Một trong những trở ngại lớn nhất trong việc tìm kiếm một chất thay thế lành mạnh, giá cả phải chăng cho đường ăn hoặc sucrose là khả năng tạo ra nó. Một lựa chọn thay thế như vậy là allulose, có độ ngọt khoảng 70% như sucrose nhưng chỉ chứa 10% lượng calo và thậm chí còn được chứng minh là cải thiện lượng đường trong máu và hỗ trợ giảm cân ở những người mắc bệnh tiểu đường loại 2. Tuy nhiên, phương pháp sản xuất hiện nay được biết đến với năng suất thấp và chất lượng kém đã cản trở sự phát triển của nó.
Giờ đây, các nhà khoa học tại Đại học California, Davis (UCDavis) đã đạt được một "bước đột phá lớn" trong việc sản xuất allulose, sử dụng một phương pháp vừa mang lại năng suất chất lượng cao vừa có khả năng mở rộng khả thi, khiến nó trở thành một chất thay thế khả thi và lành mạnh hơn cho đường. Phương pháp này cũng viết lại cách tìm nguồn cung ứng cellulose hiện nay và có thể nhanh chóng thúc đẩy sản xuất thương mại.
Shota Atsumi, giáo sư hóa học tại Đại học California, Davis, cho biết: "Cellulose là chất thay thế đường tốt, nhưng chúng tôi chưa có cách sản xuất nó hiệu quả về mặt chi phí. Phương pháp mới của chúng tôi hiệu quả, tiết kiệm chi phí và"
Psicose (còn được gọi là đường gạo nâu D) được coi là hiếm đường vì nó chỉ xuất hiện tự nhiên với một lượng nhỏ trong một số loại thực phẩm thực vật như lúa mì, quả sung và nho khô. Sau khi được chiết xuất, nó có kết cấu và hương vị của sucrose với chỉ 0,4 calo mỗi gam, so với 4 calo mỗi gam sucrose. Vì nó là một monosaccharide, một phân tử đường đơn lẻ nên nó trải qua một quá trình rất khác trong cơ thể con người. Khoảng 70% được hấp thu qua ruột non và bài tiết qua nước tiểu trong vòng 24 giờ. Phần còn lại được bài tiết qua đường ruột già trong khoảng 48 giờ. Do đó, allulose không ảnh hưởng đến lượng đường trong máu hoặc insulin.
Hiện nay, người ta sử dụng D-tagat Các enzyme ose-3-epimerase (DTEase) (DTEase) và D-psicose-3-epimerase (DPEase) chiết xuất psicose và xúc tác quá trình chuyển đổi nó từ fructose, nhưng những hạn chế của quá trình này có nghĩa là hiệu suất chỉ có thể đạt tối đa 50% và độ tinh khiết rất thấp.
Tại UC Davis, thay vì cố gắng tăng sản xuất các enzyme này, các nhà khoa học đã chuyển sang tìm một cách khác để sản xuất hoàn toàn loại đường này. Họ tìm thấy phương pháp này ở vi khuẩn đường ruột phổ biến Escherichia coli (E. coli).
Nhóm nghiên cứu phối hợp với Viện Nghiên cứu Tiên tiến Sao Hỏa đã chỉnh sửa quá trình trao đổi chất của vi khuẩn để khi tế bào được cung cấp glucose, chúng sẽ chuyển hóa nó thành psicose. Kết quả là năng suất ngay lập tức đạt 62% (và quan trọng là độ tinh khiết vượt quá 95%).
Atsumi nói: "Một khi dòng chảy được chuyển hướng, bạn sẽ thấy rằng tế bào có mọi thứ nó cần; chúng chỉ cần được bật lên và những con đường không cần thiết sẽ bị tắt."
E. coli tự nhiên có con đường thích hợp để sản xuất aurinose từ glucose và các nhà khoa học đã điều chỉnh thiết kế để chuyển đổi sang các kết quả trao đổi chất cụ thể. Phương pháp mới này không chỉ tạo ra psicose mà còn bền vững và tiết kiệm chi phí, cho phép mở rộng quy mô sản xuất bằng cách sử dụng cơ sở hạ tầng và công nghệ sinh hóa hiện có.
Các nhà nghiên cứu lưu ý trong bài báo của họ: “Công nghệ và cơ sở hạ tầng xúc tác toàn tế bào đã được thiết lập về mặt công nghiệp và có thể cung cấp cho sinh vật mẫu E. coli những nguyên liệu thô không cạnh tranh với sản xuất thực phẩm thương mại”. "Khả năng sản xuất hàng loạt đường hiếm sẽ cung cấp các chất thay thế đường có hàm lượng calo thấp cho thực phẩm siêu chế biến, từ đó giúp giải quyết tỷ lệ béo phì đang gia tăng trên toàn thế giới. Đường hiếm tăng sản lượng cũng sẽ cung cấp thuốc trừ sâu bền vững cho ngành nông nghiệp và monosaccharide có giá trị y tế cho ngành dược phẩm."
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature'snpjScienceofFood.