Одним из самых больших препятствий в поиске здоровой и доступной альтернативы столовому сахару или сахарозе является возможность их производства. Одной из таких альтернатив является аллюлоза, которая примерно на 70% слаще сахарозы, но содержит только 10% калорий. Было доказано, что она даже улучшает уровень сахара в крови и помогает снизить вес у людей с диабетом 2 типа. Однако современные методы производства известны низкой урожайностью и низким качеством, что препятствует его развитию.
Теперь ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе (UCDavis) совершили «крупный прорыв» в производстве аллюлозы, используя метод, который обеспечивает высококачественные урожаи, а также является осуществимым и масштабируемым, что делает его жизнеспособной и более здоровой альтернативой сахару. Этот метод также меняет нынешний способ получения целлюлозы и может быстро способствовать ее коммерческому производству.
«Целлюлоза — отличный заменитель сахара, но у нас пока нет экономически эффективного способа ее производства», — сказал Шота Ацуми, профессор химии Калифорнийского университета в Дэвисе. «Наш новый метод эффективен, экономически выгоден и может быть масштабирован для коммерческого производства».
Аллюлоза (также известная как D-коричневый рисовый сахар) считается редким сахаром, поскольку в следовых количествах она встречается в природе лишь в некоторых растительных продуктах, таких как пшеница, инжир и изюм. После извлечения он имеет текстуру и вкус сахарозы и содержит всего 0,4 калории на грамм по сравнению с 4 калориями на грамм сахарозы. Поскольку это моносахарид, одна молекула сахара, в организме человека он проходит совершенно другой процесс. Примерно 70% всасывается в тонком кишечнике и выводится с мочой в течение 24 часов. Остальное выводится через толстый кишечник в течение примерно 48 часов. Следовательно, аллюлоза не влияет на уровень сахара в крови или уровень инсулина.
В настоящее время ферменты D-тагатозо-3-эпимераза (DTEase) (DTEase) и D-псикозо-3-эпимераза (DPEase) используются для извлечения псикозы и катализа ее превращения из фруктозы, но ограничения этого процесса означают, что выход может достигать максимум 50%, а чистота очень низкая.
Вместо того, чтобы пытаться увеличить производство этих ферментов, ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе обратились к поиску другого способа производства сахара. Они обнаружили этот метод у кишечной бактерии Escherichia coli (E. coli).
Команда, работающая с Марсианским институтом перспективных исследований, отредактировала метаболические процессы микробов так, что, когда клетки получают глюкозу, они превращают ее в психозу. В результате выход сразу достиг 62% (и что немаловажно, чистота превысила 95%).
«Как только поток перенаправляется, вы обнаруживаете, что в клетках есть все, что им нужно; их просто нужно включить, а ненужные пути отключаются», — сказал Ацуми.
По сути, у E. coli естественным образом есть правильный путь для производства ауринозы из глюкозы, и ученые изменили конструкцию, чтобы переключиться на определенный метаболический результат. Этот новый метод не только позволяет производить психозу, он также является устойчивым и экономически эффективным, позволяя масштабировать производство с использованием существующей инфраструктуры и биохимических технологий.
«Технология и инфраструктура цельноклеточного катализа уже развиты в промышленности и могут обеспечить модельный организм E. coli сырьем, которое не конкурирует с коммерческим производством продуктов питания», — отмечают исследователи в статье. «Возможность серийного производства редких сахаров обеспечит низкокалорийную альтернативу сахару ультрапереработанным продуктам, тем самым помогая бороться с растущим уровнем ожирения во всем мире. Увеличение производства редких сахаров также обеспечит устойчивые пестициды для сельскохозяйственной промышленности и простые сахара с медицинской ценностью для фармацевтической промышленности».
А поскольку модифицированные кишечные палочки поглощают всю подаваемую им глюкозу, для повышения чистоты требуется небольшая дополнительная работа, что решает еще одну проблему, связанную с нынешними методами производства.
Исследование было опубликовано в журнале Nature's Science of Food.