d alluloseの起源は何ですか?

国際希少糖学会(isrs)は、希少糖を自然界ではめったに発生しない単糖およびその誘導体と定義しています[1]。isrsの定義によればd-アルロースは、ジアステレオイソマーとして希少な糖であると考えられているd-フルクトースのc-3位ですd- alluloseは、低カロリーの甘味料です。100g/ lのショ糖溶液を例にとると、d-アルロースはショ糖の70%ほど甘いが[2]、わずか0である。 ショ糖のエネルギーの3%[3]。一方で、d-アルロースには独特の生理機能がある。αから生じた肝lipogenic酵素の阻害物質と-glucosidase[4]、D-alluloseはほとんど代謝され体に吸収され小腸[5]、高血糖postprandialを減らすをさらに、蓄積を含めてインスリン抵抗性を改善、体の脂肪をし肥満や糖尿[6 ~ 7]。さらに、d-alluloseは、米国食品医薬品局(fda)[8]によって「一般的に安全と認められている」(gras)と宣言されており、食品や医薬品に使用することができます。

dアルロースは、健康に安全な新しい希少単糖です。それは、血糖応答を減少させる、肝臓脂肪産生を減少させる、体重を維持する、抗酸化および血管を保護するなどの生理学的特性を有する。d-アロロースは、その特殊な栄養機能と生物学的機能から、研究者からますます高く評価されている。それは私たちが自然の中でD-allulose非常に低く、化学的方法で調製することは困難です。現在、主な生産方法は、d-フルクトースとd-アルロース間のエナンチオ選択的異性化である[9~10]。関与するケトース3-イソメラーゼは、様々な微生物から得ることができる研究のホットスポットである。最も一般的に使用されているのはagrobacteriumtumefaciensのd-アルロース- 3-イソメラーゼである[11~12] 。

1 生産技術の研究の進展

1。 1 化学合成方法

当初、d-アルロースは化学的方法で合成された。bilikら[13]は、酸性水溶液中で、モリブデン酸イオンの触媒作用により、d-フルクトースがd- alluloseに変換されることを発見した。

1997年、donald[14]は、化学合成によってd- alluloseを調製した1台の5-di-O-isopropylidene -β-D-fructopyranose。さらに、d-アロケトン酸は、エタノールとトリエチルアミンを沸騰させることによっても合成することができる[15]。研究が深まるにつれて、化学合成法はコストが高く、操作が危険で、プロセスが難しく、精製が複雑で、収率が低く、環境汚染を引き起こしやすいという欠点があり、その制品の安全性を研究する必要がある。それは徐々にバイオ変換法に取って代わられつつあります。

1。 2   Bioconversion方法

のd- alluloseの生物学的変換は、泉森健教授によって提唱された日本の香川大学の。ヘキシトールを中間体として用いることで、希少なヘキソース間の生体変換、すなわちイズモリングバイオコンバージョン法[16]を完成させることができる。これには、ジアステレオイソメラーゼ(水酸基のジアステレオイソメラーゼ化に特異的)、ポリオール脱水素酵素(ケトースと糖アルコールの反応を触媒する)、およびアルドペントースイソメラーゼ(アルドペントースイソメラーゼ化反応)が含まれる[17]。その中で、d-アルロース- 3-エピメラーゼ(dpe)はd-フルクトースとd-アルロースを変換することができる。

1. 2. 1 D-Allulose 3-epimerase

d-アルロース- 3-エピメラーゼは、d-フルクトースをd-アルロースに変換する重要な酵素であるケトース- 3-エピメラーゼファミリーの酵素である。1993年、izumoriら[16]は、彼らの右側のcichoriiからケトースのイソメラーゼを初めて単離し、精製した。最適生成物はd-タガトースであり、d-タガトース3-エピメラーゼ(dte)と命名された。 DTE)。さらに、kimらは[18]agrobacterium tumefaciensstr. c58において、d-フルクトースからd-アルロースへの変換を特異的に触媒する酵素を32.9%の変換率で発見した。d - allulose 3-epimeraseと命名された。近年、異なる微生物由来のd-アルロース- 3-エピメラーゼが徐々に発見され(表1参照)、その性質が研究されている。

1. 2. 2 - d-アルロース3-エピメラーゼの特性

d-アルロース- 3-エピメラーゼの特性は微生物源によって異なる。表1に示すように、d-アルロース3-エピメラーゼの最適温度は50-70°c、最適phは7.0-8.0である。ロドバクテリウム科のd-タガトース3-エピメラーゼの最適phは9.0であるが、ドリア属のd-アルロース3-エピメラーゼの最適phは6.0である。また、金属イオン[27]を添加することにより、酵素の活性を効果的に高めることができますd-アルロース3-エピメラーゼに最適な金属イオンはmn2 +またはco2 +である.

(1) d-アルロース- 3-エピメラーゼに対する温度の影響

熱的安定性はd-アロロースの工業生産にとって重要である。一般的に言えば、砂糖産業の生産において、適切な高温は、原料の利用率および生物転換率を向上させ、溶液の粘度を低下させ、反応物および生成物の溶解度を高め、さらに収率を増加させることができる[28]。しかし、d-アルロース- 3-エピメラーゼは熱安定性が低く、半減期が短い[29]ため、工業生産が制限されている。そのため、工業生産にはd-アルロース- 3-エピメラーゼの熱安定性の向上が必要である。このうちランダム変異導入法や合理的なタンパク質設計法は、タンパク質工学分野における酵素の熱安定性を向上させる代表的な手法である[30 - 32]。

choiら[19]は、エラーを起こしやすいポリメラーゼ連鎖反応(エラーを起こしやすいpcr)と部位特異的変異誘発法を用いて、agrobacterium tumefaciensからd-allulose 3-epimeraseのs213c、i33l、i33ls213c変異株を得た。野生型のd- allulose 3-エピメラーゼと比較変異株s213c、i33l、i33ls213cの酵素活性最適温度はそれぞれ2.5°c、5°c、7.5°c上昇し、50°cでの半減期は3.3、7.2、29上昇した。9倍になり、見かけの融解温度は3倍になった。1℃・4。3℃と7時だわ6℃。その結果、d-アルロース3-エピメラーゼ変異株の熱安定性が大幅に向上し、i33ls213c変異株はd-アルロースを産生する可能性があることが示された。

一方zhangらは[33]、枯草菌のd-アルロース- 3-エピメラーゼのチロシン68とグリシン109を部位特異的に変異させ、それぞれy68i変異体とg109p変異体を得た。y68i変異体は野生型のd-アルロース- 3-エピメラーゼに比べ、最も高い基質結合親和性と触媒効率を示し、g109p変異体は最も高い熱安定性を示した。また、double-site Y68I / G109P突然変異は持つ优れた酵素を挙げたことにより、発生したもようます:17.9%増え闘会定数(Km)、1.2-fold増え触媒効率(Kcat / Km)に延長など156 mで260から出てくる、55°C半減期ミンと、表に溶ける温度2.4°Cに成長した。これはy68i / g109pを示していますこの変異体はd- alluloseの工業生産に適している.

(2) d-アルロース- 3-エピメラーゼに対するphの影響

のd-アルロース3-エピメラーゼの最適phは7.0 - 9.0であるアルカリの範囲にあります。しかし、砂糖産業の生産は酸性条件下で行われ、酸性条件下では副生成物の形成および褐変反応を低減することができる[34 - 35]。したがって、d-アルロース- 3-エピメラーゼの反応phは、単糖産業の生体変換ニーズにとって理想的ではない。より良い製品を得るためには、遺伝子工学によって酵素の最適な反応phを改善する必要があります。

(3) d-アルロース- 3-エピメラーゼに対する金属イオンの影響

金属イオンd-アルロース3-エピメラーゼに一定の効果。表1からわかるように、ボツリヌス菌由来のd-アルロース- 3-エピメラーゼ、セルロボラン菌由来のd-アルロース- 3-エピメラーゼ、ブチリウム菌由来のd-アルロース- 3-エピメラーゼ、ドリア・フォルモザ菌由来のd-アルロース- 3-エピメラーゼ、トリコルヌタム菌由来のd-アルロース- 3-エピメラーゼの最適金属イオンはco2 +である。isomerase'の最適な金属イオンは、co2 +です。agrobacterium tumefaciensのd-アルロース- 3-エピメラーゼ、彼らの右側のcepaciのst-24のd-タガトース- 3-エピメラーゼ、sphingobium sp.のd-タガトース- 3-エピメラーゼ、streptococcus ruminantiumのd-アルロース- 3-エピメラーゼに最適な金属イオンはmn2 +である。

のD-tagatoseburkholderiのcepaciaの3-デヒドロゲナーゼ[17]によると、この活性は金属イオンの補助を必要としないが、金属イオン、特にmn2 +の添加により活性が有意に増加することが示された。特に、クロストリジウムd-アロヘキソース3-エピメラーゼは厳密な金属イオン依存性を持ち、活性を示すために金属イオンを補因子として必要とする。イオンが存在しない場合はほとんど不活性であり、co2 +の存在下で最大の活性を示す[36]。さらに、セルラーゼd-allulose 3-エピメラーゼは、co2 +の存在下で非常に高い熱安定性を示すことが分かった[36]。

patelらは[37]、酵母の相同タンパク質smt3をn末端融合に用いてsmt3 d- allulose-3イソメラーゼを得て、最適な反応条件でsmt3 d- allulose-3イソメラーゼ上の2価金属イオンの触媒活性を調べた。その結果、zn2 +、cu2 +、ni2 +の存在下では酵素の活性がほとんど失われていることが分かった。ca2 +はその活性に対して有意な阻害効果を示したが、mg2 +、fe2 +、ba2 +は活性を変化させなかった。一方、mn2 +とco2 +は、アッセイ反応中のmn2 +の量(0.025 - 0.1 mmol/ l)が非常に少ない場合でも、酵素の活性を有意に増加させることができた。jiaらは[24]、クロストリジウムbotulinum d-allo-keto-glucose 3-epimeraseに対する金属イオンの効果を研究した。その結果、edtaはd-アロケトグルコース- 3-エピメラーゼの活性を完全に阻害し、zn2 +、mg2 +、cu2 +は酵素活性の一部を阻害した。一方、co2 +とmn2 +は酵素活性を著しく増加させ、特にco 2+は酵素活性を大幅に増加させるD-alluloseの活動3-epimerase。

(4) d-アルロース- 3-エピメラーゼに対する他因子の影響

pseudomonas citrea st-24のd-タガトース3-エピメラーゼとスフィンゴビウムsp.のd-タガトース3-エピメラーゼはそれぞれd-タガトースとd-フルクトースを最適生成物としているが、他のほとんどのallulose 3-エピメラーゼはd-タガトース3-エピメラーゼを最適生成物としている最適な製品としてのd- allulose。d-アルロースとd-フルクトースの平衡変換率は28%から33%である[38]。

また、kimら[39]はdを示した-alluloseは、ホウ酸塩との高い複合化能力を持っていますこれは、d-フルクトースがd- alluloseをさらに生産するのを助ける。limら[40]は、ホウ酸塩の存在下で安定的にd-アルロースを高生産するための原料として、固定化d-アルロース- 3-エピメラーゼを用いた。allulose。主なメカニズム硼酸塩社员が複雑な炭水化物を形成するのと反応すると、複雑な制度と相互作用酵素変わればを通じて均衡cis-diolに関する反応を全て炭水化物の砂糖の差分ステープルの親和こと変換率が高い[41 ~ 42]。

2結論

現時点では、メインd-アルロースを生産するために用いられる工業用酵素は、d-アルロース- 3-エピメラーゼである基質d-フルクトースに対して高い親和性と変換速度を有する。d- alluloseの収量をさらに増やすために、遺伝子工学的手法を用いてより高い変換率でd- allulose 3-エピメラーゼを得る研究者もいる。したがって、潜在的な食品安全上の問題を回避するためには、微生物宿主における酵素の発現と分泌の安全性をさらに研究する必要がある。people&の改善で#39の生活水準と健康意識だけでなく、実験的研究の深化、d- alluloseは、より広範な開発の見通しを持つことになります。

参考:

[1] zhu z, li l, zhang w, et al。d-アルロースの酵素特性を改善する  3-epimerase   から   a    なに   生物   のhalanaerobium congolense を通じて 合理的 デザインか[J] ^ a b c d e「enzyme とmicrobial technology」。2017年9月9日閲覧。

[2] ogawa m, hayakawa s .希少糖d-psicoseの食品加工への応用[j]。日本食品科学技術学会誌,2021,68(3):101-114。

[3] bolger a m, rastall r a, oruna-concha m j, et al。カップケーキの物性に対するd- alluloseの影響[j]。約数の和は1201,1201,1201,1201。

[4] kanasaki a, niibo m, iida t . d -allulose feeding にhepatic metabolomics プロファイル で 男性 wistar 鼠か[J]。 食品 ^ a b c d e f g h i(2017年)12 -39頁。

[5] maeng h j, yoon j h, chun k h, etal。代謝安定D - allulose biorelevant メディア と リンプ:比較 フルクトースとエリトリトールで[j]。^ a b c d e f g h i(2019年)、8頁。

[6] 通称、ヒラ T,中村 m, et al。 分泌 の glp-1ではないがgipは強く刺激されるb yluminal d-allulose (d-psi—cose) ネズミ[J]。生物化学兵器とBiophysical研究コミューン- nications 496(3): 898-903。、2018年

[7] pongkのw, jinawong K Pratchayasakul w, et al。 d-alluloseは、肥満誘発インスリン抵抗性ラットにおける心臓ミトコン乾燥機能障害を抑制する心臓保護効果をもたらす[j]。^「european journal のnutrition, 2021, 60(4):2047—2061」。european journal のnutrition(2018年). 2018年3月30日閲覧。

[8] zhang w, zhang t, jiang b, et al。酵素による希少糖生産法[j]。バイオテクノロジー進歩、2017年、35 (2):267 - 274

[9] zhao j, wei h, chen j, etal。におけるD-alluloseの効率的な生を 菌 耐熱性 を通じて D-psicose  3-epimerase 翻訳修正か[J]。国際生物学ジャーナル Macromole - cules、2021年まで、187:8。

[10] zhang j, luo w, wang z, et al。D-psicoseの小説戦略と 作用 合作 使用 a  co-culture システム の エンギ- neered枯草菌と大腸菌とbioprocess肛門-分解 使用 metabolomics [J]。 Bioresources と Bioprocessing、 2018年(平成30年)1月1日-1号機が完成。

[11] wang jianwei, sun jiandong, qi hongqing, et al。固定化された全レコム・ビナント・バシラスによるd-フルクトースからのd-プシコースの高産生 耐熱性 細胞 表現 D-psicose 3-epimeraseAgrobacteriumから tumefaciens。 [J]。バイオテクノロジー と 土井生化学的適用ては(2021年):10.1002 /加え。2115。

[12] yang p, zhu x, zheng z, et al。細胞再生と循環触媒の 人工 kluyveromyces marxianus の のD-psicose3-epimerase遺伝子 から agrobacterium  tumefaciens  ため D-allulose生産か[J]。^ the world journal のmicrobiology とbiotechnology, 2018, 34(5): 1-7。

[13] bilik v, tihlarik k。糖の反応はbとmolyb-日付を触媒した m。 右衛門(9世)。 Epimerization の ketohexoses [J]。 ^ a b c d e f g h i zvesti, 1973, 28: 106-109。

[14]ドナルド・E J。 の 新しい 合成 の D-psicose (D-ribohexulose)か[J]。炭水化物研究,1997,5:106-108。

[15] doner l w .塩基によるd-フルクトースの異性化:液体クロマ-トグラフィック評価とd- psicoseの単離[j]。^『仙台市史』通史館、1979年、207 - 206頁。

[16] izumori k, rahman a k, okaya h, etal。新しい酵素,d-ke - tohexose 3-エピメラーゼ,から pseudomonas  spを務めていらした st-24 [J]。 ^ biosci - ence biotechnology とbiochemistry, 1993, 57(6): 1037-1039。

[17] itoh h, okaya h, khan r a, et al。d-タガトースの精製と性質化 3-epimerase から pseudomonas  spを務めていらした st-24 [J]。^ bioscience biotechnology とbiochemistry, 1994, 58(12): 2168-2171。

[18]金H J、玄 E K、金 Y s, et al。 特性化 の d-フルクトースをd-プシコースに変換するアグロバクテルムtumefaciens d-プシコース3-エピメラーゼ[j]。2006年環境マイクロ生物を適用し、72(2):981-985。

[19] choi j g, ju y h, yeom s j。agrobacterium tumefaciens bからのd-psicose 3-エピメラーゼの熱安定性の向上[j]。2011年適用され、必要ない精神微生物学(77(20):7316-7320。

[20] yang c, luan n, an j, etal。rhodobacter sphaeの影響-腸内微生物叢および短鎖脂肪- ty酸の組成に影響を与える -ネズミか[J]です誌 食品 栄養研究 約数の和は286 -296。

[21] zhu y, men y, bai w, etal。ruminococcus sp.の大腸菌におけるd-psicose 3-epi- meraseの過剰発現とd-プシコース産生におけるpoten tial応用[j]。バイオテクノロジーせ- ters、2012年、34(10):1901-1906。

[22] wei h, zhang r, wang l, etal。d-プシコース3-エピメラーゼの発現 クロストリジウム bolteae と dorea spを務めていらした と 枯草菌における全細胞産生[j]。2020マイクロ生物学の三国志は70(1):8。

[23] zhang w, fang d, zhang t, et al。新規化合物からの金属依存性d-プシコード3-エピメラーゼの特徴 strain, desmos- pora sp.8437[j]。農業食品化学誌 1147年(1147ねん)は、西暦(日本)による、平年。

[24] jia m, mu w, chu f, et al。neu- tral phを有するd-プシコース3-エピメラーゼ 最適な から clostridium  bolteae ためD-psicose pro- duction:クローニング、表現、浄化、と 特性化[J]。応用微生物学とバイオテクノロジー,2014,98(2):717- 725。

[25] su l, sun f, liu z, etal。クロストリドの高効率生産—ium cellulolyticum h10 d-psicose 3-エピメラーゼbacillus subti—lisと 使用 の これら 細胞 に 生産 D-psicose [J]。 微生物細胞工場,2018,17(1):1-10。

[26] mu w, zhang w, fang d, etal。clostridium sp.から得られたd-psicose産生酵素、d-psicose 3-エピメラーゼの特徴。 [J]。^『人事興信録』第5版、人事興信録第9版、1481-1486頁。

【27】吉原 A、郡小坂井 T,新谷 t, et al。 浄化 つけたり の  D-allulose 3-epimerase 派生 から  ar- throbacter globiformis m30、gras微生物[j]。jour - biological science and bioengineering, 2017, 123(2): 170-176。

[29] jiang s, xiao w, zhu x, etal。d-allulose:in vivo meの総説- tabolism, catalytic mechanism, engineering strain construction, bio-production技術か[J]。フロンティア in  生命工学 ^『週刊ファミ通』2010年8月26日8時26分。

[30] zhu z, gao d, li c, etal。黄色ブドウ球菌(staphylococcus aureus)由来の新規d- allulose 3-epi-メラーゼを、熱安定性およびeffi- cient biocatalyticのために再設計しました 生産 の D-allulose [J]。 微生物 cell factories, 2019, 18(1): 1-10。

[31] chen q, xiao y, zhang w, et al。現在の方法と応用-計算タンパク質設計食品産業[j]。^ crit - ical reviews in food science and nutrition, 2020, 60(19): 3259- 3270.日本食品学会

[32] mao s, cheng x, zhu z, et al。d-alluloseの耐熱性ver . sionを開発 3-epimerase から rhodopirellula baltica site-directed経由突然変異説 基づいて on  B-factors 分析か[J]。 en - zyme and microbial technology, 2020, 132: 109441。

[33] zhang w, jia m, yu s, etal。clostridi- umからd-psicose 3-エピメラーゼの熱安定性と触媒効率を向上させる bolteae ATCC BAA-613  使用 site-directed 変異原[J]。農業・食品化学誌,2016,64(17): 3386-3393。

[34] zhang w, li h, zhang t, etal。dorea sp. cag317から得られたd-プシコース3-エピメラーゼの特性。誌 の 2015年分子煤油炉B:酵素、68−74 120:敗れた。

[35] chen j, chen d, ke m, et al。d-アルロース- 3-エピメラーゼ組換え体の特徴 から thermoclostridium caenicola d- allulose生産への応用の可能性[j]。分子ひつotechnology・2021年・63(6):534-543。

[36] mu w, chu f, xing q, etal。複製の修正、発現、 clostridi- um cellulolyticumからd-プシコース3-エピメラーゼの特性 H10と[J]。誌 of  農業 and  食品化学,2013,61(43):10408。

[37] patel s n, sharma m, lata k, et al。d-プシコース3-エピメラーゼbと新規の操作staの改善 蛋白質工学の手法と植物からのd-プシコース生産- idues[j]。^ a b c d e『日本の歴史』、2016年、216 -127頁。

[38] chen x, wang w, xu j, et al。d-ブドウ糖からd-プシコースの生産y co-expression of  D-psicose  3-epimerase  and  キシロース異性化酵素[J]。 酵素 and  微生物 技術、2017、105: 18-23。

[39] kim n h, kim h j, kang d i, etal。d-フルク-糖の変換シフト にD-psicose ため enzyme-catalyzed epimerization b y  エリアの- tion 硼酸塩[J]。 適用 and  環境 微生物学 2008, 74(10): 3308 -3013。

[40] lim b c, kim h j, oh d k。boレートの存在下でd-プシコースを生成するための安定な固定化d-プシコース3-エピメラーゼ[j]。2009年プロセス生化学、44(8):822-828。

[41] song y, nguyen q a, wi s g, et al。アブラナ科からの付加価値製品としてのバイオエタノールとd-プシコースの二重生産戦略  野菜  カレットというか[J]。 Bioresource  技術 22:30 - 22:30。

[42] xia y, cheng q, mu w, etal。d-alluloseの研究成果: an  概要 of  生理 機能、酵素 biotransfor- mation technologies, and production processes[j]。2021年には 10日(9)、2186。