Аналитические обзоры

Открываются новые возможности для массового производства инновационных подсластителей

декабрь 2020 года

Ученые и стартапы разрабатывают новые способы производства редких сахаров, которые могут использоваться в качестве интенсивных подсластителей, например, тагатозы – натурального низкокалорийного сахара, одобренного EFSA как ингредиент, несущий пользу для здоровья. В настоящее время процесс получения тагатозы весьма дорог, поэтому массовое производство этого заменителя сахара не развивается.

Производство продуктов и напитков со сниженным содержанием сахара остается важным направлением развития мировой пищевой индустрии и, в частности, производства здоровых продуктов, спрос на которые стабильно растет в последние годы. Интерес к замене сахара в продуктах питания и напитках привел к значительному росту применения подсластителей.
Сегодня в пищевой индустрии используется широкий спектр заменителей сахара, в том числе низкокалорийных, которые способны заменить сладость сахарозы, но не привносят в продукт так много калорий. Однако идеальных подсластителей, которые удовлетворяли бы всем требованиям и производителей, и потребителей пока не найдено.
Потребительский интерес к искусственным подсластителям ослабевает, т.к. растет стремление к натуральным продуктам с «чистой этикеткой». Некоторые синтетические подсластители, например аспартам, продолжают отстаивать в глазах общества репутацию «абсолютно безвредного для здоровья вещества», отбиваясь от нападкок некоторых исследователей. При использовании натуральных подсластителей тоже возникают проблемы, например, стевия, наиболее популярный натуральный подсластитель, придает специфический привкус продуктам.
Компании – производители продуктов и напитков при поддержке современной науки продолжают искать все новые вещества, которые могут служить низкокалорийной альтернативой обычному столовому сахару.
FutureBridge, консалтинговая компания, отслеживающая перспективные направления развития различных отраслей промышленности, провела анализ технологических разработок по снижению сахара в продуктах за последние три года. По результатам анализа три подсластителя – тагатоза, стевия и ксилит – определены как перспективные инновационные ингредиенты, которые становятся все более конкурентоспособными по цене.
Эксперты компании Persistence Market Research также уверены в будущем спросе на редкие сахара, в том числе тагатозу. Эксперты компании прогнозируют, что глобальный рынок тагатозы вырастет на 4,7% в период с 2019 по 2027 год.

Тазатоза – натуральный заменитель сахара

Тагатоза является моносахаридом гексозы – невосстанавливающим сахаром, из-за наличия в ней кето-группы. D-тагатоза встречается в природе, хотя и в небольших количествах, в ягодах, фруктах, овощах, какао, молоке и молочных продуктах.
D-тагатоза была обнаружена Гилбертом Левином в 1926 году.
Тагатоза имеет сладость, равную 90% сладости сахарозы, ее калорийность – 1,5 ккал/г (по сравнению с 3,9 ккал/г для сахарозы). При этом важно, что тагатоза – натуральный подсластитель, его специалисты признают безопасным для здоровья человека.
Тагатоза как подсластитель с низким гликемический индексом широко известна уже несколько лет – FDA (Food and Drug Administration / Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США) одобрила ее в 2003 году, а EFSA (European Food Safety Authority / Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов) дало зеленый свет для применения в Европе в 2006 году.
В ЕС тагатоза одобрена в области здравоохранения, т.к. вносит вклад в минерализацию зубов, кроме того, тагатоза имеет низкий гликемический индекс и безопасна для людей, больных диабетом. Тагатоза лишь частично усваивается организмом, при этом в кишечнике она действует как пищевое волокно – оказывает благотворное пребиотическое воздействие на микробиом кишечника.
В дополнение к профилю сладости, похожему на профиль сахарозы, тагатоза имеет некоторые важные функциональные преимущества. Как и сахароза, тагатоза подвергается реакции Майяра при нагревании, что означает, что она производит эффект потемнения, который важен для процессов карамелизации и выпекания.
Также тагатоза может использоваться в качестве увлажнителя, текстуризатора, загустителя и наполняющего агента. Предельная норма содержания тагатозы в напитках составляет 1%.
Традиционно тагатозу получают из лактозы путём ферментативного гидролиза (с помощью плесневого гриба Aspergillus oryzae). После гидролиза образовавшаяся галактоза подвергается изомеризации в щелочной среде (в присутствии гидроксида кальция) – до D-тагатозы. Затем полученную смесь D-тагатозы очищают, нейтрализуют углекислым газом, деиониризуют с помощью ионнообменных смол, перекристаллизуют.
Такой способ получения затратный и трудоемкий, при этом выход целевого продукта (тагатозы) низкий – менее 30% лактозы на выходе преобразуется в тагатозу. Поэтому стоимость тагатозы на рынке достаточно высокая.
Сегодня применение тагатозы ограничено из-за ее высокой стоимости. По данным нидерландской отраслевой консалтинговой компании FutureBridge, тагатоза в настоящее время продается в розницу примерно по 26 долл./кг по сравнению всего с 50 центами за 1 килограмм обычного сахара.

Ферментативная конверсия

В настоящее время некоторые компании разрабатывают технологии, которые смогли бы сделать получение перспективных подсластителей – редких сахаров – менее затратным. Например, Bonumose, американский стартап со штаб-квартирой в Вирджинии, обещает сделать тагатозу более доступной по цене. Компания разработала процесс одновременной ферментативной конверсии, который значительно эффективнее обычно применяемой технологии. На портале Fi Global Insights генеральный директор Bonumose Эд Роджерс так разъясняет эту инновационную технологию: «Мы используем несколько ферментов, которые одновременно с чрезвычайно высоким выходом преобразуют сырье в целевой продукт. Мы начинаем с крахмала, и наша комбинация ферментов работает таким образом, что заключительная стадия реакции необратима. Мы получаем выход продукта около 90%, что чрезвычайно высоко. Материал, с которым мы работаем, также отличается высокой чистотой, поэтому его легко очистить и кристаллизовать».
Данный запатентованный процесс также может быть использован для производства других редких сахаров, например аллулозы и аллозы. Стартап использует недорогое сырье, такое как остаточный крахмал, образующийся при производстве картофеля фри, или крахмал, оставшийся от производства изолята горохового белка.
В данной технологии используется то же самое стандартное оборудование, что и для производства кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы (ГФС) методом ферментации. Это обеспечивает масштабируемость процесса и еще больше снижает производственные затраты.
Когда производится кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы, фермент, используемый для этого, иммобилизуется и закрепляется на носителе, чтобы его можно было применять в непрерывном процессе и не смывать. В новой технологии все шесть используемых ферментов были иммобилизованы. Такой метод был применен впервые в коммерческих масштабах.

Использование генномодифицированных дрожжей

Ферментация с использованием дрожжей – это еще одна технология, с помощью которой можно производить сахара с низким гликемическим индексом в промышленном масштабе.
Исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн с помощью генной инженерии создали штамм дрожжей, который производит тагатозу из лактозы. Описание технологии было опубликовано в журнале Nature Communications.
При получении штамма-продуцента сначала был удален ген, который позволял дрожжам использовать галактозу во время метаболизма лактозы, а затем добавили два гена, которые превращают галактозу в тагатозу. Полученные дрожжи производят раствор, который на 90% состоит из тагатозы.
По данной технологии можно также производить тагатозу из лактозы, содержащейся в кислой сыворотке – побочном продукте производства греческого йогурта и некоторых видов сыра.

Бактериальная инкапсуляция фермента

Учёные Университета Тафтса разработали еще один эффективный способ получения тагатозы. Научная статья с подробным описанием этой работы представлена в журнале Nature Communications.
Исследователи работали с ферментом изомераза L-арабинозы (L-arabinose isomerase, LAI), который в традиционной технологии превращает галактозу в тагатозу. Но вместо того, чтобы использовать его в растворе, где фермент нестабилен, команда применила безопасные для пищевых продуктов бактерии Lactobacillus plantarum. Они производят LAI в больших количествах, при этом бактериальная клеточная стенка обеспечивает стабильность фермента (инкапсулирует его).
В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что использование «бактериальных реакторов» позволяет, во-первых, ускорить производство тагатозы, а во-вторых (что является главным) достигнуть выхода продукта до 47%, если реакция протекает при температуре 37°C, и 83% – при температуре 50°C. При том, что показатели традиционного производства составляли 39% и 16%, соответственно.
На следующем этапе команда обработала бактерии небольшим количеством моющего средства (детергента). Стенки бактериальных клеток стали пропускать внутрь больше галактозы и высвобождать больше тагатозы. В результате выход продукта в реакции при 50°C увеличилась ещё на 2%, да и сам процесс немного ускорился.
Таким образом, ученые показали, что основные факторы, на которые в будущем должно опираться производство галактозы данным способом, – это бактериальная инкапсуляция фермента для обеспечения его стабильности, проведение реакции при сравнительно высокой температуре и подача большего количества исходного материала через «протекающие» клеточные мембраны.
Следующий этап работы – адаптация описанного процесса получения тагатозы для коммерческого производства.

Сахар или пищевое волокно?

В будущем применение тагатозы в пищевых технологиях может также дать производителям некоторые преимущества в отношении маркировки пищевых продуктов.
Компания Bonumose подала гражданскую петицию в Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) с просьбой, освободить продукт, содержащий тагатозу, от декларации этого факта на упаковке продукта. В петиции говорится, что тагатоза – это углевод, который соответствует определению пищевого волокна, и информация на упаковке должна это отражать.
По мнению специалистов Bonumose, нынешнее определение пищевого волокна, которое дает FDA, неправильно классифицирует D-тагатозу. Этот редкий, неперевариваемый моносахарид имеет ряд свойств, положительно влияющих на здоровье. Следовательно, сегодняшняя маркировка продуктов, содержащих D-тагатозу, в настоящее время не может предоставить потребителям точную информацию об их питательных свойствах.
«Пересмотр определения пищевых волокон с целью включения в эту группу углеводов, имеющих менее трех мономеров, а также сопутствующие пересмотры определений общих сахаров и добавленных сахаров, чтобы избежать избыточной классификации, приведет к более точной информации», – говорится в петиции.
FDA еще не дало ответа, но в прошлом году оно принялао решение, что аллулоза может быть исключена из количества общего и добавленного сахара, указанного на этикетке продукта, при использовании в качестве ингредиента на том основании, что она не метаболизируется человеческим организмом таким же образом, как сахароза.
Это был первый случай, когда FDA разрешило не включать ингредиент в общие или добавленные сахара, указанные на этикетке.

Поделиться с друзьями:
Постоянный адрес этой страницы


© 2021 Портал «Бизнес пищевых ингредиентов online» Контакты