甘味料dタガトースとは?

より良い生活の質への需要の増加に伴い、食品および飲料甘味料の種類は絶えず増加しています。ショ糖などの栄養価の高い甘味料に加えてnon-nutritive甘味料彼らはほとんどまたはカロリーを生成しないため、甘味料市場の主流になっており、糖尿病、肥満、心血管疾患、がんのリスクを減らすことができます。現在一般的に使用されている非栄養の甘味料には、フルクトオリゴ糖、エリトリトール、キシリトールなどがあります。近年発見されたd-タガトースは、特別な健康効果を持つ甘味料であり、大きな市場の可能性を秘めています。

1 d-タガトースへの導入

D-tagatose (CAS87-81-0)自然界に存在する希少な天然のヘキサです。フルクトースのジアステレオイソマーであり、相対分子量は180.16である。スクロースに近い甘さで、甘さはスクロースの92%に達し、不快な後味やオフフレーバーはほとんどない。スクロースの3分の1のカロリーしか発生せず、低カロリーの甘味料です。血糖値は8と推定されている。

タガトースは、タガトース-6-リン酸経路によって代謝される一部の微生物には存在しますが高等動物には存在しませんヒトが消費するタガトースのうち、小腸で吸収されるのは約20%程度で、残りは腸内微生物によって選択的に分解されて利用されます[1]。そのため、低カロリーで体重管理や糖尿病予防にも効果があります[2]。タガトースは、口の中で低レベルの酸を生成し、歯垢のphを低下させず、エナメル質の浸食と虫歯の発生を効果的に防止します[3]。タガトースはまた、良いプレバイオティクスである。毒性試験により、タガトースは安全で無毒であることが示されている[4]。タガトースの健康機能と応用分野を表1に示す。

2高血糖に対するタガトースのメカニズム

の高血糖に対するタガトースのメカニズムまだ完全には解明されていません実験的な研究に基づいて、タガトースによる血糖濃度の制御の可能性のある機構が提案されている。吸収後、tagatoseは主に肝臓で代謝されたり代謝経路は同じ果糖、すなわち、fructokinaseまずtagatose-1-phosphateとphosphorylated、そしてaldolaseはglyceraldehyde分解燐酸dihydroxyacetone分解率はfructose-1-phosphateの約半分だ。フルクトース-1-リン酸と同様に、タガトース-1-リン酸濃度の上昇はグルコーキナーゼの活性を刺激し、グルコン酸-6-リン酸へのグルコースのリン酸化レベルを増加させ、さらにグリコーゲン合成酵素を活性化させる。同時に、タガトース-1-リン酸とフルクトース-1-リン酸はグリコーゲンホスホリラーゼを阻害する[5]。これらの酵素がグリコーゲン合成とグリコーゲン分解に及ぼす全体的な効果は、血糖値の低下である(図1)。

3 .タガトースの応用

2001年米国fdaは、タガトースは一般的に安全と認められていると決定しました(gras)できます。[8]同年7月、食品添加物合同専門委員会(jecfa)は、adi(1日許容摂取量)0 ~ 80 mg/(kg・d)の食品添加物として使用可能な新しい低カロリー甘味料としてタガトースを推奨した。その後、健康飲料、ヨーグルト、ジュース、糖尿病患者用食品、ダイエット食品、ガム、シリアル食品、食肉製品、キャンディーなど、咳止めシロップ、粉末、発泡剤、義歯固定用接着剤、口腔消毒剤などに広く使用されるようになった。

2003年、ペプシコを結成スプライト飲料にタガトースを使用これは、タガトースが初めて商品化されたことを示しています。その後、新しいZealand'のmiada sports nutrition foods社は、2003年5月にオーストラリアとニュージーランド市場で発売したチョコレート製品にタガトースを使用している。

研究にtagatose糖尿病の治療はすでに始まっています。2009年11月16日、スフェリックスは第iii相臨床試験が期待された結果を達成したと報告した。同社は、2010年中にii型糖尿病の治療薬として、タガトースの新薬申請を行う予定です[9]。

4 Tagatose生産

にはタガトースの製造には2つの方法がある化学合成と生物変換です化学合成では、可溶性の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-ガラクトースからのタガトースの生成を促進し、金属の水酸化物-タガトース錯体を形成し、酸で中和することでd-タガトースを得る[10]。化学的方法はエネルギーを大量に消費するため、生成物は複雑で、精製は困難で、多くの副反応があり、化学汚染が発生するため、バイオ変換方法はより良い応用の見通しがあります。

現在、タガトースの生産のための生物転換の方法さらに研究されているのは、l-アラビノースイソメラーゼを用いてd-ガラクトースをタガトースに変換することである。l-アラビノース・イソメラーゼ(l-arabinose isomerase、ec 5.3.1.4)は、l-アラビノースからl-リブロースを合成する触媒である。近年、この酵素はd-ガラクトースからタガトースへの変換を触媒することも発見されている。L-AI符号化遺伝子に広く見られたprokaryotes、Acidothermusなどcellulolyticus (Acidothermus cellulolytics)[11]、Alicyclobacillus acidoc aldarius、以下は誰のソースAI AAAI) [12]Geobacillus stearothermophilus (GSAI)[13、14]Thermoanaerobacter mathranii[1 5]、Thermotoga maritima[16]、Thermotoga neapolitana〔17〕、spを務めていらしたThermus IM6501[18]、など最適温度は20~ 80℃、最適phは6.0~ 8.0である。mn2 +やco2 +などの金属イオンは、その安定性を向上させることができる。l-aiの工業生産はまだ改善の余地が大きい。l-aiを用いたタガトースの触媒生産に関する主な研究内容は以下の通りです。

4.1酵素の触媒活性を改善する

l-アラビノースの活性は約30 u /mgであるが、l-アラビノースの活性は10 u /mg以下である。酵素工学によってl-aiの基質親和性と触媒効率を向上させる試みが海外で行われている。kimら[19]改変gsaiをランダムに変異誘導した。進化の最初のラウンドでは、5つのアミノ酸の部位の変異があって、酵素の特異的な活性が11倍に増加した;2回目では、さらに3つの部位変異が認められ、酵素の特異的活性はさらに5倍増加した[20]。8つの変異部位のうち、a408v変異とk475n変異が酵素に大きな影響を与えている'の基質親和性と反応速度。最近、bacillus licheniformis atcc 14580とb . subtilis str. 168から非常に強い基質特異性を有する2つのl-aiが同定された基質としてのl-アラビノース[五輪では銅メダル決定戦]。これらの一次配列を他のl-aiと比較し、高度な構造解析を行うことにより、l-aiの基質特異性を支配する規則を明らかにし、酵素工学の基礎となることが期待されます。

4.2酵素の最適なphを還元する

l-aiのphoptはほとんどアルカリ性であるが、工業的な変換は(1)タガトースがph 2 - 7で安定であり、高いph値は副反応を増加させるため、酸性の範囲でより適している。(2)ラクトースは通常、ラクトースを加水分解してガラクトースを製造するための原料として使用されますガラクトースをタガトースに異性化する。ラクトースの加水分解は通常酸性条件下(ph 5.0~6.0)で行われ、酸性l- aiを使用することでプロセスを簡素化し、コストを削減することができます。

酸性l- aiを得るための最初の方法は、様々な微生物、特にbacillus acidopullulyticus (ph opt 6.0, 65°c, atcc 43030)のような酸性微生物をスクリーニングすることである[12]。また、acidithiobacillus ferrooxidans由来のl-aiのように、phoptが中性の範囲にあるが、ほとんどの活性を維持し、酸性条件下で一定の安定性を維持することができる酸性細菌由来のl-aiも存在する[11]。

酸性l- aiを得るもう一つの方法は酵素工学である。leeら[12,23]は、aaai (phopt = 6)、gsai (phopt = 7)、bhai (b . haloduransのphopt = 8)のアミノ酸配列を比較し、269個のリシン残基がaaaiの酸適応に関与していることが判明したと提案した。その結果、aaai-k269eのphoptはph単位だけアルカリ性に、bhai-e268kのphoptはph単位だけアルカリ性に変化した。ohら[24]は、別のgsai (phopt = 8.5)のval408およびasn475に対して部位特異的ランダム変異誘発を行い、phopt 7.5の2つの変異体q408vおよびr408vを得た。最近、rhimi et al. [25] b . stearothermophilus us100から合理的に設計されたl-ai (bsai)。一方、q268k変異体の耐酸性は野生型よりも優れており、leeらの結果と一致していた。l-aiの最適phの変化は、1つ以上のアミノ酸部位を変異させることで実現できることがわかります。現在のところ、phoptに影響を与えるアミノ酸部位はlys269 (aaai、bhaiのglu268とbsaiのgln268に対応)とval408 (gsai)であることが判明している。上記の2つの部位の二重変異とphoptに影響を与える他のアミノ酸部位の同定は、将来的にl-aiの更なる酸性化のための道筋となる可能性がある。

4.3金属イオンに依存しない熱安定性を実現

反応温度はガラクトースの異性化反応に大きな影響を与えます。温度が上昇すると、l- aiのガラクトースへの結合反応能力が上昇し、反応速度が加速し、平衡点が生成物に移動し、変換速度が大幅に上昇する。しかし、80°cを超えると褐変するため、工業生産に適した反応温度は60 ~ 70°cです。t . mathranii[15]、g . stearothermophilus[23]、g . thermodenitrificans[26]、b . stearothermophilus us100[13]、thertmus sp.[18]などの好熱性または超好熱性細菌が複製され、最適な反応温度と良好な熱安定性を有するl-aiとして同定されている。

しかし、これらのl-aiは金属イオンに依存して熱安定性を維持しています。反応中に添加された金属イオンを生成物から除去する必要があるため、コストがかかり、汚染が発生します。そのため、金属イオンに依存しない熱的に安定なl-aiが必要となります。b . stearothermophilus us100のl-aiは65°c以下では金属イオンに依存せず、65°c以上で酵素活性を維持するのにmn2 +を必要としない。このタンパク質の熱安定性を維持するのに必要なのは、0.2 mmol/ l co2 +と1 mmol/ l mn2 +だけです[13]。さらに突然変異やスクリーニングを行うことで、金属イオンに全く依存しないl-aiを得ることが可能です。

また、大腸菌由来のl- aiの結晶構造が決定され[27]、分子シミュレーションにより様々な由来のl- aiの立体構造を構築することが可能となり、酵素工学研究の理論的基盤となることが期待されます。

4.4酵素製剤の生産と固定化

現在、l-aiの異種発現は主に大腸菌で行われている。しかし、タガトースは食品や医薬品に用いられる非食品安全な微生物での発現は安全上の問題を引き起こす可能性がある。したがって、工業生産に適したl-aiを得るために酵素をエンジニアリングした後、次のステップは食品に安全な微生物でそれを発現することです。一般的に使用されている食品安全な微生物には、バシラス、コリネ菌、酵母などがあります。

高いl-ai発現を有する人工細菌を得た後、固定化酵素または固定化細胞を用いて生体触媒を調製することができる。現在、l- ai酵素製剤の固定化には、主にアルギン酸-塩化カルシウム法が用いられています。しかし、現在産業界で成功的に利用されている固定化酵素や固定化細胞の手法を用いれば、さらに効率を高め、半減期を延ばし、コストを下げることができる。

5展望

Tagatose数十年前から発見されており、外国の研究者がその物理的および化学的性質および生理学的機能について比較的徹底した研究を行っています。多くの国で食品や医薬品の添加剤として製品の生産に使用されており、関連する基準や規制が制定されています。英国のビジネスコンサルティング社(bbc)は、タガトース社のシェアが明確な上昇傾向を見せると予想した。中国ではタガトースに関する研究はほとんど行われておらず、近年になってようやく関連する研究が行われている。タガトースの工業的な生産・利用は未だ報告されておらず、タガトースの消費市場は未だ空白のままである。したがって、巨大な可能性がありますタガトースの国内生産と応用国内研究者が開発するのを待っている。

参照

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