¿Qué es la celulosa en polvo?

En los últimos años, la incidencia de enfermedades relacionadas celel aumento de peso, como la obesidad, la diabetes, la hipertensión y la hiperlipidemia, ha aumentado rápidamente en todo el mundo, principalmente debido a la ingesta excesiva de alimentos ricos en grasas y azúcar. En este contexto, el desarrollo de un sustituto natural del azúcar bajo en calorías con un buen sabor se ha convertido en un tema candente. La d-allulosa es un nuevo tipo de azúcar funcional raro bajo en calorías, que se convierte a partir de fructosa y tiene características de sabor y volumen similares a la sacarosa. Tiene amplias perspectivas de aplicación. Esta revisión resume las propiedades bioquímicas, los métodos de síntesis y las aplicaciones de la alulosa descubierta en los últimos años.

1. Propiedades fisicoquímicas de la d-celulosa

La d-allulosa es el isómero de la d-fructosa en la posición C-3. La Unión internacional de química pura y aplicada (IUPAC) la denomina sistemáticamente d-ribo-2-hexulosa. La d-allulosa fue aislada por primera vez del antibiótico alopurinol, también conocido como psicomycin C (psico furanine). En 2014, la conferencia internacional de azúcar raro celebrada en Japón oficialmente corrigió el nombre convencional de D-allulose de D-psicose a D-allulose [2].

La d-allulosa es un cristal blanco en polvo sin olor particular, y se cristaliza sólo en la conformación 1C (1C4(D)) de la -d-piranosa [3]. Su fórmula molecular es C6H12O6, su masa molar es 180,165 g/mol, y su número CAS es 551-68-8. La d-allulosa es una hexosa reducque puede sufrir la reacción de Maillard. También tiene un alto punto de fusión (109°C), punto de ebulli(551.7± 50.0°C), no es higroscópico y es altamente soluble en agua. También tiene un alto dulzor (70% del dulzor de la sacarosa) [4] y un bajo valor energético (0,4 kcal/g) [5].

2. Research progress in elsynthesis and production of D-allulose

La d-allululosa es un Suga raroR perteneciente a la clase hexosa. Es extremadamente raro en la naturaleza, y sólo se ha encontrado en un pequeño número de plantas (trigo y ruibarbo) y bacterias específicas. No se encuentra en animales [6]. Es sintetizprincipalmente por síntesis química y biotransformación.

2.1 síntesis química

El método original de síntesis química para la d-allulosa incluía un método de síntesis de cierre de anillo [7], un método selectivo de síntesis de condensaldólica [8], etc. Los desarrollos posteriores incluyen hidrogenación catalítica, reacción de adición, rearreglo de Ferrier, etc. [9]. Fang Zhijie et Al.[10] primero usaron la reacción de una lactona de ácido de azúcar con diiodometano para obtener 1-deoxyiodo-d-eritro-pentitol, y luego llevaron a cabo una reacción de hidrólisis en condiciones alcalinas para obtener un intermediario de cetosa. Después de la protección selectiva y la desprotección del grupo hidroxilo, la d-allulosa fue sintetiz. Wang Chengfu et Al.[11] usaron glucosa como materia prima, molibdato como catalizador y reaccionaron a 80 — 120°C durante 2 — 5 horas para catalizar la producción de productos de d-allulosa con un contenido de 98,5 — 99,5%. Zhu Ji [12] utilizó d-fructosa como materia prima y diseñó una síntesis de derivados de la -d-alopiranosa a través de procesos tales como la protección y desproprotección del grupo hidroxilo de compuestos de azúcar con grupos isopropily bencilo. El rendimiento de la d-alulosa preparada utilizando este método químico es sólo del 9,8% en condiciones óptimas.

Aunque la d-allulosa puede ser preparada por síntesis química, tiene problemas tales como la mala economía, la grave contaminación ambiental, la fácil producción de residuos químicos, y la generación de subproductos sin valor. Por lo tanto, la síntesis química de la d-celulno ha sido industrializada.

2.2 método de bioconversión

Comparado con la síntesis química, el método de biotransformación para sintetizar d-allulosa no sólo tiene una fuerte especificidad de reacción y un solo producto, sino que también tiene un método de separación y purificación simple y causa menos contaminación ambientAl.El método de biotransformación no sólo ayuda a reducir los costes industriales, sino que también se ajusta al principio de una producción respetuosa con el medio ambiente. Es el principal método para la producción industrial de d-allulosa en el país y en el extranjero.

2.2.1 cepas y enzimas

Las bacterias más comúnmente utilizadas para la bioconversión de d-allulosa son Bacillus subtilis y Corynebacterium glutamicum, que son ambos huéspedes autorizados de grado alimentario. Estas bacterias no producen endotoxinas, no son patógenas y son seguras para los alimentos. También tienen las ventajas de condiciones de cultivo simples, ciclos de crecimiento cortos y eficiente secreción de blanco y es un excelente huésped para la expresión de enzimas de los alimentos.

El biocatalizador importante para la producción biológica de D-allulose es la cetosa 3-epimerasa, que puede utilizar d-fructosa como sustrpara catalizar la reacción de epimerireversible en la posición C-3 para sintetizar el producto D-allulose. En la actualidad, 17 cetosa 3-epimerasas han sido identificadas en una amplia gama de microorganismos, de los cuales tres son D-tagatose 3-epimerasas (DTE), y el resto son de Agrobacterium tumefaciens, Clostridium cellulolyticum H 10), Clostridium sp., Ruminococcus sp., Favonifractor plautii, etc [13]. En 2018 En 2018, Yang JGet al. [14] también identificaron DPE de Arthrobacter globiformis (Senegal) y lo expresaron en el sistema de expresión de grado alimentario de Bacillus glutamicum.

En la actualidad, la mayoría de las enzimas utilizadas en la producción industrial de d-allulosa por métodos biológicos son d-allulosa 3-epimerasa, que fue descubierta por primera vez en 2006 por el equipo de investigación de Deok-Kun Oh de la universidad nacional de Seúl en Corea del sur. Se deriva de Agrobacterium tumefaciens ATCC 33970 y se llama DPE [15]. Posteriormente, el equipo utilizó E. coli para expresar DPE, utilizando la fructosa como sustr, y logró una tasa de conversión de 32,9%. Sin embargo, también se encontró que la enzima tenía una vida media corta. En 2011, el equipo utilizó la tecnología de PCR propensa a errores para construir una doble cepa mutante de DPE (I33L-S213C), que aumentó su vida media en 29,9 veces [16].

2.2.2 el progreso de la investigación en el interior y en el exterior

CJ CheilJedang Corporation en Corea del sur, Matsutani Chemical Industry Co., Ltd. en Japón, y Tate & Lyle PLC en el Reino unido son los tres fabricantes extranjeros más representativos de D-allulose. Los tres utilizan la fructosa como sustry expresan la d-allulosa 3-epimerasa usando cepas recombinpara producir industrialmente d-allulosa. La tasa de producción más alta notificada de d-allulosa es de 345 g/(L·h), que fue el resultado de Park et al. [17] usando d-fructosa como sustry expresando DPE de manera heterogénea en una cepa murecombinde E. coli para conversión, con una tasa de conversión de 33% (p/p). Posteriormente, muchos estudiosos han llevado a cabo una investigación en profundidad sobre la mejora de la tasa de conversión de la d-allulosa. En 2008, Kim et al. de la universidad de Sejong en Corea del sur [18] encontraron que las sales de borato pueden promover el cambio gradual del equilibrio de reacción de diastereoisomerihacia d-allulosa, y que la tasa de conversión máxima se logra cuando la relación molar de sal de borato a d-fructosa alcanza 0,6. En julio de 2015, Corea del sur#39;s CJ CheilJedang Corporation detecexitosamente una D-allulose 3-epimerasa altamente eficiente, que puede ser utilizada para catalizar la producción de d-allulosa a partir de fructosa, con una tasa de conversión total de hasta el 85%.

En comparación con otros países, la investigación sobre la d-allulosa en China está relativamente atras. da. Inicialmente, la universidad de Jiangnan obtuvo un rhodococcus-como bacteria que podría sintetizar DTE a través de la investigación. Esta enzima cataliza la síntesis de d-allulosa a partir de d-fructosa, con una tasa de conversión de hasta 6,54% [19]. Jia Min et al. [20] transfic. bolteae DPE a B. subtilis WB800 células competentes, logrando la primera expresión de DPE en el huésped de grado alimentario Bacillus subtilis y ampliando el sistema de expresión para D-allulose. Posteriormente, el Tianjin Institute of Industrial Biotechnology extrajo DPE de especies de Clostridium y lo expresó en Bacillus subtilis para sintetizar d-allulosa a una temperatura de reacción de 50°C y una concentración de sustrde 500 g/L, con una tasa de conversión de 24.83% [21]. En 2019, el Instituto Shaanxi de bioagricultura preparó nanocuentas modificadas con DTE en Escherichia coli libre de endotoxinas recombin, combinando la expresión, purificación e inmovilización de DTE activo en un solo paso. Bajo las condiciones de pH 7,0 y 65 °C, el DTE inmoviliztenía una actividad enzimática de 649,3 U/g, y la tasa de conversión podía alcanzar hasta 33% en 3 h. Además, tiene una estabilidad extremadamente alta, lo que mejora la rentabilidad [13].

3. Funciones y campos de aplicación de la d-celulosa

3.1. Funciones de la d-allulosa

3.1.1. Bajo en calorías

La d-allulosa es un nuevo factor funcional con un alto grado de dulzor que sólo tiene el 10% del valor calórico de la sacarosa. No causa que la glucosa sanguínea aumente y es un buen edulcorfuncional.

3.1.2. Baja tasa metabólica

El metabolismo de la allulose en el cuerpo humano es significativamente diferente al de otros azúcares raros. Iida et al. [22] encontraron que después de que 8 sujetos consumieron allulose durante 3 horas, no hubo aumento en el consumo de energía de carbohidratos y la tasa de excreurinalcanzó 70%. Esto indica que después de que la d-allulosa es absorbida por el cuerpo en el intestino delgado, no puede ser metabolizada para producir energía. Al mismo tiempo, la parte que no se absorbe entra en el intestino grueso y es apenas fermentada por la flora intestinal. La razón de esta diferencia puede ser debido a las diferentes conformaciones y conformaciones de varios azúcares raros, resultando en diferentes tasas de reacciones catalizadas por enzimas.

3.1.3 efecto neuroprotector

El estrés oxidativo es un factor importante en el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas. Murata et al. [23] encontraron que la d-allulosa tiene un fuerte efecto inhibidor sobre ROS producido por neutrófilos estimulados. Takata et al. [24] mostraron in vitro que la d-allulosa tiene un efecto protector significativo sobre la apoptosis de células PC12 indupor la 6-hidroxidopamina (6-OHDA). Puede aumentar la concentración de glutatión reducido intrac, tratando así enfermedades neurodegenerativas. Puede verse que la d-allulosa tiene la función de buscar oxígeno activo e inhibide la síntesis de oxígeno activo en el cuerpo, y juega un papel similar al de un agente neuroprotector en el cuerpo.

3.1.4 hipoglucemia

Matsuo et al. [25] encontraron en un experimento con animales que el nivel de glucosa plasmática de las ratas en el grupo de suplemento de d-allulosa era más bajo que en el grupo de suplemento de fructosa. Después de 8 semanas de alimentación, el aumento de peso en el grupo de suplemento de D-allulose fue significativamente menor que en el grupo de suplemento de fructosa, lo que indica que la suplementación con D-allulose puede reducir los niveles plasmáticos de glucosa y reducir la acumulación de grasa corporal. Hayashi et al. [26] encontraron en un ensayo clínico que la adición de d-allululosa no solo redujo las concentraciones de glucosa sanguínea postprandial, sino que también mejoró la sensibilidad a la insulina y la tolerancia a la glucosa.

3.1.5 efecto hipolipemiante

Numerosos estudios han demostrado que la d-allulosa tiene un efecto inhibitorio sobre la acumulación de grasa corporal. Ochiai et al. [27] estudiaron el efecto hipolipemiante de la d-allulosa en ratas alimentadas con una dieta alta en azúcar y encontraron que después de ser alimentadas con d-allulosa, la actividad de la lipasa en las ratas aumentó significativamente, mientras que los niveles de glucosa, leptina y adiponectina en la sangre disminuyeron significativamente. Matsuo et al. [28 alimentados con D-allulose durante 28 días tuvieron significativamente menos tejido adiposo abdominal que el grupo alimentado con fructosa. También se encontró que la actividad de las enzimas lipogénicas hepáticas se redujo significativamente, lo que indica que la suplementación de la dieta con d-allulosa puede inhibir la actividad de las enzimas lipogénicas hepáticas y tiene un efecto hipolipemiante.

3.2 campos de aplicación

La administración de alimentos y medicamentos de los Estados Unidos (FDA) aprobó oficialmente la d-allulosa como generalmente reconocida como segura (GRAS) en 2011. En octubre de 2020, la FDA emitió la guía de la industria:allulosa and AlluloseLas calorías en las etiquetas de nutrición y suplementos, que recomienda que los fabricantes excluyan la allulosa de "azúcares totales" y "azúcar añadido" y también especifica el contenido calórico de la allulosa como 0.4 kcal/g. Desde entonces, la d-allulosa ha sido considerada un sustituto ideal de la sacarosa debido a su alto dulzor, solubilidad, muy bajo contenido calórico y baja respuesta glic. Es ampliamente utilizado en alimentos, preparaciones farmacéuticas y suplementos dietéticos.

3.2.1 alimentos

(1) usar en alimentos a base de almidón

La d-allulosa puede usarse como agente gelificante en alimentos de gelatina. La adición de d-allulosa a la fórmula reduce significativamente la actividad de agua y el contenido de humedad de la gelatina, lo que ayuda a que el gel se forme. En comparación con la sacarosa, la d-allulosa puede retener más agua en la red de gel, haciendo que la gelatina sea menos propensa a la deshidratdurante el almacenamiento y mejorando considerablemente sus propiedades estructurales [29]. En los alimentos vegetarianos como la harina de arroz, la d-allulosa promueve la fusión dela estructura cristalina dela harina de arroz durante el calentamiento, inhila la recristalización durante el almacenamiento, tiene el efecto de promover la aglutinde la harina de arroz y retrasar el envejecimiento dela harina de arroz, y puede extender el tiempo de almacenamiento [30]. La d-allulosa puede proporcionar a los alimentos un dulzor apropiado, una textura suave, una sensación ideal en la boca y una buena estabilidad de almacenamiento.

(2) aplicación en alimentos proteicos

Sun et al. [31] agregd-allulosa, una rara hexosa sin calorías, a los ingredientes de la crema brulee como un sustituto de la sacarosa para desarrollar un nuevo postre funcional. Se encontró que la crema brulee con d-allulosa añaditenía una alta actividad antioxidante y podría usarse como un postre funcional que previene eficazmente el estrés oxidativo. La d-allulosa también se puede añadir como aditivo alimentario a alimentos aireados tales como galletas y otros alimentos aireados. La investigación ha demostrado que puede mejorar las propiedades espumantes de la proteína de clara de huevo y mejorar la calidad de las galletas de mantequilla [32].

3.2.2 campo médico

Es bien sabido que las especies reactivas del oxígeno pueden causar diversas enfermedades, como el envejecimiento, el cáncer, las enfermedades cardiovasculares y la diabetes. Los estudios han demostrado que la adición de d-allulosa a los alimentos no sólo mejora el comportamiento de gelación de los alimentos, sino que también produce buen sabor y sustancias antioxidantes, es decir, productos de reacción de Maillard (MRPs). Los MRP generalmente exhiuna fuerte actividad de eliminación de radicales libres y poder reduc, y pueden ser utilizados como ingredientes funcionales con excelentes propiedades químicas y biológicas en alimentos formulados para personas con necesidades nutricionales especiales.

4 resumen

La d-allululosa, como un importante azúcar raro, tiene

Ya ha sido plenamente utilizado en el extranjero. Un gran número de pruebas en animales y humanos han demostrado que la d-allulosa casi no se metaboliza después de pasar A través de los intestinos, no proporciona energía, y puede efectivamente reducir la glucosa sanguínea postprandial, controlar el peso corporal, y reducir la acumulación de grasa. Esto demuestra que la d-allulosa tiene amplias perspectivas de aplicación en el futuro como un edulcorfuncional excelente.

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