D 타가토스의 이점은 무엇인가요?

과도한 당 섭취는 비만, 당뇨병 등의 만성질환과 관련이 있으며, [1]술과 마찬가지로 몸에 해롭다다.유럽, 미국 등 선진국과 지역에서는 설탕의 섭취를 줄이도록 소비자들에게 인도하기 위해 설탕이든 음료와 같은 식품에 설탕세를 부과한다.최근 몇 년 동안, 설탕 감소 및 설탕 대체제에 대한 시장 수요는 계속 성장하고 있습니다;설탕 조절과 설탕 감소는"건강한 중국"의 중요한 국가 전략적 필요를 충족합니다.

희귀당은 자연계에 존재하지만 매우 낮은 농도 [2]로 존재하는 단당류 및 그 유도체이다.새로운 종류의 기능성 감미료로서, 그것들은 국제적인 연구의 화두가 되었다.희귀당은 섭취 후 에너지를 적게 생산하며 혈당 상승 억제, 항비만, 산화 방지 및 염증 억제 [3-4] 등의 생리적 기능이 있습니다.칼로리가 매우 낮은 설탕의 대체품으로 희귀당을 사용하는 것은"위대한 위생, 그리고 건강"컨셉과 일맥상통한다 [5-6].d-타가토스는 수크로스와 맛이 비슷하고 수크로스의 92%만큼 달지만 칼로리는 3분의 1에 불과한 희귀한 설탕이다.

d-타가토스는 비만 예방, 혈당 저하, 항충혈, 산화 방지, 프로바이오틱스, 장내 식물체 개선, 면역력 강화, 심혈관 및 뇌혈관 질환 예방 등 인체에 유익한 다양한 생리 기능을 가지고 있습니다.따라서 d-타가토스는 이상적인 기능성 감미료입니다.2001년 미국 식품의약국 (FDA)은 d-타가토스를"일반적으로 안전하다고 인정되는"(GRAS) 식품 [7]으로 인정했으며, FAO/WHO 합동 식품첨가물 전문가 위원회 (JECFA)와 유엔 식품농업기구 (United Nations 음식그리고Agriculture Organization)에서 식품 첨가물로 사용할 수 있는 새로운 종류의 감미료로 권고했다 [8].2014년, 피플&의 식품안전법에 따라#39;s 중화민국과 새로운 식품 원료의 안전성 검토 관리 조치, 국가 보건 및 가족 계획 위원회는 d-타가토스를 새로운 식품 성분으로 승인했다.따라서 d-타가토스는 시장 전망이 매우 넓다.

1. d-타가토스의 대사와 생리활성

d-타가토스는 그림 1에 나타낸 바와 같이, d-갈락토스의 이성질체, d-프럭토스의 C-4에피머이거나 d-소르비톨의 C-3에피머인 중요한 희귀헥소스이다.

1. 1. d-타가토스의 신진대사

d-타가토스와 d-프럭토스는 구조가 유사하지만, body' d-타가토스의 흡수효율은 매우 낮으며, 20%에서 25% 만이 소장에서 흡수된다.d-타가토스가 소장에서 흡수된 후 대사 과정은 d-과당과 비슷하지만 대사율은 과당의 50%에 불과하다.d-타가토스는 프럭토키나제의 작용에 의해 d-타가토스 1-인산염으로 전환되며, 알돌라제에 의해 다이히드록시아세톤 인산염과 글리세랄데히드로 분해된다.프럭토키네이스는 d-프럭토스에 비해 d-타가토스에 대한 친화도가 낮다 [9].소장에서 흡수되지 않는 d-타가토스는 대장으로 들어가 장내 미생물에 의해 발효되고 단사슬지방산이 생성된다 [10-11].대장에서 d-타가토스는 대사 경로의 갈락토스 분지인 타가토스-6-인산 대사 경로를 통해 대사된다.헥소키나아제의 작용으로 d-타가토스는 d-타가토스-6인산 키나아제와 타가토스 1,6인산 알돌라제의 작용에 의해 디하이드록시아세톤 인산염과 글리세알데히드-3인산으로 분해된다.

1. 2d-타가토스의 생리활성

d-타가토스는 혈당 저하, 비만 감소, 장내 생리 촉진, 충치 예방, 산화 방지, 생식력 향상 등의 다양한 생리 기능을 가지고 있다 (그림 3).

1. 2. 1   혈당 저하 (reducing blood sugar)

d-타가토스는 건강한 사람과 2형 당뇨병 환자 모두의 혈당 수치를 조절할 수 있다.d-타가토스는 전통적인 경구 당뇨병 치료제와 비교하여 높은 안전성, 산화 방지 활성, 체중 증가 억제 [11]등의 장점을 가지고 있다.연구에 따르면 내당성 검사 30분 전에 d-타가토스 75 g을 당뇨병 환자에게 투여하면 혈중 인슐린 농도에 영향을 주지 않으면서 혈당 상승을 크게 억제할 수 있다고 한다 [12].

게다가 d-타가토스의 최소 용량은 5 g (3회/d)으로 [13]제2 형 당뇨병 환자의 아세틸화 헤모글로빈 수치를 효과적으로 조절할 수 있다.지금까지 d-타가토스의 저혈당 작용 기전은 완전히 밝혀지지 않았지만, 다음과 같은 가능한 기전이 제안되었다:d-타가토스는 간에서 d-프럭토스와 유사하게 대사되며, 프럭토키네이스에 의해 d-타가토스-1-인산염으로 전환되는데, 프럭토키네이스는 글루코키네이스가 핵에서 세포질 내로 이동하도록 유도하여 포도당이 글루코-6-인산염으로 전환되는 것을 향상시키고 당화 경로로 진입하는 동시에 포도당이 글리코겐으로 전환되는 것을 촉진한다 [14-15].d-타가토스 1-인산염은 또한 글리코겐 인산 효소의 활성을 억제하여 글리코겐이 포도당으로 분해되는 것을 억제할 수 있다.또한 d-타가토스는 장의 주요 소화효소 (수크라아제와 말타아제)의 활성을 억제해 혈당을 낮추는 효과가 있다.따라서 d-타가토스는 당뇨병 환자의 식단에 당 대용품으로 첨가하여 혈당을 낮추는 데 도움을 줄 수 있다.

1. 2. 2   비만을 줄이

체중 관리는 비만 관련 질병의 위험을 줄이는 데 중요한 역할을 합니다.d-타가토스는 낮은 칼로리 특성을 가지며 체중 관리를위한 유망한 감미료로 사용될 수 있습니다.당뇨병을 앓고 있는 많은 사람들에게 체중 감소는 혈당을 조절하는 중요한 요인이다.당뇨병 환자가 d-타가토스를 장기간 섭취하면 체중을 크게 줄일 수 있으며 [16], d-타가토스는 건강한 남성의 음식 섭취량을 줄일 수 있다 [17].임산부들에게 체중 관리는 흔한 문제이다.과도한 체중 증가는 산모와 태아 모두의 건강 위험을 증가시킬 것이다.따라서 d-타가토스는 모 ‧ 부자재 시장에도 적용 가능성이 있다.

1. 2. Prebiotic 기능 3

프리바이오틱스는 숙주에 의해 소화 또는 흡수되지 않고 선택적으로 체내 신진대사 및 유익균의 증식을 촉진하여 [18].숙주의 건강을 향상시키는 유기물질이다.d-타가토스는 탁월한 프리바이오틱입니다.d-타가토스는 인간의 위장관 상태에 내성이 있으며, 프로바이오틱스, 특히 fid bacterium infantis의 성장을 효과적으로 자극하여 병원성 세균의 성장을 억제할 수 있다 [19];인체에 d-타가토스가 풍부하다는 연구결과가 있는데, 건강한 입에서는 d-타가토스가 충치를 일으키는 연쇄상구균 고르도니균과 같은 세균의 성장을 억제하는 효과가 있기 때문에 [20], 항충치 기능을 가지고 있다.유익균 증식 촉진, 병원성 세균 증식 억제, 항충진 기능 등이 모두 이를 반영한다d-타가토스의 좋은 프로바이오틱 기능.

1. 2. 4 항 산화

세포 내 활성산소는 세포에 손상을 일으켜 암, 노화 또는 다른 질병을 유발할 수 있습니다.d-타가토스는 세포 손상을 일으키는 세포 내 활성산소를 감소시킬 가능성이 있다.연구에 따르면 동등한 질량의 포도당, 만니톨 또는 자일로스에 비해 d-타가토스는 쥐 간세포에서 약물 푸라졸리돈에 의한 산화적 손상을 억제할 수 있다 [21].d-타가토스는 철 킬레이트 성질이 약하다.따라서 철을 촉매로 한 지질과산화와 단백질 카보닐화에 의한 활성산소의 생성을 억제함으로써 철로 인한 세포독성으로부터 세포를 보호할 수 있다 [22-23].

1. 2. 5기타 기능

d-타가토스는 장기 이식, 출산력 향상, 신생아의 성장 [22]에도 역할을 하며, 생리 기능에 대한 연구는 끊이지 않고 있다.

2 d-타가토스 생합성 방법

d-타가토스를 합성하는 주요 방법은 화학적 합성과 생물학적 변환이다.화학 합성에서 d-갈락토오스가 원료로 사용되며, 알칼리 또는 알칼리 토금속의 촉매 작용하에 이성질화 반응이 일어나 금속 수산화물과 d-타가토스 복합 중간체의 침전물을 형성한다.그런 다음 중간체를 산으로 중화시켜 d-타가토스를 얻는다.화학 합성 방법은 d-타가토스를 생산하는 비용 효율적인 방법이지만 생산 과정 중에 높은 온도와 압력이 필요하며, 소르비톨 및 만노스와 같은 불순당이 형성되기 쉬워 분리 및 정제에 도움이 되지 않는다.따라서 이러한 단점을 극복하기 위해 d-타가토스를 생산하는 생물 전환 방법이 광범위한 관심과 연구를 받고 있다 [24-25].다년간의 심도 있는 연구 끝에 d-타가토스를 생산하는 생체 변환 방법은 기질에 따라 세 가지로 나눌 수 있는데, 각각 헥소스, 락토스, 다당류이다.

2. 헥소스를 원료로 사용하는 1

시중에서 구할 수 있는 희귀당은 매우 제한적이고 비싸기 때문에 개발과 응용에 심각한 제약을 받고 있다.이런 상황을 극복하기 위해서는 희귀당을 대량 생산할 수 있는 방법을 찾아야 한다.이즈모리는 희귀당 생산에 대한 해결책으로 이즈모링 전략을 제시했다 [26].헥소스에서 d-타가토스를 생산하는 데는 주로 isomerase, diastereisomerase, dehydrogenase의 세 가지 효소가 포함된다.이성화효소는 주로 d-갈락토스를 촉매하는데 사용되며, 다이아입체이성화효소는 d-과당과 d-소르비톨을 촉매하는데 사용되며, 탈수소효소는 갈락토스를 촉매하는데 사용된다 (그림 4).

2. 1. 갈락티톨을 원료로 사용하는 1

갈락티톨로부터 d-타가토스의 생산은 연구된 최초의 생합성 방법 중 하나이다.주로 소르비톨 탈수소효소를 이용하여 갈락티톨을 탈수소화하여 d-타가토스를 생성한다.d-타가토스의 생산에 대한 초기 연구는 주로 Arthrobacter globiformis와 Mycobacterium smegmatis 라는 미생물을 이용하여 갈락토스를 d-타가토스로 산화시켰다 [27].현재 연구는 주로 Oxidobacterium gluconicum을 이용하여 막과 결합한 소르비톨 탈수소효소를 발현시켜 갈락티톨을 D-tagatose와 L-xylulose-3-hexulosone으로 산화시킨다 [28].갈락티톨의 비교적 높은 가격과 높은 생산 비용 때문에 d-타가토스의 상업적 가격이 높아 응용에 한계가 있다.

2. 1. d-갈락토스를 원료로 사용하는 2

d-갈락토스는 갈락티톨보다 상대적으로 저렴하기 때문에 상용화 가능성이 높다.d-갈락토스를 원료로 사용하여 d-타가토스를 효소로 합성하는 방법이 점차 주류를 이루고 있다 [29].이 방법에 사용되는 핵심 효소는 L-arabinoseisomer-ase (L-arabinoseisomer-ase, AI)이다.d-갈락토스와 l-아라비노스 사이의 구조적 유사성으로 인해, AI는 d-갈락토스를 d-타가토스로 전환하는 것을 촉매할 수 있다 [30].d-갈락토스의 d-타가토스로의 수율을 향상시키기 위해,이 효소에 대한 많은 연구들이 수행되었다.예를 들어, 다양한 출처로부터의 AI 가 효소 활성, 촉매 효율, pH 및 온도 안정성 등을 향상시키기 위해 분자 변형되거나, d-갈락토스 전환의 효율이 효소 고정화 기술에 의해 d-타가토스로 향상되었다 [24, 31].현재 이러한 연구는 점차 포화상태에 이르렀으며 현재는 d-타가토스의 수율을 높일 수 있는 촉매 방법을 찾는 데 주로 초점을 맞추고 있다.예를 들어, 알를로스 캐리어에 고정된 AI 마이크로스피어를 이용한 packed bed 반응기를 이용하여 d-타가토스를 제조하였으며, 50%의 평형 전환율을 달성하여 여러 번 사용할 수 있다 [32].

2.1.3 D-fructose를 원료로 사용

최근 d-타가토스의 생물학적 합성은 일반적으로 AI에 의한 촉매 합성용 기질로 d-갈락토스를 사용하였다.그러나, 포도당, 과당, 전분과 같은 탄수화물과 비교할 때, d-갈락토스는 여전히 생산하는데 상대적으로 비싸며, 이는 d-타가토스의 대규모 산업 생산과 응용에 도움이 되지 않는다.따라서 값싸고 쉽게 구할 수 있는 바이오매스 자원을 이용하여 d-타가토스를 효율적으로 합성할 수 있는 방법을 찾는 것은 연구의 의미가 크다고 할 수 있다.디프럭토스는 단당류의 일종으로 저렴하고 안정적인 공급원을 가지고 있다.d-타가토스의 생산에 이상적인 기질이지만, 현재까지 d-과당을 d-타가토스로 전환하는 것을 촉매하는 자연적으로 발생하는 효소는 자연계에서 발견되지 않았다.2012년, 로디오노바 등 [33]은 d-타가토스 알데히드를 d-프럭토스 알데히드로 전환하는 촉매작용을 할 수 있는 새로운 효소군 ("UxaE"로 명명)을 발견했다;Sh에서등 (34)은이 효소의 기질이 과당과 유사한 구조를 가지고 있기 때문에 d-과당에 대한 4-이성화 활성을 가질 수 있다고 보고, 합리적인 설계와 방향성 진화를 통해 d-과당에 대한이 효소의 c4-에피머화 활성이 개선되었고,이 돌연변이 효소를 d-타가토스 4-에피머라제라고 명명하였다.개발된 d-타가토스 4-에피머화 효소는 d-타가토스의 합성에 적용되었다.최적의 반응 조건에서 700 g/L d-과당을 2시간 이내에 213 g/L d-타가토스를 생성하여 30%의 전환율을 얻었다.

과당으로부터 D-타가토스의 생산을 촉매하기 위해 D-타가토스 4-에피머라제를 사용하는 것 외에도, D-과당으로부터 D-타가토스를 생산하기 위한 두 가지 다중 효소 촉매 경로도 있다 (그림 5):1) D-과당은 D-과당-6-인산으로 전환되고, D-과당-1,6-bisphosphate 알돌라제는 D-과당-6-인산염을 D-과당-6-인산으로 전환시키고, 마지막으로 D-타가토스는 인산 분해효소에 의해 D-타가토스로 전환된다 [35].이 방법은 키나아제의 참여를 요구하기 때문에, 반응 중에 ATP를 첨가할 필요가 있으며, 이는 실제적인 생산 응용에 도움이 되지 않으므로이 방법은 상대적으로 덜 연구되었다 [36];2) Yoshihar한et알다.[37]은 벼곰팡이 Rhizopus oryzae MYA-2483을 이용하여 D-allulose로부터 D-tagatose의 생성을 촉매하는데 성공하였으며, 대부분의 Mucoraceae 곰팡이가 이러한 전환능력을 가지고 있으므로 D-tagatose-3-epimerase를 이용하여 D-fructose를 D-tagatose로 이성화시킬 수 있음을 발견하였다.그리고 대부분의 Mucoraceae 균류가 이러한 전환 능력을 가지고 있어서, D-tagatose-3-epimerase를 이용하여 D-fructose를 d-알룰로스로 이성화시키고 [38], d-알룰로스를 d-타가토스로 전환시킬 수 있다는 것을 발견했다.D-fructose 로부터 d-알룰로오스의 대규모 생산이 가능하므로이 방법은 상업적 생산의 가능성이 있으나, 이에 대한 연구는 거의 없었다.

2. 유당을 원료로 사용하는 2

D-tagatose을 생산하는 원료 로서 유당을 사용하는 것은 이중 효소에 의해 촉발시 β-galactosidase과 arabinose isomerase,는 또한이 최근 몇 년 간 연구 핫 스 팟 되었다.유장 (Whey)은 보통 유제품 생산 과정에서 생성되는 유당이 풍부한 부산물로 과거에는 쓰레기 취급을 받는 경우가 많았다.과학 기술의 진보와 함께, 그것은 이제 d-타가토스의 생산에 사용될 수있는 귀중한 식품 재료가 되었습니다.유당을 기질로 하여 생성물 농도에 따른 D-tagatose를 사용하였으며 (12.7-9 6.8 g/L), 유당으로부터 D-tagatose의 수율은 19.4%에서 36.7%의 범위를 나타내었다 (표 1 [39-47]).따라서,이 방법은 탄소원 이용 측면에서 효율적이지 않으며, 잔류물로 인해 d-타가토스의 분리 및 정제가 어렵게 될 것이다.이런 문제를 해결하기 위해 젖당을 원료로 사용해 동시에 여러 제품을 생산할 수 있다.예를 들어, 유장 분말은 d-타가토스와 바이오 에탄올을 동시에 생산하는 원료로 사용될 수 있으며, 각각 23.5%와 26.9%의 수율을 보인다 [48].이는 탄소원의 이용률을 향상시킬 뿐만 아니라 가치 있는 부산물을 생산한다.유장 분말 중 아라비노스 이성질화효소의 활성에 영향을 줄 수 있는 다른 미확인 성분 때문에 유당 대비 수율이 7.8% 감소했다.

2. 3   원료로서 다당류 (Polysaccharides)

d-타가토스를 만드는 데 사용되는 다당류는 주로 말토덱스트린과 녹말이다.이들은 phosphoribosyltransferase, glucokinase, C4 epimerase, phosphoribosyl pyrophosphate synthetase를 이용하여 d-타가토스로 전환된다 [49-50].전분 또는 말토덱스트린을 기질로 사용하여 d-타가토스를 다효소 촉매 합성한 결과를도 6에 나타내었다.과당을 기질로 사용하는 다중 효소 촉매 경로에 비해, 말토 덱스트린 및 전분으로부터 글루코스-1-인산염 생산을 촉매하기 위해 사용되는 인산 효소는 ATP를 필요로 하지 않으므로 d-타가토스의 생산 비용과 생산 공정의 불안정성을 감소시킨다.Dai 등 (49)은 여러 합성 효소를 정제하지 않기 위해 대장균에 d-타가토스 아나볼릭 경로를 구축하여 10 g/L maltodextr에서당으로부터 3.38 g/L d-타가토스를 생산하는 데 성공했다.H한등 (50)은 반인공세포 공장을 건설하여 150 g/L maltodextr에서으로부터 72.2 g/L d-타가토스를 생산하는데 성공하였으며, 48.1%의 수율로 응용가치가 우수하다.

요약 및 전망 3

e-타가토스는 이상적인 기능성 감미료로서 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다.설탕 감량 및 설탕 대체 제품에 대한 시장 수요가 지속적으로 강세를 보이는 배경에서 d-타가토스는 피플앤을 만나는 데 큰 의미가 있다#39;s는"설탕은 적게 넣되 달지는 않게"하고 그들의 삶의 질과 건강을 향상시킬데 대한 요구.본 논문은 d-타가토스의 생리적 기능과 생합성에 관한 최근의 연구를 고찰한다.d-타가토스의 생산 비용을 절감하고 모든 가정에서 사용할 수 있도록 하기 위해서는 다음과 같은 연구가 권장된다:1) 원료로서 d-갈락토스로부터 d-타가토스의 연구 및 상업적 생산은 상대적으로 성숙하지만, d-갈락토스의 높은 비용은 d-갈락토스의 촉진 및 적용을 제한한다.연구는 d-타가토스의 시장을 확대하기 위해 과당, 유당, 맥아 덱스트린, 전분과 같은 값싼 기질로부터 d-타가토스를 생산하는 데 집중할 수 있다;2) 단백질 구조에 기반한 분자 시뮬레이션을 통해, (반) 주요 효소를 합리적으로 개조하여 촉매 효율과 안정성을 향상시키고 산업 응용 가능성을 향상시킨다;3) 식품 등급의 섀시 셀을 구성하고 섀시 셀을 체계적으로 수정하여 높은 기질 농도를 용인하고, 전환율이 높으며, 생산 강도가 높은 d-타가토스의 합성 방법과 d-타가토스의 효율적인 정제 공정 개발;4) d-타가토스의 장점을 충분히 입증하고 식품, 의약, 농업, 화장품 등의 분야에서보다 충분히 활용될 수 있도록 심도 있는 연구를 수행하고 기능을 지속적으로 확대한다.상기 연구를 수행하면 d-타가토스를 산업화하는 데 도움이 될 것이며,이 글이 d-타가토스의 홍보 및 응용에 효과적인 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

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