식품 분야에서 감미료 D 타가토스의 용도는?

D-tagatose is 한rare sugar th에서is 한new type 의functional sweetener discovered 에서recent years. It h로the functions 의being low in calories, lowering blood sugar, regulating intestinal flora, 그리고resisting tooth decay [1]. In 2001, it was determined 에 의해the US음식그리고Drug Administration to be generally recognized as safe [2], 그리고in 2014 it was approved as 한food ingredient 에 의해the National Health 그리고Family Planning Commission 의the People's 중화민국 [3].d-타가토스는 수크로스와 비슷한 단맛을 가지고 있으며, 수크로스의 92%의 단맛으로 기본적으로 불쾌한 냄새나 뒷맛이 없으며, 수크로스의 칼로리의 1/3 밖에 내지 않으며 에너지 값은 1이다.5 kcal/g이다.게다가 d-타가토스는 마이야르 반응에 쉽게 걸리며 더 낮은 온도에서 캐러멜화 할 수 있으므로 유제품, 음료, 시리얼 제품, 사탕, 말린 과일 및 기타 식품 제품에 광범위한 응용 가능성이 있습니다.

d-타가토스의 구조 1

d-타가토스는 희귀한 천연 헥소스로, d-갈락토스의 이성질체이며 C-4위치에서 d-프럭토스의 이입체 이성질체이다.그 화학 구조는 그림 1에 표시되어 있다.

d-타가토스 생산 2

Pure natural D-tagatose is not easy to find 그리고is only found in the gum secreted by trees [4]. At present, D-tagatoseis mainly produced by chemical synthesis 그리고biosynthesis.

2.1 화학적 합성

화학적 합성 방법은 가용성 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속 염을 촉매로 사용하여 d-갈락토스의 이성화 및 알칼리 조건에서 금속 수산화물을 촉매하여 금속 수산화물과 d-타가토스 복합 침전물을 형성한다.그리고 침전물을 산으로 중화시켜 분리하고 침전시켜 d-타가토스 [5]의 최종 생성물을 얻는다.미국의 Spherix 사, 덴마크의 Arla Foods, 벨기에의 Nutrilad는 이미 d-타가토스의 화학합성을 산업생산에 응용한 것으로 보고되었다.

외국과 비교했을 때, the chemicalsynthesis method 의D-tagatose in China is still in the research 의industrialization process. Researchers are committed to improving the process conditions to improve the yield 그리고purity 의D-tagatose[6-8]. At present, although chemical synthesis c한achieve industrial production, it has certain disadvantages, such as many by-제품그리고serious environmental pollution. Therefore, if chemical synthesis is to be further developed, further improvements must be made to the process.

2.2 생합성 방법

생합성 방법은 생물학적 효소나 효소를 함유한 세포를 촉매로 사용하여 기질로부터 d-타가토스의 합성을 촉매한다.화학합성법과 비교하여 조건이 온화하고 생산량이 많으며 부산물이 적다는 장점이 있다.현재, d-타가토스는 탈수소효소에 의해 갈락토스의 산화를 촉매하거나, l-아라비노스 이성질화효소에 의해 d-갈락토스의 이성질화를 촉매하여 d-타가토스를 생성할 수 있다.

2.2.1 갈락티톨로부터 d-타가토스의 생산

갈락티톨로부터 d-타가토스의 생산은 연구된 최초의 생합성 방법 중 하나이다.1984년 이주모리 K 등 [9]은 갈락티톨을 타가토스로 산화시키기 위해 Bacillus subtilis와 Bacillus globigii 균주를 처음으로 사용하였다.Muniruzzaman S등 [10]은 토양에서 분리된 Enterobacter cloacae 균주가 galactitol을 D-tagatose로 산화시킬 수 있음을 발견하였다.그 결과 갈락티톨의 농도가 2% 일 때 전환율이 92% 였으며, 5% 일 때는 86%로 감소하였다.또한, 고정화된 효소세포가 여전히 높은 촉매활성을 유지하고 있음을 확인하였다.Jagtap SS 등 [11]은 Rhizobium pei anthii 로부터 갈락티톨 탈수소효소가 D-tagatose를 생산하는 기질로도 갈락티톨을 사용할 수 있음을 발견하였다.이 갈락티톨 탈수소효소는 보고된 다른 갈락티톨 탈수소효소보다 높은 특이활성을 가지는 것으로 확인되었다.그러나 갈락티톨의 높은 가격 때문에이 방법은 산업 생산에는 적합하지 않으며 상용화하기에는 가치가 거의 없다.

d-갈락토스로부터 d-타가토스의 생산 2.2.2

d-타가토스를 생산하는 데 더 비싼 갈락티톨산화법에 비해 l-아라비노스 이성질화효소를 이용하여 d-갈락토스의 이성질화를 촉매하여 d-타가토스를 생산하는 방법은 1993년 치담 PS 등에 의해 처음 보고된 바 있다 [12].Lim B C 등 13)은 바실러스 l-arabinose 이성질체를 이용하여 d-갈락토스 이성질체가 d-타가토스에 이성질화하는 반응을 촉매하였다.그 결과 최대 수확량은 11개로 나타났다.5 g/(L· h) 이며, 이는 붕산이 없을 때 최대 수율보다 1.5배 높은 수치이다.Liang M등 14)은 칼슘 알긴산 (calcium alginate)을 이용하여 Thermus thermophilus 로부터 L-arabinose이성질체를 고정시켜 d-타가토스를 생물반응기가 충진된 베드에서 생산하였으며, 최대 수율은 10 g/(L · h) 이었다.

d-갈락토스는 갈락티톨의 가격에 비해 상대적으로 저렴하지만 생합성 방법으로는 여전히 생산 비용이 상대적으로 높고, 연구진들은이 문제에 대해 상응하는 연구를 수행했다.한가지 해결책은 효소를 함유한 세포를 고정시키는 것이다.Hong YH 등 15)은 알긴산나트륨을 이용하여 재조합 대장균 세포를 고정시켜 d-타가토스를 생성하여 순도>99%의 d-타가토스를 얻었다.그러나 d-타가토스의 생산 균주로 대장균을 사용하는 것은 일정한 안전성의 위험성이 있다.Xu Z 등 16)은 식품급 Lactobacillus fermentumCGMCC2921균주를 이용하여 sodium alginate임베딩 및 glutaraldehyde 교반작용에 의한 D-tagatose생산을 위한 고정화 세포를 생산하였다.붕산을 첨가하는 조건에서 d-갈락토스의 d-타가토스로의 전환율은 60%에 도달 할 수 있으며, 수율은 11에 도달 할 수 있다.1 g/(L · h). 고정화 세포 촉매 방법은 L-AI 효소를 추출할 필요가 없으며, d-타가토스의 생체 형질전환이 생체 내에서 완료될 수 있어 효소 정제 과정을 생략하고 생산 과정을 간소화하여 생산 비용을 절감할 수 있다.

생합성 방법은 환경 보호에 대한 현재의 국제 요구 사항을 충족하는 친환경 공정이며 d-타가토스의 미래 산업 생산을위한 주요 개발 방향입니다.다만 d-타가토스의 전환율이 낮고 원가가 높기 때문에 산업적 생산이 어렵다.따라서, 생합성 방법의 연구 핫스점은 d-타가토스를 효율적으로 생산할 수 있는 l-아라비노스 이성질체 효소를 찾고, 생산 공정을 최적화하며, d-타가토스의 수율을 향상시키고, 비용을 절감하는 것이다.

3. d-타가토스의 식품 응용

d-타가토스는 주로 건강 음료, 유제품, 사탕, 시리얼 식품 등에 사용되는 기능성 감미료로서 식품 산업에서 광범위한 응용 전망을 가지고 있습니다.

3.1. 건강 음료에의 응용

음료 산업에서 d-타가토스는 주로 사이클라메이트, 아스파탐, 아세설페임, 스테비아와 같은 강한 감미료의 금속성, 뒷맛, 떫은 맛 및 기타 불쾌한 뒷맛을 제거하고 [17]을 개선하기 위해 사용된다.2003년, 펩시콜라는 기본적으로 전칼로리 음료와 같은 맛을 내는 0 칼로리 및 저칼로리 건강 음료를 얻기 위해 탄산 음료에 d-타가토스를 함유한 조합 감미료를 첨가하기 시작했다 [18, 19].2009년, 아일랜드 농축 가공 회사는 d-타가토스 [20, 21]를 첨가하여 저칼로리 차, 커피, 과일 주스 및 기타 음료를 얻었다.2012년 대한민국 's CJ 제일제당도 d-타가토스 [22]를 첨가하여 저칼로리 커피음료를 얻었다.

유제품에 적용 3.2

로서 저 칼로리sweetener, D-tagatosecan significantly improve the texture 의dairy products 와a small amount added. Therefore, D-tagatoseis added to dairy products such as sterilized milk powder, cheese, 그리고yogurt [23]. With the deepening of research on the properties of D-tagatose, its application has been extended to more dairy products. F또는example, adding D-tagatoseto chocolate dairy products can give a rich and mellow toffee flavor. D-tagatosecan also be used in yogurt. In addition to providing sweetness, it can increase the number of live bacteria in yogurt, improve the nutritional value of yogurt, and give it a richer and mellow flavor [24].

시리얼 제품에 적용 3.3

d-타가토스는 낮은 온도에서 쉽게 캐러멜화되어 자당 (sucrose)보다 이상적인 색상과 풍부한 풍미를 내기 쉬우며 구운 음식에 사용될 수 있습니다.연구에 따르면 d-타가토스는 아미노산과 마이야르 반응을 일으켜 2-아세틸퓨란, 2-에틸피라진, 2-아세틸티아졸과 같은 휘발성 맛물질을 만들 수 있으며, 이는 포도당이나 갈락토스와 같은 당을 환원시켜 생성하는 것보다 높은 맛을 가지고 있다 [25].그러나 d-타가토스를 첨가할 때는 굽는 온도에도 주의를 기울여야 한다.온도가 낮으면 풍미 향상에 도움이 되는 반면, 온도가 높고 처리 시간이 길면 색이 짙어지고 뒷맛이 쓰다 [26].

또한, d-타가토스는 점도가 낮고 결정화가 쉽기 때문에, 프로스팅에도 사용될 수 있다.d-타가토스는 시리얼 표면에 단독으로 또는 말티톨 등의 폴리하이드릭 화합물과 결합하여 제품의 단맛을 높일 수 있다 [27].

3.4 제과에서의 활용

d-타가토스는 초콜릿의 유일한 감미료로 사용될 수 있으며, 그 과정은 큰 변화를 필요로 하지 않는다.초콜릿의 점도와 열 흡수 특성은 수크로스를 첨가했을 때와 비슷하다.2003년 뉴질랜드 's Mada Sports Nutrition Food Company was the first to develop chocolate products containing D-tagatose in flavors such as milk, dark chocolate, and white chocolate. It then developed various novel chocolate products containing D-tagatose, such as dried fruits coated in chocolate, dried fruit bars, and Easter eggs [28].

저당 건조 과일에 적용 3.5

저당보존과실은 당도가 50% 이하인 보존과실을 말한다.당분이 65%~75%인 고당분 보존 과일과 비교할 때"저당, 저염, 저지방"의"3 저"건강요구에 더욱 부합된다.d-타가토스는 칼로리가 매우 낮고 단맛이 높은 특징을 가지고 있기 때문에 저당 보존 과일 생산에 감미료로 사용될 수 있습니다.일반적으로 d-타가토스는 독립형 감미료로서 보존된 과일에 첨가되지 않지만, 저당 보존된 과일 제품을 준비하기 위해 다른 감미료와 함께 사용된다.예를 들어, 저당 동계 참외 및 수박을 준비하기 위한 설탕 용액에 0.02%의 타가토스를 첨가할 경우 제품의 단맛을 높일 수 있다 [29, 30].

4 결론 및 전망

D-tagatose is a rare monosaccharide whose physical and chemical properties and physiological functions have been proven. It is used as a food additive in food production in many countries. As a new multifunctional sweetener, D-tagatose has broad marketprospects. However, due to the limitations of the raw materials and production process for D-tagatose, the production of cheap, high-quality D-tagatose is very low, far below the demand. Therefore, how to improve the production process and produce cheap and high-quality D-tagatose products will become the future development direction D-tagatose의in the food industry.

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