Более ста лет ученые и производители продуктов питания ищут способ воспроизвести вкус сахара, но без его негативных последствий для здоровья. От ранних подсластителей, таких как сахарин в XIX веке, до современных альтернатив вроде стевии, цель оставалась неизменной – найти вещество, которое обеспечит привычную сладость, но не приведет к набору лишнего веса, кариесу и повышенному риску ожирения и диабета.
И, похоже, исследователи как никогда близки к цели. Новое исследование, опубликованное в журнале «Cell Reports Physical Science», описывает прорывной биосинтетический метод производства тагатозы – редкого природного сахара, который почти идентичен по вкусу обычному столовому сахару, но при этом гораздо полезнее. Ученые из Университета Тафтса заявляют, что он может принести даже дополнительную пользу для здоровья.
Тагатоза – это не искусственное вещество. Она встречается в природе, но в крайне малых количествах. Например, ее можно найти в молоке и кисломолочных продуктах, таких как йогурт или кефир, где она образуется при нагревании лактозы. Незначительные следы тагатозы присутствуют и в некоторых фруктах – яблоках, ананасах и апельсинах, однако ее доля обычно не превышает 0,2% от общего содержания сахаров.
Из-за такой редкости тагатозу производят промышленным способом, а не извлекают из натуральных источников. «Существующие процессы производства тагатозы неэффективны и дороги», – объясняет Ник Наир, доцент химической и биологической инженерии в Университете Тафтса.
Чтобы решить эту проблему, команда Наира разработала новую стратегию. Ученые генетически модифицировали бактерию Escherichia coli (кишечную палочку), превратив ее в крошечную «фабрику». «Мы научили бактерии производить тагатозу из общедоступной глюкозы, что гораздо экономичнее нашего предыдущего подхода, основанного на использовании более дорогой галактозы», – говорит Наир.
Ключевым элементом успеха стал новый фермент, обнаруженный у слизевиков. Этот фермент позволяет бактериям сначала преобразовывать глюкозу в галактозу, а затем другой фермент превращает галактозу уже в конечный продукт – тагатозу. Эффективность нового метода поражает – выход готового продукта достигает 95%. Для сравнения, традиционные технологии обеспечивают выход лишь от 40 до 77%. Такой скачок в производительности делает процесс значительно более дешевым и масштабируемым.
По сладости тагатоза почти не уступает обычному сахару (92% от сладости сахарозы), но содержит при этом примерно на 60% меньше калорий. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) признало тагатозу «общепризнанно безопасной», поставив ее в один ряд с такими привычными ингредиентами, как соль, уксус и пищевая сода.
Особую ценность тагатоза представляет для людей с диабетом. Дело в том, что лишь небольшая часть этого сахара всасывается в тонком кишечнике, а основная масса ферментируется бактериями в толстой кишке. В результате тагатоза оказывает минимальное влияние на уровень глюкозы и инсулина в крови, что подтверждено клиническими исследованиями. Кроме того, тагатоза может быть полезна для здоровья зубов. В отличие от сахарозы, она не служит пищей для вызывающих кариес бактерий, а некоторые исследования указывают на ее пробиотические свойства.
Еще одно важное преимущество тагатозы – ее кулинарные свойства. Она является так называемым «объемным подсластителем», то есть может заменить сахар не только по сладости, но и по физическим свойствам, придавая выпечке нужную текстуру и объем. Тагатоза карамелизуется и подрумянивается при нагревании так же, как обычный сахар, а дегустации показывают, что ее вкус и текстура практически неотличимы от оригинала.
«Ключевой инновацией в биосинтезе тагатозы стало обнаружение фермента слизевика и его встраивание в наши производственные бактерии», – подводит итог Наир. По словам ученых, этот подход открывает путь к эффективному производству и других редких сахаров, что в будущем может кардинально изменить рынок подсластителей и пищевую промышленность в целом.
