¿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].

D-Allulose is a white powdery crystal with no particular smell, and it crystallizes only in el1C (1C4(D)) conformation of β-D-pyranose [3]. Its molecular formula is C6H12O6, its molar mass is 180.165 g/mol, and its CAS number is 551-68-8. D-Allulose is a reducing hexose that can undergo the Maillard reaction. It also has a high melting point (109°C), boiling point (551.7± 50.0°C), is not hygroscopic, and is highly soluble in water. It also has a high sweetness (70% of sucrose sweetness) [4] and a low energy value (0.4 kcal/g) [5].

2. Research progress in the synthesis and production of D-allulose

La d-allulosa es un azúcar raro que pertenece a la clase de la 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

The original chemical synthesis method for D-allulose included a ring-closing synthesis method [7], a selective aldol condensation synthesis method [8], etc. Subsequent developments include catalytic hydrogenation, ademásreaction, Ferrier rearrangement, etc. [9]. Fang Zhijie et Al.[10] first used the reaction of a sugar acid lactone with diiodomethane to obtain 1-deoxyiodo-D-erythro-pentitol, and then carried out a hydrolysis reaction under alkaline conditions to obtain a ketose intermediate. After selective protection and deprotection of the hydroxyl group, D-allulose was synthesized. Wang Chengfu et Al.[11] used glucose as a raw material, molybdate as a catalyst, and reacted at 80-120°C for 2-5 hours to catalyze the production of D-allulose products with a content of 98.5%-99.5%. Zhu Ji [12] used D-fructose as a raw material and designed a synthesis of β-D-allopyranose derivatives through processes such as the protection and deprotection of the hydroxyl group of sugar compounds with isopropylidene and benzyl groups. The yield of D-allulose prepared using this chemical method is only 9.8% under optimal conditions.

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

D-allulose is a new functional factor with a high sweetness that has only 10% of the calorie value of sucrose. It does not cause blood glucose to rise and is a good functional sweetener.

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] found in an animal experiment that the plasma glucose level of rats in the D-allulose supplement group was lower than that in the fructose supplement group. After 8 weeks of feeding, the weight gain in the D-allulose supplement group was significantly lower than that in the fructose supplement group, indicating that supplementing with D-allulose can lower plasma glucose levels and reduce the accumulation of body fat. Hayashi et al. [26] found in a clinical trial that the addition of D-allulose not only reduced postprandial blood glucose levels, but also improved insulin sensitivity and glucose tolerance.

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

The U.S. Food and Drug Administration (FDA) officially approved D-allulose as generally recognized as safe (GRAS) in 2011. In October 2020, the FDA issued the Industry Guidance: Allulose and Allulose Calories on Nutrition and Supplement Labels, which recommends that manufacturers exclude allulose desde“total sugars “ and “added sugar“ and also specifies the calorie content of allulose as 0.4 kcal/g. Since then, D-allulose has been considered an ideal sucrose substitute due to its high sweetness, solubility, very low calorie content and low glycemic response. It is widely used in food, pharmaceutical preparations and dietary supplements.

3.2.1 alimentos

(1) usar en alimentos a base de almidón

D-Allulose can be used as a gelling agent in jelly food. Adding D-allulose to the formula significantly reduces the water activity and moisture content of the jelly, which helps the gel to form. Compared with sucrose, D-allulose can retain more water in the gel network, making the jelly less prone to dehydration during storage and greatly improving its structural properties [29]. In vegetarian convenience foods such as rice flour, D-allulose promotes the melting of the crystalline structure of the rice flour during heating, inhibits recrystallization during storage, has the effect of promoting rice flour pasting and delaying rice flour aging, and can extend the storage time [30]. D-allulose can provide foods with appropriate sweetness, a smooth texture, an ideal mouthfeel and good shelf stability.

(2) aplicación en alimentos proteicos

Sun et al. [31] added D-allulose, a rare hexose with no calories, to the ingredients of crème brûlée as a substitute for sucrose to develop a new functional dessert. It was found that crème brûlée with D-allulose added had high antioxidant activity and could be used as a functional dessert that effectively prevents oxidative stress. D-allulose can also be added as a food additive to aerated foods such as cookies and other aerated foods. Research has shown that it can improve the foaming properties of egg white protein and improve the quality of butter cookies [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

D-Allulose, as an important rare sugar, has already been fully utilized abroad. A large number of animal and human tests have shown that D-allulose is almost not metabolized after passing through the intestines, provides no energy, and can effectively lower postprandial blood glucose, control body weight, and reduce fat accumulation. This proves that D-allulose has broad application prospects in the future as an excellent functional sweetener.

Referencia:

[1]Eble T E,Hoeksema H,Boyack G A,et al. Psicofuranine. I. descubrimiento, aislamiento y propiedades [J]. Antibióticos y Quimioterapia :Northfield,Ill,1959,9(7):419-420.

[2] Wen Yuwei. D-Allulose 3-epimerasa expresión heteróloga y optimización de la fermentación [D]. Wuxi: universidad Jiangnan, 2016.

[3] Fukada K,Ishii T,Tanaka K,et al. Estructura cristalina, solubilidad, y mutarotation del monosacárido raro D-psicose [J]. Boletín de la sociedad química de Japón, 2010,83(10):1193-1197.

[4] Binkley WW. El destino de los azúcares simples de jugo de caña durante la formación de molassess. IV. Probable conversión de d-fructosa a D-psicose[J]. International Sugar Journal,1963,65 :105- 106.

[5]Iida T,Hayashi N,Yamada T,et al. Failure of d-psicose Absorabsoren en el intestino delgado para metabolizar en energía y ITS Baja fermentabilidad intestinal en humanos [J]. Metabolismo,

2010,59(2):206-214.

[6]Miller B S,Swain T. análisis cromatográfico de los aminoácidos libres, ácidos orgánicos y azúcares en extractos de plantas de trigo [J]. Journal of the Science of Food and Agriculture,1960,11(6):344-348.

[7]Andreana P R,McLellan J S,Chen Y C,et al. Organic Letters,2002,4(22):3875-3878.

[8]Northrup A B,MacMillan D W C. síntesis de dos pasos Carbohidratos por reacciones aldólicas selectivas [J]. Science,2004, 305(5691):1752-1755.

[9] d ö ner L W. isomeride d-fructosa por base: líquido - evaluación cromatográfica y aislamiento de d-psicose [J]. Investigación de carbohidratos,1979,70(2):209-216.

[10] Fang Zhijie, Li Song, Cheng Jie, et al. Un método para sintetizar azúcares raros de hexona y heptona A partir de lactonas de ácido de azúcar: CN101817851A[P]. 2010-09-01.

[11] Wang Chengfu, Fang Chunlei, Du Ruifeng, et al. A method for prepare alloketo Sugar and ITS Application: CN104447888A[P]. 2015-03-25.

[12] Zhu Ji. Síntesis e investigación de azúcares de alopo y sus derivados [D]. Dalian: universidad tecnológica de dali, 2015.

[1 3] Ran G  Q,Tan D,Zhao J  P,et al.  Nano-cuentas de polihidroxialcanoato iizfuncionales como biocatalizadores estables para la producción rentable de la rara d-alulosa de azúcar [J]. Bioresource Technology,2019,289 :121673.

[14] Yang J G,Tian C Y,Zhang T,et al. Desarrollo de un sistema de expresión de grado alimentario para la preparación de d-allulose 3-epimerasa con genes de isoenzimas en tándem en Corynebacterium glutamicum Y su aplicación en la conversión de melaza de caña

A d-allulosa [J]. Biotechnology and Bioengineering,2019, 116(4):745-756.

[15]Kim H J,Yeom S J,Kim K,et al. Mutational analysis of Los residuos del sitio activo de una d-psicose 3-epimerasa de Agrobacterium tumefaciens [J]. Cartas de biotecnología,2010, 32(2):261-268.

[16] Choi J G,Ju Y H,Yeom S J,et al. Mejora en the  termoestabilidad D-psi co se 3 -epim erase from  Agrobacterium tumefaciens al azar y dirigido al sitio Mutagenesis [J]. Applied and Environmental Microbiology, 2011,77(20):7316-7320.

[17] parque C S, parque C S,Shin K C,et producción Of d-psicose from d-fructose by whole recombinant cells with high-expression of d-psicose 3-epimerase from Agrobacterium tumefaciens [J]. Journal of Bioscience and Bioengineering,2016,121(2):186-190.

[18]Kim N H,Kim H J,Kang D I,et al. Conversion shift of d-fructosa to D -psicose for enzyme-catzed epimerization by addition  De borato [J]. Applied And Environmental Microbiology,2008,74(10):3008-3013.

[19] Zhang Longtao, Mu Wanmeng, Jiang Bo, et al. Cribado de clostridia para la biotransformación a d-allulosa [J]. Food and fermentación Industry, 2008, 34(9): 40-43.

[20] Jia Min. Ingeniería de proteínas y expresión de grado alimentario de D-allulose 3-epimerasa de Clostridium bolteae [D]. Wuxi: universidad Jiangnan.

[21] Bai Wei. Producción de d-allosa mediante el uso de d-fructosa como materia prima y una nueva isomerasa [J]. Chinese Journal of Bioengineering, 2012, 28(4): 457-465.

[22]Iida T,Hayashi N,Yamada T,et al. Failure of d-psicose Absorabsoren en el intestino delgado para metabolizar en energía y ITS Baja fermentabilidad intestinal en humanos [J]. Metabolismo, 2010,59(2):206-214.

[23]Murata A,Sekiya K,Watanabe Y,et al. A novel inhibit. Efecto de d-allose en la producción de especies reactivas de oxígeno De neutrófilos [J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2003,96(1):89-91.

[24]Takata M K,Yamaguchi F,Nakanose K,et al. Efecto neuroprotector de D-Psicose en la apoptosis indupor 6-hidroxidopamina en células de feocromocitoma de rata (PC12) [J]. Journal of Bioscience and Bioengineering,2005,100(5):511-516.

[25]Matsuo T,Izumori K. Effects of Dietary D-psicose on diurnal Variación en las concentraciones plasmáticas de glucosa e insulina en ratas [J]. Bioscience,Biotechnology,and Biochemistry,2006, 70(9):2081-2085.

[26] Hayashi N,Iida T,Yamada T,et al.  estudio on  The postprandial Blood glucose suppression effect of d-psicosein borderline diabetes and the Safety of long-term ingingby normal Human Subjects [J] (en inglés). Bioscience,Biotechnology,and Biochemistry,2010,74(3):510-519.

[27]Ochiai M,Onishi K,Yamada T,et al. D-Psicose aumenta el gasto energético y disminuye la acumulación de grasa corporal en ratas alimentadas con una dieta alta en sacarosa [J]. International Journal of Food Sciences and Nutrition,2014,65(2):245-250.

[28] Matsuo T,Ba,Ba Y,Hashiguchi M,et al.  La d-psicóse dietética, un epimer C-3 de d-fructosa, suprime la actividad de enzimas lipogéhepáticas en ratas [J]. Asia Pacific Journal of Clinical Nutrition,2001,10(3):233-237.

[29]Ilhan E,Pocan P,Ogawa M,et al. Hidratos de carbono    Polímeros,2020,228 :115373.

[30]Ikeda S,Furuta C,Fujita Y,et al. Effects of D-psicose on gelatinization and retrogradation of Rice Flour [J]. Almidón — Starke,2014,66(9-10):773-779.

[31] Sun Y X,Hayakawa S,Ogawa M,et al. Antioxidante Propiedades del postre Custard pudding que contiene hexosa, d-psicose [J]. Food Control,2007,18(3):220-227.

[32] Sun Y X,Hayakawa S,Ogawa M,et al. Influencia de un azúcar raro, la d-psicose, en las propiedades fisicoquímicas Y funcionales de un sistema alimentario aireque contiene albúmina de huevo [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2008,56 (12):4789-4796.