Сорбитолът показва по-малка кислородна пропускливост от пластифицирания с глицерол суроватъчен протеин и годни за консумация филми (McHugh и Krochta, 1994).

Свързани термини:

  • Фруктоза
  • Протеаза
  • Глицерол
  • Манитол
  • Полиол
  • Глюкоза
  • Въглехидрати
  • Ензими
  • Протеини
  • Захароза

Изтеглете като PDF

За тази страница

Osmolyte Dynamics

17.2.1.6 Сорбитол

Сорбитолът е един от основните фотосинтетични крайни продукти и служи за съхранение и транспортиране на захар в повечето растителни семейства (Li et al., 2012). Синтезът на сорбитол се осъществява чрез катализа на глюкоза чрез NADP-зависима сорбитол-6-фосфат дехидрогеназа (S6PDH). Сорбитолът се разгражда допълнително до фруктоза чрез NAD + сорбитол дехидрогеназа в тъканите на мивката (Liang et al., 2012). Той играе важна роля в осмотичната корекция в клетъчната цитоплазма при различни абиотични стресове като соленост, охлаждане и суша (Reis et al., 2012).

Етап 1

Стъпка 2

Гао и колеги (2001) установяват, че трансгенният Diospyros kaki Thunb. дърветата, свръхекспресиращи сорбитол-6-фосфат дехидрогеназа, са имали фотосистема II, която е била засегната по-малко при стрес на соленост. Екзогенното приложение на сорбитол имаше положителни ефекти върху растежа на растения, стресирани от сол, а също така намали съдържанието на H2O2 и MDA, предизвикано от стрес, в чувствителни към сол оризови разсад (Theerakulpisut and Gunnula, 2012).

Съвместима инжекционна техника на растения за подобрена толерантност към абиотични стресове

3.4.4 Сорбитол

Сорбитолът принадлежи към групата на захарните алкохоли и се синтезира от глюкоза 6-фосфат от ензима сорбитол-6-фосфат дехидрогеназа (S6PDH) и сорбитол-6-пирофосфатаза (S6PP) (фиг. 4 Б). Гените, управляващи биосинтеза на сорбитол, са използвани за разработване на трансгенни растения във връзка с абиотичния толеранс към стрес. Шевелева и др. (1998) разработиха трансгенни тютюневи растения, експресиращи гени на сорбитол-6-фосфат дехидрогеназа (S6PDH) от ябълки. Трансгенните тютюневи растения произвеждат сорбитол от 0,2 до 130 μmol/g прясно тегло в отговор на солевия стрес. Gao et al. (2001) разработиха трансгенни японски сортове хурма, експресиращи същия ген S6PDH за ябълки и ги подложиха на 200 mM NaCl стрес. Съобщава се, че трансгенните линии натрупват сорбитол (14,5–61,5 μmol/g прясно тегло), докато дивите видове не натрупват никакъв сорбитол. Фотосинтетичната активност беше възстановена и съдържанието на хлорофил се увеличи в трансгенните линии, което показва възможна корелация между натрупването на сорбитол и толерантността към солевия стрес.

Роля и регулиране на осмолитите като сигнални молекули за толерантност към абиотичен стрес

Титаш Дута,. Challa Surekha, в Растителни сигнални молекули, 2019

30.3.4.4 Сорбитол

Сорбитолът също принадлежи към категорията на захарния алкохол и се произвежда от глюкозо-6-фосфат чрез действието на ензимите на сорбитол-6-фосфат дехидрогеназа (S6PDH) и сорбитол-6-пирофосфатаза (S6PP) (фиг. 30.5B). Гените, регулиращи биосинтетичния път на сорбитола, са били използвани за проектиране на някои трансгенни растения, целящи да развият толерантност към абиотичен стрес. Шевелева и др. (1998) експресират гена на сорбитол-6-фосфат дехидрогеназа (S6PDH) от ябълка в тютюн. Трансформираните сортове натрупват сорбитол (2–130 µmol/g прясно тегло), когато са подложени на 200 mM солен стрес и са по-толерантни към стрес в сравнение със своите WT растения. Gao et al. (2001) също експресират същия ген S6PDH в японската райска ябълка и ги излагат на 200 mM NaCl стрес. Трансгенните линии натрупват сорбитол (14,5–61,5 µmol/g прясно тегло) в сравнение с неговите диви видове (естествено неакумулатор). Натрупването на сорбитол се дължи на засилената фотосинтетична активност и съдържанието на хлорофил се увеличава в трансгенните линии, като по този начин се дава толерантност към солевия стрес.

сорбитол-6-фосфат дехидрогеназа

Фигура 30.5B. Път на биосинтеза на сорбитол.

S6PDH: сорбитол-6-фосфат дехидрогеназа; S6PP: сорбитол-6-пирофосфатаза.

Изкуствени подсладители

Стомашно-чревни

Сорбитолът се абсорбира бавно чрез пасивна дифузия в тънките черва. След перорално приложение той повишава осмотичното налягане в червата чрез изтегляне на вода и по този начин е осмотично слабително, което понякога води до диария [31]. Бактериалната ферментация на сорбитол в дебелото черво е свързана с повишено образуване на газове и спазми в корема. Сорбитол 10 g може да причини метеоризъм и подуване на корема и 20 g коремни спазми и диария.

Много здрави индивиди имат непоносимост към сорбитол и развиват коремни спазми и диария с по-малко от обичайната слабителна доза [32]. Предполага се, че повече от 30% от здравите възрастни, независимо от етнически произход, не могат да понасят 10 g сорбитол [33].

Някои други пациенти са особено чувствителни към стомашно-чревните ефекти на сорбитола; например, диабетиците могат да бъдат склонни към непоносимост към сорбитол, поради променено време на транзит и подвижност на стомашно-чревния тракт. Някои от тях имат и по-висока консумация на диетични храни, съдържащи сорбитол. Пациентите на хронична хемодиализа могат да бъдат предразположени към непоносимост към сорбитол в резултат на малабсорбция на въглехидрати [34].

Kayexalate (натриев полистирол сулфонат) в сорбитол обикновено се използва за лечение на хиперкалиемия при пациенти с бъбречна недостатъчност. Доклади от случаи са документирали чревна некроза след приложението на кайексалат в сорбитол [35, 36]. В едно проучване е имало честота от 1,8% и авторите са стигнали до заключението, че свързаните със сорбитол усложнения може да не са необичайни следоперативно [37]. Освен това се предполага, че някои случаи на идиопатични язви на дебелото черво при пациенти с бъбречна недостатъчност се дължат на ефектите на сорбитола. Докато кристалите кайексалат, които са лилави, неправилни и назъбени, могат да бъдат случайна находка и не е известно, че причиняват нараняване, те са полезна хистологична улика за възможността за прилагане на сорбитол [38].

Отчетени са пет случая на обширна некроза на лигавицата и трансмурален инфаркт на дебелото черво след използване на кайексалатни и сорбитолови клизми за лечение на хиперкалиемия при уремични пациенти [39]. Авторите също така изследват ефектите на калиексалатни сорбитолови клизми при нормални и уремични плъхове и заключават, че сорбитолът е отговорен за увреждането на дебелото черво и че нараняването е потенцирано при уремични плъхове. Когато се дава само сорбитол или кайексалатен сорбитол, се развива обширна трансмурална некроза при 80% от нормалните плъхове и при всички уремични плъхове.

След доклади за некроза на дебелото черво, Бюрото за фармацевтични въпроси на Япония е преразгледало информацията за продукта за клизми от полистиролсулфонатна катионообменна смола в суспензия в сорбитолов разтвор за отстраняване на калий [40]. Въпреки че причинно-следствената връзка не е установена окончателно, Бюрото реши, че разтворът на сорбитол не трябва да се използва за клизми на катионообменни смоли на натриев полистирол сулфонат.

ГИ бактериални промени в животински модели поради пребиотици

Филип Жерар, Силви Работ, в Биоактивни храни за насърчаване на здравето, 2010

5.3 Захарни алкохоли

Сорбитолът, естествен полиол, се използва широко в хранителната промишленост като подсладител, овлажнител и текстуриращ агент. През 1986 г. беше показано, че сорбитолът променя фекалната микробиота на плъхове с изместване от Грам-отрицателни към Грам-положителни бактерии [89]. През 2007 г. молекулярните техники разкриха, че сорбитолът оказва силно влияние върху чревната микробиота на плъхове и особено повишава популацията на Lactobacillus reuteri. Едновременно с това сорбитолът доведе до специфично повишаване на концентрациите на бутират в съдържанието на дебелото черво и цекалните клетки на плъхове [90] .

Хранителни съставки, синтезирани от млечнокисели бактерии

4.2 Сорбитол

Сорбитолът, наричан още d-глюцитол, е алкохол с шест въглеродни захари, т.е. намира се естествено в много плодове, като плодове, череши, сливи, круши и ябълки. Поради сладостта си (∼60% в сравнение със захарозата) и разтворимостта във вода, сорбитолът се използва до голяма степен като нискокалоричен подсладител, овлажнител, текстуриращо средство или омекотител. Той присъства в широка гама от хранителни продукти, като дъвки, бонбони, десерти, сладоледи и диабетни храни. В допълнение, сорбитолът е изходният материал за производството на фармацевтични съединения, като сорбоза и аскорбинова киселина, и също така се използва като носител за суспендиране на лекарства (Silveira and Jonas, 2002). Освен това, този полиол се абсорбира слабо или изобщо не се абсорбира в тънките черва. Следователно, той може да достигне дебелото черво, където може да действа като субстрат за бактериална ферментация и поради тази причина сорбитолът може да се използва като пребиотично съединение. Допълването със сорбитол доведе до обогатяване на лактобацили в дебелото черво и сляпото черво на плъховете (Sarmiento-Rubiano et al., 2007).

Производството на сорбитол традиционно се осъществява чрез химично каталитично хидрогениране на смеси от глюкоза или глюкоза-фруктоза (както е описано по-рано за манитол); обаче тези процеси често произвеждат смеси от сорбитол и манитол, които са трудни за отделяне и по този начин производствените разходи са високи (Mazzoli et al., 2014). Само няколко микроорганизми са в състояние да произвеждат сорбитол по естествен път, включително дрождите Candida boidinii, Candida famata и Saccharomyces cerevisiae, както и Грам-отрицателните бактерии Zymomonas mobilis; обаче само последният предлага потенциал за индустриално биотехнологично производство на сорбитол (Silveira and Jonas, 2002).

Не е описан LAB щам, който може да произвежда сорбитол по естествен път; обаче има някои LAB (HeLAB и HoLAB) с катаболни пътища за метаболизъм на сорбитол (фиг. 4.3). Ензимите, участващи в тези пътища, са кодирани от гени, организирани в оперони, и тяхното характеризиране е извършено в L. casei (Alcantara et al., 2008) и L. plantarum (Ladero et al., 2007). Сорбитолът се транспортира в клетките и се фосфорилира до сорбитол-6-фосфат чрез системата PTS-сорбитол. Сорбитол-6-фосфат дехидрогеназата катализира превръщането на сорбитол-6-фосфат във фруктоза-6-фосфат, който се въвежда в гликолитичния път. Този ензим обаче може също да катализира обратната реакция, следователно метаболитното инженерство може да генерира рекомбинантни LAB щамове, способни да синтезират сорбитол. Рекомбинантен щам L. casei BL232 със скорост на конверсия на глюкоза в сорбитол от 2,4% се получава, когато gutF генът (кодиращ сорбитол-6-фосфат дехидрогеназа) се интегрира в хромозомния лак оперон (Nissen et al., 2005).

Подобно на производството на манитол, производството на сорбитол от LAB ще изисква високи нива на NADH за ефективно намаляване на предшествениците на захар. В резултат на това, когато ldhL генът (кодиращ LDH) на L. casei BL232 е инактивиран, степента на конверсия на синтеза на сорбитол се увеличава до 4,3% (Nissen et al., 2005). Също така беше показано, че когато gutB гена (кодиращ EIIBC компонента на сорбитолната PTS система) е изтрит, се избягва повторното използване на сорбитол (De Boeck et al., 2010). Тази работа демонстрира, че дефосфорилирането на сорбитол-6-фосфат и екскрецията на сорбитол от клетките се извършва от все още неизвестни ензими. В допълнение, изследвания на ядрено-магнитен резонанс на метаболизма на този рекомбинантен щам показват, че се извършва производството на манитол и сорбитол. Този проблем е отстранен чрез инактивиране на mtlD гена, който кодира манитол-1-фосфат дехидрогеназа. При най-добрите тествани условия този щам превръща лактозата в сорбитол със скорост 9,4% (De Boeck et al., 2010), въпреки че ефективността на производството на сорбитол в този щам е далеч от максималния теоретичен добив на сорбитол, който е 67%.

Два гена на сорбитол с два предполагаеми гена на сорбитол-6-фосфат дехидрогеназа (srlD1 и srlD2) бяха идентифицирани в генома на L. plantarum NCIMB8826 (Ladero et al., 2007). Гените srlD1/2 бяха клонирани и свръхекспресирани в мутантен щам с дефицит както на l-, така и на d-лактат дехидрогеназната активност. Показано е, че и двата ензима са активни и, използвайки клетки в покой под контрол на рН, превръщат глюкозата в сорбитол със скорост 65%. В растящите клетки ефективността на преобразуване е била 25%, може би поради по-голямото търсене на АТФ за производство на биомаса (Ladero et al., 2007). Получава се също съвместна продукция на манитол и сорбитол, достигаща до 13% конверсия. Това обаче може да бъде избегнато чрез изтриване на естествената манитол-1-фосфат дехидрогеназа, както в случая на L. casei.

Гореспоменатите резултати показват потенциала на метаболитното инженерство на LAB щамове за индустриално производство на сорбитол и потенциалното му използване като добавка за развитието на нова функционална храна.

Съставки, използвани при приготвянето на консервирани храни

8.4.3 Сорбитол и манитол

Сорбитолът и манитолът са въглехидрати, които се класифицират като полиоли; те съдържат повече от една хидроксилна група и никакви карбонилни групи. В допълнение към сорбитола и манитола, този клас включва глицерин и пропилей гликол, както и много други алкохоли. И сорбитолът, и манитолът се срещат естествено в плодове като ябълки, череши и кайсии; търговски наличен материал се получава чрез хидрогениране на захари. И двете съществуват като бели, твърди кристали. В допълнение към твърдото състояние сорбитолът се продава и в търговската мрежа като 70% (w/w) воден разтвор.

Сорбитолът и манитолът се допускат в храни в разумно количество, необходимо за постигане на предвидения физически или технически ефект. Сорбитолът като въглехидрат има хранителна стойност приблизително 4 калории/грам. Манитолът също е въглехидрат; поради непълно усвояване и метаболизъм, хранителната му стойност е приблизително 2 калории/грам. Относително бавната абсорбция от стомашно-чревния тракт е отговорна за слабителните свойства на двата полиола; прагът на лаксатив за сорбитол е около 40 g/ден, а за манитол около 10–20 g/ден.

Сорбитолът има относителна сладост около 55%, а манитолът около 50% в сравнение със захарозата; и двете имат отрицателна топлина на разтвора, което води до хладен, сладък вкус.

Тъй като сорбитолът и манитолът са по-висши алкохоли, отколкото захари, те са относително устойчиви на ферментация и образуващо се киселина, причинено от микроорганизми, открити в устата. Поради тази причина те се използват за подслаждане и омекотяване на некариогенни храни и безалкохолни напитки.

В безалкохолните напитки сорбитоловият разтвор обикновено се използва 1-2%, за да осигури усещане за тялото и устата, да подобри вкуса и да придаде сладост. Сорбитолът може също да бъде ефективен при маскиране на характерния горчив вкус на захарин в напитки, съдържащи този подсладител. Доказано е, че малко количество сорбитол (0,5–3,0%) във виното хелатира ниските нива на желязо и мед и изглажда горчивината при виното с по-ниско качество. Боди и изглаждане на вкуса правят сорбитола полезен в приготвени коктейлни основи и в пенообразуватели. Неговото хелатиращо или секвестиращо свойство се наблюдава и при плодовите напитки.

Сорбитолът се използва за осигуряване на тяло и сладост в продукти, различни от напитки. Сорбитолът може да се използва като заместител на захар от захарна тръстика и царевица в палачинка и вафлен сироп с вкус на клен; използва се в 10-15% от сиропа в комбинация с малко количество натриева карбоксиметилцелулоза. В така наречените диетични имитиращи желета и конфитюри, сорбитолът се използва в комбинация със захарин за сладост и тяло. В желе, 15% сорбитол води до 25 ° Brix стойност; пектинът се използва за осигуряване на допълнителното необходимо удебеляване. За по-лесна работа, както и икономичност, сорбитолът в тези продукти се добавя като 70% разтвор, а не като твърдо вещество.

Една от основните разлики между сорбитол и манитол е в тяхната влажност. Сорбитолът е силно разтворим във вода и е отлично овлажнител. Когато се добави като 70% разтвор, сорбитолът защитава меката, влажна текстура на настърган кокос. Манитолът е значително по-малко разтворим и е нехигроскопичен. Следователно, той се използва като твърд агент за капсулиране на аромати, използвани в консервирани прахообразни основи за напитки.

Полимери за устойчива околна среда и зелена енергия

10.07.6.2.1 Омекотител

Сорбитолът предлага широка гама от функционални свойства, включително влажност, пластифицираща способност, сладък вкус, некариогенност и добра химическа стабилност при тежки условия като алкално рН и топлина. Освен това това е „общопризнат като безопасен“ (GRAS) продукт от Американската администрация по храните и лекарствата (FDA).

Производството на паста за зъби е второто по големина приложение на сорбитол, което представлява 50 000 тона годишно само в Западна Европа. В миналото препаратите за пасти за зъби са били на основата на глицерин, но почти всеки производител е преминал през процес на преформулиране, за да използва сорбитол, когато последният се появи в индустриален мащаб.

С неотдавнашния спад в цените на глицерина, изборът между сорбитол и глицерин сега се определя главно от тяхната цена.

Други важни приложения на сорбитола като овлажнител включват формулиране на сиропи за кашлица, мултивитаминни препарати, емулсии и суспензии. Поради своите свойства на влажност, сорбитолът намалява склонността на течните форми да кристализират.

Зимомонада

Сорбитол и глюконова киселина

Сорбитолът и глюконовата киселина са съединения, използвани в хранителната, фармацевтичната и химическата промишленост. В периплазменото пространство на клетъчната обвивка на Z. mobilis се намира ензимът глюкоза-фруктоза оксидоредуктаза (GFOR), който преобразува глюкозата и фруктозата съответно в глюконова киселина и сорбитол. GFOR има плътно свързан кофактор, NADP (никотинамид аденин динуклеотид фосфат), който се редуцира до NADPH (редуциран никотинамид аденин динуклеотид фосфат) по време на окислението на глюкозата до глюконолактон и се реоксидира след редукцията на фруктоза до сорбитол. Цикличният характер на GFOR катализа е доста изгоден, тъй като кофакторът, обикновено скъп реагент, не се консумира. Erzinger и Vitolo (2006) демонстрират, че превръщането на глюкоза и фруктоза в глюконова киселина и сорбитол може да се проведе в реактор за периодично използване на свободни или обездвижени клетки Z. mobilis.

Захарни алкохоли ☆

Таблетиране

Въпреки че всички прахообразни полиоли могат да бъдат компресирани на ротационни машини, за да се получат таблетки, сорбитолът е най-разпространеният полиол, използван в тази област.

Прахообразният сорбитол има отлични свойства на течливост за таблетиране. Добрата течливост е много важна, за да се осигури еднакво тегло на таблетката. В сравнение с други директно компресируеми материали, прахообразният сорбитол дава високо увеличение на якостта на опън в зависимост от силата на компресия и следователно е много подходящ за директно компресиране. Поради доста високата им хигроскопичност, таблетките на основата на сорбитол трябва да бъдат защитени или съхранявани при относително сухи условия, за да се избегне омекотяване поради влага. Пригодността на таблетките сорбитол, дори тези, компресирани при ниско налягане, е изключително ниска и се подобрява допълнително чрез съхранение при относителна влажност, близка до равновесната. Цялостната ефективност на сорбитол на прах при таблетиране зависи от различни фактори, като например размера и разпределението на частиците, кристалната морфология и условията на компресия.