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Edulcorante tagatosa, producción por cepa de levadura | University of Illinois at Urbana-Champaign

15 de Abril 2019 – University of Illinois at Urbana-Champaign

Foto de Yong-Su Jin. Los investigadores agregaron genes que dirigen el propio metabolismo de la levadura para producir tagatosa. De izquierda a derecha: Universidad de California, profesor de Berkeley, Jamie Cate, investigador postdoctoral de Illinois Jingjing Liu, y profesor Yong-Su Jin.

La búsqueda para satisfacer el gusto por lo dulce sin agregar más a la cintura tiene una nueva arma en su arsenal: una cepa de levadura que puede metabolizar la lactosa, el azúcar en los productos lácteos, en tagatosa, un edulcorante natural con menos de la mitad de las calorías del azúcar de mesa.

Yong-Su Jin, un profesor de ciencias de la alimentación y nutrición humana de la Universidad de Illinois, dirigió el equipo de investigación que diseñó la cepa de levadura, que produce tagatosa en cantidades mucho mayores que las técnicas de fabricación enzimática tradicionales y podría ayudar a hacer que la tagatosa sea una alternativa rentable a Azúcar o jarabe de maíz alto en fructosa.

Los investigadores publicaron su trabajo en la revista Nature Communications.

«La tagatosa es un edulcorante que muestra sabores y texturas de sacarosa o azúcar de mesa casi idénticos. Sin embargo, la tagatosa tiene muchas menos calorías que la sacarosa, aproximadamente el 40% de la sacarosa», dijo Jin. «Además, no aumenta los niveles de glucosa en la sangre tanto como la sacarosa o la fructosa. El índice glucémico de la tagatosa es 3, que es mucho más bajo que el de la sacarosa, 68, y la fructosa, 24. Como tal, la tagatosa conlleva un riesgo menor para desarrollar diabetes tipo 2 y otras enfermedades causadas por aumentos rápidos y repetidos de glucosa en la sangre «.

A pesar de sus beneficios, la tagatosa tiene un alto costo de fabricación que le ha impedido un uso comercial generalizado, dijo Jin. Aunque está naturalmente presente en frutas y productos lácteos, las concentraciones son demasiado bajas para aislar la tagatosa de manera efectiva. El método de fabricación tradicional implica un proceso enzimático de varios pasos que convierte la galactosa, un componente de la lactosa, en tagatosa.

Desafortunadamente, la reacción de la enzima es tan ineficiente que solo el 30 por ciento de la galactosa se convierte en tagatosa, lo que obliga a los fabricantes a utilizar un proceso costoso para eliminar la tagatosa de la mezcla de galactosa.

El equipo de Jin usó la maquinaria interna de las células de levadura como pequeñas fábricas de tagatosa, como los fabricantes de etanol usan la levadura para producir combustible a partir del maíz. Los investigadores diseñaron una cepa de levadura que produce tagatosa a partir de la lactosa haciendo dos ajustes genéticos. Primero, sacaron un gen que permitía a la levadura usar la galactosa como combustible celular durante el metabolismo de la lactosa. En segundo lugar, agregaron dos genes que convierten la galactosa en tagatosa.

Por lo tanto, cuando la levadura se alimenta con lactosa, su propio metabolismo lo impulsa a producir una solución que es un 90 por ciento de tagatosa, mucho más que el 30 por ciento de rendimiento de la fabricación tradicional. Los reactores de levadura también operan en escalas mucho más grandes que las basadas en enzimas, lo que podría permitir una producción en masa eficiente de tagatosa, dijo Jin.

«Otra ventaja es que nuestro proceso a base de levadura puede utilizar el suero de forma indirecta. El suero es un subproducto inevitable de los procesos de fabricación de queso y yogur griego como materia prima», dijo Jin. «Debido a la reciente popularidad del yogur griego, la eliminación del suero es un problema en la industria láctea. Esperamos que nuestro proceso se pueda utilizar para resolver el problema del exceso de suero. Dado que nuestro enfoque basado en la fermentación de levadura permite una mayor relación de productos y el uso directo de residuos lácteos de bajo costo, esperamos que el costo de producción de tagatosa se pueda reducir significativamente «.

A continuación, los investigadores explorarán el uso de su enfoque basado en la levadura para fabricar otros productos a partir de la lactosa.

«Demostramos que la lactosa puede ser utilizada de manera eficiente y rápida. Con ingeniería metabólica adicional, podemos producir otros productos valiosos de la lactosa en suero de leche, utilizando nuestra cepa de levadura diseñada», dijo Jin.

El Energy Biosciences Institute y el Departamento de Energía de los Estados Unidos apoyaron este trabajo. Jin es miembro del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica en Illinois.

University of Illinois at Urbana-Champaign

  1. Jing-Jing Liu, Guo-Chang Zhang, Suryang Kwak, Eun Joong Oh, Eun Ju Yun, Kulika Chomvong, Jamie H. D. Cate, Yong-Su Jin. Overcoming the thermodynamic equilibrium of an isomerization reaction through oxidoreductive reactions for biotransformationNature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-09288-6

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