Из чего и каким способом делают подсластитель аллюлозу

Аллюлоза — подсластитель, относящийся к редким сахарам. Имеет чистый сладкий вкус без послевкусия и представляет собой изомер фруктозы — фруктового сахара. Формула у этих веществ одинакова — C6H12O6, но структура молекул различается, что влияет на их усвоение организмом.

Аллюлоза гораздо менее калорийна, чем фруктоза, и имеет нулевой гликемический индекс. Это значит, что она не повышает уровень сахара в крови и не способствует увеличению веса. Такие свойства сделали этот редкий сахар популярной заменой традиционных сладостей. Но многих интересует, из чего производят этот подсластитель и насколько он натурален.

 Почему аллюлозу не получают напрямую из природного сырья

Аллюлозу не зря называют редким сахаром. Хотя она присутствует в некоторых овощах и фруктах, ее содержание там крайне мало. Поэтому просто извлечь и использовать аллюлозу невозможно. Это отличает ее, например, от стевиолгликозидов, которые содержатся в сладкой траве Stevia rebaudiana в достаточном количестве для извлечения и применения после очистки.

Чтобы получить аллюлозу, придется изрядно потрудиться. Для этого применяют сложные технологии, о которых мы расскажем ниже.

Получение подсластителя аллюлозы методом ферментативной конверсии

Это достаточно сложный метод, при котором вначале получают фруктозу из разного сырья:

• Из декстрина. Модифицированного крахмала, который предварительно разжижают и превращают в глюкозу. Затем с помощью ферментов глюкозоизомеразы, D-кетозо-3-эпимеразы и других веществ-эпимераз фруктовый сахар преобразуют во фруктозу.
• Из сахарного тростника или свеклы. Сначала получают сахар, затем его молекулы, состоящие из глюкозы и фруктозы, разделяют на эти два компонента. Образовавшуюся глюкозу, как и в первом случае, преобразуют во фруктозу и смешивают с фруктовым сахаром, оставшимся после разделения.
• Из инулина. Так называют пищевые волокна, находящиеся в корневищах цикория или артишока. Инулин представляет собой полимер, состоящий из многочисленных молекул фруктозы, которые разделяют и превращают в аллюлозу. Метод используется редко из-за высокой стоимости и малого количества имеющегося сырья.

Затем фруктозу превращают в аллюлозу. Для этого используются ферменты, которые при высокой температуре видоизменяют молекулы фруктозы, делая из нее подсластитель.

Технологический процесс проходи происходит следующим образом:

• В биореакторе (ферментере) находятся микроорганизмы, образующие нужные ферменты. В основном для этого используются дрожжи, но могут применяться и различные генно-модифицированные бактерии: кишечная, сенная палочка, коринебактерии, в которые «подсажены» гены агробактерий, руминококков, десмофор, родопиренулл, способных активно вырабатывать нужные ферменты. Микроорганизмы «подкармливают», обеспечивают подходящие условия и оптимальную кислотность. Они в ответ вырабатывают нужные ферменты и этанол, который нужен на следующих стадиях производства сахарозаменителя.
• Ферменты, выделяемые бактериями, поступают в следующие два реактора. В одном при температуре 27 °C сахар превращается во фруктозу, а в другом при температуре 50-60 °C фруктоза преобразуется в аллюлозу. Сырьем служит сироп сахарной свеклы, тростника или сорго.
• В массу добавляют этанол, полученный на более раннем этапе с помощью бактерий. Это вещество «собирает» аллюлозу и способствует образованию кристаллов сахарозаменителя. Субстанцию фильтруют, полученный кристаллический подсластитель несколько раз очищают и сушат.

Хотя молекулы фруктозы и аллюлозы очень схожи, превратить один углевод в другой достаточно сложно. Производственный процесс затратен, чувствителен к температурным условиям, дает невысокий выход продукта, не превышающий 50%. Использовать в качестве сырья дорогой сироп нерентабельно. Чистота получившегося сахарозаменителя оставляет желать лучшего. 

Готовый продукт приходится несколько раз очищать, перекристаллизовывать, обесцвечивать активированным углем. Только тогда получатся белые кристаллы с чистым сладким вкусом. Оставшиеся непрореагировавшие сахара нужно утилизировать. Сейчас разрабатываются методы их дополнительного преобразования в аллюлозу, но пока нет рабочих методик.

Получение аллюлозы методом микробной ферментации

Новый метод, разработанный в 2023 году учеными из Калифорнийского университета, упростил задачу. Стало возможным получать аллулозу напрямую из различного сырья: глюкозы, ксилозы, сахара, крахмала, патоки, клубней топинамбура, даже из побочных продуктов целлюлозной продукции и сельскохозяйственных отходов. В настоящее время во многих странах активно ищут заменители аспартама, поэтому такое открытие оказалось чрезвычайно своевременным.

Сырье с помощью гидролиза — взаимодействия с водой — разделяют на более мелкие молекулы. Полученную массу используют в качестве субстрата, который помещают в биореактор. В эту питательную среду вносят генно-модифицированные бактерии, способные выделять разнообразные ферменты. Для этой цели были опробованы различные микроорганизмы, но лучший результат дала ГМО кишечная палочка. Этот микроорганизм активнее других образовывал аллюлозу. Применяют и микробов: псевдомонады, кабалеронии, клубеньковые бактерии люцерны. Они сами выделяют нужные ферменты, превращающие сырье в аллюлозу.

Все процессы происходят в одном резервуаре. Достаточно поддерживать нужную температуру, «кормить» микроорганизмы и подготавливать субстрат, чтобы микробам было что перерабатывать.

Бактерии вырабатывают аллюлозу, которую выделяют во внешнюю среду или хранят в своей клетке, и, когда ее накопится достаточное количество, из жидкой субстанции выделяют подсластитель.

Готовое вещество очищают центрифугированием, фильтрацией, пропусканием через ионообменные смолы и другими способами. В отличие от более сложного метода ферментной конверсии выход продукта превышает 60%, а его чистота — 95%. При этом генномодифицированные микробы, перерабатывающие сырье в аллюлозу, не попадают в готовый продукт, поэтому наличие ГМО в составе на упаковке указывать не нужно.

Этот метод не новый. Таким способом получают многие другие сахарозаменители. Например, стевиолгликозиды, которые в некоторых странах делают не из травы Stevia rebaudiana, а из разнообразного органического сырья. Единственный минус метода – необходимость многоступенчатого отделения и очистки продукции.

Поэтому ученые разрабатывают более эффективные методы очистки и выводят микроорганизмы, вырабатывающие максимум аллюлозы с минимумом примесей.

Химический метод получения аллюлозы

В этом случае аллюлозу получают из фруктозы или сахара химическим путем без участия бактерий. Это достаточно сложные методы, среди которых распространены два:

• Получение из глюкозы в условиях высокотемпературной реакции с применением соединений молибдена – молибдатов.
• Получение из фруктозы путем нагревания в смешанной системе спирта и триэтиламина с многоступенчатыми реакциями. Молекулы при этом перестраиваются и искусственно превращаются в аллюлозу.

Химический способ обеспечивает высокую чистоту продукта при точном контроле условий реакции. Теоретически метод можно адаптировать для массового производства, но на практике это маловероятно из-за проблем с технологией:

• Затратности. Такой способ требует применения дорогих химических компонентов, делающих производство нерентабельным.
• Образования нежелательных побочных продуктов. В ходе химических превращений образуются токсичные вещества, от которых нужно тщательно очищать подсластитель. Это значительно усложняет производство и увеличивает себестоимость готового продукта.
• Экологического вреда. Методика сопровождается образованием большого количества вредных отходов, которые нужно утилизировать.
• Требовательность к условиям применения. Необходимо постоянно контролировать нужный уровень температуры и кислотности. Иначе выход подсластителя будет небольшим, готовое вещество получится грязным, с большим количеством примесей.

Были предприняты попытки разработать более дешевые и безопасные химические методы получения аллюлозы, но после появления технологий биосинтеза проводимые научные изыскания практически прекращены. Химия не выдерживает конкуренции с ГМО-микроорганизмами. 

Купить подсластитель аллюлозу, изготовленный химическим путем, в магазине или на маркетплейсе невозможно. Он продается только на специализированных ресурсах для узких узконаправленных научных исследований.

Гибридные методы получения сахарозаменителя аллюлозы

Гибридные методы значительно повышают эффективность аллюлозы. Они позволяют превращать в популярный сахарозаменитель практически любое углеводистое сырье в ходе одного биохимического процесса.

Ферменты, такие как D-псикоза 3-эпимераза, полученные с помощью бактерий, закрепляют на твердых носителях. Эти вещества преобразуют один углевод в другой, как при химическом методе, но не образуют токсичных соединений. Разработаны многоферментные системы ферментов, работающих последовательно. Они обеспечивают высокую скорость производства и снижают образование побочных продуктов.

Закрепление ферментов делает их более стабильными и пригодными для многократного использования. Химическая обработка улучшает чистоту продукта, упрощает его отделение от реакционной смеси и дальнейшую очистку. В результате получают сахарозаменитель с 95-98% содержанием аллюлозы.

Методики получения сахарозаменителя постоянно развиваются. Улучшается и конструкция самих биореакторов. Внедряются новые модели таких устройств, позволяющие безостановочно загружать ферменты и извлекать готовую аллюлозу. Это особенно важно для крупномасштабного производства низкокалорийного подсластителя.

В производстве сахарозаменителя задействуется даже искусственный интеллект. Он отслеживает и контролирует параметры производства в режиме реального времени и обеспечивает стабильное качество продукции.

Ответить на вопрос, из чего делают аллюлозу, просто. Сырьем для этого сахарозаменителя служит различное углеводистое сырье, в основном пищевое. Но создать некалорийный продукт с низким гликемическим индексом и приятным вкусом непросто. Для этого применяют разные методы, включая использование генно-модифицированных микроорганизмов и не всегда безопасных химических веществ. Несмотря на это, готовый продукт не токсичен и безопасен при употреблении в допустимых концентрациях — 0,5–0,6 г на килограмм массы тела в сутки.

Аллюлозу можно употреблять даже во время беременности, подслащивать ей блюда для детей и использовать при кето-диете. Предполагается, что в скором времени этот подсластитель и экстракт стевии повсеместно заменят старые токсичные подсластители.