¿Cuál es el uso de polvo de tagatosa en el campo de la alimentación?

La tagatosa (ver figura 1) es un enantiómero de fructosa en el átomo de carbono quirc-4 con un peso molecular de 180 − 16u y CAS 87- 81-0. Es un buen edulcory relleno alimenticio de baja energía, y tiene varios efectos fisiológicos como la inhibide la hiperglucemia, mejorar la flora intestinal, y no ser cariogénico. En 2001, la FDA de los Estados Unidos aprobó la tagatosa como GRAS.

1 propiedades y funciones de la tagatosa

La tagatosa pura es una sustancia blanca, inodoro y no cristalinaCon un punto de fusión de 134°C y una temperatura de transición vítrea de 15°C. Es altamente soluble en agua y, cuando se disuelve en agua, hace que el punto de ebullisuba y el punto de congelación baje. Senembargo, no absorbe calor, por lo que no produce un efecto de enfriamiento. La tagatosa es higroscópica y tiene buena estabilidad en condiciones ácidas. Puede existir de forma estable en el rango de pH de 3-7. Es propenso al pardeamiento de Maillard y puede caramelizar a temperaturas más bajas [1].

La tagatosa es un 92% tan dulce como la sacarosa y es un buen edulcorde relleno. Su perfil de dulzor es similar a la sacarosa y no tiene sabores desagradables o resabores. En términos relativos, la dulzura de la tagatosa estimula más rápido que la sacarosa y es similar a la fructosa. Además, la tagatosa tiene un buen efecto sinérgico con edulcorantes fuertes, incluyendo ciclamato, sacarina, aspartamo, acesulfame, stevia, neotame y sucralosa [2].

La tagatosa ingeripor el cuerpo no es completamente absorbida por el intestino delgado. La tagatosa absorabsorpor el intestino delgado se metaboliza a través del hígado a través de la vía glucolítica. La tagatosa no absorbida entra directamente en el intestino grueso, donde es casi completamente fermentada por la flora microbiana. Los ácidos grasos de cadena corta producidos por esta fermentación son casi completamente reabsorbidos y metabolizados por el cuerpo. Basándose en muchos estudios relevantes, la FDA de los Estados Unidos ha confirmado que la tagatosa puede etiquetarse con un valor energético de 6280∙2J/g en las etiquetas nutricionales [1].

La tagatosa se encuentra ampliamente en la naturaleza, y está presente en algunos alimentos (por ejemplo, leche esterilizada, leche UHT, leche en polvo, cacao caliente, varios quesos, algunos tipos de yogur, fórmulas infantiles) y algunas plantas y medicamentos [3].

La tagatosa tiene una baja tasa de absorción en el cuerpo y no causa cambios significativos en los niveles de glucosa en la sangre, por lo que es adecuado para personas con diabetes. Los estudios han demostrado que la tagatosa no causa cambios significativos en la glucosa en sangre en ayunas y los niveles de insulina en sujetos sanos y pacientes con diabetes tipo 2, y puede inhibir significativamente el aumento de la glucosa en sangre causado por la ingesta de glucosa en pacientes con diabetes [4], pero no tiene un efecto significativo sobre la sensibilidad a la insulina. También se ha reportado en patentes que la tagatosa puede aliviar y mejorar los síntomas de la diabetes e inhibir la aparición de diversas complicaciones [5]. El mecanismo por el cual la tagatosa suprime la glucosa sanguínea elevada puede ser que, además de tener una baja tasa de absorción, la tagatosa también inhila la absorción de glucosa en el intestino delgado.

Solo el 20% de la tagatosa ingeripor el cuerpo es absorbida por el intestino delgado. La gran mayoría de la tagatosa entra directamente en el colon, donde es fermentselectivamente por la flora microbiana, promoviendo el crecimiento de bacterias beneficie inhibiendo el crecimiento de bacterias nocivas, lo que tiene un efecto significativo en la mejora de la flora intestinal y es un buen prebiótico [6]. Al mismo tiempo, la fermentación de la tagatosa también produce una gran cantidad de ácidos grasos de cadena corta beneficiosos (AGCC). En particular, el ácido butírico es una buena fuente de energía para las células epiteliales del colon y se considera que tiene un buen efecto en la inhibición del cáncer de colon, inhibide bacterias patógenas intestinales (como Escherichia coli, etc.) y promover el crecimiento de bacterias beneficiosas como las bacterias del ácido lác. Algunos estudios han encontrado que la dosis mínima de tagatosa para tener un efecto prebiósignificativo es de 7,5 g/d.

Estudios han demostrado que la tagatosa no disminuye el pH de la placa dental y no causa caries [1]. Es eficaz en la inhibición de la placa dental y la eliminación del mal aliento, por lo que es ampliamente utilizado en productos orales para inhibir la caries dental, gingivitis y otras enfermedades dentales, eliminar el mal aliento y los dientes limpios. El 2 de diciembre de 2002, la FDA de los Estados Unidos emitió una declaración confirmando que la tagatosa no es fermentada por bacterias orales y no causa caries, basándose en los resultados de muchos estudios científicos.

Otros estudios han demostrado que la tagatosa puede reducir adecuada y continuamente el peso corporal en sujetos sanos y pacientes con diabetes tipo 2 [1]. Según informes de patentes, la tagatosa también es muy beneficiosa para promover la salud de la sangre [7] y puede ayudar a aumentar la posibilidad de embarazo en ratas hembras y promover la salud materna y embrionaria [8]. Además, la tagatosa también puede mejorar la sensibilidad de las células a las toxinas e inhibisignificativamente los efectos tóxicos de la cocaína, nitrofurantoina, etc. en las células del hígado [9].

Un gran número de pruebas de seguridad y toxicología han demostrado que la tagatosa es segura y no tóxica. El 11 de abril de 2001, la FDA de los Estados Unidos aprobó la tagatosa como GRAS para su uso en alimentos. Más tarde, Australia y nueva Zelanda también aprobaron el uso de la tagatosa en los alimentos. Sin embargo, el consumo excesivo de tagatose todavía puede causar malestar gastrointestinal leve, tales como flatulencia y diarrea, que puede ser debido principalmente al cuerpo#39;s absorción deficiente de tagatosa. En junio de 2001, el comité mixto FAO/ OMS de expertos en aditivos alimentarios (JECFA) aprobó la tagatosa como aditivo alimentario con una ida de 0-80 mg/kg·d [1].

2 tecnología de producción de tagatose

La tagatosa se produce generalmente a partir de galactosa a través de isomeriquímica o enzim. La galactosa se puede obtener hidrolizando la lactosa. Algunos estudios también han utilizado galactitol como materia prima y oxidado biológicamente para producir tagatose. Sin embargo, el galactitol es relativamente caro y no es adecuado para la producción industrial en la actualidad.

2.1 síntesis química de la tagatosa

La síntesis química de la tagatosa utiliza galactosa como materia prima e incluye principalmente dos pasos: isomeriy neutrácida [10]. En primer lugar, una sal de metal alcalino soluble o una sal de metal alcaltérreo se utiliza como catalizador para isomeride la galactosa con un hidróxido de metal para formar un precipitintermedio complejo hidroxi-tagatosa de metal. El complejo intermedio es neutralizado con un ácido para obtener el producto final tagatosa. La galactosa se obtiene hidrolizando la lactosa.

La isomeride de la galactosa es el paso clave en la síntesis química de la tagatosa. Por razones de costo, el reactivo de hidróxido metálico es preferentemente Ca (OH) 2 o una mezcla de Ca (OH) 2 y NaOH. Por lo general, se añade como un slurry soluble en agua a partir de la mezcla de Ca(OH)2 con agua, o como un producto de hidratdespués de añadir cal (CaO) mezclado con agua. Un catalizador de sal de metal alcalino (o sal de metal alcalalcal) es generalmente CaCl2, y la cantidad utilizada es de aproximadamente 1% A 5% del número molar de galactosa. La reacción de isomeridebe llevarse a cabo bajo condiciones alcalinas y de baja temperatura, controladas dentro del rango de pH > 10 y -15 a 40°C.

El propósito de la neutralización ácida es formar sales metálicas insolubles y liberar tagatosa del intermediario complejo. Los iones restantes son eliminados por la resina de intercambio iónico. H2SO4, H3PO4 o HCl se pueden utilizar para la neutralización ácida, siendo el CO2 el mejor. El progreso de la neutralización ácida es controlado según el pH del sistema de reacción. Cuando el pH es < 7, la reacción de neutralización es completa.

Durante la adición de ácido, la temperatura del sistema de reacción debe controlarse por debajo de 25°C para evitar reacciones adversas. Finalmente, la tagatosa se cristaliza a partir de la solución de reacción y se filtra.

Por ejemplo, agregue 10∙0kg de lactosa y 40L de agua desionizada a un recipiente de reacción de acero inoxidable de 230L, mezcle bien y eleve la temperatura a 50°C. Añadir la lactasa e hidrolizar durante 6 horas hasta que la hidrólisis sea básicamente completa para obtener un hidrolizado de lactosa con 45% de glucosa, 45% de galactosa y 10% de lactosa. Después de enfriel hidrolizado de laca a 25°C, añadir secuencialmente 154 g de CaCl2 y una solución acuosa de Ca (OH)2 (2,0 kg de Ca (OH)2 más 2,5 L de agua). A continuación, añadir una cantidad adecuada de 10% de solución de NaOH para ajustar el pH a 12,5. Después de reaccionar durante 3 horas, la mezcla de reacción se vuelve gruesa y comienza a formar un precipit. El precipitse filtra y centrifupara obtener una torta de filtro pasto. 25 L de agua se mezcla con la torta de filtro para formar una suspensión. A continuación, se introdujo una cantidad adecuada de CO2 para neutralizar la solución a un pH final de 6,5. Durante el proceso de neutr, la torta de filtro se disolvió, y el producto final tagatose y el precipitde CaCO3 se formaron. La solución de reacción fue puripor centrifu, desionización y cristalización para obtener la tagatosa. El análisis de HPLC mostró que el rendimiento de la tagatosa podría alcanzar el 47,6%.

2.2 síntesis enzimde la tagatosa

Los estudios han demostrado que la l-arabinosa isomerasa (AraA, EC 5 − 3 − 1 − 4) tiene actividad catalítica para la isomeride l-arabinosa y d-galactosa con conformaciones tridimensionales similares, y puede isomeril-ribulosa y d-tagatosa, respectivamente [11,12].

Lactobacillus fermentum, Lactobacillus pentosus, Lactobacillus mannitopous, Lactobacillus buchneri, Lactobacillus brevis, Lactobacillus pentoaceticus, Lactobacillus lycopersici y otras especies de Lactobacillus, Aerobacter aerogenes, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus subtilis, Candida utilis, (Aerobacter aerogenes), médico Bacillus amyloliq uefaciens, Bacillus subtilis, Candida utilis, Clostridium acetobutylic um), (Escherichia (Mycobacterium),(Salmonella typhimurium),(Pediococcus, Pediococcus pentosaceous), (un rthrobacter), ambos pueden ser fermentados para producir AraA. Usando l-arabinosa como fuente de carbono y fermentando a pH 5,5-7,0 y 30-40 °C, se puede obtener la enzima l-arabinosa isomerasa.

Dependiendo de la fuente de AraA, las condiciones óptimas para la isomerivarían. La isomerise suele llevar a cabo a 20-80 °C y pH 4.0-9.0, preferiblemente a 50-70 °C y pH 5.5-7.0. Algunas cepas mutantes también pueden producir l-arabinosa isomerasa que puede isomeria temperaturas de hasta 100°C. Un estudio ha demostrado que el gen codificante AraA de Thermotoga neapolitana puede ser clonado, recombinado y expresado en Escherichia coli para obtener un AraA recombinante con una estabilidad térmica muy alta [13].

La concentración de d-galactosa afecta significativamente la tasa y la tasa de conversión de la reacción de isomerización. Cuando la concentración de la materia prima d-galactosa es alta, la constante de Michaelis Km del proceso de reacción enzimpara la conversión de d-galactosa en tagatosa suele ser alta, por lo que el rendimiento de la tagatosa también es alto. Si la concentración de la materia prima d-galactosa es baja, el rendimiento de la tagatosa depende de la cepa de la enzima productora.

La figura 2 muestra el flujo de proceso para la preparación de la tagatosa a partir del permede lactosa (obtenido por ultrafiltración del suero de queso o vaca#39; leche s, que contiene de 2 a 6% de lactosa, 0,2% a 0,4% de proteína, 0,2% a 0,6% de sal y trazas de grasa) [14]. El permede lactosa es removido por ultrafiltración (1) para remover proteínas, y luego pasa a través de un tanque de almacenamiento (2), donde es desaltado y concentrado por ósmosis inversa (3). El líquido concentrado es separado por microfiltración (4) para remover sustancias de alto peso molecular (bacterias, es decir, proteínas insolubles), y luego hidrolizado por lactasa inmoviliz(5) a una mezcla de glucosa y galactosa (glucosa: galactosa es aproximadamente 1:1). El hidrolizado de lactosa es fermenten un proceso semi-continuo (6), donde la glucosa es fermentpor levaduras o bacterias para producir etanol, que es recuperado por una bomba de vacío (15) y luego destilado (16). Alternativamente, el líquido puede ser centrifu(7) para obtener un líquido libre de células, y el etanol puede ser recuperado por destilación (16), mientras que las células microbison devuelal ferment(6).

El etanol recuperado por destilación es bombea un tanque de almacenamiento (7) como subproducto. La galactosa no fermentada se isomeri(8) para obtener una mezcla de galactosa y tagatosa. El líquido crudo tagatoso se separa pasándolo a través de una columna de intercambio catiónico (9) y elude selectivamente con agua desionizada (10). La galactosa no isomeries devuela ala columna de isomeri(8) para otra ronda de isomeri. El líquido crudo tagatoso se concentra por evapor(11), se cristaliza (12), se filtra, se seca y se obtiene el producto terminado. Durante el proceso de cristalización, una cantidad adecuada de etanol y cristales de semillas de tagatose se introducen para facilitar la cristalización. El etanol se filtra y se recupera, y luego se devuelve al tanque de cristalización (12) para su reciclaje.

2.3 bioconversión de galactitol a tagatosa

Los estudios han demostrado que las bacterias de ácido acético puede bioconvertir galactitol a tagatose [15]. Estudios han demostrado que Acetobacter sp∙ produce tagatose a un bajo rendimiento de sólo 3-35 mg/L, mientras que Gluconobacter sp∙ oxida galactitol a tagatose a un alto rendimiento de 100-160 mg/L. Entre ellos, Gluconobacter MIM 1000/9 tiene el mayor rendimiento de tagatose, oxidando 5 g/L de galactitol a tagatose en 24 h para alcanzar 158 mg/L. Además, no se encontraron subproductos de galactosa y fructosa.

Para aumentar el rendimiento de la tagatosa, la cantidad de galactitol añadido se incrementó gradualmente en el medio para inducir el G- oxydans DSM 2343 para adaptarse gradualmente a mayores concentraciones de galactitol. Los resultados mostraron que la actividad de su galactitol deshidrogenasa y el rendimiento de tagatose se mejoraron significativamente. Después de 24 horas de cultivo, el rendimiento de tagatose alcanzó un máximo de 3160 mg/L (20 g/L de galactitol, 24 h), y la tasa de conversión alcanzó 6.6 ± 10-3 L/h.

3 aplicaciones de tagatosa

3.1 mejora del sabor de la tagatosa

Tagatose tiene un buen edulcorantes sinérgicosEfecto sobre los edulcorantes fuertes [1]. Una pequeña cantidad de tagatosa puede mejorar significativamente la dulzura. Cuando se utiliza en combinación con un edulcorante fuerte, puede reemplazar una cantidad significativa del edulcorfuerte, e incluso la cantidad puede estar por debajo del umbral del sabor dulce. De 0 − 1 a 50g/kg de tagatosa puede lograr un buen efecto edulcorsinérgico, especialmente a la dosis de 0 − 5 a 20g/kg. La dulzura de la tagatosa se puede mejorar mucho al combinarla con un edulcorpotente, y su sabor, sabor y regusto se puede mejorar significativamente.

La tagatosa tiene un buen efecto sinérgico sobre muchos edulcorantes poderosos, incluyendo ciclamato, sacarina, aspartame, acesulfam-k, edulcorde de oro, stevia, extracto de fruta de monje, taumatina, alitame, neotame y sucralosa. Dependiendo del tipo de edulcorintenso, la dulzura del producto final y los requisitos sensori(sensación en boca, regusto y sabor), la relación de masa de la tagatosa al edulcores suele ser 1:1 a 1000:1, y preferiblemente entre 4:1 y 200:1 [2].

El análisis sensorial muestra que en los sistemas de limonada y bebidas de cola, la adición de una pequeña cantidad de tagatosa puede mejorar significativamente la sensación en boca del producto, reducir el regusto amargo, el regusto metálico y el sabor astringente causado por edulcorantes fuertes (como acesulfame, sacarina, etc.), y hacer que el sabor dulce del producto estimulmás rápido, con una sensación en boca más fresca y refresc. Además, puede aumentar el contenido de sólidos solubles en el sistema de bebidas, haciendo que el sabor de la bebida sea más completo, que es exactamente lo que carecen los edulcorantes intensos. Por lo tanto, en general, la tagatosa hace que el sabor y el sabor de las bebidas ligeras de baja energía se aproximal de las bebidas tradicionales endulzadas con sacarosa.

Para las bebidas de leche baja en grasa endulzadas con edulcorantes intensos (incluyendo chocolate, yogur y sabores de frutas), la adición de tagatosa puede mejorar significativamente el sabor, reducir el regusto amargo causado por los edulcorantes intensos, y lograr el mejor dulzor y regusto. Especialmente para las bebidas con leche de chocolate, la tagatosa puede mejorar significativamente su rico y suave sabor cremoso.

Además, la tagatosa también es un buen potenciador del sabor para productos de confitería y chocolate. La evaluación sensorial ha demostrado que la adición de tagatosa al chocolate endulzado con edulcorantes intensos puede aumentar significativamente la dulzura y el regusto, al tiempo que reduce la amargura; Al mismo tiempo, la sensación en boca también se mejora significativamente y el sabor cremose mejora significativamente [1].

3.2 aplicación de tagatosa en alimentos

Cuando se utiliza la tagatosa en alimentos de cereales, es importante prestar suficiente atención a varias propiedades físicas importantes de la tagatosa, incluyendo su alto punto de fusión, baja temperatura de transición vítrea, cristales no higroscópicos, alta solubilidad, fácil cristalización y estabilidad del pH. En particular, cabe señalar que la tagatosa tiene buenas características de reacción de Maillard. Las temperaturas más bajas son propipara mejorar el sabor, pero las altas temperaturas y los largos tiempos de procesamiento pueden conducir a un color demasiado oscuro y un regusto amargo.

En la producción de cereales listos para el consumo, el proceso de cocción es un paso clave, que puede llevarse a cabo mediante el proceso tradicional de cocción por lotes al vapor o el proceso de extru[1]. Dependiendo del proceso de cocción utilizado, el grado de gelatinización del almidón, el sabor, la estructura de los tejidos y las propiedades nutricionales del producto serán diferentes. El proceso tradicional de cocción al vapor se realiza normalmente a altas temperaturas y presiones, mientras que el proceso de extrurequiere temperaturas más bajas y tiempos más cortos. Cuando la temperatura de procesamiento durante el proceso de extrues relativamente baja (por ejemplo, 130°C) y el tiempo de procesamiento es corto, la tagatosa puede utilizarse como edulcorúnico en cereales listos para el consumo de baja energía.

La tagatosa también se puede rociar sobre la superficie de los cereales para aumentar la dulzura del producto, y se puede utilizar para hacer varios cereales glasecon sabor o azucarados. Debido a su baja visco, rápida cristalización y baja absorción de humedad, la vida útil del recubrimiento de hielo también es más larga. Disolver la tagatosa en agua para formar una solución acuosa de 83° Brix, calentar a 97°C hasta disolverla por completo, luego enfriar la solución a 70°C y rociarla sobre la superficie del cereal. Finalmente, seque a 80°C durante 15 minutos, y los cristales de tagatose formarán una capa uniforme de hielo de azúcar blanco.

La tagatosa también se puede utilizar para recubrir en una forma no cristalina, creando una superficie brillante recubierde azúcar y permitiendo que otros aditivos (como las nueces) se adhieran a la superficie del cereal. Sin embargo, la tagatosa debe usarse en combinación con edulcorantes no cristalcomo fructooligosacáridos, dextrans, lactitol, maltitol e isomalt para crear una superficie estable recubierde azúcar. El uso de la tagatosa confiere a la capa de azúcar un mejor perfil endulzante, aumenta su crujidez e impide que se pegue.

La tagatosa también es muy adecuada para su uso en confitería y chocolate. Puede ser utilizado como único edulcoren el chocolate sin azúcar sin grandes cambios en el proceso. Una parte de la manteca de cacao se mezcla con los demás ingredientes excepto la grasa, se muele finamente y se cuece. Se añaden lecitina y aromas, se ajusta la temperatura, la mezcla se vierte en moldes, se enfría y el producto terminado está listo. Taffy también puede usarse en combinación con otros edulcorantes como isomalt para hacer dulces sin azúcar de alta calidad y baja energía como toffee.

Referencia:

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