Allulose de quoi est-il fait?

Avec lA Aaprévalence croissante de l’obésité Et etdu diabète, «une alimentation saine et une vie faible en sucre» est devenue une tendance populaire dans aujourd’hui ' S de la société. En 2019, la fédération internationale du diabète (IDF) a publié un rapport indiquant que 9,3 % des adultes âgés de 20 à 79 ans dans le monde sont atteints de diabète, ce qui signifie que 463 millions de personnes sont atteintes de diabète. Les dépenses médicales liées au diabète représentent 10% des dépenses de santé mondiales (environ 760 milliards de dollars US) [1~2]. En réponse aux envies quotidiennes de sucré de ces patients et des obèses, il est urgent de développer des édulcorants qui sont semblables au saccharose dans le sucré, maIl estne provoquent pas la glycémie à augmenter.

Allulose peut répondre à ces besoins en raison de sa douceur semblable au saccharose, sa teneur en calories extrêmement faible et ses effets physiologiques particuliers. Ces dernières années, la demande sur les marchés étrangers a augmenté. Les universités nationales, les instituts de recherche et les entreprises de préparation d’enzymes ont rapidement développé des recherches sur les alluloses au cours des dernières années, et le nombre d’articles connexes publiés a augmenté d’année en année [3].

1. Propriétés physico-chimiques et fonctions physiologiques de la D-allulose

D-allulose, également connu sous le nom de D-ribo-2-hexulose, est un diastéréoisomère de D-fructose à la position C-3, et peut être préparé en ajoutant la diastéréoisomérase au D-fructose. Il a été à l’origine isolé de la psicofuranine et donc nommé D-psicose[4]. En 2014, la conférence internationale sur le sucre Rare tenue au Japon a officiellement corrigé le nom conventionnel de D-psicose de D-psicose à D-allulose[5~6].

1. 1   Propriétés physiques et chimiques du D-allulose

D-Allulose est un hexose rare typique....... C’est une poudre cristalline blanche et un isomère de glucose et de fructose. Son poids moléculaire est de 180,16 et sa formule moléculaire est C6H12O6. Il est très soluble dans l’eau. À température ambiante, 100g peut dissoudre 291g d’allulose dans l’eau [7]; Le point de fusion est 109℃, stable sous la température et la pression normales. En raison de son faible point de fusion, il ne convient pas au séchage par pulvérisation pour la fabrication de produits en poudre. La douceur du D-alluloseest 70% de celle du saccharose [8], et sa douceur est douce. Manger la même quantité d’allulose ne produira que 0,3% des calories du saccharose [9].

1.2 fonctions physiologiques de la D-allulose

1. 2. 1 effet neuroprotecteur

Les scientifiques japonais Takata et al. [10] ont découvert que 50 mmol/L D-allulose peut protéger les nerfs en augmentant le niveau intracellulaire de glutathion et en inhibant l’apoptose des cellules de catécholamine PC12 induite par la neurotoxine 6-hydroxydopamine. Ajouter D-allulose à l’alimentation quotidienne peut réduire efficacement l’incidence de Parkinson' S maladie.

1. 2. 2    Abaisser la glycémie

Des études pertinentes ont montré qu’après oralApport de D-allulose, l’activité de la glycosidase de glucose et de l’α-amylase dans l’intestdanspeut être efficacement inhibée par la D-allulose[11], abaissant ainsi significativement le taux de sucre dans le sang après un repas. Dans un essai clinique de petite taille, les sujets sains qui consommaient 75 g de maltodextrine et une dose de D-allulose de 5 g ou plus avaient des concentrations plasmatiques plus faibles de glucose et d’insuline [12].

1. 2. 3. Effets lipidiques et de réduction du poids

Ochiai et al. [13] [en]ont montré que l’alimentation en D-allulose augmentait significativement l’activité de la lipase chez les rats. Matsuo et al. [14] ont confirmé expérimentalement qu’après avoir reçu du D-allulose pendant 28 jours, l’activité de l’enzyme lipogénique de leur foie était significativement réduite, et le tissu adiposo abdominal était significativement inférieur à celui des rats ayant reçu du D-fructose [8]. Des études ont confirmé que la D-allulose peut favoriser la transcription inverse du cholestérol et réduire le cholestérol de haute densité, ce qui a pour effet de prévenir l’athérosclérose [15]. De plus, de nombreuses études ont montré que la D-allulose a une forte capacité à récupérer les espèces réactives d’oxygène (ROS) [16].

2 préparation de D-allulose

La D-allulose se trouve rarement dans la nature, seulement en petites quantités dans les figues, la mélasse de canne à sucre, le blé et les plantes d’épine de rocher, il n’est donc pas adapté à l’extraction des plantes. Actuellement, les principales méthodes de préparation de la D-allulose sont la synthèse chimique et la conversion enzymatique biologique.

2. 1 méthode de synthèse chimique

Une méthode de synthèse chimique relativement typique pour D-allulose est d’utiliser le glucose comme matière première, le molybdate comme catalyseur, et de synthétiser à 80~120℃. Bien que le taux de conversion maximal de cette méthode puisse atteindre plus de 40%, la teneur en cendres du produit est trop élevée pour répondre aux besoins alimentaires. De plus, la conductivité de la solution réactionnelle peut atteindre 10 000 à 20 000 μs/cm [17], ce qui nécessite une électrodialyse, une purification et un dessalement avec de multiples résines échangeuses d’anions et de cations, ce qui entraîne une augmentation de la charge de traitement des eaux usées. Fang Zhijie et al. [18] ont mis au point une méthode de synthèse chimique de l’allose à partir du glycérolide. L’utilisation de solvants chimiques tels que le toluène et l’acétonitrile dans le processus est non seulement nocive pour le corps humain, mais aussi encombrante. D’autres méthodes, comme l’hydrogénation catalytique et le réarrangement de Ferrier [19], présentent également des problèmes comme une faible efficacité de conversion et une grave pollution de l’environnement, et ne conviennent pas à la production industrielle à grande échelle.

2. 2 méthode de conversion enzymatique biologique

La recherche sur la biocatalyse D-allulose a commencé relativement tôt à l’étranger. Ken Izumori du centre de recherche sur le sucre Rare de l’université Kagawa au Japon a proposé un ensemble de stratégies de conversion du sucre Rare basées sur des années de recherche sur la bioconversion du sucre Rare, qui est connu sous le nom de «Izumoring» méthode [20]. Selon la stratégie de conversion du sucre rare d’izumoring, il existe actuellement deux méthodes principales de bioconversion qui peuvent atteindre la production de D-allulose. L’une est l’utilisation des oxydoreductases pour produire des d-allo-kétosucres à partir de l’allo-initol (alloin), du taro-initol et du D-galacto-initol. En raison du coût élevé des substrats dans cette méthode, elle n’est pas commercialement viable du point de vue des coûts [21-22]. Une autre méthode est l’isomérisation du D-fructose en D-allulose par une isomérase. En 1993, Izumori et al. [23] ont découvert une enzyme de Pseudomonascichorii ST-24 qui peut catalyser l’isomérisation de C3 de l’hexose. Son substrat optimal étant le tagatose, il a été nommé D-tagatose 3-epimérase(enzyme DTE, ci-après dénommée DTE).

En 2006, Kimh et al. [24] de Corée du Sud ont isolé la D-allulose 3-epimérase (D-Psicose 3-epimérase, enzyme DPE, ci-après appelée DPE) d’agrobacterium tumefaciens, dont le substrat optimal est la D-allulose. Le DPE présente une activité d’isomérisation du D-fructose plus élevée que le DTE[8]. Par rapport à la recherche étrangère, la recherche nationale sur le D-allulose a commencé relativement tard. Ce n’est qu’en 2008 que Jiang Bo&#L’équipe de l’université de Jiangnan [25] a sélectionné un DTE de Rhodobacter sphaeroides nommé SK011 à partir de 30 échantillons de boue et d’eau. Après culture en flacon d’agitation, on a procédé à une transformation cellulaire entière et le rendement n’a été que de 6,54 %. Depuis 2010, la recherche sur le DPE/DTE s’est développée rapidement en Chine, avec cinq master' S et mémoires de doctorat publiés en 2021 seulement [26-30].

Parmi eux, Wu Jing&#L’équipe de l’université de Jiangnan a continuellement optimisé les conditions de culture de modification moléculaire et de fermentation du gène DPE dérivent de Clostridium cellulolyticum H10, et a augmenté l’activité enzymatique de fermentation d’un réservoir de 3L à 4567μ/mL[26]. À l’heure actuelle, il y a plus de 400 gènes d’enzymes DPE annotés par le centre National d’information sur la biotechnologie des États-Unis, et plus de 20 ont été clairement rapportés dans la littérature. L’enzyme recombinante a un taux de conversion du fructose d’environ 30%. L’ajout de borate peut augmenter le taux de conversion, et le borate dans le complexe de borate d’allulose peut être facilement éliminé à l’aide d’ambérite IRA-743 et de résines Dowex 50 [31].

3. Direction du développement d’enzymes industrielles D-allulose appropriées

Bien qu’il y ait eu des développements importants dans le D-allulose au cours des dernières années, la plupart d’entre eux ont mis l’accent sur l’extraction de gènes et la construction de souches, et il y a eu relativement peu de rapports sur l’isolement et la purification du produit [32]. Il existe encore quelques lacunes dans la recherche et le développement du produit et sa combinaison efficace avec l’industrialisation. Comme D-allulose est principalement utilisé dans les aliments, ce qui suit décrit la direction des besoins d’industrialisation en combinaison avec les exigences des lois et règlements alimentaires et les problèmes rencontrés dans le processus d’industrialisation.

3.1 sélection de souches d’expression de bactéries recombinantes

En raison des limites des enzymes naturelles, telles que l’instabilité, le spectre étroit du substrat et la faible efficacité catalytique, ils ne sont pas adaptés à une application directe dans la production. Il est nécessaire de modifier le gène codant pour la protéine cible au niveau moléculaire, puis de cribler les mutants aux propriétés significativement améliorées [26]. En tenant compte de la salubrité et de la conformité des aliments ainsi que de l’industrialisation, le choix des bactéries recombinantes devrait être basé sur des microorganismes de qualité alimentaire, non pathogènes, pas facilement infectés par des phages et ayant la capacité de sécréter efficacement des protéines. Bacillus subtilis est une bactérie gram positive aérobie qui peut former des spores et dont la paroi cellulaire ne contient pas d’endotoxines. C’est la première espèce du genre Bacillus à être utilisée comme hôte du génie génétique. En tant que micro-organisme reconnu comme sans danger par la FDA, Bacillus subtilis est depuis longtemps utilisé dans la préparation d’aliments fermentés. Bacillus subtilis Recombinant présente les avantages d’une culture simple et rapide, d’une bonne base de fermentation et d’une technologie de production, et est un hôte d’expression idéal pour les enzymes industrielles [33].

3. 2 la direction de la modification enzymatique DPE

Bien que l’orientation de la recherche au cours des dernières années ait pris en compte dans une certaine mesure la possibilité d’industrialisation, elle est principalement axée sur l’amélioration de la stabilité thermique de l’enzyme DPE. Ce qui suit décrit les exigences relatives aux enzymes industrielles du point de vue de l’industrialisation.

3.2.1 pH Optimal de l’enzyme

Le pH optimal pour les enzymes est de préférence une acidité faible, et plus la gamme est large, plus il est propice à l’industrialisation. Selon la stratégie rare de conversion du sucre, la production enzymatique en une étape de D-allulose utilise du fructose relativement peu coûteux comme substrat et est catalysée par l’enzyme DPE pour produire de l’allulose. Cependant, la production d’allulose à partir du fructose par DPE est une réaction réversible, et un traitement enzymatique est nécessaire une fois la réaction terminée. Les substrats fructose et allulose sont plus susceptibles de subir la réaction de Maillard dans des conditions de température élevée, d’alcalinité et de présence de protéines, ce qui augmente le coût de la décoloration avec du charbon actif pour le raffinage ultérieur du sucre. Le choix industriel de la valeur de pH la plus appropriée est le DPE faiblement acide, qui est plus approprié. L’effet de différentes valeurs de pH sur la transmittance et l’absorbance de la solution d’alimentation est indiqué au tableau 1.

Comme le montre le tableau 1, lorsque le pH initial de la réaction est faiblement acide, la transmittance et la valeur de couleur de la solution réactionnelle sont meilleures que celles de la solution avec un pH initial de neutralité.

Dans la littérature susmentionnée, l’enzyme DPE catalyse la préparation de l’allose à partir du fructose. La dissolution du fructose doit être maintenue avec une solution saline tamponnée pour stabiliser la valeur du pH, ce qui conduira à une augmentation de la conductivité de la solution, ce qui provoquerait un problème dans les processus suivants d’échange d’anions et de cations avec la diminution du nombre de fois où la matière peut être passée à travers la résine. La production industrielle n’est pas facile à adopter, et il suffit de la dissoudre dans l’eau désionisée. Yuan Tangguo et al. [3] et Li Xiaobo et al. [21] l’ont confirmé par des expériences.

3. 2. 2 sélectivité des ions métalliques

La plupart des enzymes DPE sont des enzymes dépendantes des métaux. Même si certains ne dépendent pas du métal, la présence de certains ions métalliques peut grandement favoriser la vitesse de réaction [21]. Du point de vue de la sécurité alimentaire, il est conseillé de choisir des ions métalliques tels que Mg2+ et Mn2+ comme additifs alimentaires pour la préparation industrielle d’enzymes [34~35].

3.2.3 température optimale de l’enzyme

Des études ont montré que plus la température de réaction est élevée, plus la demi-vie de l’enzyme est courte, mais en même temps la vitesse de réaction est plus rapide et le cycle de production est raccourti. Du point de vue de la production industrielle, la température optimale de l’enzyme n’est pas plus élevée, mieux c’est. Plus la température est élevée, plus la consommation de vapeur est importante, et la réaction de Maillard est susceptible de se produire. Un équilibre doit être trouvé entre les deux, et généralement contrôlé entre 40 et 60 °C, en tenant compte de la production d’autres sucres fonctionnels. Plus la température optimale de l’enzyme est élevée, plus elle est propice à l’amélioration du taux de récupération de l’activité enzymatique pendant le processus d’extraction de la solution enzymatique brute.

3. 3   Concentration de substrat adaptée à une application industrielle

L’effet de la concentration du substrat sur la conversion enzymatique est indiqué au tableau 2.

Comme le montre le tableau 2, plus la concentration de la solution de fructose est faible, plus la conversion est rapide au début de la réaction avec la même quantité d’enzymes ajoutées (sur la base sèche du substrat réactionnel). Cependant, si la concentration est trop faible, la quantité d’allulose produite par unité de temps sera trop élevée. Avec l’industrialisation de la décoloration à forte concentration et de l’échange d’ions à forte concentration, la conversion d’enzymes à faible concentration en concentrations subséquentes et autres processus a augmenté la charge de travail. Par conséquent, dans la production industrielle, une concentration d’environ (400-500) g/L peut également atteindre un taux de conversion élevé, et peut réduire la consommation d’eau et d’énergie et réduire les émissions de carbone.

3. 4 préparation et problèmes avec les préparations enzymatiques

La vitesse de réaction de la solution enzymatique est beaucoup plus élevée que celle des cellules entières. Dans les mêmes conditions d’addition d’enzyme, lorsque la concentration de la solution de fructose est d’environ 300 g/L, la vitesse de réaction de la solution d’enzyme brute est environ 5 fois celle des cellules entières. L’enzyme DPE est une enzyme intracellulaire, et le processus de préparation de la solution enzymatique implique la centrifugation, le lavage et l’homogénéisation. Bien que des solutions enzymatiques brutes ou pures puissent être préparées à basse température au niveau du laboratoire, il est difficile de maintenir une basse température pendant la centrifugation et l’homogénéisation pendant la production industrielle. En particulier, la perte d’activité enzymatique pendant le processus d’homogénéisation est relativement élevée, ce qui entraîne des coûts de production d’enzymes élevés.

4 perspectives

E-Allulose a maintenant été approuvé par la réglementation dans 13 pays, dont le Japon, la Corée du Sud, le Canada, le Mexique, Singapour et l’Australie. En avril 2019, la FDA a même annoncé que le D-allulose serait exclu des étiquettes «sucre ajouté» et «sucre total» [2], ce qui signifie que la quantité de D-allulose ajoutée aux aliments ne sera plus limitée en termes de quantité ajoutée. Cependant, en raison du prix relativement élevé de l’allulose actuellement, les ventes ne sont pas encore très importantes. Avec l’approfondissement de la recherche et la maturité progressive de l’expression recombinante de l’hôte de qualité alimentaire de la technologie d’enzyme clé DPE pour D-allulose, le taux de conversion de D-allulose continuera également à s’améliorer. Les entreprises continueront à améliorer les problèmes identifiés lors de l’industrialisation et les entreprises de préparation d’enzymes lanceront des enzymes finies.

Le coût de préparation de allulose diminuera considérablement et produit La qualité des produits sera encore améliorée. En août 2021, China&#La Commission nationale de la santé a accepté la demande de D-allulose comme nouvel ingrédient alimentaire. Des expériences toxicologiques sont actuellement en cours, et on s’attend à ce que l’utilisation des alluloses comme édulcorant soit approuvée au cours de la deuxième moitié de 2023 ou 2024. Puisque D-allulose est à peine métabolisé après avoir passé à travers les intestins, il ne fournit pas d’énergie, et il a des effets physiologiques uniques tels que réduire efficacement la glycémie postprandiale, contrôler le poids corporel, et réduire l’accumulation de graisse, ses champs d’application deviendra de plus en plus large. Au cours des prochaines années, l’espace et la capacité du marché pour D-allulose à la maison et à l’étranger continueront à se développer, et les perspectives du marché sont bonnes.

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