Eritritol

Eritritol

Bálint Tomasskovics - Katalin Csécsy - András Salgó

rezumat

Eritritolul este un polialcool cuaternar, utilizat ca îndulcitor atât în industria alimentară, cât și în industria farmaceutică. În plus, este un derivat funcțional al zahărului care poate fi utilizat pe baza proprietăților sale nutritive benefice la persoanele cu diabet zaharat sau obezitate. În majoritatea cazurilor, acestea sunt produse prin metode de fermentare folosind drojdii. Datorită randamentului său ridicat și a productivității industriale, eritritolul este un material de pornire ieftin pentru producerea altor zaharuri. În articolul următor, pe lângă proprietățile biochimice nutriționale favorabile ale eritritolului, dorim să oferim și o imagine de ansamblu asupra posibilităților sale de producție.

Abstract

Eritritolul este un poliol cu patru atomi de carbon, folosit de industria alimentară și farmaceutică ca îndulcitor. Mai mult, ca derivat funcțional al zahărului, are proprietăți dietetice speciale care îl fac preferabil pentru persoanele cu diabet zaharat sau obezitate. Eritritolul este produs în principal comercial prin fermentarea drojdiilor. La scara industrială de producție, datorită randamentului și productivității ridicate, eritritolul a devenit un material de pornire ieftin pentru producerea altor zaharuri. În articolul următor am dori să oferim o privire de ansamblu asupra proprietăților benefice și producției de eritritol.

Eritritolul este, de asemenea, un alcool de zahăr natural. Poate fi găsit ca metabolit sau ca un compus de stocare a energiei în alge marine și ciuperci, precum și în multe fructe, cum ar fi de ex. struguri, pepene verde, pere.

Apare adesea în alimente fermentate de ex. bere, vin, băuturi din soia (Yoshida și colab., 1986; Shindou și colab., 1988; Goossens și colab., 1994). Dulceața unei soluții de eritritol 10% greutate/volum, aprox. 60-70% zaharoză. Deoarece bacteriile din gură sunt incapabile să fermenteze, nu provoacă cariile dentare (Goldberg, 1994). 20.000 de tone au fost produse în 2006 și, de atunci, acest număr a crescut doar (Frost și Sullivan, 2007).

Eritritolul (mol. Greutate 122 g/mol) este o moleculă simetrică și, prin urmare, are o singură formă, mezoformă (o moleculă care, deși conține 2 sau mai multe centre de asimetrie, devine optic inactivă sau achirală datorită compensării interne). Formează cristale anhidre și are un efect de îndulcire mediu-puternic fără arome neplăcute sau mirosuri neplăcute. Cristalele sale se topesc la 122 ° C pentru a forma un topit incolor. Proprietățile sale chimice sunt similare cu cele ale altor alcooli de zahăr și, în consecință, în absența unui grup final reducător, este caracterizat de o bună rezistență la căldură și acid. Este diferit de alcoolii din zahăr, doar prin solubilitatea sa scăzută. Comparativ cu alți polioli substitutivi ai zahărului, eritritolul are cea mai mică masă molară și, prin urmare, are proprietăți fizico-chimice unice, cum ar fi de ex. presiune osmotică mai mare și activitate scăzută a apei. Cea mai importantă și specială proprietate care îl deosebește de alți alcooli de zahăr este greutatea și dimensiunea sa moleculară mică (Moon și colab., 2010).

Animal sau studiile clinice la om au arătat, de asemenea, că eritritul poate fi consumat zilnic fără a provoca efecte adverse atunci când este luat în cantități mai mari (Tokuoka și colab., 1992). Astfel, poate fi utilizat în siguranță în cantități utilizate în alimente. Mai mult de 90% din eritritul consumat este excretat nemodificat în urină fără metabolism (Munro și colab., 1998). Cantitatea mică care este absorbită este convertită în reacții reversibile, de ex. prin oxidare la eritruloză sau prin fosforilare și oxidare ulterioară la fosfat de eritruloză. Una dintre cele mai importante proprietăți este că nu dă un răspuns glicemic foarte sau foarte mic în organism, deci nu crește sau crește foarte puțin nivelul zahărului din sânge și al insulinei, motiv pentru care diabeticii îl pot consuma (Goossens și Gonze, 1996).

A fost fabricat și utilizat în scopuri comerciale încă din 1990, ca îndulcitor, intensificator de aromă, hidratant, balsam în alimente și băuturi răcoritoare. În SUA, 1,5% în băuturile răcoritoare reduse sau cu consum redus de energie, până la 60% în umpluturile de prăjituri și până la 60% în prăjituri. poate apărea în până la 50% din bomboanele moi și tari (Moon și colab., 2010). Din punct de vedere digestiv, consumul acestuia provoacă un disconfort ușor tolerabil, minim sau care nu se produce, întrucât cea mai mare parte este deja absorbită în intestinul subțire, doar o cantitate foarte mică intră în colon, deci nu provoacă probleme intestinale ( Livesay, 2001).

La fel ca manitolul, are proprietăți antioxidante. Deoarece una dintre caracteristicile pe termen lung ale diabetului este stresul oxidativ, a fost investigat și efectul său antioxidant. A redus nivelul de glucoză serică cu 15% la șoarecii diabetici (Yokowaza și colab., 2002) și, de asemenea, a redus leziunile vasculare cauzate de hiperglicemie (den Hartog și colab., 2009).

Producerea de eritritol

Din 1960, producția microbiană a făcut obiectul cercetărilor. Datorită cererii în creștere din industria alimentară (până la 20-25 mii tone pe an), producția de eritritol a devenit o problemă din ce în ce mai importantă. Deși poate fi produs chimic din amidon dialdehidic (obținut din porumb oxidat sau amidon de grâu cu cel puțin 90% aldehidă) într-un proces de hidrogenare folosind un catalizator de nichel (Pfeifer și colab. 1960), acest lucru nu este cazul datorită eficienței scăzute a reacției. În cantități mari prin procese de fermentare din glucoză, zaharoză, resp. chimic sau din glucoză obținută din amidon de grâu și porumb hidrolizat enzimatic (Aoki și colab., 1993; Hiele și colab., 1993). Poate fi produs microbial din materii prime folosind drojdii și anumite bacterii (Ishizuka și colab., 1989; Veiga-Da-Cunha și colab., 1992; Ryu și colab., 2000; Seo și colab., 2001).

Unele tulpini de drojdie osmotolerante (de exemplu Zygosaccharomyces, Debaryomyces, Hansenula, Pichia) sunt capabile să crească în medii cu activitate scăzută a apei (concentrație mare de zahăr sau sare sau stres de secetă) în timp ce produc eritritol ca osmotic (printre altele). Eritritolul este defosforilat din eritroza-4-fosfatul produs în timpul ciclului de pentoză fosfat, iar apoi eritritolul se formează din eritroza rezultată de enzima eritroză reductază. Multe specii de drojdie mutante de ex. Torula corallina, Candida magnoliae și Ustilaginomycetes pot produce, de asemenea, eritritol din D-glucoză cu o eficiență de până la mai mult de 40% (Ishizuka și colab., 1989; Kim și colab., 2000). Enzima (eritroza reductază) care efectuează procesul de reducere favorizează NADH față de alte aldozreductaze, care necesită în general NADPH (Lee și colab., 2003).

Sinteza eritritolului în bacterii și drojdii EPDH eritritol-4-fosfat dehidrogenază, PK fosfocetolază, E4PK eritroză-4 fosfat kinază, PTază fosfatază ER eritroză reductază (Moon și colab., 2010)

În cazul bacteriei lactice Leuconostoc oenos, fructoza-6-fosfat format din glucoză-6-fosfat este scindată de enzima fosfocelatază, eritroza rezultată-4-fosfat este redusă la eritritol-4-fosfat și după hidroliză eritroza însăși formează -Cunha și colab., 1993).

Eritritolul este produs de mai multe companii prin metode de fermentare, de ex. Bolak Corporation (Coreea), Cargill Food & Pharm Specialties (SUA), Mitsubishi Chemical Corporation (Japonia). Glucoza, zaharoza sau chimic resp. plecând de la glucoză obținută din grâu hidrolizat enzimatic și amidon de porumb, Torula sp. și Moniliella pollinis. Impuritățile încărcate sunt îndepărtate din bulionul de fermentație prin cromatografie cu schimb de ioni și, după filtrarea cu membrană, poliolul purificat este cristalizat prin evaporare. Puritatea eritritolului cristalin poate fi peste 99,5% (Moon și colab., 2010).

În timpul producției, se poate realiza conversie de până la 45-60%, cu o recuperare de 2-3 g/l pe oră, pornind de la o soluție care conține 40 g/g% glucoză. Producția se desfășoară pe cea mai mare scară în fermentatoare discontinue (100-200 mii l), în plus față de alimentele discontinue și loturile. producția poate avea loc și cu fermentatoare continue (Kasumi și colab., 1998; Sawada și colab., 2009).

În tabelul 1, tulpinile utilizate și sunt afișate valorile de productivitate și de conversie.

Cercetarea și dezvoltarea încearcă să crească randamentele prin selectarea tulpinilor de drojdie cu cele mai mari rate de conversie posibile și prin optimizarea subproceselor de producție (Park și colab., 1998; Oh și colab., 2001; Jeya și colab., 2009). În aceste experimente de optimizare, s-a constatat că, prin creșterea concentrației inițiale de glucoză, randamentul poate fi crescut, dar numai în cazul tulpinilor (de exemplu, mutantul Aureobasidium utilizat și în producția industrială) care au tolerat modificarea presiunii osmotice cauzată de conținutul ridicat de zahăr (Ishizuka și colab., 1989). Astfel, s-a obținut un randament de până la 60% și un conținut final de eritritol de 240 g/l prin fermentație alimentată pe loturi (Jeya și colab., 2009).

Glucoza v., Care este frecvent utilizată ca materie primă pentru producerea eritritolului. Pe lângă fructoză, a fost examinată și utilizarea altor surse de carbon mai ieftine. În cazul drojdiei Yarrowia lipolytica, s-a constatat că este capabilă să crească pe subproduse industriale regenerabile, resp. pentru a produce eritritol. Folosește glicerolul ca produs secundar al producției de biodiesel ca sursă de carbon (Koutinas și colab., 2007; Papanikolaou și colab., 2008). Într-un mediu care conține glicerol (300 g/l), o concentrație de eritritol de 170 g/l ar putea fi atinsă după șapte zile cu o recuperare de 56% (Rymowicz și colab., 2009). Prin adăugarea de vitamine (inozitol și, respectiv, mio-inozitol hexafosfat). ioni metalici (Cu 2+) și inhibitori ai inhibitorilor enzimei eritrozei reductazei (fumarat sau 1,8-dihidroxinaftalen melanină) (triciclazol); 2002).

Bibliografie

Aoki M, Pastore G, Park Y (1993) Transformarea microbiană a zaharozei și glucozei în eritritol. Biotechno Lett 15: 383–388 Hiele M, Ghoos Y, Rutgeerts P, Vantrappen G (1993) Metabolismul eritritolului la om: comparație cu glucoza și lactitolul. Br J Nutr 69: 169–176

Frost și Sullivan (2007) Analiza strategică a pieței eritritolului. În: Frost & Sullivan (eds) Analiza strategică a S.U.A. Piețe de polioli.

Goossens J, Roper H (1994) Eritritol: un nou îndulcitor. ConfectioneryProduction (Regatul Unit) 24: 182–188

Goossens J, Gonze M (1996) Proprietăți nutriționale și aplicații ale eritritolului: o combinație unică? În: Grenby TH (ed.) Progrese în îndulcitori. Blackie A&P, Bodmin, pp. 150–186

Goldberg I (1994) Alimente funcționale: alimente de designer, produse farmaceutice, nutraceutice. Chapman & Hall, New York, NY

den Hartog G, Boots A, Adam-Perrot A, Brouns F, Verkooijen I, Weseler A, Haenen G, Bast A (2009) Eritritolul este un antioxidant dulce. Nutriție. doi: 10.1016/j.nut.2009.05.004

Hee-Jung Moon & Marimuthu Jeya & In-Won Kim & Jung-Kul Lee, Producția biotehnologică de eritritol și aplicațiile sale. Appl Microbiol Biotechnol (2010) 86: 1017-1025 DOI 10.1007/s00253-010-2496-4c

Ishizuka H, Wako K, Kasumi T, Sasaki T (1989) Reproducerea unui mutant de Aureobasidium sp. cu producție mare de eritritol. J Ferment Bioeng 68: 310-314

Kasumi T, Sasaki T, Taki A, Nakayama K, Oda T, Wako K (1998) Dezvoltarea fermentației eritritolului și a aplicațiilor sale. J Appl Glycosci 45: 131–136

Kim KA, Well BS, Lee JK, Kim SY, Park YC, Oh DK (2000) Optimizarea condițiilor de cultură pentru producția de eritritol de către Torula sp. J Microbiol Biotechnol 10: 69-74

Koutinas A, Wang R, Webb C (2007) Bioconversia biochimistă a materiilor prime agricole pentru producția chimică. Biotechnol Biofuels 1: 24–38

Lee JK, Ha SJ, Kim SY, Oh DK (2000) Creșterea producției de eritritol în Torula sp. de Mn2 + și Cu2 +. Biotechnol Lett 22: 983–986