dタガトースの調製法は何ですか?

DTagatose希少な6炭素のケトース糖ですその物理的性質と甘味はスクロースに似ています。低エネルギーで血糖値を下げ、腸内細菌叢を改善し、虫歯を予防します。海外の研究者によってその生理機能や生産方法が詳細に研究され、低カロリーの甘味料として健康飲料、ヨーグルト、ジュース、糖尿病患者向け食品などに多くの国で使用されています。2001年、米国食品医薬品局(fda)は、gras(一般的に安全と認められている)であると決定しました[1]。中国でのタガトースの研究は少なく、工業生産上の問題も多く、その応用についても研究が必要である。しかし、中国では糖尿病や循環器系疾患の患者数が年々増加しており、機能性甘味料の需要も高まっています。したがって、d-tagatoseは中国で大きな市場の可能性を秘めています。

1 D-tagatose

1。 1物理的および化学的性質

d-タガトースはd-ガラクトースの異性体である分子量180.16 uのd-フルクトースのジアステレオイソマー純粋なd-タガトースは、134°cの融点を持つ白色無臭の非結晶物質である。phは2 - 7で安定である。水に非常に溶けやすく、溶解度は21℃で58%である。吸湿性はソルビトールと類似しており、180 cp (70% (w/w)、20°c)の粘度はスクロースよりも低く、ソルビトールやフルクトースよりもわずかに高い[2]。甘さはショ糖に似ており、甘さはショ糖の92%、生産カロリーはショ糖の1/3程度である。米国fdaは、エネルギー値1.5 kcal/g(約6280.2 j /g)の低カロリー甘味料として承認しています。加えて、d-タガトースはメイラード反応を起こしやすく、低温でカラメル化することができる。

1. 2生体機能は

(1)エネルギーが少ないD-tagatose一部の微生物には存在するが高等動物には存在しないタガトース-6-リン酸経路を介して異化することがある[3]。小腸でのd-タガトースの吸収率は非常に低い。小腸で吸収されなかった部分は大腸に到達し、腸内微生物によって完全に発酵され、大量の短鎖脂肪酸が生成され、ほとんど吸収されて代謝されます。発酵過程で生成されるエネルギー量は比較的少なく、微生物廃棄物の排出量が増加することによるエネルギー損失もあります。したがって、タガトースの異化によって生成されるエネルギーはスクロースのそれよりもはるかに低い。食事中のショ糖の代わりにタガトースを使えば、肥満の発生率を効果的に減らすことができる。

(2)血糖値の低下:研究では、タガトースを摂取した後の血糖値やインスリン値に有意な変化はないことが示されています。また、タガトースは小腸でのブドウ糖の吸収を抑制し、糖尿病患者のブドウ糖摂取による血糖値の上昇を抑える効果があり、2型糖尿病患者の補助療法にも使われている。

(3)腸内フローラを改善します。d-タガトースは選択的に発酵される腸内のいくつかの微生物叢によって、有益な細菌の成長を促進します。それは良いプレバイオティクスです。また、d-タガトース発酵によって産生される有益な短鎖脂肪酸は、大腸がんを抑制し、腸内病原菌を抑制し、有益菌の増殖を促進させる効果がある[3]。したがって、d-タガトースは腸内フローラを改善し、腸内の健康を維持することができます。

④Anti-caries:d-タガトースは歯の保護においてポリオールに似ている。それは口の中で酸のレベルが低く、プラークのphを下げないので、それは効果的に虫歯とエナメル質の浸食の発生を防ぐことができます[4]。

2 D-Tagatose生

d-タガトースは、生物変換または化学合成によって生成することができる。なぜなら化学的にd-タガトースは不純物を形成しやすいフルクトース、ソルビトール、マンノースなどは繰り返し結晶化して除去する必要があり、これはd-タガトースの収率を著しく低下させる。そのため、より良い方法としてバイオコンバージョンが継続的に研究されている。

タガトースを生産するための生物変換法は主に用いられるd-ガラクトースからd-タガトースへの変換を触媒する。l-アラビノースイソメラーゼ(ec 5.3.1.4、l-アラビノースイソメラーゼ、l- ai)の自然な機能は、アルドースとケトースの相互変換の変換を触媒することである[5]。d-ガラクトースからd-タガトースへの変換を触媒することもあるが、d-ガラクトースに対する親和性はl-アラビノースに対する親和性よりも低い。

2.1 L-AI筋

l-aiの最適な反応条件は、ソースによって異なります。好中球細菌からのl-aiの最適な反応温度は、alicyclobacillus acidocaldarius、bacillus halodurans、escherichiのcoli、lactobacillus gayon-iiを含む30 - 50°cである。好熱性細菌からのl-aiの最適な反応温度は、geobacillus stearoのrmophilus、g . thermodenitrificans、thermoanaerobacter mathraniを含む60 ~ 80°cである。thermo - toga neapolitanaおよびt . maritimaを含む超好熱性細菌からのl-aiの最適な反応温度は85-90°cです。換算率ですL-AIにD-tagatose温度が上昇すると、それ以前のl-ai源のほとんどは、bacillus stearothermophilusus100やthermoanaerobacter mathraniのような好熱性細菌であった。しかし、これらの好熱性菌は食品グレードの微生物ではなく、食品の安全性に疑問があります。そのため、研究者たちは食品グレードの微生物を使ってd-タガトースを生産し始めている。

人間は何千年もの間、乳酸菌を使って様々な乳製品などの発酵食品を作ってきました。lactococcus lactisは現在、一般に安全と認められている最も優れた生物の1つであり、多くの異なるタンパク質生成物の効果的な発現宿主でもある。また、乳酸菌が増殖するphは、ラクトースが加水分解されるphと同じであるため、d-タガトースの生物学的変換に最適です。現在、乳酸菌の食品グレード株に示されています急行L-tagatoselactobacillus gayon-ii[6]、lactobacillus plantarum[7]、lactobacillus sakei 23 k[8]、および2011年に発見されたlactobacillus fermentum[9]を含む。(lactobacillus sakei 23 k)[8]およびlactobacillus fermentum[9]は、2011年に発見された食品グレードの株です。食品グレードの菌株を使用することで、微生物による酵素的なタガトース生産がより安全になる。

2. 2 l- aiの分子修飾

l-aiタンパク質を発現するaraa遺伝子は多くの種で同定されていますが、l-aiの工業生産にはまだ多くの問題があります。そのため、l- aiの分子修飾を行い、工業生産の要件を満たす酵素を得ることは、l- ai研究の重要な部分となっています。大腸菌のl-aiの結晶構造が決定されており、ガラクトースからタガトースへの異性化の原因分子を特定するための基礎となっている。rhimiら[10]は、g . stearoothermophilus us100の結晶構造と配列から、l-アラビノースイソメラーゼの必須触媒および基質認識部位を決定した。d-ガラクトースの変換速度を向上させるために、l-aiの分子修飾は主に基質特異性の向上、耐熱性の向上、最適phの低下に焦点を当てている[11]。

l-ai遺伝子の直接進化は、反応速度を向上させる最も有効な方法であると考えられた[12]。研究チームは、ポリメラーゼ連鎖反応により、g . stearothermophilusから変異体l-aiを得た。この酵素は、野生の酵素v322m、a393t、a408vと比較して、3つのアミノ酸部位変化を示した。このl-aiのバリアントは、d-ガラクトースへの触媒活性、最適温度、触媒効率、d-タガトースの収率を改善した[13]。王徳君の研究グループは、g . thermodenitrificansのl-aiを部位特異的に変異させた酵素(c450s-n475k)を作製した。g . thermodenitrificansのaiを部位特異的変異導入法で二重変異酵素c450s-n475kを得た。この二重変異酵素が持っていましたd -タガトースの収率は58%野生型酵素の46%と比較して[14]。

多くのl-aiの活性と熱安定性にはmn2 +やco2 +が必要であることが示されている。しかし、生体酵素法によるd-タガトースの製造では、高濃度の金属イオンを添加すると後処理コストが高くなります。そのため、金属イオンに依存しない熱安定性を持つl-aiの探索もl-ai分子修飾の主要な方向性となっている。現在、大腸菌のl- aiの立体構造が決定されており、その結晶構造と大腸菌のl-トレハロスイソメラーゼの結晶構造を比較することで、金属結合部位の可能性が推測されています[15]。

のd-タガトースの工業生産にはl-aiが必要である酸性phの範囲で反応する。d-タガトースはph2から7で安定であるため、酸性条件下では褐変反応が減少する。なお、乳糖は生産を原材料としてが通常用い乳糖が必要加水分解先に半乳糖、酸性条件下乳糖分解通常が発生している(pH500 ~ 600)ため、D-tagatose生产は顺调に酸性L-AI変換使用することでpH調整の必要性を払拭し、コストダウンを図る。得られた耐酸性l- aiには、gsai (phopt 8.5)の部位特異的変異から得られた2つの変異体q408vとr408v (phopt 7.5)が含まれる[16]。現在では、val408 (gsai)やlys269 (aaai、bhaiのglu268、bsaiのgln268に対応)など、phoptに影響を与えるアミノ酸部位を決定することができます。将来的には、l-aiの結晶構造に基づいて、この2つの部位に変異が生じたり、phoptに影響を与える他のアミノ酸部位が発見されたりする可能性があります。

2. 3 l-aiの発現

現在、大腸菌はl-aiを生産するための宿主細胞として利用されることが多い。しかし、大腸菌におけるエンドトキシンの生産は安全性の問題を引き起こす可能性がある。そこで、工業生産や応用に適したl-ai遺伝子を得て、食品グレードの遺伝子組み換え細菌に発現させることが新たな研究課題となっています。xuらは[17]、大腸菌の代わりにラクトバチルス・fermentum cgmcc2921をl-aiの発現ベクターとして用い、l-aiの大規模発現を達成した。nooraら[18]は、l-ai遺伝子を乳酸菌lactococcus lactisに移植し、リン酸減少誘発性発現系でl-aiの発現を可能にした。

2. 4固定化生物触媒を用いたd-タガトースの生産

この酵素の機械的強度を向上させ、酵素活性の低下を抑えるためには、人工細菌を得た後に酵素または酵素産生細胞を固定化する必要がある。韓国ソウル大学のoh研究グループは、大腸菌l-aiを固定化するために、シリカゲル吸着、マイクロカプセル化、アルギン酸ナトリウム埋め込み、グルタルアルデヒド架橋などの異なる固定化法を用い、異なる固定化法の効果を比較したd-タガトースの変換速度。その結果、アルギン酸ナトリウム-塩化カルシウム法を用いて固定化ビードを得た後、グルタルアルデヒドと架橋した酵素製剤が最も効果的であった。

遊離酵素、固定化酵素、固定化細胞のdタガトース産生能を比較したところ、同量の細胞では、固定化細胞のdタガトース産生能が最も高いことが明らかになりました。さらに、l-ai産生細胞を触媒として用いることにより、酵素の保護、変性の防止、反応バッチ数の増加、変換溶液中の不純物の低減が可能となる。fu fenggenらは[19]、固定化された組換え大腸菌細胞がd-タガトースを産生する能力を研究した。その結果は基質としてd-タガトースを用いた24時間の最適な反応条件の下で、8バッチ連続で最高のd-タガトース変換率65.8%、平均変換率60.6%を固定し、d-タガトース工業生産の基礎を築いた。

2.5 d-タガトースの収率に対するホウ酸の影響

反応温度を上げることに加えて、反応平衡をd-タガトースにシフトさせる別の方法は、反応混合物にホウ酸[b (oh)4-]を加えることである。ホウ酸は異なる糖と複合体を形成し、一般にアルドースよりもケトースに強い親和性を示す。この性質は、例えば、炭水化物のクロマトグラフィー分離におけるアルドースからのケトース生成を促進するために利用されている。ホウ酸塩はケトースとより強い複合体を形成し、例えばより容易に結合することが示されているd-ガラクトースよりもd-タガトース例えば、l-アラビノースよりもl-リブロース、d-フルクトースよりもd- alluloseである。変換を増加させることに加えて、ホウ酸緩衝液の存在は反応速度を増加させることもできる。

ホウ酸存在下でのd-タガトース、l-リブロース、d-アルロースの最大変換率はそれぞれ74、89、64%と報告されている。ケトースの製造工程にホウ酸を添加すると、元の化学平衡を破壊し、目標製品の収率を増加させることができる。変換溶液中のホウ酸は、特殊なホウ酸イオン交換カラム[20]を用いて糖-ホウ酸複合体から除去されます。nooraらによると[18]、thermotoga neapolitana由来のl-aiを60°c、ph 9.0でホウ酸を添加した場合、d-タガトースの収率は74%で、ホウ酸を添加しない対照群より24%高かった。fu fenggenらは、固定化された組換え大腸菌細胞によるd-タガトース産生に関する研究において、異性化反応系の収率に対するホウ酸の基質に対するモル比の影響を調べた[19]。その結果、適切な量のホウ酸を添加すると、元の化学平衡が変化することが示されたd-タガトースの高収率を達成する.

2. 6 d-タガトースの分離精製

生物変換法も化学変換法もd-ガラクトースを原料とし、最終的な反応生成物はd-タガトースとd-ガラクトースの混合物である。したがって、d-タガトースの分離と精製d-タガトースの収率に影響する因子でもある。

一般的に使用される分離方法は、カチオン交換クロマトグラフィーまたは単純樹脂分離です。huang wenxiaら[21]は、ca2 +イオン交換樹脂クロマトグラフィーと陰イオンと陽イオン交換樹脂の脱塩と脱色を用いて、d-タガトースを分離・精製した。d-tagatoseの回収率は83%に達し、純度は98に達した。分離の原理は、主に、異なる単糖とca2 +の複合化の程度の差に基づいて単糖を分離精製する。それはまた、文献で報告されていますd-タガトースは選択的に分解することで精製することができるビール酵母(saccharomyces cerevisiae l1)を用いたd-ガラクトース。この方法で得られたd-タガトースの純度は95%以上に達する。未反応のd-ガラクトースを回収して再利用することはできないが、この方法は分離効率が高く、低コストで、操作が簡単であるという利点があり、d-タガトースの工業生産に選択肢が多い。

3. 申し込んだD-tagatose

3.1. アプリケーション食品

からd-タガトースはスクロースに似た物理的性質と甘味を持つまた、耐酸性、耐アルカリ性、耐熱性などの物理的・化学的性質を有しており、機能性甘味料として食品業界への応用が期待されています。健康飲料、ヨーグルト、チョコレート、チューインガム、糖尿病用食品、ダイエット食品、シリアル食品などに使用できます。

現在、飲料業界で一般的に使用されている主な甘味料は、シクラミン、アスパルテーム、サッカリン、アセスルフェーム、ステビアなどです。これらはすべて強い甘味料であり、金属性、苦味、渋みなどの望ましくない後味を生じやすい。しかし、タガトースを添加しても、後味が悪くなることはありません。また、d-タガトースは良い前生物であるそれはプロバイオティクスによって発酵され、利用され、ラクトバチルス・カセイやラクトバチルス・ラムノススなどのプロバイオティクスの成長を促進することができます。

研究によるとd-タガトースは、ラクトバチルス・カセイの成長を促進することができる乳酸菌rhamnosusと,腸内の有益な活性と生存率を向上させます。したがって、d-タガトースはプロバイオティクスのサプリメントやヨーグルトにも使用でき、甘味を与えると同時にヨーグルトに含まれる生きた細菌の数を増やし、栄養価を高め、より豊かで豊かな風味を与える。2001年、米国食品医薬品局(fda)は、食品および飲料業界における甘味料としてのd-タガトースの使用を公式に承認した。2003年、ペプシコはスプライト飲料にタガトースを使用し始め、それ以来米国で健康飲料、ヨーグルト、果汁などのショ糖の代替品として広く使用されている。

dタガトースは低温でキャラメリゼーションを起こしやすいという特徴がある。研究によるとd-タガトースはメイラード反応を起こすアミノ酸は、グルコースやガラクトースなどの還元糖よりも、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および他の揮発性物質などの揮発性物質を生成する。[22]。理想的な色だけでなく、よりまろやかな風味を出すために焼き菓子に使用されています。タガトースはショ糖に比べて粘度が低く結晶化しやすいため、アイシングに利用してシリアル食品の表面に塗布すれば、製品の甘みを高め、保存性を高めることができる。

3. 2  医療、化粧品、その他の分野での用途

d-タガトースは2型糖尿病の治療薬として用いられる。研究では、d-タガトースは、体重を減らし、高密度リポタンパク質(hlp)の含有量を増やすことによって、2型糖尿病の症状を軽減することが示されています。咳止めシロップ、入れ歯接着剤、口腔消毒剤にも使用できます。d-タガトースは、安定剤および保湿剤として化粧品に使用されている。d-タガトースは、虫歯や口臭に効果があるので、歯磨き粉やうがい薬にも使えます。現在、多くの歯磨剤は湿潤剤としてd-ソルビトールまたはグリセリン、またはその両方を使用している。しかし、d-ソルビトールはスクロースの半分しか甘くないのに対し、d-タガトースはスクロースと同じくらい甘く、ソルビトールと同様の吸湿性を持つ。歯磨き粉やうがい薬にd-タガトースを添加すると、良好な濡れ性と安定性を維持しながら甘味を高め、味覚要件を満たすことができます。

参照

[1]    レビン G VTagatose、 新しい 生まれて初めて 甘味料 と 健康 製品[j]。J 医学 ^パウサニアス、5巻23 - 36。

[2] ああ  D   K。 Tagatose: propertiea、 アプリケーション と  biotechnologicalプロセス [J]。たら Microbiol ^アポロドーロス、2007年、76 - 76頁。

[3] mu wanmeng, zhang tao, jiang bo, et al。D -タガトースおよびl-アラビノースイソメラーゼの研究進捗状況[j]。^『食と発酵産業』2007年、33:84-90。

[4]黄 D 甘味料 決定 安全 で 薬、マウスウォッシュ、歯磨き粉 [J]。^ a b c d e f『週刊ファミ通』2000年11月号、32 - 34 - 35頁。

[5] liang min, zhai yafei, zou yang, et al。新甘味料「タガトース」の応用と製造[j]。^『食と薬』2011年、13:125-128頁。

[6] cheetham p s, wootton の N。Bioconversion D -半乳糖 に D- tagatose [J]。酵素 ^パウサニアス、3巻105 - 108。

【7】Chouaye k h  ^ a b c d e f g h h hi M, et アル 特性化 の L arabinose 異性化酵素 から の 乳酸菌 plantarum NC 8株 示す 発音  安定  で  酸性  pH  [j]。 2007年FEMSMicrobiol Lett277: 260 - 267町であった。

[8] Rhimi  M, Ilhammami  R, Bajic  Get  アル の  酸  寛容 食品グレードのlactobacillus sakei 23 kからのlアラビノースイソメラーゼは魅力的である D-tagatose プロデューサー  [j]。 Bioresour 2010年Technol、101:9171 - 9177。

[9]    徐 z清y J、李 S et アル の 小説 L-arabinose 異性化酵素 乳酸菌fermentum CGMCC2921 ため D-tagatose 生産:遺伝子クローニング、精製、特性化 [J]。JMol ^ a b cアポロドーロス、2011年、1 - 7頁。

[10]   rhimi m, juy m, aghajari n, et al。ものの探査 必須残留触媒 と の  基板 親和 で  の thermoactive stearothermophilus菌 US100 L-arabinose 異性化酵素 によって site-directed mutagenesis[j]。J 2007 Bacteriol、189:3556 - 3563。

[11]   金 P。現在 研究 l -アラビノースイソメラーゼを用いた生物学的タガトース産生について:a 審査 と 未来 観点  [j]。 ^ a b c d e f g h i l l biotechnol,2004,65, 243 - 249。

[12]     金  尹P  S   H ソ  M  J et  アル 改善  の tagatose変換 率  によって  遺伝子  進化  の thermostable 半乳糖異性化酵素 [J]。Biotechnol たら ^パウサニアス、9巻9・9・10。

[13]金 H J、金 J  Hああ h j, et al。特性化 の a  変異Geobacillus   stearothermophilus    L-arabinose    異性化酵素     これはd-タガトースの生成速度を増加させる [J]。^ a b cアポロドーロス、2006年、21 - 21頁。

[14]あ~ H J、金 H j oh d K。d -タガトース生産量の増加   変異原の L-arabinose   異性化酵素   Geobacillusから thermodenitrificans  [j]。 Biotechnol Lett  ^『官報』第2814号、大正9年4月28日。

[15]あ~ D  K。 属性:属性、属性、属性 biotechnologicalプロセス [J]。たら ^パウサニアス、2007年7月1日、1 - 8頁。

[16] ああ D  k, oh h j, kim h j, et al。lアラビノースの最適phの変更 異性化酵素 から  Geobacillus stearothermophilus  ため d -ガラクトースの異性化 [J]。J Mol Catal 2006年B-Enzym、43系統108   - 112について説明する。

[17]徐 Z、李 S甫  F et アル 生産 の D-tagatose、 機能性甘味料,アルギン酸immobilizedlactobacillus fermentumcgmcc2921cellsを利用  [j]。 たら  バイオケミカル  2012年Biotechnol、166:973 961 -。

[18] 逃すな S Kalle  のSマルティ L et アル D-Tagatose 生産 で the

硼酸塩の存在 によって 休んで Lactococcus lactis 細胞 こもるBifidobacterium longum L-arabinose 異性化酵素  [j]。 ^「bioprocess biosyst eng,2013,36:489 - 497」。bioprocess biosyst . 2013年4月29日閲覧。

[19] fu fenggen, xu zheng, li guixiang, et al。固定化された組換え大腸菌細胞を用いたd-タガトースの生産[j]。中国バイオエンジニアリング誌,2011,31:85-90。

[20] hicks k b, simpson G  Lていた。レイ・ブラッドベリ の G。 除去 の すべてホウ 酸や 関連  化合物  から  解決策  の carbohy -drates  ボロン-選択的に レジン(ira - 743) [j]。 Carbohydr ^ a b c d e f g h i 1986, pp . 39 - 48。

[21] 黄文霞、穆完孟、江伯。d-タガトースの分離精製[j]。^ a b c d e f g h i『食品と発酵産業』、2008年、34:168-171頁。

[22] で  H  D、サラ L, Hae-Roung J et  アル 比較 の 揮発性メイラード 反応 製品 から  Tagatose と 他 還元糖 と 網野 酸  [j]。 食品 なければならない。 ^パウサニアス、2010年1月19日、41 - 41頁。