D 타가토스의 이점은 무엇인가요?

과도한 당 섭취는 비만, 당뇨병 등의 만성질환과 관련이 있으며, [1]술과 마찬가지로 몸에 해롭다.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-tagatosehas 한variety 의beneficial physiological functions 을이hum한body, such as preventing obesity, lowering blood sugar, anti-caries, anti-oxidation, probiotics, improving intestinal flora, enhancing immunity, 그리고preventing cardiovascular 그리고cerebrovascular diseases. Therefore, D-tagatoseis 한ideal functional sweetener. In 2001, 이U.S. 음식그리고Drug Administrati에(FDA) Administrati에(FDA) recognized D-tagatoseas a “generally recognized as safe” (GRAS) 음식[7], 그리고was recommended 에 의해이Joint FAO/WHO Expert Committee on 음식Additives (JECFA) 그리고이United Nations 음식그리고Agriculture Organization recommend it as a new type 의감미료that can be used as a food additive [8]. In 2014, 에서accordance with the 음식Safety Law 의the People'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-tagatose is an important rare hexose, an isomer 의D-galactose, a C-4 epimer 의D-fructose or a C-3 epimer 의D-sorbitol, as shown 에서Figure 1.

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. 2Physiological activity 의D-tagatose

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 2 형 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].

Furthermore, the minimum dose 의D-tagatose는 5 g (3회/d) 이며, [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 저칼로리 특성을 가지고 있다그리고 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.유익균의 증식 촉진, 병원성 세균의 성장 억제, 항균제 기능 모두 d-타가토스의 좋은 프로바이오틱스 기능을 반영한다.

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

주요methods 의synthesizing D-tagatose화학적 합성과 생물학적 변환입니다.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

이rare sugars available on the marketare very limited 그리고expensive, which severely restricts their development 그리고application. To overcome this situation, it is necessary 을find a way 을mass-produce rare sugars. Izumori proposed the Izumoring strategy as a solution to the 생산의rare sugars [26]. 이production 의D-tagatose에서hexose mainly involves three enzymes: isomerase, diastereoisomerase그리고dehydrogenase. The isomeraseis mainly used to catalyze D-galactose, the diastereoisomeraseis used to catalyze D-fructose 그리고D-sorbitol, 그리고the dehydrogenase is used to catalyze galactitol (Figure 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

Because D-galactoseis relatively cheaper than galactitol, it has a higher potential 을commercial application. Using D-galactose as a raw material, enzymatic 합성D-tagatose의has gradually become the mainstream synthesis method [29]. The core enzyme used 에서this method is L-arabinoseisomerase(L-arabinoseisomer-ase, AI). Due to the structural similarity between D-galactose and L-arabinose, AI can catalyze the 변환의D-galactose to D-tagatose[30]. In order to improve the yield 의D-galactose to D-tagatose, many studies have been carried out on this enzyme. For example, AI 에서various sources has been molecularly modified to improve enzyme activity, catalytic efficiency, pH 그리고temperature stability, etc., or the efficiency 의D-galactose 변환to D-tagatosehas been improved 에 의해enzyme immobilization technology [24, 31]. At present, these studies have gradually reached saturation 그리고are now mainly focused on finding catalytic methods that can increase the yield 의D-tagatose. For example, a packed bed reactor using AI microspheres fixed on an alginatecarrier was used to produce D-tagatose, which achieved a 50% 균형conversion rate and can be used multiple times [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) Yoshihara et알다.[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)

The polysaccharides used to produce D-tagatoseare mainly maltodextr에서and starch. They are converted to D-tagatose using phosphoribosyltransferase, glucokinase, glucokinase, C4 epimerase, and phosphoribosyl pyrophosphate synthetase [49 -50]. The multi-enzyme catalytic synthesis D-tagatose의using 녹말or maltodextr에서as a substrate is shown 에서Figure 6. Compared to the multi-enzyme catalytic pathway using fructose as a substrate, the phosphorylase used to catalyze the production 의glucose-1-phosphate from maltodextr에서and starch does not require ATP, which reduces the production cost 의D-tagatose and the instability 의the production process. In order to avoid purifying multiple synthetic enzymes, Dai et알다.[49]constructed a D-tagatose anabolic pathway in Escherichiacoli, achieving the production 의3.38 g/L D-tagatose from 10 g/L maltodextrin sugar. Han et알다.[50]constructed a semi-artificial 셀공장and achieved the production 의72.2 g/L D-tagatose from 150 g/L maltodextrin, with a yield 의48.1%, which has good application value.

요약 및 전망 3

E-tagatose, as an ideal functional sweetener, has broad application prospects. Against the backdrop 의the continued strong market demand 을sugar-reducing and sugar-substitute products, D-tagatose is of great significance for meeting people'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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