محققان دانشگاه تافتس(Tufts) با کمک گرفتن از یک باکتری موفق به ساخت قند و شکری شده‌اند که ضمن دارا بودن چندین مزیت، کم کالری و برای افراد مبتلا به دیابت مفید است.
به گزارش آردی نیوز و به نقل از فیز، تصور کنید که قندی فقط ۳۸ درصد کالری نسبت به قند سنتی دارد، این قند برای افراد دیابتی بی‌خطر است و باعث ایجاد مشکل نمی‌شود. این در حالی است که این قند یک شیرین کننده مصنوعی نیست، بلکه یک قند واقعی است که در طبیعت یافت می‌شود و طعم آن با قند طبیعی تفاوتی ندارد.
محققان دانشگاه “تافتس” آمریکا موفق به تولید این قند موسوم به “تگاتوز”(tagatose) شده‌اند. طبق گفته محققان، سازمان بهداشت جهانی و سازمان غذا و داروی آمریکا آن را به عنوان یک افزودنی غذایی تأیید کرده‌اند و تاکنون هیچ گزارشی در مورد مشکلاتی مانند آنچه که بسیاری از جایگزین‌های قند به وجود می‌آورند از جمله طعم فلز مانند یا ارتباط با ابتلا به سرطان گزارش نشده است و گواهی این قند با عنوان “به طور کلی بی‌خطر” صادر شده است.
اکنون سوال پیش می‌آید که چرا از این قند به صورت گسترده در صنایع غذایی استفاده نمی‌شود؟ پاسخ در هزینه تولید آن است. “تگاتوز” فراوانی ندارد و استخراج آن از منابعی مانند میوه‌ها و لبنیات دشوار است. فرآیند تولید این قند شامل تبدیل گالاکتوز به تگاتوز بسیار ناکارآمد است و بازدهی تنها ۳۰ درصدی دارد.
اما محققان در دانشگاه “تافتس” روندی را توسعه داده‌اند که ممکن است پتانسیل تولید تجاری این قند کم کالری و کم گلوکز را فراهم کند.
“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 باکتری‌ها به عنوان زیست‌راکتورهای کوچک که باعث محاصره آنزیم‌ها و واکنش دهنده‌ها می‌شوند، ابداع کرده‌اند.
آنها با استفاده از این رویکرد، به بازدهی ۸۵ درصدی رسیده‌اند. اگرچه مراحل مختلفی از آزمایشگاه تا تولید تجاری وجود دارد، اما این میزان بازدهی می‌تواند به تولید در مقیاس بزرگ و رسیدن این محصول به قفسه‌های سوپر مارکت‌ها منجر شود.
آنزیم مورد نظر برای تهیه تگاتوز از گالاکتوز، “ال-آرابینوز ایزومراز”(L-arabinose isomerase) یا “LAI” نام دارد. در حالی که گالاکتوز هدف اصلی این آنزیم نیست، بنابراین نرخ تبدیل و بازده واکنش با گالاکتوز کم است.
این آنزیم به خودی خود در یک محلول خیلی پایدار نیست و قبل از اینکه تجزیه شود، واکنش فقط می‌تواند 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 کرده و آن را در برخورد با دیواره سلولی باکتری‌ها ایمن و پایدار سازند.
آنها دریافتند که وقتی این باکتری حاضر باشد، آنزیم گالاکتوز را بیشتر به تگاتوز تبدیل می‌کند و بازدهی را در دمای ۳۷ درجه سانتیگراد به ۴۷ درصد می‌رساند. اما اکنون که آنزیم LAI در سلول تثبیت شد، می‌تواند بازدهی را تا ۸۳ درصد در دمای بالاتر از ۵۰ درجه سانتیگراد نیز برساند و باعث تولید تگاتوز با سرعت بسیار زیاد شود.
برای تعیین اینکه آیا آنها می‌توانند واکنش را حتی سریع‌تر انجام دهند، نیر و بوبر بررسی کردند که چه چیزی ممکن است 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، باکتری‌ها را در معرض غلظت بسیار کمی از مواد پاک کننده قرار دادند، به اندازه‌ای که دیوارهای سلولی آنها کمی نشت کند.
بدین ترتیب گالاکتوز قادر به ورود به سلول‌ها و آزاد شدن تگاتوز از آنها بود و به آنزیم اجازه می‌دهد تا با سرعت بیشتری گالاکتوز را به تگاتوز تبدیل کند و بازدهی را به ۸۵ درصد در دمای ۵۰ درجه سانتیگراد برساند.
نیر گفت: شما نمی‌توانید ترمودینامیک را شکست دهید، اما می‌توانید با راه حل‌های مهندسی محدودیت‌های آن را دور بزنید. مانند این واقعیت که آب به طور طبیعی از ارتفاع پایین به ارتفاعات بالاتر نخواهد رسید، زیرا ترمودینامیک اجازه این کار را نمی‌دهد. با این وجود، شما می‌توانید این نقص را با استفاده از یک پمپ آب برطرف کنید.
وی افزود: محاصره کردن آنزیم برای پایدار شدن، اجرای واکنش در دمای بالاتر و تغذیه مواد اولیه بیشتر از طریق غشای نشتی سلول، همگی حکم پمپ آب را دارند که برای به جلو بردن واکنش مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اگرچه کار بیشتری برای تعیین اینکه آیا این فرآیند را می‌توان در برنامه‌های کاربردی تجاری عملی کرد، لازم است، اما این پتانسیل را دارد که بازده را بهبود ببخشد و تأثیری در بازار شیرین کننده‌ها داشته باشد. بازاری که طبق گزارش‌ها، در سال ۲۰۱۸ حدود ۷.۲ میلیارد دلار ارزش داشته است.
نیر و بوبر همچنین خاطرنشان کردند که بسیاری از آنزیم‌های دیگر نیز وجود دارند که می‌توان در استفاده از باکتری‌ها به عنوان راکتورهای شیمیایی کوچک از آنها بهره‌مند شد و باعث افزایش پایداری آنزیم برای واکنش‌ها در درجه حرارت بالا و بهبود نرخ و بازده می‌شوند. /ایسنا