¿Cuáles son los beneficios de la D tagatosa?

El consumo excesivo de azúcar se asociuncelenfermedades crónicas como la obesidad y la diabetes, y es tanperjudicial para el cuerpo como el alcohol[1]. En los países desarrollados y regiones como Europa y los Estados Unidos, los impuestos sobre el azúcar se aplicana los alimentos como las bebidas azucaradas celel fende orientar a los consumidores para reducir su consumo de azúcar. En los últimos años, la demanda del mercado para la reducción del azúcar y los sustitutos del azúcar ha seguido creciendo; El controldel azúcar y la reducción del azúcar satisfacen la importante necesidad estratégica nacional de la "China saludable".

Los azúcares raros son los monosacáridos y sus derivados que existen en la naturaleza pero en concentraciones muy bajas [2]. Como un nuevo tipo de edulcorfuncional, se han convertido en un tema candente de investigación internacionAl.Azúcares raros producen menos energía después del consumo y tienen funciones fisiológicas tales como la inhibide la subida de azúcar en la sangre, anti-obesidad, anti-oxidy anti-inflamación [3-4]. El uso de azúcares raros como un sustituadel azúcar, que tienen muy bajas calorías, está en línea con el concepade "gran higiene y salud" concepto [5-6]. La d-tagatosa es un azúcar poco común que sabe similar a la sacarosa y es 92% tan dulce como la sacarosa, pero solo un tercio de alta en calorías.

La d-tagatosa tiene una variedad de funciones fisiológicas beneficipara el cuerpo humano, como prevenir la obesidad, reducir el azúcar en la sangre, anti-caries, anti-oxid, probióticos, mejorar la flora intestinal, mejorar la inmunidad, y prevenir enfermedades cardiovasculares y cerebrovasculares. Por lo tanto, la d-tagatosa es un edulcorfuncional ideAl.En 2001, la administración de alimentos y medicamentos de los Estados Unidos (FDA) reconoció la d-tagatosa como un "alimento generalmente reconocido como seguro" (GRAS) [7], y fue recomendado por el comité conjunto FAO/ OMS de expertos en aditivos alimentarios (JECFA) y la organización de las naciones Unidas para la alimentación y la agricultura lo recomiendan como un nuevo tipo de edulcorque puede ser utilizado como aditivo alimentario [8]. En 2014, de acuerdo con la ley de seguridad alimentaria del People's la República de China y las medidas para la administración de la revisión de la inocuidad de las nuevas materias primas alimentarias, la Comisión nacional de salud y planificación familiar aprobó el D-tagatosecomo nuevo ingrediente alimentario. Por lo tanto, D-tagatosetiene perspectivas de mercado muy amplias.

1. Metabolismo y actividad fisiológica de la d-tagatosa

La d-tagatosa es una rara hexosa importante, un isómero de d-galactosa, un epimer C-4 de d-fructosa o un epimer C-3 de D-sorbitol, como se muestra en la figura 1.

1. 1. Metabolismo de la d-tagatosa

Aunque la d-tagatosa y la d-fructosa son similares en estructura, el cuerpo#39;s la eficiencia de absorción de la d-tagatosa es muy baja, con solo del 20% al 25% absorbido en el intestino delgado. Después de que la d-tagatosa es absorbida en el intestino delgado, el proceso metabólico es similar al de la d-fructosa, pero la tasa metabólica es sólo el 50% de la de la fructosa. La d-tagatosa se convierte en d-tagatosa-1-fosfato por la acción de la fructoquinasa, que se descompone por la aldolasa en dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído. La fructoquinasa muestra una menor afinidad por la d-tagatosa que por la d-fructosa [9]. La d-tagatosa que no se absorbe en el intestino delgado entra en el intestino grueso, donde es fermentada por los microorganismos intestinales y se producen ácidos grasos de cadena corta [10-11]. En el intestino grueso, la d-tagatosa se metaboliza a través de la rama galactosa de la ruta metabólica, la ruta metabólica de la tagatosa-6-fosfato. Bajo la acción de la hexoquinasa, la d-tagatosa se convierte en d-tagatosa-6-fosfato, que luego se descompone en dihidroxiacetetona fosfato y gliceraldehí3-fosfato por la acción de la tagatosa-6-fosfato quinasa y la tagatose1,6-difosfato aldolasa.

1. 2Actividad fisiológica de la d-tagatosa

La d-tagatosa tiene varias funciones fisiológicas, como reducir el azúcar en la sangre, reducir la obesidad, promover la flora intestinal, prevenir la caries dental, anti-oxid, y mejorar la fertilidad (Fig. 3).

1. 2. 1   Reducir el azúcar en la sangre

La d-tagatosa puede regular los niveles de azúcar en sangre tanto en personas sanas como en pacientes con diabetes tipo 2. En comparación con los medicamentos orales tradicionales para la diabetes, la d-tagatosa tiene las ventajas de una alta seguridad, actividad anti-oxid, e inhibidel aumento de peso [11]. Estudios han demostrado que administrar 75 g de d-tagatosa a pacientes diabéticos 30 minutos antes de una prueba de tolerancia a la glucosa puede inhibir significativamente la elevación de la glucosa sanguínea senafectar los niveles de insulina en sangre [12].

Además, la dosis mínima de d-tagatosa es de 5 g (3 veces/día), lo que puede controlar eficazmente el nivel de hemoglobina acetilen pacientes con diabetes tipo 2[13]. Hasta ahora, el mecanismo de acción hipoglicde de la d-tagatosa no ha sido completamente elucidado, pero los siguientes posibles mecanismos han sido propuestos: La d-tagatosa se metabolien el hígado de manera similar a la d-fructosa, y se convierte en d-tagatosa-1-fosfato por la fructoquinasa, que induce a la glucoquinasa para pasar del núcleo al citoplasma, mejorando la conversión de glucosa a gluco-6-fosfato y entrar en la vía glucolítica, mientras que también promueve la conversión de glucosa a glucógeno [14 -15]. La d-tagatosa-1-fosfato también puede inhibir la actividad de la glucógeno fosforilasa, inhibiasí la descomposición del glucógeno en glucosa. Además, la d-tagatosa puede inhibir la actividad de las principales enzimas digestivas en el intestino (sucrasa y maltasa), que tiene el efecto de reducir el azúcar en la sangre. Por lo tanto, la d-tagatosa se puede añadir a la dieta de los pacientes diabéticos como un sustituto del azúcar para ayudar a reducir el azúcar en la sangre.

1. 2. 2   Reducir la obesidad

El controldel peso juega un papel importante en la reducción del riesgo de enfermedades relacionadas con la obesidad. La d-tagatosa tiene propiedades bajas en calorías y se puede utilizar como un edulcorprometedor para el control del peso. Para muchas personas con diabetes, la pérdida de peso es un factor clave para controlar el azúcar en la sangre. El consumo a largo plazo de D-tagatosepor pacientes diabéticos puede reducir significativamente el peso corporal [16], y D-tagatosepuede reducir la ingesta de alimentos en hombres sanos [17]. Para las mujeres embarazadas, el control del peso es un problema común. El aumento excesivo de peso aumentará los riesgos para la salud tanto de la madre como del feto. Por lo tanto, la d-tagatosa también tiene aplicaciones potenciales en el mercado materno infantil.

1. 2. 3función prebiótica

Los prebióticos son sustancias orgánicas que no son digeridas o absorbidas por el huésped, sino que promueven selectivamente el metabolismo y la proliferación de bacterias beneficiosas en el cuerpo, mejorando así la salud del huésped [18]. La d-tagatosa es un excelente prebiótico. La d-tagatosa es resistente a las condiciones gastrointestinales humanas y puede estimular eficazmente el crecimiento de probióticos, especialmente de bacterias bífidas, inhibiendo así el crecimiento de bacterias patógenas [19]; Los estudios han demostrado que el cuerpo humano es rico en d-tagatosa en una boca sana, y debido a que la d-tagatosa tiene un efecto inhibiten el crecimiento de bacterias como Streptococcus gordonii que causan caries [20], tiene una función anti-caries. La promoción de la proliferación de bacterias beneficiosas, inhibidel crecimiento de bacterias patógenas, y las funciones anti-caries todos reflejan elBuena función probiótica de la d-tagatosa.

1. 2. 4 antioxidante

Los radicales libres intracelulares pueden causar daño a las células, lo que lleva a cáncer, envejecimiento, u otras enfermedades. La d-tagatosa tiene el potencial de reducir los radicales libres intracelulares que causan daño celular. Los estudios han demostrado que en comparación con una masa equivalente de glucosa, manitol o xilosa, D-tagatosepuede inhibir el daño oxidativo causado por el fármaco furazolidona en las células del hígado de ratón [21]. La d-tagatosa tiene propiedades quelantes de hierro débiles. Por lo tanto, puede proteger a las células de la citotoxicidad indupor el hierro mediante la inhibide la producción de radicales libres causados por la peroxidlipícatpor el hierro yla carbonilación de proteínas [22-23].

1. 2. Otras 5 funciones

La d-tagatosa también desempeña una función en el trasplante de órganos, la mejora de la fertilidad y el crecimiento de los recién nacidos [22], y la investigación sobre sus funciones fisiológicas nunca se ha detenido.

2 D-tagatosebioSíntesis síntesis síntesismethods (en inglés)

Los principales métodos de síntesis de D-tagatoseson la síntesis química y la biotransformación. En síntesis química, la d-galactosa se utiliza como materia prima, y bajo la catálisis de un álcali o metal alcalinotérreo, se produce una reacción de isomeripara formar un precipitde de un hidróxido de metal y un intermediario complejo d-tagatosa. El intermediario es entonces neutralizado con ácido para obtener d-tagatosa. Aunque el método de síntesis química es una manera rentable de producir d-tagatosa, requiere altas temperaturas y presiones durante el proceso de producción, y es propenso a la formación de azúcares de impurezas como el sorbitol y la manosa, que no son propipara la separación y purificación. Por lo tanto, con el fende superar estas deficiencias, el método de bioconversión para la producción de d-tagatosa ha recibido una amplia atención e investigación [24-25]. Después de años de profunda investigación, el método de biotransformación para la producción de d-tagatosa se puede dividir en tres categorías de acuerdo con el sustr, que son hexosa, lactosa y polisacárido, respectivamente.

2. 1 utilizando hexosa como materia prima

Los azúcares raros disponibles en el mercado son muy limitados y caros, lo que limita severamente su desarrollo y aplicación. Para superar esta situación, es necesario encontrar una manera de producir en masa azúcares raros. Izumori propuso la estrategia de Izumoring como una solución a la producción de azúcares raros [26]. La producción de d-tagatosa a partir de hexosa involucra principalmente tres enzimas: isomerasa, diastereoisomerasa y deshidrogenasa. La isomerasa se utiliza principalmente para catalizar d-galactosa, la diastereoisomerasa se utiliza para catalizar d-fructosa y D-sorbitol, y la deshidrogenasa se utiliza para catalizar galactitol (figura 4).

2. 1. 1 utilizando galactitol como materia prima

La producción de d-tagatosa a partir de galactitol es uno de los primeros métodos biosintéticos estudiados. Se utiliza principalmente sorbitol deshidrogenasa para deshidrogengalactitol para producir D-tagatose. Las primeras investigaciones sobre la producción de D-tagatose utilizaron principalmente los microorganismos Arthrobacter globiformis y Mycobacterium smegmatis para oxidar galactitol a D-tagatose [27]. La investigación actual utiliza principalmente Oxidobacterium gluconicum para expresar la deshidrogenasa de sorbitol unida ala membrana para oxidar galactitol en d-tagatosa y l-xilulosa-3-hexulosona [28]. Debido al relativamente alto precio del galactitol y el alto costo de producción, el precio comercial de la d-tagatosa es alto, lo que limita su aplicación.

2. 1. 2 utilizando d-galactosa como materia prima

Debido a que la d-galactosa es relativamente más barata que el galactitol, tiene un mayor potencial de aplicación comerciAl.Utilizando d-galactosa como materia prima, la síntesis enzimde d-tagatosa se ha convertido gradualmente en el método de síntesis principal [29]. La enzima principal utilizada en este método es la l-arabinosa isomerasa (l-arabinosa isomerasa, AI). Debido ala similitud estructural entre d-galactosa y l-arabinosa, la AI puede catalizar la conversión de d-galactosa a d-tagatosa [30]. Con el fende mejorar el rendimiento de d-galactosa a d-tagatosa, se han realizado muchos estudios sobre esta enzima. Por ejemplo, la ia de varias fuentes ha sido modificada molecularmente para mejorar la actividad enzim, la eficiencia catalítica, la estabilidad de pH y temperatura, etc., o la eficiencia de la conversión de d-galactosa a d-tagatosa ha sido mejorada por la tecnología de inmovilización enzim[24,31]. En la actualidad, estos estudios han alcanzado gradualmente la saturación y ahora se centran principalmente en la búsqueda de métodos catalíticos que pueden aumentar el rendimiento de la d-tagatosa. Por ejemplo, un reactor de lecho empaquetusando microesferas de AI fijadas en un portador de alginato se utilizó para producir d-tagatosa, que alcanzó un 50% de tasa de conversión de equilibrio y se puede utilizar varias veces [32].

2.1.3 utilización de la d-fructosa como materia prima

En los últimos años, la síntesis biológica de la d-tagatosa ha utilizado generalmente d-galactosa como sustrpara la síntesis catalítica por AI. Senembargo, en comparación con carbohidratos como la glucosa, la fructosa y el almidón, la d-galactosa sigue siendo relativamente cara de producir, lo que no es propicio para la producción industrial a gran escala y la aplicación de la d-tagatosa. Por lo tanto, es de gran importancia para la investigación encontrar un método que pueda utilizar recursos de biomasa baratos y fácilmente disponibles para sintetizar de manera eficiente la d-tagatosa. La d-fructosa es un tipo de monosacárido que es barato y tiene una fuente estable. Sustrideal ideal para la producción de d-tagatosa, pero hasta la fecha, no hay enzimas naturales que catalizan la conversión de d-fructosa a D-tagatose se han descubierto en la naturaleza. En 2012, Rodionova etAl.[33]descubrieron una nueva familia de enzimas (llamado "UxaE") que puede catalizar la conversión de aldehído de d-tagatosa a aldehído de d-fructosa; ShenetAl.[34]creían que esta enzima puede tener actividad de 4-isomeripara d-fructosa porque su sustrtiene una estructura similar a la fructosa, y luego a través de un diseño racional y evolución dirigida, la actividad de 4-epimerización de esta enzima para d-fructosa fue mejorada, y la enzima mutante fue nombrada D-tagatose 4-epimerasa. La d-tagatosa 4-epimerasa desarrollada se aplicó a la síntesis de d-tagatosa. Bajo condiciones óptimas de reacción, 700 g/L de d-fructosa se convirtió para producir 213 g/L de d-tagatosa en 2 h, con una tasa de conversión del 30%.

Además del uso de la d-tagatosa-4-epimerasa para catalizar la producción de D-tagatose a partir de fructosa, también hay dos vías catalíticas multienzimpara la producción de D-tagatose a partir de d-fructosa (figura 5): 1) la d-fructosa se convierte en d-fructosa-6-fosfato, y la d-fructosa-1,6-bisfosfato la aldocataliza la conversión de d-fructosa-6-fosfato a d-tagatosa-6-fosfato, y finalmente la d-tagatosa-6-fosfato se convierte en d-tagatosa por fosfatasa [35]. Dado que este método requiere la participación de una quinasa, el ATP necesita ser añadido durante la reacción, lo que no es propicio para aplicaciones prácticas de producción, por lo que este método ha sido estudiado relativamente poco [36]; 2) Yoshihara etAl.[37]utilizaron con éxito el molde de arroz Rhizopus oryzae MYA-2483 para catalizar la producción de D-tagatose a partir de D-allulose, y encontraron que la mayoría de los hongos Mucoraceae tienen esta capacidad de conversión, por lo que la d-tagatose-3-epimerasa se puede utilizar para isomeride d-fructosa a D-tagatose. Yencontraron que la mayoría de los hongos Mucoraceae tienen esta capacidad de conversión, por lo que la d-tagatose-3-epimerasa puede ser usada para isomeride d-fructosa a d-alulosa [38], y luego convertir d-alulosa a d-tagatosa. La producción a gran escala de d-allulosa a partir de d-fructosa es factible, por lo que este método tiene el potencial para la producción comercial, pero ha habido poca investigación al respecto.

2. 2 utilizando lactosa como materia prima

El uso de lactosa como materia prima para producir D-tagatose es catalizada por la doble enzima − -galactosidasa y la arabinosa isomerasa, que también ha sido un punto caliente de investigación en los últimos años. El suero es generalmente un subproducto rico en lactosa producido durante la producción de productos lácteos, y en el pasado era a menudo tratado como desecho. Con el progreso de la ciencia y la tecnología, ahora se ha convertido en un ingrediente alimenticio valioso que se puede utilizar en la producción de d-tagatosa. Usando lactosa como sustr, D-tagatose con diferentes concentraciones de producto (12.7-9 6.8 g/L), y el rendimiento de D-tagatose a partir de lacoscientre 19.4% y 36.7% (tabla 1 [39-47]). Por lo tanto, este método no es eficiente en términos de utilización de la fuente de carbono, y el residuo hará que la separación y purificación de D-tagatose difícil. Para resolver este problema, la lactosa se puede utilizar como materia prima para producir múltiples productos al mismo tiempo. Por ejemplo, el polvo de suero puede ser utilizado como materia prima para producir simultáneamente D-tagatose y bioetanol, con rendimientos de 23,5% y 26,9%, respectivamente [48]. Esto no sólo mejora la tasa de utilización de la fuente de carbono, sino que también produce subproductos valiosos. Debido a los otros componentes no identificados en el polvo de suero, que pueden afectar la actividad de la arabinosa isomerasa, el rendimiento disminuyó un 7,8% en comparación con la lactosa.

2. 3    Polisacáridos como materia prima

Los polisacáridos utilizados para producir D-tagatose son principalmente maltodextrina y almidón. Se convierten a D-tagatose usando fosfosforibosiltransferasa, glucoquinasa, glucoquinasa, C4 epimerasa, y fosforibosil pirofosfato sintetasa [49 -50]. La síntesis catalítica multienzimde d-tagatosa usando almidón o maltodextrina como sustrse se muestra en la figura 6. En comparación con la vía catalítica multienzimque utiliza la fructosa como sustr, la fosforilasa utilizada para catalizar la producción de gluco1-fosfato a partir de maltodextrina y almidón no requiere ATP, lo que reduce el costo de producción de la d-tagatosa yla inestabilidad del proceso de producción. Con el fende evitar la purificación de múltiples enzimas sintéticas, Dai Et al.[49]construyeron una vía anabólica de la d-tagatosa en Escherichiacoli, logrando la producción de 3,38 g/L de d-tagatosa a partir de 10 g/L de azúcar de maltodextrina. Han etal. [50]construyeron una fábrica celular semiartificial y lograron la producción de 72,2 g/L de d-tagatosa a partir de 150 g/L de maltodextrina, con un rendimiento del 48,1%, que tiene un buen valor de aplicación.

3 resumen y perspectivas

La e-tagatosa, como edulcorfuncional ideal, tiene amplias perspectivas de aplicación. En el contexto de la continua fuerte demanda del mercado de productos reductores y sustitudel azúcar, D-tagatose es de gran importancia para meeting people's "menos azúcar pero no menos dulce" y mejorar su calidad de vida y su salud. Este artículo revisa la investigación reciente sobre las funciones fisiológicas y la biosíntesis de la d-tagatosa. Con el fende reducir el costo de producción de la d-tagatosa y ponerla a disposición de todos los hogares, se recomienda la siguiente investigación: 1) la investigación y la producción comercial de la d-tagatosa a partir de d-galactosa como materia prima es relativamente madura, pero el alto costo de la d-galactosa limita la promoción y aplicación de la d-tagatosa. La investigación puede centrarse en la producción de d-tagatosa a partir de sustratos baratos como la fructosa, la lactosa, la dextrina de Malta y el almidón para producir d-tagatosa, con el fin de ampliar el mercado de la d-tagatosa; 2) a través de la simulación molecular basada en la estructura de proteínas, modificar (semi-) racionalmente enzimas clave para mejorar su eficiencia catalítica y estabilidad y aumentar su potencial de aplicación industrial; 3) construir células de chasis de calidad alimentaria y modificar sistemáticamente las células de chasis para desarrollar un método sintético para la d-tagatosa que tolere altas concentraciones de sustrato, tiene una alta tasa de conversión y una alta intensidad de producción, así como un proceso de purificación eficiente para la d-tagatosa; 4) llevar a cabo una investigación en profundidad y continuar ampliando las funciones de la d-tagatosa para que pueda demostrar plenamente sus ventajas y ser utilizado más plenamente en los campos de la alimentación, la medicina, la agricultura, la cosmética, etc. Llevar a cabo la investigación anterior ayudará a industrializar D-tagatose, y se espera que este artículo puede proporcionar información eficaz para la promoción y aplicación de D-tagatose.

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