¿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.

D-tagatosehas a variety debeneficial physiological functions paraelhuman body, such as preventing obesity, lowering blood sugar, anti-caries, anti-oxidation, probiotics, improving intestinal flora, enhancing immunity, ypreventing cardiovascular ycerebrovascular diseases. Therefore, D-tagatoseis an ideal functional sweetener. In 2001, elU.S. La comidayDrug Administration (FDA) Administration (FDA) recognized D-tagatoseas a “generally recognized as safe” (GRAS) La comida[7], ywas recommended porelJoint FAO/WHO Expert Committee on La comidaAdditives (JECFA) yelUnited Nations La comidayAgriculture Organization recommend it as a new type deedulcorantesthat can be used as a food additive [8]. In 2014, enaccordance with the La comidaSafety Law dethe 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

D-tagatose is an important rare hexose, an isomer deD-galactose, a C-4 epimer deD-fructose or a C-3 epimer deD-sorbitol, as shown enFigure 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. 2Physiological activity deD-tagatose

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].

Furthermore, the minimum dose deD-tagatoseEs 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 caloríasYpuede ser utilizado como un edulcorprometedor para el control de 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 benefici, inhibidel crecimiento de bacterias patógenas y las funciones anti-caries reflejan la buena 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-tagatose puede 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-tagatose bioSíntesis síntesis síntesismethods (en inglés)

El principalmethods desynthesizing D-tagatoseSon síntesis química y 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

elrare sugars available on the marketare very limited yexpensive, which severely restricts their development yapplication. To overcome this situation, it is necessary to find a way to mass-produce rare sugars. Izumori proposed the Izumoring strategy as a solution to the producciónderare sugars [26]. elproduction deD-tagatose desdehexose mainly involves three enzymes: isomerase, diastereoisomerasaydehydrogenase. The isomerasais mainly used to catalyze D-galactose, the diastereoisomerasais used to catalyze D-fructose yD-sorbitol, ythe dehydrogenase is used to catalyze galactitol (Figure 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

Because d-galactosais relatively cheaper than galactitol, it has a higher potential paracommercial application. Using D-galactose as a raw material, enzymatic synthesis De D-tagatosehas gradually become the mainstream synthesis method [29]. The core enzyme used enthis method is L-arabinoseisomerasa(L-arabinoseisomer-ase, AI). Due to the structural similarity between D-galactose and L-arabinose, AI can catalyze the conversióndeD-galactose to D-tagatose [30]. In order to improve the yield deD-galactose to D-tagatose, many studies have been carried out on this enzyme. For example, AI desdevarious sources has been molecularly modified to improve enzyme activity, catalytic efficiency, pH ytemperature stability, etc., or the efficiency deD-galactose conversiónto D-tagatose has been improved porenzyme immobilization technology [24, 31]. At present, these studies have gradually reached saturation yare now mainly focused on finding catalytic methods that can increase the yield deD-tagatose. For example, a packed bed reactor using AI microspheres fixed on an Alginato de alginatocarrier was used to produce D-tagatose, which achieved a 50% equilibrioconversion rate and can be used multiple times [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. Y encontraron 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

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 starchor 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 deglucose-1-phosphate from maltodextrin and starch does not require ATP, which reduces the production cost deD-tagatose and the instability dethe production process. In order to avoid purifying multiple synthetic enzymes, Dai Et al.[49]constructed a D-tagatose anabolic pathway in Escherichiacoli, achieving the production de3.38 g/L D-tagatose from 10 g/L maltodextrin sugar. Han et Al.[50]constructed a semi-artificial célulafábricaand achieved the production de72.2 g/L D-tagatose from 150 g/L maltodextrin, with a yield de48.1%, which has good application value.

3 resumen y perspectivas

E-tagatose, as an ideal functional sweetener, has broad application prospects. Against the backdrop dethe continued strong market demand parasugar-reducing and sugar-substitute products, D-tagatose is of great significance for 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 fin de 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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