポ酵素の活性が抑制され、脂質低下効果があることが分かりました。

3.2领域

The U.S. Food and Drug Administration (FDA) officially approved D-allulose as generally recognized as safe (GRAS) in 2011. In October 2020, the FDA issued the Industry Guidance: Allulose and Allulose Calories on Nutrition and Supplement Labels, which recommends that manufacturers exclude allulose から“total sugars “ and “added sugar“ and also specifies the calorie content of allulose as 0.4 kcal/g. Since then, D-allulose has been considered an ideal sucrose substitute due to its high sweetness, solubility, very low calorie content and low glycemic response. It is widely used in food, pharmaceutical preparations and dietary supplements.

3.2.1食品

(1)でんぷん系食品に使用してください

D-Allulose can be used as a gelling agent in jelly food. Adding D-allulose to the formula significantly reduces the water activity and moisture content of the jelly, which helps the gel to form. Compared with sucrose, D-allulose can retain more water in the gel network, making the jelly less prone to dehydration during storage and greatly improving its structural properties [29]. In vegetarian convenience foods such as rice flour, D-allulose promotes the melting of the crystalline structure of the rice flour during heating, inhibits recrystallization during storage, has the effect of promoting rice flour pasting and delaying rice flour aging, and can extend the storage time [30]. D-allulose can provide foods with appropriate sweetness, a smooth texture, an ideal mouthfeel and good shelf stability.

(2)タンパク質食品への応用

Sun et al. [31] added D-allulose, a rare hexose with no calories, to the ingredients of crème brûlée as a substitute for sucrose to develop a new functional dessert. It was found that crème brûlée with D-allulose added had high antioxidant activity and could be used as a functional dessert that effectively prevents oxidative stress. D-allulose can also be added as a food additive to aerated foods such as cookies and other aerated foods. Research has shown that it can improve the foaming properties of egg white protein and improve the quality of butter cookies [32].

3.2.2医療分野

活性酸素は老化、がん、心血管疾患、糖尿病など様々な疾患を引き起こすことが知られています。研究では、d- alluloseを食品に添加すると、食品のゲル化作用が改善されるだけでなく、良い風味と高い抗酸化物質、すなわちメイラード反応生成物(mrp)を生成することが示されている。一般的にmrは、強いフリーラジカル除去活性と還元力を示し、特殊な栄養を必要とする人々のための製剤化食品において、優れた化学的、生物学的特性を持つ機能性成分として使用することができます。

4概要

D-Allulose, as an important rare sugar, has already been fully utilized abroad. A large number of animal and human tests have shown that D-allulose is almost not metabolized after passing through the intestines, provides no energy, and can effectively lower postprandial blood glucose, control body weight, and reduce fat accumulation. This proves that D-allulose has broad application prospects in the future as an excellent functional sweetener.

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