Skalierbare Produktionstechnik für kalorienarmen Zuckerersatz
Wissenschaftler der University of California, Davis, haben in Zusammenarbeit mit dem Mars Advanced Research Institute einen bedeutenden Durchbruch bei der Herstellung von kalorienarmen Zuckeraustauschstoffen wie Allulose bekannt gegeben. Diese Entdeckung könnte dazu beitragen, eines der Haupthindernisse für die breite Einführung dieser Alternativen zu beseitigen: die Produktionskosten.
Professor Shota Atsumi, Fachbereich Chemie der UC Davis, leitete ein Team, das einen neuen Weg gefunden hat, Mikroben zur Herstellung von Allulose, einem potenziellen Ersatz für Haushaltszucker, zu bewegen. Die Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit dem Mars Advanced Research Institute durchgeführt.
UC Davis
Allulose, auch bekannt als D-Picose, ist ein natürlich vorkommender seltener Zucker, der eine brauchbare Alternative zu Saccharose (Haushaltszucker) darstellt. Er hat einen ähnlichen Geschmack, eine ähnliche Textur und eine ähnliche Funktionalität, was ihn zu einer attraktiven Option für diejenigen macht, die ihren Zuckerkonsum reduzieren wollen. Durch die Aktivierung eines natürlichen Prozesses in einem Mikroorganismus haben Forscher eine Methode entwickelt, um durch präzise Fermentation eine hohe Ausbeute und hohe Reinheit zu erzielen. Dieser Fortschritt hat das Potenzial, die Erschwinglichkeit und Zugänglichkeit dieser Produkte erheblich zu verbessern.
Allulose bietet fast 70 % des Aromas und des süßen Geschmacks von Saccharose, wird aber auf dem Weg durch den Körper nur minimal verstoffwechselt. Durch die Verwendung von Allulose in Lebensmitteln kann die Kalorienzufuhr durch Zucker reduziert und gleichzeitig das Verlangen nach süßen Aromen befriedigt werden. Darüber hinaus hat Allulose eine nicht wahrnehmbare Wirkung auf den Blutzucker- und Insulinspiegel.
"Allulose ist eine großartige Alternative zu Zucker, aber wir hatten bisher keine kosteneffiziente Möglichkeit, sie herzustellen", sagte Shota Atsumi, Professor für Chemie an der UC Davis und korrespondierender Autor der am 14. Oktober im npj Science of Food veröffentlichten Arbeit. "Unsere neue Methode ist effizient, wirtschaftlich machbar und könnte für die kommerzielle Produktion aufgestockt werden.
Der neue Ansatz hat eine theoretische Ausbeute von mehr als 99 % bei hoher Reinheit und erfordert daher nur eine minimale Verarbeitung, um das gewünschte Produkt zu isolieren. Die derzeitigen Verfahren zur Herstellung von Allulose sind in der Regel auf eine wesentlich geringere Ausbeute und Reinheit beschränkt und erfordern teure Trennverfahren zur Isolierung von Allulose aus dem Ausgangsmaterial Glucose und Fructose.
Neuausrichtung des bestehenden Prozesses
Atsumi, Doktorand Jayce Taylor, Professor Justin Siegel und eine Reihe von Mitarbeitern des Fachbereichs Chemie und des Mars Advanced Research Institute suchten nach einer effizienteren Methode zur Herstellung von Allulose. Sie fanden einen industriellen Mikroorganismus, der über die Enzyme zur Herstellung von Allulose verfügt - er nutzt sie nur nicht auf diese Weise. Es gelang ihnen, den Stoffwechsel des Organismus so zu verändern, dass die Zellen Glukose in Allulose umwandeln konnten. Die Zellen verbrauchen die gesamte Glukose, die ihnen zugeführt wird, und wandeln sie in Allulose um, und zwar in einer bemerkenswerten Konzentration, mit einer Ausbeute von über 60 % und einer Reinheit von über 95 %, was die bisherigen Produktionsmethoden übertrifft.
"Sobald der Fluss umgelenkt wurde, stellte sich heraus, dass die Zellen alles haben, was sie dazu brauchen; sie mussten nur eingeschaltet und unerwünschte Pfade ausgeschaltet werden", sagte Atsumi.
Die UC Davis hat für das Verfahren und die modifizierten Organismen Patentanträge gestellt. Die Forscher arbeiten mit einem kommerziellen Partner zusammen, um die Skalierung des Prozesses zu diskutieren.
Weitere Koautoren sind Dileep Sai Kumar Palur, Angela Zhang, Jake Gonzales, Augustine Arredondo, Timothy Coulther, Amiruddin Bin Johan Lechner, Elys Rodriguez und Oliver Fiehn von der UC Davis sowie John Didzbalis von Mars Incorporated, McLean, Virginia.
Die Arbeiten und Forschungsarbeiten der UC Davis wurden von Mars Incorporated unterstützt und finanziert.
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Originalveröffentlichung
Jayce E. Taylor, Dileep Sai Kumar Palur, Angela Zhang, Jake N. Gonzales, Augustine Arredondo, Timothy A. Coulther, Amiruddin Bin Johan Lechner, Elys P. Rodriguez, Oliver Fiehn, John Didzbalis, Justin B. Siegel, Shota Atsumi; "Awakening the natural capability of psicose production in Escherichia coli"; npj Science of Food, Volume 7, 2023-10-14
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