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japonaisQuels sont les avantages de D Tagatose?
LA aconsommatiSur leExcessive de sucre est associée à des maladies chroniques comme l’obésité Et etle diabète, Et etest tout aussi nocive pour le corps que l’alcool [1]. Dans les pays Et etrégions développés comme l’europe Et etles États-Unis, des taxes sur le sucre sont prélevées sur les aliments tels que les boissons sucrées afdansd’orienter les consommateurs à réduire leur consommatiSur lede sucre. Au cours des dernières années, la demande du marché pour la réduction du sucre et les substituts du sucre a continué de croître; Le contrôle du sucre et la réduction du sucre répondent à l’important besodansstratégique national de la «Chine saine».
Les sucres rares sont les monosaccharides et leurs dérivés qui existent dans la nature mais en très faibles concentrations[2]. En tant que nouveau type d’édulcorant fonctionnel, ils sont devenus un sujet chaud de la recherche internationale. Les sucres rares produisent moins d’énergie après consommation et ont des fonctions physiologiques telles que l’l’inhibitionde la hausse de la glycémie, l’anti-obésité, l’anti-oxydation et l’anti-inflammation [3-4]. L’utilisation de sucres rares comme substitut du sucre, qui ont très peu de calories, est en ligne avec le concept de "grande hygiène, et la santé" concept [5-6]. Le D-tagatoseest un sucre rare qui a un goût semblable au saccharose et qui est 92% aussi sucré que le saccharose, mais seulement un tiers aussi élevé en calories.
D-Tagatose (anglais)has a variety De/enlabeneficial physiological functions pourLe conseil des ministreshumunbody, such as preventing obesity, lowering blood sugar, anti-caries, anti-oxidation, probiotics, improving intestinal flora, enhancing immunity, Et en pluspreventing cardiovascular Et en pluscerebrovascular diseases. Therefore, D-tagatoseis unideal functional sweetener. In 2001, Le conseil des ministresU.S. La nourritureEt en plusDrug Administration (FDA) Administration (FDA) recognized D-tagatoseas a “generally recognized as safe” (GRAS) La nourriture[7], Et en pluswas recommended Par:Le conseil des ministresJoint FAO/WHO Expert Committee on La nourritureAdditives (JECFA) Et en plusLe conseil des ministresUnited Nations La nourritureEt en plusAgriculture Organization recommend it as a new type De laédulcorantthat can be used as a food additive [8]. In 2014, dansaccordance with the La nourritureSafety Law De lathe People&#La Commission nationale de la santé et du Planning familial a approuvé le D-tagatosecomme nouvel ingrédient alimentaire. Par conséquent, D-tagatosea des perspectives de marché très larges.
1. Métabolisme et activité physiologique du D-tagatose
D-tagatose is an important rare hexose, an isomer De laD-galactose, a C-4 epimer De laD-fructose or a C-3 epimer De laD-sorbitol, as shown dansFigure 1.
1. 1. Métabolisme du D-tagatose
Bien que D-tagatoseet D-fructose soient similaires dans la structure, le corps et#L’efficacité d’absorption du D-tagatose est très faible, avec seulement 20 à 25% étant absorbés dans l’intestdansgrêle. Après l’absorption du D-tagatose dans l’intestdansgrêle, le processus métabolique est semblable à celui du D-fructose, mais le taux métabolique n’est que de 50% de celui du fructose. Le D-tagatose est converti en D-tagatose-1-phosphate par l’action de la fructokinase, qui est décomposée par l’aldolase en phosphate de dihydroxyacétone et en glycéraldéhyde. La Fructokinase présente une affinité plus faible pour le D-tagatose que pour le D-fructose [9]. La D-tagatose qui n’est pas absorbée dans l’intestdansgrêle pénètre dans le gros intestin, où elle est fermentée par des micro-organismes intestinaux et où des acides gras à chaîne courte sont produits [10-11]. Dans le gros intestin, le D-tagatose est métabolisé par la branche galactose de la voie métabolique, la voie métabolique tagatose-6-phosphate. Sous l’action de l’hexokinase, le D-tagatose est transformé en D-tagatose-6-phosphate, qui est ensuite décomposé en phosphate de dihydroxyacétone et en glycéraldéhyde-3-phosphate par l’action de tagatose-6-phosphatekinase et de tagatose-1,6-diphosphate aldolase.
1. 2Physiological activity De laD-tagatose
D-tagatose a diverses fonctions physiologiques, telles que l’abaissement de la glycémie, la réduction de l’obésité, la promotion de la flore intestinale, la prévention de la carie dentaire, l’anti-oxydation, et l’amélioration de la fertilité (Fig. 3).
1. 2. 1 Abaisser la glycémie
D-tagatose peut réguler les niveaux de sucre dans le sang chez les personnes en bonne santé et les patients diabétiques de type 2. Comparé aux médicaments antidiabétiques oraux traditionnels, le D-tagatose présente les avantages d’une sécurité élevée, d’une activité anti-oxydante et d’une inhibition de la prise de poids [11]. Des études ont montré que l’administration de 75 g de D-tagatose à des patients diabétiques 30 minutes avant un test de tolérance au glucose peut inhiber significativement l’élévation de la glycémie sans affecter les niveaux d’insuline dans le sang [12].
Furthermore, the minimum dose De laD-tagatoseEst de 5 g (3 fois/jour), ce qui peut contrôler efficacement le niveau d’hémoglobine acétylée chez les patients atteints de diabète de type 2 [13]. Jusqu’à présent, le mécanisme de l’action hypoglycémique du D-tagatose n’a pas été entièrement éludé, mais les mécanismes possibles suivants ont été proposés: Le D-tagatose est métabolisé dans le foie de la même manière que le D-fructose, et est converti en D-tagatose-1-phosphate par la fructokinase, qui induit la glucokinase à passer du noyau au cytoplasme, augmentant la conversiondu glucose en gluco-6-phosphate et entrant dans la voie glycolytique, tout en favorisant la conversiondu glucose en glycogène [14 -15]. Le D-tagatose-1-phosphate peut également inhiber l’activité de la glycogène phosphorylase, empêchant ainsi la décomposition du glycogène en glucose. En outre, D-tagatose peut inhiber l’activité des principales enzymes digestives dans l’intestdans(sucrase et maltase), ce qui a pour effet de réduire la glycémie. Par conséquent, D-tagatose peut être ajouté à l’alimentation des patients diabétiques comme un substitut de sucre pour aider à abaisser la glycémie.
1. 2. 2 Réduire l’obésité
La gestion du poids joue un rôle important dans la réduction du risque de maladies liées à l’obésité.D-tagatose a des propriétés hypocaloriquesEt peut être utilisé comme édulcorant prometteur pour la gestion du poids. Pour de nombreuses personnes atteintes de diabète, la perte de poids est un facteur clé dans le contrôle de la glycémie. La consommation à long terme de D-tagatose par les patients diabétiques peut réduire considérablement le poids corporel [16], et D-tagatose peut réduire l’apport alimentaire chez les hommes en bonne santé [17]. Pour les femmes enceintes, la gestion du poids est un problème courant. Un gain de poids excessif augmentera les risques pour la santé de la mère et du fœtus. Par conséquent, D-tagatose a également des applications potentielles sur le marché de la mère et de l’enfant.
1. 2. 3fonction prébiotique
Les prébiotiques sont des substances organiques qui ne sont pas digérées ou absorbées par l’hôte, mais qui favorisent de manière sélective le métabolisme et la prolifération de bactéries bénéfiques dans le corps, améliorant ainsi la santé de l’hôte [18]. D-tagatose est un excellent prébiotique. D-tagatose est résistant aux Conditions généralesgastro-intestinales humaines et peut efficacement stimuler la croissance des probiotiques, en particulier la bactérie Bifid infantis, inhibant ainsi la croissance des bactéries pathogènes [19]; Des études ont montré que le corps humain est riche en D-tagatose dans une bouche saine, et parce que D-tagatose a un effet inhibiteur sur la croissance de bactéries comme Streptococcus gordonii qui causent la carie dentaire [20], il a une fonction anti-carie. La promotion de la prolifération des bactéries bénéfiques, l’inhibition de la croissance des bactéries pathogènes, et les fonctions anti-caries tous reflètent la bonne fonction probiotique de D-tagatose.
1. 2. 4 antioxydant
Les radicaux libres intracellulaires peuvent endommager les cellules, entraînant le cancer, le vieillissement ou d’autres maladies. D-tagatose a le potentiel de réduire les radicaux libres intracellulaires qui causent des dommages cellulaires. Des études ont montré que comparé à une masse équivalente de glucose, de mannitol ou de xylose, le D-tagatose peut inhiber les dommages oxydatifs causés par le médicament furazolidone dans les cellules du foie de souris [21]. D-tagatose a de faibles propriétés chélatantes de fer. Par conséquent, il peut protéger les cellules de la cytotoxicité induite par le fer en inhibant la La productionde radicaux libres provoquée par la peroxydation des lipides catalysée par le fer et la carbonylation des protéines [22-23].
1. 2. 5 autres fonctions
La D-tagatose joue également un rôle dans la transplantation d’organes, améliorant la fertilité et la croissance des nouveau-nés [22], et la recherche sur ses fonctions physiologiques n’a jamais cessé.
2 méthodes de biosynthèse D-tagatose
Les principauxmethods De lasynthesizing D-tagatoseSont la synthèse chimique et la biotransformation. Dans la synthèse chimique, le D-galactoseest utilisé comme matière première, et sous la catalyse d’un alcali ou d’un métal alcalin terreux, une réaction d’isomérisation se produit pour former un précipité d’un hydroxyde métallique et d’un intermédiaire complexe D-tagatose. L’intermédian est ensuite neutralisé avec de l’acide pour obtenir du D-tagatose. Bien que la méthode de synthèse chimique soit un moyen rentable de produire du D-tagatose, elle nécessite des températures et des pressions élevées pendant le processus de production, et elle est sensible à la formation de sucres d’impureté tels que le sorbitol et le mannose, qui ne sont pas propices à la séparation et à la purification. Par conséquent, afin de surmonter ces lacunes, la méthode de bioconversion pour la production de D-tagatose a fait l’objet d’une attention et de recherches généralisées [24-25]. Après des années de recherches approfondies, la méthode de La biotransformationpour la production de D-tagatose peut être divisée en trois catégories selon le substrat, qui sont respectivement hexose, lactose et polysaccharide.
2. 1 utilisant l’hexose comme matière première
Le conseil des ministresrare sugars available on the market are very limited Et en plusexpensive, which severely restricts their development Et en plusapplication. To overcome this situation, it is necessary À propos defind a way À propos demass-produce rare sugars. Izumori proposed the Izumoring strategy as a solution to the production De larare sugars [26]. Le conseil des ministresproduction De laD-tagatose À partir dehexose mainly involves three enzymes: isomerase, diastereoisoméraseEt en plusdehydrogenase. The isoméraseis mainly used to catalyze D-galactose, the diastereoisoméraseis used to catalyze D-fructose Et en plusD-sorbitol, Et en plusthe dehydrogenase is used to catalyze galactitol (Figure 4).
2. 1. 1 utilisation de galactitol comme matière première
La production de D-tagatose à partir de galactitol est l’une des premières méthodes de biosynthèse étudiées. Il utilise principalement sorbitol déshydrogénase pour déshydrogéner le galactitol pour produire du D-tagatose. Les premières recherches sur la production de D-tagatose utilisaient principalement les microorganismes Arthrobacter globiformis et Mycobacterium smegmatis pour oxyder le galactitol en D-tagatose [27]. Les recherches actuelles utilisent principalement Oxidobacterium gluconicum pour exprimer la sorbitol déshydrogénase liée à une membrane pour oxyder le galactitol en D-tagatose et L-xylulose-3-hexulosone [28]. En raison du prix relativement élevé du galactitol et du coût de production élevé, le prix commercial du D-tagatose est élevé, ce qui limite son application.
2. 1. 2 utilisation du D-galactose comme matière première
Because D-galactose is relatively cheaper than galactitol, it has a higher potential pourcommercial application. Using D-galactose as a raw material, enzymatic synthèseDe D-tagatosehas gradually become the mainstream synthesis method [29]. The core enzyme used in this method is L-arabinoseisomérase(L-arabinoseisomer-ase, AI). Due to the structural similarity between D-galactose and L-arabinose, AI can catalyze the conversion De laD-galactose to D-tagatose [30]. In order to improve the yield De laD-galactose to D-tagatose, many studies have been carried out on this enzyme. For example, AI À partir devarious sources has been molecularly modified to improve enzyme activity, catalytic efficiency, pH Et en plustemperature stability, etc., or the efficiency De laD-galactose conversion to D-tagatose has been improved Par:enzyme immobilization technology [24, 31]. At present, these studies have gradually reached saturation Et en plusare now mainly focused on finding catalytic methods that can increase the yield De laD-tagatose. For example, a packed bed reactor using AI microspheres fixed on an l’alginatecarrier was used to produce D-tagatose, which achieved a 50% équilibreconversion rate and can be used multiple times [32].
2.1.3 utilisation du D-fructose comme matière première
Ces dernières années, la synthèse biologique du D-tagatose a généralement utilisé le D-galactose comme substrat pour la synthèse catalytique par l’ia. Cependant, comparé aux hydrates de carbone tels que le glucose, le fructose et l’amidon, le D-galactose est encore relativement coûteux à produire, ce qui n’est pas propice à la production industrielle à grande échelle et à l’application du D-tagatose. Par conséquent, il est très important pour la recherche de trouver une méthode qui puisse utiliser les ressources de biomasse bon marché et facilement disponibles pour synthétiser efficacement le D-tagatose. Le D-fructose est une sorte de monosaccharide peu coûteux qui a une source stable. Substrat idéal pour la production de D-tagatose, mais à ce jour, aucune enzyme naturelle qui catalyse la conversion du D-fructose en D-tagatose n’a été découverte dans la nature. En 2012, Rodionova et Al., et al.[33] [traduction]ont découvert une nouvelle famille d’enzymes (appelée «UxaE») qui peut catalyser la conversion de D-tagatose aldéhyde en D-fructose aldéhyde; Shin et Al., et al.[34] [traduction]pensaient que cette enzyme pourrait avoir une activité de 4-isomérisation pour le D-fructose parce que son substrat a une structure semblable à celle du fructose. Ensuite, grâce à une conception rationnelle et à une évolution orientée, l’activité de la c4-epimérisation de cette enzyme pour le D-fructose a été améliorée, et l’enzyme mutante a été nommée D-tagatose 4-epimérase. La D-Tagatose 4-epimérasedéveloppée a été appliquée à la synthèse de D-tagatose. Dans des conditions de réaction optimales, 700 g/L de D-fructose ont été convertis pour produire 213 g/L de D-tagatose en 2 h, pour un taux de conversion de 30%.
En plus de l’utilisation de D-tagatose 4-éimerase pour catalyser la production de D-tagatose à partir du fructose, il existe également deux voies catalytiques multi-enzymatiques pour la production de D-tagatose à partir du D-fructose (Figure 5): 1) le D-fructose est converti en D-fructose-6-phosphate, et le d-fructose-1,6-bisphosphate aldolase catalyse la conversion du D-fructose-6-phosphate en D-tagatose-6-phosphate, et enfin le D-tagatose-6-phosphate est converti en D-tagatose par la phosphatase [35]. Comme cette méthode nécessite la participation d’une kinase, de l’atp doit être ajouté au cours de la réaction, ce qui n’est pas propice à des applications pratiques de production, cette méthode a donc été relativement peu étudiée [36]; 2) Yoshihara et Al., et al.[37] [traduction]ont utilisé avec succès la moisissure de riz Rhizopus oryzae MYA-2483 pour catalyser la production de D-tagatose à partir de D-allulose, et ont constaté que la plupart des champignons des Mucoraceae ont cette capacité de conversion, de sorte que la d-tagatose-3-epimérase peut être utilisée pour isomériser le D-fructose en D-tagatose. Et a constaté que la plupart des champignons mucoracées ont cette capacité de conversion, de sorte que la d-tagatose-3-éimerase peut être utilisée pour isomériser le D-fructose en D-allulose[38], puis convertir la D-alluloseen D-tagatose. La production à grande échelle de D-allulose à partir de D-fructose est réalisable, de sorte que cette méthode a un potentiel de production commerciale, mais il y a eu peu de recherches à ce sujet.
2. 2 utilisation du lactose comme matière première
L’utilisation du lactose comme matière première pour produire du D-tagatose est catalysé par la double enzyme β-galactosidaseet l’arabinose isomérase, qui a également été un point de recherche au cours des dernières années. Le lactosérum est généralement un sous-produit riche en lactose produit lors de la production de produits laitiers, et dans le passé, il était souvent traité comme un déchet. Avec les progrès de la science et de la technologie, il est maintenant devenu un ingrédient alimentaire précieux qui peut être utilisé dans la production de D-tagatose. En utilisant le lactose comme substrat, D-tagatose avec différentes concentrations de produit (12,7 à 6,8 g/L), et le rendement de D-tagatose à partir du lactose variait de 19,4 à 36,7 % (tableau 1 [39-47]). Par conséquent, cette méthode n’est pas efficace en termes d’utilisation de la source de carbone, et le résidu rendra difficile la séparation et la purification du D-tagatose. Pour résoudre ce problème, le lactose peut être utilisé comme matière première pour produire plusieurs produits en même temps. Par exemple, la poudre de lactosérum peut être utilisée comme matière première pour produire simultanément du D-tagatose et du bioéthanol, avec des rendements de 23,5 % et 26,9 %, respectivement [48]. Cela améliore non seulement le taux d’utilisation de la source de carbone, mais produit également des sous-produits précieux. En raison des autres composants non identifiés dans la poudre de lactosérum, qui peuvent affecter l’activité de l’arabinose isomérase, le rendement a diminué de 7,8 % par rapport au lactose.
2. 3 Polysaccharides comme matières premières
The polysaccharides used to produce D-tagatose are mainly maltodextrin and starch. They are converted to D-tagatose using phosphoribosyltransferase, glucokinase, glucokinase, C4 epimerase, and phosphoribosyl pyrophosphate synthetase [49 -50]. The multi-enzyme catalytic synthesis De D-tagatoseusing Amidon ou féculeor maltodextrin as a substrate is shown in Figure 6. Compared to the multi-enzyme catalytic pathway using fructose as a substrate, the phosphorylase used to catalyze the production De laglucose-1-phosphate from maltodextrin and starch does not require ATP, which reduces the production cost De laD-tagatose and the instability De lathe production process. In order to avoid purifying multiple synthetic enzymes, Dai et Al., et al.[49] [traduction]constructed a D-tagatose anabolic pathway in Escherichiacoli, achieving the production De la3.38 g/L D-tagatose from 10 g/L maltodextrin sugar. Han Et al.[50] [traduction]constructed a semi-artificial celluleUsine de fabricationand achieved the production De la72.2 g/L D-tagatose from 150 g/L maltodextrin, with a yield De la48.1%, which has good application value.
3 résumé et perspectives
E-tagatose, as an ideal functional sweetener, has broad application prospects. Against the backdrop De lathe continued strong market demand poursugar-reducing and sugar-substitute products, D-tagatose is of great significance for meeting people' S demande "moins de sucre mais pas moins sucré" et d’améliorer leur qualité de vie et de santé. Cet article passe en revue les recherches récentes sur les fonctions physiologiques et la biosynthèse du D-tagatose. Afin de réduire le coût de production du D-tagatose et de le rendre accessible à tous les ménages, les recherches suivantes sont recommandées: 1) la recherche et la production commerciale du D-tagatose à partir du D-galactose en tant que matière première sont relativement matures, mais le coût élevé du D-galactose limite la promotion et l’application du D-tagatose. La recherche peut se concentrer sur la production de D-tagatose à partir de substrats bon marché tels que le fructose, le lactose, la dextrine de malt et l’amidon pour produire du D-tagatose, afin d’élargir le marché du D-tagatose; 2) par la simulation moléculaire basée sur la structure des protéines, modifier (semi-) rationnellement les enzymes clés pour améliorer leur efficacité catalytique et leur stabilité et augmenter leur potentiel d’application industrielle; 3) construire des cellules de châssis de qualité alimentaire et modifier systématiquement les cellules de châssis pour développer une méthode synthétique pour D-tagatose qui tolère des concentrations élevées de substrat, a un taux de conversion élevé, et une intensité de production élevée, aussi bien qu’un processus de purification efficace pour D-tagatose; 4) mener des recherches approfondies et continuer à élargir les fonctions de D-tagatose afin qu’il puisse pleinement démontrer ses avantages et être plus pleinement utilisé dans les domaines de la nourriture, de la médecine, de l’agriculture, des cosmétiques, etc. La réalisation des recherches ci-dessus aidera à industrialiser le D-tagatose, et on espère que cet article pourra fournir des informations efficaces pour la promotion et l’application du D-tagatose.
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