ajută

Acțiune

Imaginați-vă un zahăr care conține doar 38% din caloriile zahărului tradițional de masă, este sigur pentru diabetici și nu va provoca cavități. Acum adăugați că acest îndulcitor de vis nu este un înlocuitor artificial, ci un adevărat zahăr găsit în natură și are un gust de zahăr. Probabil că ai vrea să o folosești în următoarea ta ceașcă de cafea, corect?

Acest zahăr se numește tagatoză. FDA l-a aprobat ca aditiv alimentar și până în prezent nu au existat rapoarte cu privire la problemele pe care le au mulți înlocuitori ai zahărului - cum ar fi gustul metalic sau, mai rău, legăturile cu cancerul - potrivit cercetătorilor și FAO/OMS, care a certificat zahărul ca „în general considerat sigur”.

Deci, de ce nu este în toate deserturile tale preferate? Răspunsul constă în cheltuiala producerii acestuia. În timp ce derivă din fructe și produse lactate, tagatoza nu este abundentă și este dificil de extras din acele surse. Procesul de fabricație implică o conversie de la galactoză mai ușor de obținut la tagatoză și este extrem de ineficient, cu randamente care pot ajunge la doar 30%.

Dar cercetătorii de la Universitatea Tufts au dezvoltat un proces care poate debloca potențialul comercial al acestui zahăr cu conținut scăzut de calorii și glicemic scăzut. Într-o publicație recentă în Nature Communications, asistentul profesor Nikhil Nair și colegul postdoctoral Josef Bober, ambii de la Școala de Inginerie, au venit cu un mod inovator de a produce zahărul folosind bacteriile ca niște bioreactoare minuscule care încapsulează enzimele și reactanții.

Folosind această abordare, au obținut randamente de până la 85%. Deși există mulți pași de la laborator la producția comercială, randamentele atât de ridicate ar putea duce la producția pe scară largă și la obținerea de tagatoză pe fiecare raft de supermarket.

Enzima aleasă pentru fabricarea tagatozei din galactoză se numește L-arabinoză izomerază (LAI). Cu toate acestea, galactoza nu este ținta principală a enzimei, astfel încât ratele și randamentele reacției cu galactoză sunt mai mici decât optime.

Într-o soluție, enzima în sine nu este foarte stabilă, iar reacția poate împinge înainte până când aproximativ 39% din zahăr este transformat în tagatoză la 37 grade Celsius (aproximativ 99 grade Fahrenheit) și doar până la 16% la 50 de grade Celsius (aproximativ 122 grade Fahrenheit), înainte ca enzima să se degradeze.

Nair și Bober au căutat să depășească fiecare dintre aceste obstacole prin biofabricare, folosind Lactobacillus plantarum - o bacterie sigură pentru alimente - pentru a produce cantități mari de enzimă LAI și a o menține în siguranță și stabilă în limitele peretelui celular bacterian.

Au descoperit că, atunci când este exprimată în L. plantarum, enzima a continuat să transforme galactoza în tagatoză și a împins randamentul la 47% la 37 de grade Celsius. Dar acum, când enzima LAI a fost stabilizată în interiorul celulei, ar putea crește randamentul la 83% la temperatura mai ridicată de 50 grade Celsius, fără a se degrada în mod semnificativ și producea tagatoză la o rată mult mai rapidă.

Pentru a determina dacă ar putea împinge reacția și mai repede, Nair și Bober au examinat ce ar putea încă să o limiteze. Au găsit dovezi că transportul materiei prime, galactoza, în celulă a fost un factor limitativ. Pentru a rezolva această problemă, au tratat bacteriile cu concentrații foarte mici de detergenți - suficient pentru a-și face peretii celulari scurgeri, potrivit cercetătorilor. Galactoza a reușit să pătrundă și să se elibereze tagatoza din celule, permițând enzimei să transforme galactoza în tagatoză într-un ritm mai rapid, eliminând câteva ore din timpul necesar pentru a obține un randament de 85% la 50 de grade Celsius.

„Nu poți învinge termodinamica. Dar, deși este adevărat, îi puteți ocoli limitările prin soluții inginerești ”, a spus Nair, care este autorul corespunzător al studiului. „Aceasta este ca și faptul că apa nu va curge în mod natural de la cota inferioară la cota mai mare, deoarece termodinamica nu o va permite. Cu toate acestea, puteți bate sistemul, de exemplu, folosind un sifon, care trage mai întâi apa înainte de a o lăsa să iasă la celălalt capăt. ”

Incapsularea enzimei pentru stabilitate, desfășurarea reacției la temperatură mai ridicată și alimentarea cu mai mult material de pornire prin membranele celulare scurgeri sunt toate „sifoane” utilizate pentru a trage reacția înainte.

Deși este nevoie de mai multă muncă pentru a determina dacă procesul poate fi extins la aplicații comerciale, biofabricarea are potențialul de a îmbunătăți randamentele și de a avea un impact asupra pieței înlocuitorilor de îndulcitori, care a fost estimată la o valoare de 7,2 miliarde de dolari în 2018, potrivit firmă de cercetare de piață Knowledge Sourcing Intelligence.

Nair și Bober observă, de asemenea, că există multe alte enzime care pot beneficia de utilizarea bacteriilor ca reactoare chimice minuscule care cresc stabilitatea enzimei pentru reacții la temperatură ridicată și îmbunătățesc ratele și randamentele de conversie și sinteză. Pe măsură ce urmăresc explorarea altor aplicații, de la fabricarea ingredientelor alimentare la plastic, vor fi multe pe farfurie.