Biotechnologiczna Produkcja Tagatozy: Nowa Perspektywa dla Słodzików Niskokalorycznych

Naukowcy osiągnęli znaczący postęp w inżynierii metabolicznej, modyfikując genetycznie bakterie Escherichia coli w celu efektywnej produkcji tagatozy, rzadkiego cukru stanowiącego substytut sacharozy. Ta nowa ścieżka biotechnologiczna wykorzystuje łatwo dostępną i tanią glukozę jako substrat, co ma kluczowe znaczenie dla przezwyciężenia barier komercjalizacyjnych, które historycznie ograniczały szersze zastosowanie tego funkcjonalnego słodzika. Osiągnięte w tym procesie wydajności konwersji sięgają 95%, co stanowi istotny przełom w ekonomice produkcji tego typu związków chemicznych.

Tagatoza, ketoheksoza będąca epimerem D-fruktozy, wykazuje słodycz zbliżoną do cukru stołowego, osiągając około 92% jego poziomu, lecz dostarcza jedynie około 37,5% wartości kalorycznej sacharozy, co przekłada się na około 150 kcal na 100 gramów w porównaniu do 400 kcal dla cukru. Z perspektywy zdrowia publicznego, substancja ta charakteryzuje się bardzo niskim indeksem glikemicznym, wynoszącym zaledwie 7,5, co minimalizuje gwałtowne skoki poziomu glukozy we krwi. W Polsce, gdzie cukrzyca typu 2 dotyka około 2 milionów osób, czyni to tagatozę pożądanym składnikiem dietetycznym.

Proces bioinżynieryjny aktywowany w E. coli wykorzystuje szlak metaboliczny obejmujący fosforylację, epimeryzację i defosforylację. Kluczową rolę odgrywają enzymy GatZ i KbaZ, wykazujące aktywność C4 epimerazy, które przekształcają D-fruktozo-6-fosforan w D-tagatozo-6-fosforan. Badania laboratoryjne wykazały, że zastosowanie głodzenia węglowego pozwala na usunięcie produktów ubocznych, optymalizując miano końcowe do 7,3 g L–1. Ta metoda biosyntheticza, w przeciwieństwie do droższych metod enzymatycznych z D-galaktozy, obniża koszty, które były główną przeszkodą we wdrażaniu tagatozy; firma Bonumose planowała rozpoczęcie produkcji tą metodą w 2022 roku.

Poza właściwościami słodzącymi i niską kalorycznością, tagatoza posiada walory funkcjonalne i prozdrowotne atrakcyjne dla przemysłu spożywczego, farmaceutycznego i kosmetycznego. Większość tagatozy nie jest metabolizowana w jelicie cienkim, przechodząc do jelita grubego, gdzie działa jako prebiotyk, stymulując wzrost pożytecznych bakterii jelitowych. Ponadto, w przeciwieństwie do wielu innych sacharydów, tagatoza nie sprzyja rozwojowi próchnicy, ponieważ nie jest fermentowana przez bakterie jamy ustnej, co uzasadnia jej stosowanie w produktach higieny jamy ustnej. Stabilność termiczna pozwala na jej wykorzystanie w procesach pieczenia i gotowania, a jej zdolność do synergistycznego wzmacniania słodyczy syntetycznych słodzików, takich jak acesulfam K czy aspartam, czyni ją wszechstronnym dodatkiem.

D-tagatoza została dopuszczona do obrotu w Unii Europejskiej w czerwcu 2005 roku i posiada status GRAS (Generally Recognized as Safe) przyznany przez amerykańską Agencję Żywności i Leków (FDA). Kontekst rynkowy dla słodzików jest obecnie dynamiczny, zwłaszcza w Polsce, gdzie ceny hurtowe tradycyjnego cukru spadają poniżej kosztów produkcji, wynoszących około 2,52 zł za kilogram. Ten spadek cen stwarza warunki dla innowacyjnych, tańszych zamienników, takich jak tagatoza produkowana metodą biotechnologiczną, aby zyskać udział w rynku, który w 2029 roku ma osiągnąć wartość 29,9 miliarda USD. Wzrost zainteresowania zdrową żywnością i regulacje dotyczące zawartości cukru w produktach spożywczych napędzają poszukiwania wydajnych i bezpiecznych alternatyw dla sacharozy.