کمک یک باکتری به فرآوری قند و شکر مناسب برای دیابتی ها

عاشق وب: پژوهشگران دانشگاه تافتس(Tufts) با کمک گرفتن از یک باکتری موفق به ساخت قند و شکری شده اند که ضمن دارا بودن چندین مزیت، کم کالری و برای افراد مبتلا به دیابت مفید می باشد.
به گزارش عاشق وب به نقل از ایسنا و به نقل از فیز، تصور کنید که قندی فقط ۳۸ درصد کالری نسبت به قند سنتی دارد، این قند برای افراد دیابتی بی خطر است و موجب ایجاد مشکل نمی گردد. این در حالیست که این قند یک شیرین کننده مصنوعی نیست، بلکه یک قند واقعی است که در طبیعت یافت می شود و طعم آن با قند طبیعی تفاوتی ندارد.
پژوهشگران دانشگاه “تافتس” آمریکا موفق به تولید این قند موسوم به “تگاتوز”(tagatose) شده اند. طبق گفته پژوهشگران، سازمان بهداشت جهانی و سازمان غذا و داروی آمریکا آنرا بعنوان یک افزودنی غذایی تأیید کرده اند و تابحال هیچ گزارشی در مورد مشکلاتی مانند آنچه که خیلی از جایگزین های قند به وجود می آورند همچون طعم فلز مانند یا ارتباط با مبتلاشدن به سرطان گزارش نشده است و گواهی این قند با عنوان “به طور کلی بی خطر” صادر گردیده است.
حالا سوال پیش می آید که چرا از این قند به شکل گسترده در صنایع غذایی استفاده نمی شود؟ پاسخ در هزینه تولید آن است. “تگاتوز” فراوانی ندارد و استخراج آن از منابعی مانند میوه ها و لبنیات دشوار است. پروسه تولید این قند شامل تبدیل گالاکتوز به تگاتوز بسیار ناکارآمد است و بازدهی تنها ۳۰ درصدی دارد.
اما پژوهشگران در دانشگاه “تافتس” روندی را توسعه داده اند که ممکنست پتانسیل تولید تجاری این قند کم کالری و کم گلوکز را فراهم آورد.
“نیخیل نیر” استادیار دانشگاه تافتس و همکارش “جوزف بوبر” که هر دو از دانشکده مهندسی هستند، روشی نوآورانه را برای تولید قند تگاتوز با استفاده از باکتری ها بعنوان زیست راکتورهای کوچک که موجب محاصره آنزیم ها و واکنش دهنده ها می شوند، ابداع نموده اند.
آنها با استفاده از این رویکرد، به بازدهی ۸۵ درصدی رسیده اند. بااینکه مراحل مختلفی از آزمایشگاه تا تولید تجاری وجود دارد، اما این میزان بازدهی می تواند به تولید در مقیاس بزرگ و رسیدن این محصول به قفسه های سوپر مارکت ها منجر شود.
آنزیم مورد نظر برای تهیه تگاتوز از گالاکتوز، “ال-آرابینوز ایزومراز”(L-arabinose isomerase) یا “LAI” نام دارد. در صورتیکه گالاکتوز هدف اصلی این آنزیم نیست، بدین سبب نرخ تبدیل و بازده واکنش با گالاکتوز کم است.
این آنزیم به خودی خود در یک محلول خیلی پایدار نیست و پیش از اینکه تجزیه شود، واکنش فقط می تواند حدود ۳۹ درصد از قند را در دمای ۳۷ درجه سانتیگراد به تگاتوز تبدیل کند.
نیر و بوبر تلاش کردند تا با استفاده از یک باکتری ایمن برای مواد غذایی موسوم به “Lactobacillus plantarum” مقادیر زیادی از آنزیم LAI را فراهم نموده و آنرا در برخورد با دیواره سلولی باکتری ها ایمن و پایدار سازند.
آنها دریافتند که وقتی این باکتری حاضر باشد، آنزیم گالاکتوز را بیشتر به تگاتوز تبدیل می کند و بازدهی را در دمای ۳۷ درجه سانتیگراد به ۴۷ درصد می رساند. اما حالا که آنزیم LAI در سلول تثبیت شد، می تواند بازدهی را تا ۸۳ درصد در دمای بالاتر از ۵۰ درجه سانتیگراد نیز برساند و موجب تولید تگاتوز با سرعت بسیار زیاد شود.
برای تعیین اینکه آیا آنها می توانند واکنش را حتی سریع تر انجام دهند، نیر و بوبر بررسی کردند که چه چیزی ممکنست هنوز این واکنش را محدود کند. آنها شواهدی یافتند که انتقال ماده اولیه(گالاکتوز) به سلول یک عامل محدود کننده است. آنها برای حل این مشکل، باکتری ها را در معرض غلظت بسیار کمی از مواد پاک کننده قرار دادند، به اندازه ای که دیوارهای سلولی آنها کمی نشت کند.
بدین ترتیب گالاکتوز قادر به ورود به سلول ها و آزاد شدن تگاتوز از آنها بود و به آنزیم اجازه می دهد تا با سرعت بیشتری گالاکتوز را به تگاتوز تبدیل کند و بازدهی را به ۸۵ درصد در دمای ۵۰ درجه سانتیگراد برساند.
نیر اظهار داشت: شما نمی توانید ترمودینامیک را شکست دهید، اما می توانید با راهکارهای مهندسی محدودیت های آنرا دور بزنید. مانند این واقعیت که آب بطور طبیعی از ارتفاع پایین به ارتفاعات بالاتر نخواهد رسید، برای اینکه ترمودینامیک اجازه این کار را نمی دهد. با وجود این، شما می توانید این نقص را با استفاده از یک پمپ آب برطرف کنید.
وی ادامه داد: محاصره کردن آنزیم برای پایدار شدن، اجرای واکنش در دمای بالاتر و تغذیه مواد اولیه بیشتر بوسیله غشای نشتی سلول، همگی حکم پمپ آب را دارند که برای به جلو بردن واکنش مورد استفاده قرار می گیرند.
بااینکه کار بیشتری برای تعیین اینکه آیا این پروسه را می توان در برنامه های کاربردی تجاری عملی کرد، لازم است، اما این پتانسیل را دارد که بازده را بهبود ببخشد و تأثیری در بازار شیرین کننده ها داشته باشد. بازاری که بر اساس گزارش ها، در سال ۲۰۱۸ حدود ۷.۲ میلیارد دلار ارزش داشته است.
نیر و بوبر همین طور خاطرنشان کردند که خیلی از آنزیم های دیگر نیز وجود دارند که می توان در استفاده از باکتری ها بعنوان راکتورهای شیمیایی کوچک از آنها بهره مند شد و موجب افزایش پایداری آنزیم برای واکنش ها در درجه حرارت بالا و بهبود نرخ و بازده می شوند.

منبع: عاشق وب