D Mannose: de quoi est-il fait?

Depuis le boom de lA arecherche sur les protéines Et etles acides nucléiques au début du xxe siècle, l’étude des glucides a connu un développement rapide. Dans les années 1960, la recherche scientifique sur les glucides pouvait être classée en trois domaines: la chimie des glucides, la biologie des glucides Et etl’ingénierie des glucides [1]. À mesure que la recherche sur les glucides s’approfondit, notre compréhension des glucides a également continué d’évoluer. Par exemple, les chercheurs ont utilisé les propriétés chimiques des sucres pour synthétiser divers dérivés du sucre, et la compréhension des fonctions du sucre a évolué de leur rôle de sources de carbone à une gamme de fonctions biologiques [1,2]. En outre, des études approfondies ont révélé que les polysaccharides avec des activités biologiques multiples contiennent tous D-mannose comme composant, et des rapports ultérieurs ont confirmé que D-mannose possède diverses activités physiologiques.

D mannose is widely distributed dansnature, with polysaccharides containing D-mannose units present in large quantities in plant cell walls Et en plusoligosaccharides, and free D-mannose is also found in some fruit peels [1,2]. Therefore, D-mannose can be prepared by extracting and purifying plant polysaccharides À propos deobtain a pure product. Additionally, D-mannose can be synthesized chemically or through bioconversion methods. Currently, major domestic and international producers De laD-mannose include Nanjing Reagent Co., Ltd., Hubei Jusheng Technology Co., Ltd., BioTech Pharmacal-Inc., Source Naturals, and NOW Foods. As a natural active monosaccharide, D-mannose has been widely used as a carbohydrate nutrient to address diseases such as diabetes and obesity. Additionally, D-mannose possesses anti-inflammatory and immune-modulating functions. In the human body, D-mannose is abundantly present in body fluids and tissue fluids, though it is not easily metabolized by the human body. However, it plays a significant role in immune regulation and glycoprotein synthesis [2,3]. Additionally, D-mannose is commonly used as a sweetener in the food industry, as a medication to prevent urinary tract infections in medicine, to prevent La salmonelleinfection in broiler chickens and increase egg production in animal husbandry, and in chemical synthesis to produce trifluoromannose and L-ribose derivatives [4].

1. Progrès de la recherche dans la technologie de préparation du D-Mannose

Les principales méthodes de préparation du D-mannose comprennent l’extraction, la synthèse chimique et les méthodes biologiques. L’extraction est une méthode couramment utilisée pour préparer le D-mannose, qui consiste à hydrolyser et à séparer les polysaccharides et les oligosaccharides des plantes pour obtenir le D-mannose. Cette méthode nécessite une grande quantité de matériel végétal et est influencée par des facteurs géographiques et saisonniers. La synthèse chimique consiste à convertir le D-glucose par isomérisation ou en prolongeant la chaîne carbonique du D-arabinose. Les méthodes chimiques sont diverses et décrites dans diverses publications, mais elles impliquent des processus de production complexes et des coûts élevés. La méthode biologique utilise la fermentation microbienne ou certaines isomérases pour convertir des monosaccharides ou des polysaccharides en D-mannose. Cette méthode présente des avantages tels que des conditions de réaction légères et un faible coût. Cependant, les isomérases rapportées utilisées dans les études actuelles ont une faible efficacité catalytique et les produits peuvent contenir une quantité importante de sous-produits [4].

1.1 méthode d’extraction

1.1.1 Extraction utilisant du Marc de café comme matière première

Coffee grounds are a byproduct De lainstant coffee production and contain abundant polysaccharides, primarily mannan oligosaccharides. Research indicates that mannan oligosaccharides can be hydrolyzed to D-mannose, which can further be reduced to mannanol, both of which play important roles asAdditifs alimentaires[5].

À la fin du xxe siècle, Sun Zhongliang et Al., et al.[6] ont mené des études préliminaires sur le processus d’hydrolyse des oligosaccharides de mannan. En ajoutant de l’acide, de la pression et en fixant une température spécifique, ils ont hydrolysé les oligosaccharides de mannan et ont constaté qu’un réacteur tubulaire obtenait le meilleur effet d’hydrolyse à des températures élevées et des temps de réaction courts. La solution du produit de réaction était de couleur brun clair, ce qui facilitait la séparation et la purification. Au début du 21e siècle, Huang Guangmin et Al., et al.[7,8] ont mené des recherches sur la production de D-mannose à partir du Marc de café en utilisant une méthode d’hydrolyse acide. Dans des conditions de concentration en acide sulfurique de 1,5 mol/L à 3,0 mol/L, de température de 100°C à 130°C et de temps de réaction de 80 minutes à 120 minutes, le rendement de D-mannose dans la solution d’hydrolyse était de 28 à 30%. Après les étapes suivantes, y compris la décoloration, la concentration par évaporation, la séparation par cristallisation et le séchage, on a obtenu du D-mannose pur. En 2015, Pei Jun et al. [9] ont inventé une méthode pour extraire du D-mannose de haute pureté du Marc de café. Cette méthode facilite la séparation des produits pendant la préparation, avec un rendement supérieur à 60% et une pureté supérieure à 98%, et le processus est simple et rentable, ce qui le rend adapté à la production industrielle.

1.1.2Extraction utilisant des graines de palme comme matière première

Palm trees are abundantly found in southern provinces of China and belong to the palm family. The leaves, flowers, roots, and bark of palm trees are all used in traditional medicine. In the 1980s, Fang Jinian et al. [10] referenced the degradation conditions of bamboo polysaccharides and other materials. They added 80% concentrated sulfuric acid to crushed palm tree seeds, diluted the sulfuric acid concentration to 2N, and refluxed at 100°C for 5–6 hours. After separation, concentration, crystallization, purification, and drying, D-mannose was obtained with a yield of 30%. Subsequently, Pan Ziguo [1] from Zhejiang University further studied the extraction and purification process of D-mannitol based on this method. Using palm tree seeds as the raw material, the liquid containing D-mannitol was extracted through acid hydrolysis, alkali neutralization, and enzymatic reaction. The liquid was then decolorized with activated carbon, concentrated, and separated using silica gel. The liquid containing pure D-mannitol was desalted using ion exchange resin, Finally, D-mannitol crystals were crystallized, with a crystallization yield of 86.7% and a total yield of 48.4%. This method improved product yield, reduced production costs, and minimized pollution, providing essential foundational data for the industrial-scale production of the target product and the extraction, separation, and purification of intermediate liquids.

1.2 méthode de synthèse chimique

La méthode de synthèse chimique couramment utilisée pour préparer le D-mannose consiste à utiliser des réactifs chimiques pour induire une réaction d’isomérisation différentielle dans le glucose. Cependant, cette méthode nécessite un contrôle strict de la concentration en acide et de la température pendant le traitement. En 1975, Takemura [11] a décrit une méthode brevetée utilisant l’acide molybdique comme catalyseur, chauffant une solution de D-glucose à des températures de 110°C à 160°C et à un pH HHde 2,3 à 4,5, qui convertit une partie du glucose en D-mannose avec un rendement de 30 à 36%. En raison du faible rendement et de la teneur en impuretés du produit, cette méthode ne convient pas à la production à grande échelle. PH 2,3-4,5. En raison de l’instabilité de l’acide molybdique, en 2003, Liu Chunyan [12] a hydrolysé le saccharose (T = 100°C, pH = 2,0) pendant 2 heures, produisant 50% de D-glucose et 50% de D-fructose. Le mélange a ensuite été chauffé à 0,15 % (NH₄)₂MoO rhône (pH = 3,0) à 100°C pendant 2 heures, ce qui donne un rendement en D-mannose de 30%. Par la suite, Zhao Guanghui et al. [13] ont utilisé 1% (NH LNG)₂MoO LNG (pH = 3,0) pour catalyser la réaction à 150°C pendant 2 heures, atteignant un taux de conversion du glucose maximal de 32,3 %. La méthode de synthèse chimique pour la préparation de la D-mannose a un rendement faible et est encombrante sur le plan opérationnel, ce qui la rend appropriée uniquement pour la préparation en laboratoire à petite échelle.

1.3 méthode biologique

1.3.1 méthode de Fermentation biologique

Il existe deux méthodes pour produire du D-mannose à l’aide de méthodes biologiques: la fermentation biologique et la conversion biologique. La méthode de fermentation biologique implique la fermentation de polysaccharides ou de monosaccharides utilisant des microorganismes pour obtenir D-mannose, avec de nombreux rapports de littérature disponibles. Dans une revue de la littérature de 2007 par Hu Zhaohui et al. [14], il a été noté que les protéines de mannose peuvent être facilement obtenues à partir de la levure par hydrolyse enzymatique ou chauffage à des températures élevées. Par la suite, Yang B et al. [15] ont constaté que la composition monosaccharidique du SSLO (où le xylose et le mannose constituent la chaîne moléculaire du SSLO) dans les résidus de sauce de soja diffère de celle des oligosaccharides du soja, ce qui suggère que le D-mannose peut être issu de la fermentation microbienne. En 2013, Charchoghlyan H et al. [16] ont isolé une souche bactérienne nommée M. Chitosanitabida dans le sol qui, lors de l’hydrolyse du spe, a produit des concentrations élevées de polysaccharides extracellulaires (ESP) composés de glucose, de mannose et de galactose (rapport de poids moléculaire 18:6:1). Cela indique que l’obtention de D-mannose libre par fermentation microbienne n’est pas simple.

1.3.2 la politique agricole commune   Méthode de Bioconversion

La Bioconversion est une méthode qui utilise des réactions enzymatiques pour convertir le fructose ou le glucose en D-mannose dans des conditions de température, de pression et de pH doux. Les enzymes impliquées dans ces réactions enzymatiques comprennent l’isomérase D-mannose, l’isomérase cellobiose, et l’isomérase D-lyxose, qui sont largement disponibles. Selon des rapports, l’isomérase D-mannose de Bacillus subtilis M-1 convertit environ 25% du fructose en D-galactose lorsque le pH est de 8,0 à 8,5 % et que la concentration en fructose augmente de 5% à 40% [17]. En 2015, Jiang Bo et al. [18] ont conçu un processus de production pour convertir efficacement le D-fructose en D-mannose à l’aide de la D-mannose isomérase de Pseudomonas pseudomallei, et ont déposé une demande de brevet (CN201510195854.4). Cette méthode est adaptée à la production à grande échelle et offre une nouvelle approche pour la préparation industrielle enzymatique du D-mannose. Par rapport à l’isomérase de D-mannose, l’isomérase de cellulose est la seule enzyme capable de convertir le glucose en D-mannose; Cependant, cette enzyme a une faible efficacité de conversion et produit une grande quantité de sous-produits (D-fructose) au cours du processus de conversion, ce qui la rend inadaptée à la production industrielle à grande échelle [5]. En outre, l’utilisation de l’isomérase de D-lyxose pour la synthèse de D-mannose a attiré l’attention significative des chercheurs. Huang Jiawei et al. [5] ont synthétisé une isomérase thermostable de D-lactulose à partir d’un micro-organisme résistant à la chaleur et l’ont appliquée à la synthèse de D-mannose. Ils ont constaté que l’enzyme présentait une bonne stabilité thermique dans des conditions neutres et faiblement alcalines à des températures de 70°C à 75°C, le Co₂ augmentant considérablement l’activité enzymatique, la rendant appropriée pour la conversion de D-lactulose, et démontrant également une bonne efficacité catalytique vers le fructose.

2  Progrès de la recherche sur l’application du D-Mannitol

2.1. -   Application du D-Mannitol dans l’industrie alimentaire

D-mannitol powder has stable properties, a sweet taste, and low calories, making it commonly used as a sweetener and food additive that can be consumed directly. Currently, the main countries producing food-grade D-mannitol are China and the United States, with products primarily available in capsule or powder form [3]. Adding D-mannose to food can improve texture. Elghaouth et al. [19] demonstrated that inoculating D-mannose into apples nearing spoilage reduced the diameter of rot spots. Yang Bingxun et al. [20] used high-performance liquid chromatography to confirm that D-mannose enhances the immune function beverages.

2.2 Applications du D-mannose dans l’industrie pharmaceutique

La recherche indique que D-mannose possède diverses activités physiologiques, y compris l’amélioration de l’immunité, l’amélioration du système immunitaire, et le traitement de maladies courantes telles que le diabète. Il est actuellement le seul nutriment glucidique utilisé dans des applications cliniques dans l’industrie pharmaceutique. Wang Shuting [21] a démontré que la D-mannose peut former des grappes polymères avec la doxorubicine en tant que médicament ciblé, permettant un traitement ciblé du cancer et réduisant les effets secondaires toxiques du médicament. Ranta [22] a utilisé D-mannose comme matière première pour préparer un immunostimulant lié à la paroi cellulaire mannans de Candida albicans. Kamel [23] a synthétisé une série de nouvelles bases de Schiff en utilisant le D-mannose comme intermédiaire synthétique, et a démontré que ces composés possèdent une activité antitumoral. Dengler et coll. [24] ont innové en utilisant le D-mannose pour améliorer la thérapie génique non virale.

2.3 Applications du D-mannose dans l’industrie aquacole

Excessive use of antibiotics in aquaculture can lead to the proliferation of drug-resistant bacteria and environmental pollution [25,26]. Van [26] and Zhang Zhaofu [27] et al. demonstrated that D-mannose has an inhibitory effect on Salmonella infection in chicks, with no side effects, and can serve as an alternative to antibiotics for treating Salmonella infections. Berge et al. [28] demonstrated that adding D-mannose to livestock feed inhibits the proliferation of pathogens in the intestine, protects intestinal health, enhances immune and disease resistance, and improves feed utilization.

2.4 Applications de D-mannose dans le domaine de la synthèse chimique

La D-mannose peut être synthétisée en divers dérivés et joue un rôle important dans les applications cliniques [29]. Yang Zhi-jie et al. [30] ont utilisé du D-mannose comme matière première et, par acétylation, hydrolyse et sulfonation, ont préparé de la trifluoromannose d’une pureté de 99%. Dans la nature, la forme structurale primaire des nucléosides est le D-ribose, tandis que le L-ribose est un isomère de D-ribose. Comparé au D-ribose, le L-ribose présente une meilleure activité antivirale et antitumorale et une cytotoxicité plus faible [31]. Actuellement, le L-ribose est principalement synthétisé chimiquement, généralement en utilisant le D-mannose comme matière de départ, qui est converti en L-ribose par D-mannose acide-1,4-lactonisation [31,32]. Takahashi et al. [32,33] ont démontré que le D-mannose peut être synthétisé en L-ribose en huit étapes, y compris la cyclisation, dans des conditions Mitsunobu. Seo et al. [32,34] ont amélioré le rendement en utilisant D-mannose acid-1,4-lactone comme matière première pour préparer le L-ribose.

2.5 Applications de D-mannose dans l’industrie cosmétique

L’aloe vera possède des fonctions telles que la protection solaire, l’amélioration de la beauté et l’hydratation [35], avec l’acide glucuronique et les polymères à longue chaîne β-(1→4)-mannan en étant ses principaux composants bioactifs [36]. Des études ont montré que D-mannose a des effets de conditionnement de la peau, rendant la peau plus douce et plus lisse après le lavage [37]. Wivell et al. [38] ont démontré que lorsque le rapport molaire du D-glucose, de l’acide d-glucuronique et du D-mannose est de 2,8:2,0:2,0, les effets hydratants et nettoyants de la peau sont optimaux.

2.6 Applications du D-mannose dans la recherche biochimique

Joersbo et al. [39] ont utilisé le D-mannose comme agent de criblage de cellules transgéniques pour cribler les betteraves à sucre transformées, ce qui a permis d’atteindre un taux de germination pouvant atteindre 30% des explants. De plus, il a été démontré que les cellules résistantes au d-mannez conviennent au riz transgénique primaire dans diverses conditions de culture. Wang et al. [40] ont constaté que le D-mannose avait un bon effet sur la transformation protoplaste du maïs dans un milieu de polyéthylène glycol.

3 résumé et perspectives

Le processus de production de la préparation du D-mannose fait principalement appel à des méthodes d’extraction à forte intensité de main-d’œuvre, sensibles aux variations saisonnières et régionales des matières premières, et sujettes aux dommages environnementaux et à la pollution. La synthèse chimique convient à la production de laboratoire à petite échelle mais pas à la production industrielle à grande échelle. Les méthodes biologiques ont été un point critique de la recherche ces dernières années, car elles sont simples, vertes et sûres. Cependant, la plupart des isomérases découvertes jusqu’à présent ont une faible activité catalytique, sont facilement affectées par les conditions de réaction et peuvent perturber les processus de production, tandis que les enzymes elles-mêmes sont coûteuses. Par conséquent, l’identification d’une isomérase peu coûteuse avec une efficacité catalytique et une stabilité élevées est un défi majeur pour les chercheurs actuels.

The widespread application of D-mannose has created a broad market prospect, especially as it can serve as a substitute for high-calorie sugars and a new food additive, offering significant market application value. In the field of fine chemicals, D-mannose not only reduces costs but also, due to its natural properties and excellent skin care effects, brings significant economic benefits to enterprises. In the pharmaceutical field, drugs modified with D-mannose exhibit significant anti-inflammatory, anti-cancer, and anti-tumor effects, offering promising prospects for future applications in new drug development.

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