Quelle est l’utilisation de la poudre de Tagatose dans le domaine alimentaire?

Tagatose (voir Figure 1) est un énantiomère de fructose à l’atome de carbone chiral C-4 avec un poids moléculaire de 180∙16u et CAS 87- 81-0. C’est un bon édulcorant alimentaire à faible consommation d’énergie et de charge, et a divers effets physiologiques tels que l’inhibition de l’hyperglycémie, l’amélioration de la flore intestinale, et étant non cariogène. En 2001, la FDA américaine a approuvé le tagatose comme GRAS.

1 propriétés et fonctions du tagatose

Le tagatose pur est une substance blanche, inodore et non cristallineAvec un point de fusion de 134°C et une température de transition vitreuse de 15°C. Il est très soluble dans l’eau et, lorsqu’il est dissous dans l’eau, fait monter le point d’ébullition et le point de congélation. Cependant, il n’absorbe pas la chaleur, donc il ne produit pas un effet de refroidissement. Le Tagatose est hygroscopique et a une bonne stabilité dans des conditions acides. Il peut exister de façon stable dans la gamme de pH de 3-7. Elle est sujette au brunissement Maillard et peut caraméliser à des températures plus basses [1].

Le Tagatose est à 92% aussi sucré que le saccharose et est un bon édulcorant de remplissage. Son profil sucré est similaire à celui du saccharose et il n’a pas de mauvaises saveurs ou arrière-goûts désagréables. Relativement parlant, la douceur du tagatose stimule plus rapidement que le saccharose et est similaire au fructose. De plus, le tagatose a un bon effet synergique avec les édulcorants puissants, dont le cyclamate, la saccharine, l’aspartame, l’acésulfame, la stévia, le néotame et le sucralose [2].

Le tagatose ingéré par le corps n’est pas complètement absorbé par l’intestdansgrêle. Le tagatose absorbé par l’intestin grêle est métabolisé par le foie par la voie glycolytique. Le tagatose non absorbé pénètre directement dans le gros intestin, où il est presque complètement fermenté par la flore microbienne. Les acides gras à chaîne courte produits par cette fermentation sont presque entièrement réabsorbés et métabolisés par l’organisme. Sur la base de nombreuses études pertinentes, la FDA américaine a confirmé que le tagatose peut être étiqueté avec une valeur énergétique de 6280∙2J/g sur les étiquettes nutritionnelles [1].

Le Tagatose est largement présent dans la nature et est présent dans certains aliments (par exemple, le lait stérilisé, le lait UHT, le lait en poudre, le cacao chaud, divers fromages, certains types de yogourt, les préparations pour bébés) et certaines plantes et médicaments [3].

Le Tagatose a un faible taux d’absorption dans le corps et ne provoque pas de changements significatifs dans le taux de glycémie, ce qui le rend adapté aux personnes atteintes de diabète. Des études ont montré que le tagatose ne provoque pas de changements significatifs dans les taux de glycémie et d’insuline à jeun chez les sujets sains et les patients diabétiques de type 2, et peut inhibe de manière significative l’augmentation de la glycémie causée par l’apport de glucose chez les patients diabétiques [4], mais n’a aucun effet significatif sur la sensibilité à l’insuline. Il a également été rapporté dans les brevets que le tagatose peut atténuer et améliorer les symptômes du diabète et inhiber l’apparition de diverses complications [5]. Le mécanisme par lequel le tagatose supprime une glycémie élevée peut être qu’en plus d’avoir un faible taux d’absorption, le tagatose inhibe également l’absorption du glucose dans l’intestin grêle.

Seulement 20% du tagatose ingéré par l’organisme est absorbé par l’intestin grêle. La grande majorité du tagatose pénètre directement dans le côlon, où il est fermenté sélectivement par la flore microbienne, favorisant la croissance de bactéries bénéfiques et inhibant la croissance de bactéries nuisibles, ce qui a un effet significatif sur l’amélioration de la flore intestinale et est un bon prébiotique [6]. En même temps, la fermentation du tagatose produit également une grande quantité d’acides gras à chaîne courte (agcs) bénéfiques. En particulier, l’acide butyrique est une bonne source d’énergie pour les cellules épithéliales du côlon et est considéré comme ayant un bon effet dans l’inhibition du cancer du côlon, l’inhibition des bactéries pathogènes intestinales (telles que Escherichia coli, etc.) et la promotion de la croissance de bactéries bénéfiques telles que les bactéries lactiques. Certaines études ont révélé que la dose minimale de tagatose pour avoir un effet prébiotique significatif est de 7,5 g/ j.

Des études ont montré que le tagatose n’abaisse pas le pH de la plaque dentaire et ne cause pas de caries [1]. Il est efficace pour inhiber la plaque dentaire et éliminer la mauvaise haleine, de sorte qu’il est largement utilisé dans les produits buccaux pour inhiber la carie dentaire, la gingivite et d’autres maladies dentaires, éliminer la mauvaise haleine et nettoyer les dents. Le 2 décembre 2002, la FDA des États-Unis a publié une déclaration confirmant que le tagatose n’est pas fermenté par des bactéries buccales et ne cause pas de caries dentaires en se fondant sur les résultats de nombreuses études scientifiques.

D’autres études ont montré que le tagatose peut réduire de manière appropriée et continue le poids corporel chez des sujets sains et des patients diabétiques de type 2 [1]. Selon des rapports de brevets, le tagatose est également très bénéfique pour la promotion de la santé du sang [7] et peut aider à augmenter les chances de grossesse chez les rats femelles et promouvoir la santé maternelle et embryonnaire [8]. En outre, le tagatose peut également augmenter la sensibilité des cellules aux toxines et inhiber considérablement les effets toxiques de la cocaïne, de la nitrofurantoïne, etc. sur les cellules du foie [9].

Un grEt en plusnombre de tests de sécurité et de toxicologie ont montré que le tagatose est sûr et non toxique. Le 11 avril 2001, la FDA des États-Unis a approuvé l’utilisation du tagatose comme GRAS dans les aliments. Plus tard, l’Australie et la nouvelle-zélande ont également approuvé l’utilisation du tagatose dans les aliments. Cependant, une consommation excessive de tagatose peut encore causer un léger malaise gastro-intestinal, tel que des flatulences et de la diarrhée, qui peut être principalement due au corps.' S l’absorption du tagatose. En juin 2001, le comité mixte FAO/ oms d’experts des additifs alimentaires (JECFA) a approuvé le tagatose comme additif alimentaire avec une dja de 0-80 mg/kg· j [1].

2 technologie de Production de tagatose

Le Tagatose est généralement produit à partir du galactose par isomérisation chimique ou enzymatique. Le Galactose peut être obtenu en hydrolysant le lactose. Certaines études ont également utilisé le galactitol comme matière première et l’ont oxydé biologiquement pour produire du tagatose. Cependant, le galactitol est relativement cher et ne convient pas actuellement à la production industrielle.

2.1 synthèse chimique du tagatose

La synthèse chimique du tagatose utilise le galactose comme matière première et comprend principalement deux étapes: l’isomérisation et la neutralisation acide [10]. Tout d’abord, un sel de métal alcalin soluble ou un sel alcalin de métal terreux est utilisé comme catalyseur pour isomériser le galactose avec un hydroxyde métallique pour former un précipité intermédiaire complexe hydroxyde-tagatose métallique. Le complexe intermédiaire est ensuite neutralisé avec un acide pour obtenir le produit final tagatose. Le Galactose est obtenu par hydrolyse du lactose.

L’isomérisation du galactose est l’étape clé de la synthèse chimique du tagatose. Pour des raisons de coût, le réactif hydroxyde métallique est de préférence le Ca (OH) 2 ou un mélange de Ca (OH) 2 et de NaOH. En général, il est ajouté sous forme de boue hydrosoluble obtenue à partir du mélange de Ca(OH)2 avec de l’eau, ou comme produit d’hydratation après addition de chaux (CaO) mélangé à de l’eau. Un catalyseur de sel de métal alcalin (ou sel de métal alcalin de terre) est habituellement CaCl2, et la quantité utilisée est d’environ 1% à 5% du nombre molaire de galactose. La réaction d’isomérisation devrait être effectuée dans des conditions alcalines et de basse température, contrôlées dans la gamme de pH>10 et -15 à 40°C.

Le but de la neutralisation acide est de former des sels métalliques insolubles et de libérer du tagatose à partir du complexe intermédiaire. Les ions restants sont éliminés par résine échangeuse d’ions. H2SO4, H3PO4 ou HCl peuvent être utilisés pour la neutralisation des acides, le CO2 étant le meilleur. La progression de la neutralisation acide est contrôlée en fonction du pH du système réactionnel. Lorsque le pH est <7, la réaction de neutralisation est complète.

Lors de l’addition d’acide, la température du système de réaction doit être contrôlée au-dessous de 25°C pour éviter les réactions secondaires indésirables. Enfin, le tagatose est cristallisé à partir de la solution réactionnelle et filtré.

Par exemple, ajouter 10∙0kg de lactose et 40L d’eau désionisée dans un récipient à réaction en acier inoxydable de 230L, bien mélanger et augmenter la température à 50°C. Ajouter la lactase et hydrolyser pendant 6 heures jusqu’à ce que l’hydrolyse soit essentiellement complète pour obtenir un hydrolysat du lactose contenant 45% de glucose, 45% de galactose et 10% de lactose. Après refroidissement de l’hydrolysat de lactose à 25°C, ajouter successivement 154 g de CaCl2 et une solution aqueuse de Ca (OH)2 (2,0 kg de Ca (OH)2 plus 2,5 L d’eau). Ensuite, ajouter une quantité appropriée de solution de NaOH à 10% pour ajuster le pH à 12,5. Après 3 heures de réaction, le mélange réactionnel devient épais et commence à former un précipité. Le précipité est filtré et centrifugé pour obtenir un gâteau de filtre pâteux. 25 L d’eau sont mélangés avec le gâteau de filtre pour former une suspension. Ensuite, une quantité appropriée de CO2 a été introduite pour neutraliser la solution à un pH final de 6,5. Au cours du processus de neutralisation, le gâteau de filtre s’est dissous et le produit final tagatose et le précipité de CaCO3 se sont formés. La solution réactionnelle a été purifiée par centrifugation, désionisation et cristallisation pour obtenir du tagatose. L’analyse HPLC a montré que le rendement en tagatose pouvait atteindre 47,6 %.

2.2 synthèse enzymatique du tagatose

Des études ont montré que la L-arabinoseisomérase (AraA, EC 5∙3∙1∙4) a une activité catalytique pour l’isomérisation de la L-arabinose et du D-galactose avec des conformations tridimensionnelle similaires, et peut isomériser respectivement la L-ribulose et le D-tagatose[11,12].

Lactobacillus fermentum, Lactobacillus pentosus, Lactobacillus mannitopous, Lactobacillus buchneri, Lactobacillus brevis, Lactobacillus pentoaceticus, Lactobacillus lycopersici et autres espèces de Lactobacillus, Aerobacter aerogenes, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus subtilis, Candida utilis (Aerobacter aerogenes), Bactéries baguettes en forme d’anneau (Bacillus amyloliq uefaciens), Bacillus subtilis, Candida utilis, Clostridium acetobutylic um), Coli), Erw inia cativosa (Mycobacterium),(Salmonella typhimurium),(Pediococcus, Pediococcus pentosaceous), (un rthrobacter), peuvent tous deux être fermentés pour produire de l’araa. En utilisant le L-arabinose comme source de carbone et en fermentant à pH 5,5-7,0 et 30-40 °C, l’enzyme L-arabinose isomérase peut être obtenue.

Selon la source d’araa, les conditions optimales pour l’isomérisation varient. L’isomérisation est généralement effectuée à 20-80 °C et pH 4,0-9,0, de préférence à 50-70 °C et pH 5,5-7,0. Certaines souches mutantes peuvent également produire de l’isomérase L-arabinose qui peut s’isomériser à des températures allant jusqu’à 100°C. Une étude A montré que le gène codant AraA de Thermotoga neapolitana peut être cloné, recombiné et exprimé dans Escherichia coli pour obtenir un AraA recombinant avec une très grande stabilité thermique [13].

La concentration de D-galactose affecte de manière significative le taux et le taux de conversion de la réaction d’isomérisation. Lorsque la concentration de la matière première D-galactose est élevée, la constante de Michaelis Km du processus de réaction enzymatique pour la conversion du D-galactose en tagatose est généralement élevée, de sorte que le rendement de tagatose est également élevé. Si la concentration de la matière première D-galactose est faible, le rendement en tagatose dépend de la souche de l’enzyme productrice.

La Figure 2 montre le déroulement du procédé de préparation du tagatose à partir du perméat de lactose (obtenu par ultrafiltration de lactosérum ou de vache de fromage).#39; S lait, contenant 2 à 6% de lactose, 0,2 à 0,4 % de protéines, 0,2 à 0,6 % de sel et des traces de matières grasses) [14]. Le perméat de Lactose est éliminé par ultrafiltration (1) pour éliminer les protéines, puis passe à travers un réservoir de stockage (2), où il est dessalé et concentré par osmose inverse (3). Le liquide concentré est séparé par microfiltration (4) pour éliminer les substances de poids moléculaire élevé (bactéries, c.-à-d., protéines insolubles), puis hydrolysé par la lactase immobilisée (5) en un mélange de glucose et de galactose (glucose: le galactose est d’environ 1:1). L’hydrolysat de lactose est fermenté dans un procédé semi-continu (6), où le glucose est fermenté par de la levure ou des bactéries pour produire de l’éthanol, qui est récupéré par une pompe à vide (15) puis distillé (16). Alternativement, le liquide peut être centrifugé (7) pour obtenir un liquide sans cellule, et l’éthanol peut être récupéré par distillation (16), tandis que les cellules microbiennes sont renvoyées au fermenteur (6).

L’éthanol récupéré par distillation est pompé dans un réservoir de stockage (7) en tant que sous-produit. Le galactose non fermenté est isomérisé (8) pour obtenir un mélange de galactose et de tagatose. Le liquide brut de tagatose est ensuite séparé en le faisant passer à travers une colonne d’échange cationique (9) et en l’éluant sélectivement avec de l’eau désionisée (10). Le galactose non isomérisé est retourné dans la colonne d’isomérisation (8) pour une autre ronde d’isomérisation. Le liquide brut de tagatose est concentré par évaporation (11), cristallisé (12), filtré, séché, puis on obtient le produit fini. Pendant le processus de cristallisation, une quantité appropriée de cristaux d’éthanol et de graines de tagatose est introduite pour faciliter la cristallisation. L’éthanol est filtré et récupéré, puis retourné dans la cuve de cristallisation (12) pour recyclage.

2.3 Bioconversion du galactitol en tagatose

Des études ont montré que les bactéries de l’acide acétique peuvent bioconvertir le galactitol en tagatose [15]. Des études ont montré que Acetobacter sp∙ produit du tagatose à un faible rendement de seulement 3-35 mg/L, tandis que le Gluconobacter sp∙ oxyde le galactitol en tagatose à un rendement élevé de 100-160 mg/L. Parmi eux, le Gluconobacter MIM 1000/9 a le rendement le plus élevé en tagatose, oxydant 5 g/L de galactitol en tagatose en 24 heures pour atteindre 158 mg/L. De plus, aucun sous-produit du galactose et du fructose n’a été trouvé.

Pour augmenter le rendement en tagatose, la quantité de galactitol ajouté a été progressivement augmentée dans le milieu pour induire le G G∙ oxydans DSM 2343 souche pour s’adapter progressivement à des concentrations plus élevées de galactitol. Les résultats ont montré que l’activité de sa galactitol déshydrogénase et le rendement de tagatose étaient significativement améliorés. Après 24 heures de culture, le rendement de tagatose a atteint un maximum de 3160 mg/L (20 g/L galactitol, 24 h), et le taux de conversion a atteint 6,6 × 10-3 L/h.

3 Applications de tagatose

3.1 amélioration de la saveur du tagatose

Tagatose a un bon édulcorant synergiqueEffet sur les édulcorants forts [1]. Une petite quantité de tagatose peut améliorer considérablement la douceur. Lorsqu’il est utilisé en combinaison avec un édulcorant fort, il peut remplacer une quantité importante de l’édulcorant fort, et la quantité peut même être inférieure au seuil de goût sucré. 0∙1 à 50g/kg de tagatose peut obtenir un bon effet édulcorant synergique, surtout à une dose de 0∙5 à 20g/kg. La douceur du tagatose peut être grandement améliorée en le combinant avec un édulcorant puissant, et son goût, sa saveur et son arrière-goût peuvent être considérablement améliorés.

Le Tagatose a un bon effet synergique sur de nombreux édulcorants puissants, dont le cyclamate, la saccharine, l’aspartame, l’acésulfame-k, l’édulcorant de réglisse, la stévia, l’extrait de fruits de moine, la thaumatin, l’altatame, le néotame et le sucralose. Selon le type d’édulcorant intense, la douceur du produit final et les exigences sensorielles (sensation en bouche, arrière-goût et saveur), le rapport massique du tagatose à l’édulcorant est généralement de 1:1 à 1000:1, et de préférence entre 4:1 et 200:1 [2].

L’analyse sensorielle montre que dans les systèmes de limonade et de boissons cola, l’ajout d’une petite quantité de tagatose peut améliorer significativement la sensation en bouche du produit, réduire l’arrière-goût amer, l’arrière-goût métallique et le goût astringent causés par les édulcorants puissants (tels que l’acésulfame, la saccharine, etc.), et rendre le goût sucré du produit stimuler plus rapidement, avec une sensation en bouche plus fraîche et plus rafraîchissante. En outre, il peut augmenter la teneur en solides solubles dans le système de boisson, ce qui rend le goût de boisson plus complet, ce qui est exactement ce que les édulcorants intenses manquent. Par conséquent, dans l’ensemble, le tagatose rend le goût et la saveur des boissons légères à faible consommation d’énergie plus proches de ceux des boissons traditionnelles à pleine consommation édulcorées au saccharose.

Pour les boissons au lait faible en gras édulcorées avec des édulcorants intenses (y compris le chocolat, le yogourt et les arômes de fruits), l’ajout de tagatose peut améliorer considérablement le goût, réduire l’arrière-goût amer causé par les édulcorants intenses, et obtenir le meilleur sucré et l’arrière-goût. Surtout pour les boissons au lait au chocolat, tagatose peut améliorer considérablement leur saveur crémeuse riche et moelleuse.

En outre, le tagatose est également un bon exhausteur de saveur pour les produits de confiserie et de chocolat. L’évaluation sensorielle a montré que l’ajout de tagatose au chocolat sucré avec des édulcorants intenses peut améliorer considérablement la sucré et l’arrière-goût, tout en réduisant l’amertume; En même temps, la sensation en bouche est également considérablement améliorée et la saveur crémeuse est considérablement améliorée [1].

3.2 Application du tagatose dans les aliments

Lors de l’utilisation du tagatose dans les aliments à base de céréales, il est important de porter une attention suffisante à plusieurs propriétés physiques importantes du tagatose, y compris son point de fusion élevé, sa basse température de transition vitreuse, ses cristaux non hygroscopiques, sa solubilité élevée, sa cristallisation facile et sa stabilité au pH. En particulier, il convient de noter que le tagatose a de bonnes caractéristiques de réaction de Maillard. Des températures plus basses favorisent l’amélioration de la saveur, mais des températures élevées et des temps de traitement longs peuvent conduire à une couleur excessivement sombre et un arrière-goût amer.

Dans la production de céréales prêtes à consommer, le processus de cuisson est une étape clé, qui peut être effectuée soit par le procédé traditionnel de cuisson à la vapeur par lots, soit par le procédé d’extrusion [1]. Selon le procédé de cuisson utilisé, le degré de gélatinisation de l’amidon, le goût, la structure tissulaire et les propriétés nutritionnelles du produit diffèrent. Le procédé traditionnel de cuisson à la vapeur est généralement effectué à des températures et des pressions élevées, tandis que le processus d’extrusion nécessite des températures plus basses et des temps plus courts. Lorsque la température de traitement pendant le processus d’extrusion est relativement faible (par exemple 130°C) et que le temps de traitement est court, le tagatose peut être utilisé comme seul édulcorant dans les céréales prêtes à consommer à faible consommation d’énergie.

Le Tagatose peut également être pulvérisé sur la surface des céréales pour augmenter le goût sucré du produit, et il peut être utilisé pour fabriquer diverses céréales glacées aromatisées ou enrobées de sucre. En raison de sa faible viscosité, de sa cristallisation rapide et de sa faible absorption d’humidité, la durée de conservation du glaçage est également plus longue. Dissoudre le tagatose dans de l’eau pour former une solution aqueuse à 83° Brix, chauffer à 97°C jusqu’à dissolution complète, puis refroidir la solution à 70°C et vaporiser sur la surface de la céréale. Enfin, sécher à 80°C pendant 15 minutes, et les cristaux de tagatose formeront une couche uniforme de glace de sucre blanc.

Le Tagatose peut également être utilisé pour enduire sous une forme non cristalline, créant une surface enduite de sucre brillant et permettant à d’autres additifs (tels que les noix) d’adhérer à la surface de la céréale. Toutefois, le tagatose doit être utilisé en association avec des édulcorants non cristallins tels que les fructooligosaccharides, le dextrans, le lactitol, le maltitol et l’ isomalt pour créer une surface enduite de sucre stable. L’utilisation du tagatose donne à l’enrobage de sucre un meilleur profil édulcorant, augmente son croustillant et l’empêche de se coller.

Le Tagatose est également très approprié pour une utilisation en confiserie et chocolat. Il peut être utilisé comme seul édulcorant dans le chocolat sans sucre sans modifications majeures du processus. Une proportion de beurre de cacao est mélangée avec les autres ingrédients sauf la graisse, puis finement moulue et conquée. La lécithine et les arômes sont ajoutés, la température est ajustée, le mélange est versé dans des moules, refroidi et le produit fini est prêt. La tige peut également être utilisée en combinaison avec d’autres édulcorants comme l’isomalt pour fabriquer des bonbons de haute qualité, à faible consommation d’énergie et sans sucre, comme le toffee.

Référence:

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