健康甜味剂行业专题：阿洛酮糖，天然健康甜味剂，看好市场需求增长

阿洛酮糖，新一代天然健康甜味剂，下游需求持续提升，市场空间广阔。D-阿洛酮糖作为全新一代天然甜味剂，是存在于小麦、鼠刺属植物、甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜中的重要稀有糖。因其热量低、高度还原蔗糖口感、能够发生美拉德反应等特点，已在美国、日本、韩国等诸多国家获批使用。2019年，FDA宣布将D-阿洛酮糖排除在“添加糖”“总糖”标签之外，意味着D-阿洛酮糖的使用限制将在原有基础上进一步放宽，市场空间有望持续快速提升。 阿洛酮糖具有低热量、安全性好、抗氧化、神经保护等优点，目前已通过美国、日韩、澳新等多国食品药品监督管理局批准。其他甜味剂中，如若赤藓糖醇摄入量过高，机体不耐受将会引起腹泻；糖精、甜蜜素等人工甜味剂等具有引发多种疾病甚至是肿瘤的风险，已被多个国家禁止使用； 根据财联社报道，WHO也或将于7月正式宣布阿斯巴甜可能致癌。阿洛酮糖将作为更具安全性与功能性的代糖产品将取代其他低安全性甜味剂。 国内企业逐步突破合成-提纯-结晶层层壁垒，开启应用新篇章。目前制备阿洛酮糖的方法主要包括化学合成法与生物转化法，其中产业上广泛运用的方式是生物转化法。在生产D-阿洛酮糖全流程中，工程菌选育、产品纯化、产品结晶是生产阿洛酮糖结晶糖的技术核心步骤，决定了生产效率与产品质量。国内企业与江南大学、中科院天津生物技术研究所等国内知名高校深度产研合作，致力于培育产酶效率更高的食品级工程菌，并将各自多年来积累的果糖-阿洛酮糖分离纯化技术、结晶技术投入产业化，生产粒径均一、理化性质稳定的阿洛酮糖晶体。 阿洛酮糖下游应用气象一新，市场规模持续提升。全球阿洛酮糖市场规模快速提升，根据FMI研究数据显示，全球市场规模由2017年152.72百万美元上升至2023年的236.90百万美元，年度复合增长率达到7.7%。 随着需求增大和各国获批进程加快，增长率还将上升，预计2030年达到423.49百万美元。根据FMI预测，我国阿洛酮糖市场预计获批后预计增速将快于全球市场，2030年有望达到117.30百万美元市场规模，占全球市场比重超25%。 国际厂商以液体阿洛酮糖产品为主，百龙创园为国内主要阿洛酮糖晶体出口商。全球范围内产能规模较大的主要为韩国希杰、韩国三养、英国泰莱、日本松谷、百龙创园等。其中海外企业生产的阿洛酮糖多为液体状态，主要应用在饮品中。百龙创园为国内主要阿洛酮糖晶体出口商，当前产能约为5000吨，预计2023年四季度将有1.5万吨结晶糖投产，届时公司阿洛酮糖产能将持续增加，进军全球阿洛酮糖晶体供应龙头。 风险提示：1、宏观经济波动和下游行业周期波动的风险；2、国内及欧盟获批使用阿洛酮糖进度不及预期的风险；3、市场竞争加剧的风险；4、新型健康甜味剂替代市场份额的风险。 投资建议：需求拉动膳食纤维产能大幅提升，阿洛酮糖获批进程有望加速，未来持续布局新产品，建议关注【百龙创园】。 阿洛酮糖，全新一代健康甜味剂，代糖行业新星 D-阿洛酮糖（D-psicose/D-allulose)是一种存在于小麦、鼠刺属植物、甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜中的重要稀有糖，自日本香川大学的KenIzumori教授于1995年首次提出生物转化法生产阿洛酮糖以来已有近30年历史。 低热量 ， 高度还原蔗糖口感 ， 海外诸多国家批准使用 D-阿洛酮糖具有蔗糖70％的甜度，但其热量仅相当于同等质量蔗糖的0.3％。此外，阿洛酮糖具有与蔗糖相似的甜度曲线，因此口感也更接近蔗糖。不同于赤藓糖醇，阿洛酮糖可与食物中的氨基酸或蛋白质发生美拉德反应，改善食物色泽，增加食物风味。阿洛酮糖具备美拉德反应的特点拓展了其在烘焙食品领域的应用。 2011年8月，美国食品与药物管理局（FDA）确定D-阿洛酮糖为普遍公认安全食品，可作为食品或食品添加剂的组成成分。2019年，FDA宣布将D-阿洛酮糖排除在“添加糖”“总糖”标签之外，意味着D-阿洛酮糖的使用限制将在原有基础上进一步放宽。在相关申报中，D-阿洛酮糖可作为代糖用于面包、蛋糕、馅饼、糕点、饼干等烘焙产品，以及碳酸饮料、非碳酸饮料和混合咖啡等饮料类产品，此外，还可以用于口香糖、硬糖、软糖、甜点、冷冻乳制品、酸奶、医疗食品、即食谷物等食品。 兼具降血糖 、 抗氧化、 神经保护等多项功能 ， 或将开启保健/药用市场 D-阿洛酮糖作为一种重要的稀有糖，已经在国外得到了充分的利用。大量动物及人体试验表明，D-阿洛酮糖经过肠道后几乎不发生代谢、不产生热量，且可以有效降低餐后血糖、控制体重、减少脂肪积累。此外，研究表明，阿洛酮糖具有降血糖、抗氧化，又具有防止脂肪堆积、发挥神经保护作用和清除活性氧自由基等生理功能，未来可用于制备特医食品、保健品和合成药物，开启更广阔的应用空间。 表1：阿洛酮糖功能描述 阿洛酮糖口感佳、安全性高，是功能甜味剂的更优选择 口感柔和细致 ， 与蔗糖高度相似 ， 热量低 ， 安全性好 阿洛酮糖作为天然甜味剂，与市面上其他主流甜味剂相比具有多种优势：其口感柔和细致，由于甜度曲线与蔗糖更为接近，口感能够更加还原蔗糖的纯正甜味。 其他代糖如甜蜜素的余味欠佳；安赛蜜存在一定金属味；甜菊糖虽然同样具有热量低甜度适中的特点，但由于其具有甘草味则不适宜直接应用于食品领域。此外，阿洛酮糖甜度约为蔗糖的70%，但热量远低于蔗糖，仅为0.4kcal/g（蔗糖热量的10%），可作为糖尿病患者的健康代糖。 具有降血糖 、 抗氧化 、 神经保护等多项保健 、 药用功能 阿洛酮糖安全性好，且具有降血糖、抗氧化、神经保护等优点，目前已经通过美国、日韩、澳新等多国食品药品监督管理局批准。其他甜味剂中，如若赤藓糖醇摄入量过高，机体不耐受将会引起腹泻；糖精、甜蜜素等人工甜味剂等具有引发多种疾病甚至是肿瘤的风险，已被多个国家禁止使用；根据财联社报道，WHO也或将于今年7月正式宣布阿斯巴甜可能致癌。阿洛酮糖将作为更具安全性与功能性的代糖产品取代低安全性甜味剂。 表2：不同甜味剂的理化特性 由于在食品中添加D-阿洛酮糖，能提高胶凝度，并且和食品蛋白发生美拉德反应改善风味，所以目前D-阿洛酮糖广泛应用于食品和膳食领域，主要包括糖类、烘焙食品、饮品、调味品等。其中因为产品柔软湿润，具有较好的口溶感，且能发生美拉德反应，烘焙食品是阿洛酮糖的主要应用场景，如芝士蛋糕，饼干等。饮料方面，D-阿洛酮糖目前应用于零糖酸奶、0添加糖冰淇淋。除此以外，D-阿洛酮糖还可以单纯制作为糖果和番茄酱等调味料，满足低热量、零糖人群等需求。 表3：部分使用阿洛酮糖的产品 健康天然甜味剂，突破合成-提纯-结晶层层壁垒，开启应用新篇章 阿洛酮糖作为天然甜味剂，主要通过生物转化法制备 D-阿洛酮糖是一种重要稀有糖，在自然界主要存在于小麦、鼠刺属植物、甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜等物质中，属于天然甜味剂。目前制备阿洛酮糖的方法主要包括化学合成法与生物转化法。化学合成法主要包括选择性醇醛缩合合成法、催化加氢法、Ferrier重排法等多种方式，但由于化学合成的方法存在经济性差、环境不友好、可利用度低（最适条件下得率不足10%）等问题，未形成工业化产业。生物转化最早由日本香川大学Ken Izumori教授提出。生物转化法的发现，帮助阿洛酮糖实现了商业化生产。目前工业生产上主要是通过培育不同工程菌产生D-阿洛酮糖3-差向异构酶或D-塔格糖3-差向异构酶实现D-果糖和D-阿洛酮糖之间的相互转化，从而生产D-阿洛酮糖。 在生产D-阿洛酮糖全流程中，工程菌选育、产品纯化、产品结晶是生产阿洛酮糖结晶糖的技术核心步骤，决定了生产效率与产品质量。 图1：阿洛酮糖合成路径 菌株培育：构建高转化率、高安全性的工程菌株是阿洛酮糖高效工业化生产的核心 D-果糖经由D-阿洛酮糖3差向异构酶（DPE）或D-塔格糖3-差向异构酶（DTE）催化后能够转化为D-阿洛酮糖，因此，构建具有高稳定性、耐受高底物浓度、具有高转化率、高生产强度、高安全性的食品级宿主工程菌株，以更高效地产出DPE或DTE对提升阿洛酮糖得率，提升产业效率具有重要意义。 表4：不同微生物来源的DTE和DPE及其阿洛酮糖转化率 根据上述表格可见，当前在实验室阶段能达到较高的D-阿洛酮糖转化率接近33%，表达宿主最适pH位于弱碱性区间，最适温度在50-70℃。异构酶催化D-果糖到D-阿洛酮糖的反应为可逆反应，在反应达到平衡后，不会有额外的D-阿洛酮糖生成，因此D-阿洛酮糖的转化率普遍较低，这也是D-阿洛酮糖产量低的主要原因之一。对于吸热反应，适度提高异构化反应温度可使反应物活化分子数增多，增强分子间有效碰撞，提高反应速率，加快产物生成，以促进反应的正向进行。 其中大肠杆菌（Bacilluscoli）是全细胞催化生产D-阿洛酮糖常用的表达宿主，目前大部分相关文献报道也都是以大肠杆菌为主。大肠杆菌的操作系统成熟，培养简单且细胞生长迅速,并且以大肠杆菌作为DTE酶家族成员的异源表达系统往往可以取得比较高的转化效率，但大肠杆菌会产生内毒素，使其在食品工业中的应用受到限制，因此停留在实验室阶段。枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和各类酵母菌也是常用表达系统，这些菌株均不含内毒素，操作系统较为成熟，菌体生长迅速，常被作为食品级酶表达的优良宿主。目前国内江南大学、中国科学院天津工业生物技术研究所、天津大学等高校均致力于开发培育具备高稳定性、高转化率、高安全性的食品级工程菌株用于工业化生产阿洛酮糖。 合成路径：效率提升关键在于提升差向异构酶性能 根据生物合成阿洛酮糖所需原料的不同，工业上常用的合成路径有：1）D-果糖通过异构化反应直接生产D-阿洛酮糖；2）以葡萄糖为原料，先由葡萄糖异构酶或木糖异构酶获得D-果糖，再由DTE或DPE催化D-果糖获得D-阿洛酮糖。 D-果糖作为D-阿洛酮糖的主要生产原料，可由葡萄糖经葡萄糖异构酶或木糖异构酶催化得到。D-果糖的市场价格远高于葡萄糖，部分拥有上游玉米淀粉产业链的企业以葡萄糖为原料进行D-阿洛酮糖的生产可极大程度地降低D-阿洛酮糖的生产成本。 但当以D葡萄糖为基础原料时，D-阿洛酮糖的转化率均低于20%，产量偏低。造成D-阿洛酮糖低转化率的原因主要有三点：1）可逆反应受热力平衡的限制；2）胞外多酶催化反应中所有酶均处于同一环境中，不同酶的最适反应条件难以统一，很难充分发挥每一种酶的最高催化活性；3）在由葡萄糖生产D-阿洛酮糖的过程中，GI/XI催化葡萄糖异构化为D-果糖的效率一般≥50%，但后续催化D-果糖异构化为D-阿洛酮糖效率一般约为30%，由此可见由葡萄糖直接转化得到D-阿洛酮糖这一过程的限速酶为DTE，因此若要提升以葡萄糖为原料生产D-阿洛酮糖的转化效率，仍然需要在提升DTE性能方面进行深入研究。 分离纯化：模拟移动床色谱已投入工业化分离阿洛酮糖 D-果糖与D-阿洛酮糖的理化性质极为接近，使得D-阿洛酮糖的分离纯化非常困难，进而制约了D-阿洛酮糖的规模化生产。上世纪60年代，美国环球油品公司（UOP）提出了模拟移动床色谱技术（SMB）对间二甲苯和对二甲苯进行分离。此后，SMB技术逐渐被运用于异构体的分离纯化。SMB是利用各组分在固定相和流动相中吸附和分配系数的微小差异，实现各组分彼此分离的连续色谱技术。根据蓝晓科技公司官网，蓝晓科技将自有填料制备技术与自控技术相结合，开发出的SMB色谱系统已广泛运用于功能糖相似物（如果糖与阿洛酮糖）的工业化分离纯化，并具有较高分离精度，产品收率高，溶剂消耗少。 图2：模拟移动床色谱技术 结晶：从粉体到晶体，更稳定的理化性质，更广阔的应用场景 根据D-阿洛酮糖物理性质的差异，可以分为液体、粉体、晶体状阿洛酮糖。市售的D-阿洛酮糖产品多以液体产品和粉末状固体产品为主。液体阿洛酮糖常用于饮品中添加；而粉末状固体产品在添加量大时会聚集在一起，很难快速溶解，限制了产品的应用范围。大的D-阿洛酮糖晶体颗粒能很好的避免粉体成坨问题，大晶体颗粒也有利于晶体与母液分离。根据百龙创园、福洋生物、中大恒源、保龄宝等企业发布的专利内容，为得到较大颗粒的阿洛酮糖