식품 분야에서 타가토스 분말의 용도는?

Tagatose(see Figure 1) is an enantiomer 의fructose at the C-4 chiral carbon atom 와a molecular weight 의180∙16u 그리고CAS 87- 81-0. It is a good low-energy food 감미료and filler, and has various physiological effects such as inhibiting hyperglycemia, improving intestinal flora, and being non-cariogenic. In 2001, the US FDA approved tagatose as GRAS.

타가토스의 성질과 기능 1

Pure tagatose is a white, odorless, non-crystalline substance with a melting point of 134°C and a glass transition temperature of 15°C. It is highly water-soluble and, when dissolved 에서water, causes the boiling point to rise and the freezing point to fall. However, it does not absorb heat, so it does not produce a cooling effect. Tagatose is hygroscopic and has good stability under acidic conditions. It can exist stably in the pH range of 3–7. It is prone to Maillard browning and can caramelize at lower temperatures [1].

타가토스는 자당의 92%만큼 달며 좋은 충전 감미료입니다.그것의 단맛 윤곽은 자당과 비슷하며 불쾌한 불쾌한 맛과 뒷맛이 없다.상대적으로 타가토스의 단맛은 수크로스보다 빨리 자극하며 과당과 비슷하다.게다가 타가토스는 사이클라메이트, 사카린, 아스파탐, 아세설팜, 스테비아, 네오타메, 수크랄로스 [2] 등 강한 감미료와의 시너지 효과가 좋다.

The tagatose ingested 에 의해the body is not completely absorbed by the small intestine. The tagatose absorbed by the small intestine is metabolized via the liver via the glycolytic pathway. Unabsorbed tagatose enters the large intestine directly, where it is almost completely fermented by the microbial flora. The short-chain fatty acids produced by this fermentation are almost completely reabsorbed and metabolized by the body. Based on many relevant studies, the US FDA has confirmed that tagatose can be labeled with an energy value of 6280∙2J/g on nutrition labels [1].

타가토스는 자연에서 널리 발견되며, 일부 식품 (예:멸균 우유, UHT 우유, 분유, 핫 코코아, 다양한 치즈, 일부 종류의 요구르트, 아기 분유)과 일부 식물 및 의약품 [3]에 존재한다.

타가토스는 체내 흡수율이 낮고 혈당 수치에 큰 변화를 일으키지 않아 당뇨병 환자에게 적합하다.연구에 따르면 타가토스는 건강한 피험자와 제2 형 당뇨병 환자의 공복 혈당과 인슐린 수치에 큰 변화를 일으키지 않으며, 당뇨병 환자의 포도당 섭취로 인한 혈당 증가를 크게 억제할 수 있으나 [4], 인슐린 민감성에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.또한 타가토스가 당뇨병의 증상을 완화 및 개선하고 각종 합병증 발생을 억제할 수 있다는 것이 특허에 보고되었다 [5].타가토스가 높아진 혈당을 억제하는 메커니즘은 낮은 흡수율을 가지는 것 외에도 소장에서 포도당의 흡수를 억제하기 때문일 수 있다.

Only 20% of the tagatose ingested by the body is absorbed by the small intestine. The vast majority of tagatose enters the colon directly, where it is selectively fermented by the microbial flora, promoting the growth of beneficial bacteria and inhibiting the growth of harmful bacteria, which has a significant effect on improving the intestinal flora and is a good prebiotic [6]. At the same time, the fermentation of tagatose also produces a large amount of beneficial short chain fatty acids (SCFA). In particular, butyric acid is a good energy source for colon epithelial cells and is considered to have a good effect in inhibiting colon cancer, inhibiting intestinal pathogenic bacteria (such as Escherichia coli, etc.) and promoting the growth of beneficial bacteria such as lactic acid bacteria. Some studies have found that the minimum dosage of tagatose to have a significant prebiotic effect is 7.5 g/d.

연구에 따르면 타가토스는 치석의 pH를 낮추지 않으며 [1] 충치를 유발하지 않는다.치태를 억제하고 구취를 제거하는데 효과가 있어 충치, 치은염 등 구강질환을 억제하고 구취를 없애고 치아를 청결하게 하는 구강 제품에 널리 사용되고 있다.2002년 12월 2일, 미국 FDA는 타가토스가 구강 박테리아에 의해 발효되지 않으며 많은 과학 연구 결과에 근거하여 충치를 유발하지 않는다는 것을 확인하는 성명을 발표했다.

다른 연구에 따르면 타가토스는 건강한 피험자와 제2 형 당뇨병 환자 [1]에서 적절하게 그리고 지속적으로 체중을 줄일 수 있다.특허 보고서에 따르면, 타가토스는 혈액 건강 증진에도 매우 유익하며 [7] 암컷 쥐의 임신 가능성을 높이고 모체 및 배아 건강 증진에 도움을 줄 수 있다 [8].또한, 타가토스는 독소에 대한 세포의 민감성을 높여주고 [9] 간세포에 대한 코카인, 니트로푸란토인 등의 독성 영향을 상당히 억제할 수 있다.

A large number of safety and toxicology tests have shown that tagatose is safe and non-toxic. On April 11, 2001, the US FDA approved tagatose as GRAS for use in food. Later, Australia and New Zealand also approved the use of tagatose in food다.그러나 타가토스를 과도하게 섭취하면 여전히 속이 더부룩하고 설사 등 가벼운 위장에 불편함을 느낄 수 있는데, 이는 주로 보디 &에 기인할 수 있다#39;s는 타가토스의 흡수에 장애가 있습니다.2001년 6월, FAO/WHO 합동 식품 첨가물 전문가 위원회 (JECFA)는 타가토스를 0-80 mg/kg·d [1]의 식품 첨가물로 승인했다.

타가토스의 생산 기술 2

타가토스는 일반적으로 화학적 또는 효소적 이성질화를 통해 갈락토스로부터 생성된다.갈락토오스는 유당을 가수분해하여 얻을 수 있다.일부 연구에서는 갈락티톨을 원료로 사용하고 이를 생물학적으로 산화시켜 타가토스를 생성하기도 한다.그러나 갈락티톨은 가격이 비교적 비싸 현재 공업생산에 적합하지 않다.

2.1타가토스의 화학적 합성

타가토스의 화학 합성은 갈락토스를 원료로 사용하며 주로 이성질화와 산 중화 [10]의 두 단계를 포함한다.먼저, 가용성 알칼리 금속염 또는 알칼리 토류 금속염을 촉매로 사용하여 갈락토스를 금속 수산화물과 이성질화하여 금속 수산화-타가토스 복합 중간침전물을 형성한다.그런 다음 중간 복합체를 산으로 중화하여 최종 생성물 타가토스를 얻는다.갈락토스는 유당을 가수분해하여 얻는다.

갈락토스의 이성질화는 타가토스의 화학 합성에서 중요한 단계이다.비용상의 이유로, 금속 수산화물 반응물은 Ca (OH) 2 또는 Ca (OH) 2와 NaOH의 혼합물인 것이 바람직하다.일반적으로 Ca(OH)2를 물과 혼합하여 만든 수용성 슬러리로 첨가하거나, 물과 혼합한 석회 (CaO)를 첨가한 후 수화의 생성물로 첨가한다.알칼리 금속염 (또는 알칼리 토류 금속염)의 촉매는 보통 CaCl2 이며, 사용되는 양은 갈락토스의 몰수의 약 1% 내지 5%이다.이성질화 반응은 pH>10 및-15에서 40°C 범위 내에서 제어되며 알칼리성 및 저온 조건에서 수행되어야합니다.

산 중화의 목적은 불용성 금속염을 형성하고 복잡한 중간체로부터 타가토스를 방출하는 것이다.남은 이온들은 이온 교환 수지에 의해 제거된다.산 중화에는 H2SO4, H3PO4 또는 HCl을 사용할 수 있으며 CO2가 가장 좋습니다.산 중화의 진행은 반응 시스템의 pH에 따라 제어됩니다.pH 가 <7이 되면 중화반응이 완료된다.

산을 첨가하는 동안, 반응 시스템의 온도는 불리한 부반응을 피하기 위해 25°C 이하로 제어되어야한다.마지막으로, 타가토스는 반응 용액으로부터 결정화되고 걸러진다.

예를 들어 230L 스테인리스강 반응용기에 10∙0kg의 유당과 40L의 탈이온수를 넣고 잘 섞은 후 온도를 50°C로 올린다.락타아제 (lactase)를 첨가하고 가수분해가 기본적으로 완료될 때까지 6시간 동안 가수분해하여 45%의 포도당, 45%의 갈락토오스, 10%의 유당을 포함하는 유당 가수분해물을 얻는다.유당 가수분해물을 25°C로 냉각시킨 후, 순차적으로 CaCl2 154 g과 Ca (OH)2 수용액 (Ca (OH)2 2.0 kg에 물 2.5l)을 첨가하였다.그런 다음, 적당량의 10% NaOH 용액을 첨가하여 pH를 12.5로 조절한다.3시간 동안 반응 한 후, 반응 혼합물은 두꺼워지고 침전물을 형성하기 시작한다.침전물을 여과하고 원심 분리하여 패스티스트 필터 케이크를 얻는다.25 L의 물을 필터 케이크와 혼합하여 서스펜션을 만듭니다.그리고, 적절한 양의 CO2를 투입하여 용액을 최종 pH 6.5까지 중화시켰다.중화 과정 중에 필터 케이크가 용해되고, 최종 생성물인 타가토스와 CaCO3 침전물이 형성되었다.반응 용액을 원심분리, 탈이온화, 결정화를 통해 정제하여 타가토스를 얻었다.HPLC 분석 결과 타가토스의 수율은 47.6%에 도달 할 수 있었다.

2.2타가토스의 효소 합성

연구에 따르면, 그 결과L-arabinoseisomerase(AraA, EC 5∙3∙1∙4)는 유사한 3차원 정형을 갖는 l-아라비노스 및 d-갈락토스의 이성질화를 위한 촉매 활성을 가지며, 각각 l-리불로스와 d-타가토스를 이성질화할 수 있다 [11,12].

Lactobacillus fermentum, Lactobacillus pentosus, Lactobacillus mannitopous, Lactobacillus buchneri, Lactobacillus brevis, Lactobacillus pentoaceticus, Lactobacillus lycopersici 및 기타 Lactobacillus, Aerobacter aerogenes, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus subtilis, Candida utilis, (Aerobacter aerogenes), medical 고리모양의 봉세균 (Bacillus amyloliq uefaciens), Bacillus subtilis, Candida utilis, Clostridium acetobutylic um), (Escherichia coli), Erw inia cativosa,(Mycobacterium),(Salmonella typhimurium),(Pediococcus, Pediococcus pentosaceous), (A rthrobacter) 둘다 발효시켜 AraA를 만들 수 있다.L-arabinose를 탄소원으로 사용하고 pH 5.5-7.0, 30-40 °C에서 발효시키면 L-arabinose 이성질체 효소를 얻을 수 있다.

AraA의 근원에 따라 이성질화의 최적 조건이 달라진다.이성질화는 보통 20-80 °C, pH 4.0-9.0에서 수행되며, 바람직하게는 50-70 °C, pH 5.5-7.0에서 수행된다.일부 돌연변이 균주는 최대 100°C의 온도에서 이성질화할 수 있는 L-arabinose 이성질화효소를 생산할 수도 있다.연구에 따르면 열토가네폴리타나로부터 AraA 코딩 유전자를 복제, 재결합, 대장균에서 발현시켜 열안정성이 매우 높은 재조합 AraA를 얻을 수 있다 [13].

d-갈락토스의 농도는 이성질화 반응의 속도와 전환율에 크게 영향을 미친다.원료인 d-갈락토스의 농도가 높을 때, d-갈락토스의 타가토스로의 전환을 위한 효소반응공정의 Michaelis constant Km이 보통 높기 때문에 타가토스의 수율 또한 높다.원료인 d-갈락토오스의 농도가 낮으면, 생산하는 효소의 균주에 따라 타가토스의 수율이 달라진다.

그림 2는 유당 침투성으로부터 타가토스를 제조하기 위한 공정 흐름 (cheese whey 또는 cow&를 초미세 여과하여 얻어진 것이다#39;s milk, 2%~6%의 유당, 0.2%~0.4%의 단백질, 0.2%~0.6%의 소금과 미량의 지방을 함유) [14].유당 침투액은 단백질을 제거하기 위해 초미세여과 (1)에 의해 제거되며, 저장조 (2)를 통과하여 역삼투 (3)에 의해 담수 및 농축된다. 농축된 여액은 미세여과 (4)에 의해 분자량이 높은 물질 (세균, 즉 불용성 단백질)을 제거한 후 고정화된 유당 분해효소 (5)에 의해 포도당과 갈락토오스의 혼합물 (포도당:갈락토오스는 약 1:1)로 가수분해된다.유당 가수분해물은 반연속 공정 (6)에서 발효되며, 효모 또는 박테리아에 의해 포도당이 발효되어 에탄올이 생성되고, 이를 진공 펌프 (15)로 회수하여 증류한다 (16).또는, 액적을 원심분리 (7) 하여 세포 없는 액적을 얻고, 증류 (16)를 통해 에탄올을 회수하는 한편, 미생물 세포는 발효기 (6)로 반송될 수 있다.

증류를 통해 회수한 에탄올은 부산물로 저장조 (7)에 투입된다.발효되지 않은 갈락토스를 이성질화하여 갈락토스와 타가토스의 혼합물을 얻는다 (8).이타가토스의 원액그런 다음 케이션 교환 컬럼 (9)에 통과시키고 탈이온수 (10)로 선택적으로 용출시켜 분리한다.미반웅된 갈락토스는 이성화 컬럼 (8)으로 반송되어 또 다른 이성화 반웅을 진행한다.타가토스 원액을 증발 (11)에 의해 농축하고, 결정화 (12)하고, 여과하고, 건조시킨 다음, 완제품을 얻는다.결정화 과정 중에는 결정화를 용이하게 하기 위해 적절한 양의 에탄올과 타가토스 씨 결정이 도입된다.에탄올을 여과하여 회수한 후, 결정화조 (12)로 반송하여 재활용한다.

갈락티톨의 타가토스로의 생물 전환 2.3

연구에 따르면 아세트산 세균은 갈락티톨을 타가토스 [15]로 생물 변환시킬 수 있다고 한다.연구에 따르면 Acetobacter sp∙는 3~35 mg/L의 낮은 수율로 타가토스를 생성하는 반면, Gluconobacter sp∙는 100~160 mg/L의 높은 수율로 갈락티톨을 타가토스로 산화시킨다.그 중 Gluconobacter MIM 1000/9는 타가토스의 수율이 가장 높아 5 g/L의 갈락티톨을 24시간 내에 타가토스로 산화시켜 158 mg/L에 이른다.게다가 갈락토스와 프럭토스의 부산물은 발견되지 않았다.

타가토스의 수율을 높이기 위해 첨가된 갈락티톨의 양을 매질에서 점차 증가시켜 G∙ oxydans DSM을 유도하였다 고농도의 갈락티톨에 점차 적응하기 위한 2343 균주.그 결과 갈락티톨 탈수소효소의 활성과 타가토스의 수율이 현저히 향상되었음을 알 수 있었다.재배 24시간 후 타가토스의 생육은 최대 3160 mg/L (20 g/L galactitol, 24시간), 전환율은 6.6 × 10-3 L/h에 달했다.

타가토스의 응용 3

3.1타가토스의 향미 향상

Tagatose has a good synergistic sweetening effect on strong sweeteners [1]. A small amount of tagatose can significantly enhance the sweetness. When used in combination with a strong sweetener, it can replace a significant amount of the strong sweetener, and the amount can even be below the sweet taste threshold. 0∙1 to 50g/kg of tagatose can achieve a good synergistic sweetening effect, especially at a dosage of 0∙5 to 20g/kg. The sweetness of tagatose can be greatly enhanced by combining it with a powerful sweetener, and its taste, flavor and aftertaste can be significantly improved.

Tagatose는 cyclamate, saccharin, aspartame, acesulfame-K, licorice 감미료, stevia, monk fruit extract, thaumatin, alitame, neotame 및 sucralose를 포함한 많은 강력한 감미료에 좋은 시너지 효과를 발휘합니다.강렬한 감미료의 종류, 최종 제품의 단맛과 감각적 요구량 (식감, 뒷맛, 향미)에 따라 타가토스와 감미료의 질량비는 보통 1:1에서 1000:1, 가급적이면 4:1에서 200:1 사이이다 [2].

감각 분석 결과, 레모네이드와 콜라 음료 시스템에서 타가토스를 소량 첨가하면 제품의 식감이 현저히 개선되고, 강한 감미료 (아세설페임, 사카린 등)로 인한 쓴 뒷맛, 금속성 뒷맛 및 떫은 맛이 감소하며, 제품의 단 맛이 더 신선하고 상쾌한 식감과 함께 더 빨리 자극될 수 있는 것으로 나타났다.또한, 음료 시스템의 가용성 고형물의 함량을 증가시켜 음료의 맛을 더욱 완전하게 만들 수 있으며, 이는 강렬한 감미료가 정확히 부족한 것입니다.그러므로, 전반적으로,tagatose makes the taste and flavor of low-energy light beverages closer to that of full-energy traditional beverages sweetened with sucrose.

강렬한 감미료 (초콜릿, 요구르트, 과일향 포함)로 단맛을 낸 저지방 우유 음료의 경우, 타가토스의 첨가로 맛을 대폭 개선하고, 강렬한 감미료로 인한 씁쓸한 뒷맛을 줄이고, 최고의 단맛과 뒷맛을 얻을 수 있다.특히 초콜릿 우유 음료의 경우 타가토스가 풍부하고 부드러운 크림 맛을 대폭 강화할 수 있다.

이외에도 타가토스는 과자류나 초콜릿 제품에도 좋은 향미증진제다.감각 평가 결과 강렬한 감미료로 단맛을 낸 초콜릿에 타가토스를 첨가하면 단맛과 뒷맛을 상당히 강화시키는 동시에 쓴맛을 줄일 수 있는 것으로 나타났다;동시에 식감 또한 상당히 개선되고 크리미한 풍미도 상당히 강화된다 [1].

타가토스의 식품 적용 3.2

시리얼 식품에 타가토스를 사용할 때는 높은 융점, 낮은 유리 전이 온도, 비흡습성 결정, 높은 용해도, 쉬운 결정화, pH 안정성 등 타가토스의 여러 가지 중요한 물리적 특성에 충분한 주의를 기울이는 것이 중요하다.특히, 타가토스는 마이야르 반응 특성이 좋다는 점에 주목해야 한다.온도를 낮추면 풍미를 높이는 데 도움이 되지만, 온도가 높고 가공 시간이 길면 색이 지나치게 짙고 뒷맛이 쓰다.

In the production of ready-to-eat cereals, the cooking process is a key step, which can be carried out using either the traditional batch steam cooking process or the extrusion process [1]. Depending on the cooking process used, the starch gelatinization degree, flavour, tissue structure and nutritional properties of the product will differ. The traditional steam cooking process is usually carried out at high temperatures and pressures, while the extrusion process requires lower temperatures and shorter times. When the processing temperature during the extrusion process is relatively low (e.g. 130°C) and the processing time is short, tagatose can be used as the sole sweetener저에너지 즉석 시리얼에.

또한 타가토스는 시리얼 표면에 뿌려 제품의 단맛을 높일 수 있으며, 다양한 맛의 아이싱이나 설탕을 입힌 시리얼을 만드는 데 사용될 수 있다.낮은 점도, 빠른 결정화 및 낮은 수분 흡수로 인해 아이싱 코팅의 유통 기한도 길어진다.타가토스를 물에 녹여 83° Brix 수용액을 만들고, 완전히 녹을 때까지 97°C로 가열한 후, 70°C로 식힌 용액을 시리얼 표면에 분사한다.마지막으로 80°C에서 15분 동안 건조시키면 타가토스 결정이 균일한 백설탕 결정 프로스트 코팅액을 형성하게 된다.

또한 타가토스는 비결정 형태로 코팅하는 데 사용될 수 있으며, 빛나는 설탕으로 코팅된 표면을 만들고 다른 첨가물 (견과류 등)이 시리얼 표면에 부착될 수 있도록 합니다.그러나, 타가토스는 안정적인 설탕이 코팅된 표면을 만들기 위해 프락토올리고당, 덱스트랜스, 락티톨, 말티톨 그리고 이소말트와 같은 비결정 감미료와 함께 사용되어야 한다.타가토스의 사용은 설탕 코팅에 더 나은 감미로운 윤곽을 주고, 바삭함을 증가시키며 케이킹을 방지합니다.

Tagatose is also very suitable for use in confectionery and chocolate. It can be used as the sole sweetener in sugar-free chocolate without major changes to the process. A proportion of cocoa butter is mixed with the other ingredients except the fat, then finely ground and conched. Lecithin and flavourings are added, the temperature is adjusted, the mixture is poured into moulds, cooled and the finished product is ready. Taffy can also be used in combination with other sweeteners such as isomalt to make high-quality, low-energy sugar-free sweets such as toffee.

참조:

[1] http://www ∙ tagatose dk ∙

[2]Andersen H,Vigh M L ∙ sweeten-ers의 시너지 조합 포함 d-타가토스 [P]∙ 미국 특허,6432464B1∙2002-08-13

[3] 레빈 G V.타가토스, 새로운 사람 GRAS 감미료와 건강제품 [J]∙ 약용식품학회지,2002,5(1):1~19

[4]Donner T W,Wilber J F,Ostrowski D ∙ D-tagatose, novel hexose:급성 effectson 탄수화물 공차 in  제2 형 당뇨병 (J) ∙ 당뇨병, 비만과 대사,1999,1:285~291

[5]Zehner L R,Levin G V,Saunders J P 외 ∙ d-타가토스 역 항-고혈당제 [P]∙ 미국 특허,5447917.1995-09-05

[6] Bertelsen H, Jesen B B,Buemann B ∙ d-타가토스:소설 저칼로리 대량 sweetener  with  프리바이오틱 특성 [J]∙ 월드 리뷰 of  영양과 1999년 Dietetics 85:98~ 109

[7] 레빈 타가토스의 G V-Use- key blood를 강화시키기 위해 요인 [P].미국 특허,6015793.2000-01-18

[8] 레빈 G  V ∙ 증가 불임 and  향상 된 태아 develop-ment drug[P]∙ 미국 특허,6225452B1.2001-05-01

[9]Valeri F,Boess F,Wolf A 외 al ∙ Fructose 및 tagatose pro-tect는 iron chelation[J]∙ Free에 의한 산화세포 손상에 대해 급진적인 생물학 & 의학,1997,22:257~268

[10]Beadle J R,Saunders J P,Wajda J et al.J ∙ for 제조 타가토스 [P]∙ 미국 특허, 5002612.1991-03-26

[11]Kim P,Yoon S H,Seo M J 외 ∙ thermostable galactose isomerase(J) ∙ Biotechnol Appl Biochem의 유전적 진화에 의한 타가토스 전환율 향상,2001,34:99~102

[12]Roh H J,Kim P,Park Y C et al ∙Bioconversion of d-galac-tose into D-tagatose by  표현 of   L-arabinose  isomerase ∙ Biotechnol Appl Biochem,2000,31:1~4

[13]Kim B C,Lee Y H,Lee H S 외 3명 ∙Cloning,expression and L-arabinose의 특성 isomerase  Thermotoga에서 나폴리타나:이를 이용한 d-갈락토스의 d-타가토스로의 생물전환 효소는 [J]∙ FEMS 미생물학 편지,2002,212:121~126

[14]Ibrahim,Spradlin J E ∙ Process for manufacturing D-tagatose ∙ 미국 특허,6057135.2000-05-02

[15] 스토어였 M,Rollini M,Bergomi S ∙ 아세트산균에 의한 d-갈락티톨의 타가토스로의 생물변환 (J) ∙ 공정바이오-화학,2001,36:971~977