D-阿洛酮糖的專利技術(shù)綜述

陳雪

摘? 要：D-阿洛酮糖作為一種新型低熱量功能性甜味劑，是自然界中存在量極少的稀有糖，其具有調(diào)節(jié)血糖、減少能量攝入等生理功能，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、高分子等領(lǐng)域，近年來成為甜味劑的研究熱點(diǎn)之一。文章主要綜述了D-阿洛酮糖的全球、國內(nèi)專利申請(qǐng)情況、專利技術(shù)發(fā)展情況以及重點(diǎn)申請(qǐng)人分析，以期為國內(nèi)研發(fā)機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)在D-阿洛酮糖領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)方向、專利保護(hù)策略以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局提供有益的參考和建議。

關(guān)鍵詞：D-阿洛酮糖;D-阿洛酮糖-3-異構(gòu)酶;制備;應(yīng)用;專利

中圖分類號(hào)：T-18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）22-0020-03

Abstract： As a new type of low calorie functional sweetener， D-psicose is a rare sugar in nature. It has physiological functions such as regulating blood sugar and reducing energy intake. It is widely used in food， medicine， cosmetics， polymers and other fields. In recent years， it has become one of the research hotspots of sweeteners. This paper mainly reviews the global and domestic patent applications， patent technology development and analysis of key applicants of D-psicose， in order to provide useful references and suggestions for domestic R & D institutions and related enterprises in the field of D-psicose innovation research and development direction， patent protection strategy and intellectual property layout.

Keywords： D-psicose; D-psicose-3-epimerase; produce; applications; patent

隨著人們生活水平的日益提高，肥胖率、糖尿病患病率有逐年上升的趨勢(shì)。而食品中的甜味劑因富含高熱量和糖分，是導(dǎo)致肥胖、糖尿病的主要“元兇”之一。正因如此，新型的蔗糖替代品的開發(fā)研究成為功能性甜味劑領(lǐng)域具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)際意義的當(dāng)務(wù)之急。D-阿洛酮糖作為一種低熱量、不影響血糖的天然功能性甜味劑而備受關(guān)注，且其安全性已經(jīng)得到了FDA（美國食品和藥物管理局）的認(rèn)可，是當(dāng)前最有競(jìng)爭(zhēng)力的代糖之一。2019年4月17日，F(xiàn)DA宣布將D-阿洛酮糖排除在“添加糖”“總糖”標(biāo)簽之外，并將其熱量定為0.4kal/g。因?yàn)樵谧钚聰?shù)據(jù)表明，D-阿洛酮糖不會(huì)被人體代謝，其含有極少的卡路里，對(duì)血糖或胰島素水平的影響可以忽略不計(jì)，并且不會(huì)引起齲齒。這無疑為D-阿洛酮糖的研發(fā)應(yīng)用提供了廣闊的空間，其前景被業(yè)界普遍看好。

1 D-阿洛酮糖簡(jiǎn)介

D-阿洛酮糖是一種天然存在的稀有單糖，是果糖（D-果糖）的3號(hào)位碳的差向異構(gòu)體[1]，在自然界中少量存在于葡萄干、無花果、小麥等中[4]。D-阿洛酮糖的味道和成分與蔗糖高度相似，其具有蔗糖的70%的甜度，卻僅有蔗糖熱量的0.3%[2]，而且甜味純正、沒有異味，對(duì)糖屬性的保留能力極強(qiáng)，是蔗糖良好的替代品[1]。

另外，D-阿洛酮糖具有抑制涉及肝臟中脂質(zhì)合成的酶活性的功能，可以抑制腹部脂肪的堆積，從而有效控制體重，治療肥胖[3]。D-阿洛酮糖還具有抑制葡萄糖吸收的血糖抑制作用，可作為用于糖尿病患者的糖物質(zhì)而使用[4]。出于其獨(dú)特的甜味、低熱量、體脂肪蓄積抑制和糖類吸收抑制功能的特性[1]，D-阿洛酮糖可以替代食品工業(yè)中常規(guī)糖分

所占據(jù)的廣泛市場(chǎng)，通過健康飲食預(yù)防肥胖導(dǎo)致的疾病。

2 D-阿洛酮糖專利申請(qǐng)概況

2.1數(shù)據(jù)采集方法

本文主要在中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）、德溫特世界專利數(shù)據(jù)庫（DWPI）、日本專利文摘數(shù)據(jù)庫（JPABS）中，以阿洛酮糖的中、英、日文名稱作為關(guān)鍵詞進(jìn)行了檢索，經(jīng)去噪篩選，共獲得相關(guān)專利申請(qǐng)708篇，檢索時(shí)間截至2019年10月。

2.2 D-阿洛酮糖的專利申請(qǐng)情況

2.2.1 全球申請(qǐng)量年度分布

有關(guān)D-阿洛酮糖的專利申請(qǐng)始于上世紀(jì)70年代，早期的專利申請(qǐng)僅是將D-阿洛酮糖作為一種糖應(yīng)用于化妝品、藥品。直到1990年才出現(xiàn)第一個(gè)圍繞D-阿洛酮糖的專利申請(qǐng)，即由何森健發(fā)明的D-阿洛酮糖的制備方法（日本特愿平2-21396），開啟了生物轉(zhuǎn)化制備D-阿洛酮糖研究的先河。此后10年，各國研發(fā)團(tuán)隊(duì)潛心鉆研，專利申請(qǐng)量沒有明顯變化。直到2000年，進(jìn)入D-阿洛酮糖的發(fā)展期，這一時(shí)期相關(guān)專利的申請(qǐng)量平穩(wěn)增長(zhǎng)，在制備方面，涉及篩選新的產(chǎn)酶菌株、酶的固定化、對(duì)酶進(jìn)行改造;在應(yīng)用方面，涉及糖食、飲料、高分子材料、護(hù)發(fā)產(chǎn)品等領(lǐng)域。自2012年，D-阿洛酮糖的相關(guān)研究進(jìn)入快速發(fā)展期，申請(qǐng)量大幅上升，到2017年，年申請(qǐng)量突破了100件，相信這與D-阿洛酮糖的安全性得到FDA和歐盟認(rèn)可大有關(guān)聯(lián)，D-阿洛酮糖正逐步走進(jìn)公眾視野，市場(chǎng)需求日益增多，相關(guān)的研發(fā)創(chuàng)新也紛至沓來，是目前專利申請(qǐng)與保護(hù)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。需要說明的是，由于專利申請(qǐng)從申請(qǐng)到公開最長(zhǎng)需要18個(gè)月，因此2018-2019年度申請(qǐng)的專利可能還有很多尚未公開，但根據(jù)趨勢(shì)預(yù)計(jì)，2018-2019年度專利的實(shí)際申請(qǐng)量也將超過100件。

2.2.2 全球申請(qǐng)人排名

本文對(duì)涉及D-阿洛酮糖專利申請(qǐng)的全球申請(qǐng)人，按照申請(qǐng)量的大小進(jìn)行了排序。從第一位到第五位依次為：CJ第一制糖株式會(huì)社、松谷化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社、株式會(huì)社三養(yǎng)社、國立大學(xué)法人香川大學(xué)、株式會(huì)社希少糖生產(chǎn)技術(shù)研究所，日韓申請(qǐng)人包攬了前五名。日韓企業(yè)集中且壟斷式的研究和發(fā)展模式，以及日韓國家對(duì)于健康餐飲的追求和熱衷，是日韓企業(yè)成為D-阿洛酮糖專利申請(qǐng)大戶的主要因素。我們國家的相關(guān)申請(qǐng)人在前十名排行中占據(jù)2席，分別是排名第八的江南大學(xué)和排名第九中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所。我國涉及D-阿洛酮糖的研究起步較晚，目前還主要以大學(xué)和科研院所的研究為主。

3 D-阿洛酮糖專利申請(qǐng)的主要技術(shù)分布

圖1顯示了D-阿洛酮糖專利申請(qǐng)的主要技術(shù)分支的時(shí)間分布，其中橫坐標(biāo)表示年份（1992-2019），氣泡大小代表申請(qǐng)量的多少。由圖1可知，對(duì)于D-阿洛酮糖的研究主要包括D-阿洛酮糖的酶法制備及分離純化、產(chǎn)酶菌株的篩選、酶的分子改造及固定化、食品領(lǐng)域的應(yīng)用、醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用、化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用和光電高分子領(lǐng)域的應(yīng)用。其中，制備分離方法和食品領(lǐng)域的應(yīng)用所占比例最大。

3.1 D-阿洛酮糖的制備

對(duì)于D-阿洛酮糖的制備，采用化學(xué)方法從D-果糖制備D-阿洛酮糖時(shí)，在最適條件下得率也僅為8%，而且副產(chǎn)物多、純化困難，因此化學(xué)制備法并沒有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。1990年1月，日本林原生物化學(xué)研究所申請(qǐng)的專利日本特愿平2-21396首次提出用產(chǎn)堿桿菌屬細(xì)菌以D-阿洛糖醇、D-塔格糖以及D-半乳糖醇為底物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)D-阿洛酮糖，自此，各國開始了酶轉(zhuǎn)化D-阿洛酮糖的研究開發(fā)。2011年中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所申請(qǐng)的專利CN201110378798.X記載了將從瘤胃菌獲得的D塔格糖3差向異構(gòu)酶基因克隆表達(dá)于大腸桿菌細(xì)胞中，轉(zhuǎn)化D果糖為D阿洛酮糖，該酶熱穩(wěn)定性高于其他DTE酶。2014年，韓國三養(yǎng)社申請(qǐng)的CN201480071147.8提出從土壤中分離的劍菌菌株具有由D-果糖轉(zhuǎn)化D-阿洛酮糖的活性。目前為止，各國已經(jīng)篩選出可用于產(chǎn)D-阿洛酮糖3-差向異構(gòu)酶的菌株主要有菊苣假單胞菌、根瘤菌、球形紅桿菌、解纖維梭菌、瘤胃球菌、鮑氏梭菌、閃爍梭菌等。

3.2 食品領(lǐng)域應(yīng)用

D-阿洛酮糖在食品領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在功能性甜味劑組合物、飲料、烘焙食品、糖果巧克力等領(lǐng)域中。泰特-萊爾組分美國公司申請(qǐng)的CN201780077260.0公開了食用阿洛酮糖與羅漢果提取物或甜葉菊提取物結(jié)合來改變或增強(qiáng)食品風(fēng)味。百事可樂公司申請(qǐng)的HK6114311.5將D-阿洛酮糖用于制備零熱量或低熱量的冷凍飲料中。韓國CJ第一制糖申請(qǐng)的TW107137980中提出在過量添加酵母的應(yīng)急面團(tuán)中添加D-阿洛酮糖可以改善酵母特有的異味，并延遲面團(tuán)老化。韓國三養(yǎng)社申請(qǐng)的CN201780080771.8提出將阿洛酮糖添加到巧克力中，以掩蓋巧克力的苦味。

4 重點(diǎn)申請(qǐng)人分析

通常來說，一個(gè)領(lǐng)域的主要申請(qǐng)人的專利布局，在一定程度上可以體現(xiàn)該領(lǐng)域的發(fā)展方向及熱點(diǎn)。本文針對(duì)全球申請(qǐng)人排名前兩位的CJ第一制糖、松谷化學(xué)以及排名第一位的中國申請(qǐng)人江南大學(xué)的專利申請(qǐng)情況進(jìn)行介紹，以期相關(guān)領(lǐng)域的研究人員能夠更好的掌握D-阿洛酮糖的發(fā)展方向，更為有效地進(jìn)行專利布局。

4.1 CJ第一制糖株式會(huì)社

CJ第一制糖作為全球申請(qǐng)量第一的企業(yè)，在各領(lǐng)域均有突出的研究貢獻(xiàn)。在制備方面，2005年CJ申請(qǐng)的KR20050046559提出源自根瘤土壤桿菌的D-塔格糖3-差向異構(gòu)酶基因具有能夠?qū)-果糖轉(zhuǎn)化為D-阿洛酮糖的活性，而且發(fā)現(xiàn)該D-塔格糖3-差向異構(gòu)酶對(duì)阿洛酮糖比對(duì)塔格糖具有更高的特異性，因此證明該源自根瘤土壤桿菌的酶實(shí)際上是阿洛酮糖3-差向異構(gòu)酶，為D-阿洛酮糖的制備提供了新的思路。此后，CJ繼續(xù)在分子改造、固定化等方面進(jìn)行研究開發(fā)與改進(jìn)，并取得了一定成果。而其中，CJ在降低生產(chǎn)成本上尤為突出。KR20090118465提出使葡萄糖異構(gòu)化為果糖，并使果糖與固定化細(xì)菌細(xì)胞反應(yīng)，從而生成D-阿洛酮糖3-差向異構(gòu)酶，大大降低了底物的成本。

在應(yīng)用方面，TW107138364提出利用阿洛酮糖來防止去皮新鮮水果和蔬菜的褐變。CN201780075730.X提出通過在發(fā)酵乳中添加高劑量阿洛酮糖來提高發(fā)酵乳的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。TW107138797提出在加工肉制品時(shí)，用D-阿洛酮糖替換磷酸鹽可以減少加工肉制品中的水分逸出，并減少儲(chǔ)藏期間肉的收縮率，長(zhǎng)時(shí)間保持水分，從而增強(qiáng)肉制品的質(zhì)地和風(fēng)味。

4.2 松谷化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社/國立大學(xué)法人香川大學(xué)

經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，日本專利申請(qǐng)中，松谷化學(xué)和香川大學(xué)常作為并列申請(qǐng)人，因此，在此對(duì)松谷化學(xué)和香川大學(xué)的專利一同進(jìn)行分析。雖然松谷化學(xué)和香川大學(xué)就D-阿洛酮糖的制備也提出了大量申請(qǐng)，但近年來它們更多的著眼于D-阿洛酮糖的應(yīng)用，而且它們的專利布局策略與CJ不同，僅僅將核心專利在全球布控，更多的是僅在本國提出申請(qǐng)。

在食品領(lǐng)域，特愿2003-57740提出使用經(jīng)D-阿洛酮糖修飾的蛋白在經(jīng)過美拉德反應(yīng)后，能夠改善食品的熱穩(wěn)定性、乳化性、氣泡性、凝膠成型性。特愿2008-544074中提到一種由D-阿洛酮糖和糖醇或高甜度甜味劑組成的改善味質(zhì)的低熱量甜味劑，并將其應(yīng)用于飲料產(chǎn)品中。特愿2017-13970將D-阿洛酮糖用于增強(qiáng)碳酸食品的碳酸感。

在醫(yī)藥領(lǐng)域，特愿2004-81647提出將D-阿洛酮糖用于抑制T淋巴細(xì)胞增殖。特愿2004-155672提出以D-阿洛酮糖為有效成分的抑制動(dòng)脈硬化病發(fā)的組合物。特愿2005-209654提供一種抑制體重增長(zhǎng)預(yù)防肥胖的組合物。特愿2006-196750將D-阿洛酮糖或其衍生物用于治療和緩解神經(jīng)性疼痛。特愿2017-127008以D-阿洛酮糖和大豆蛋白作為抑制體重增加，抑制血糖升高，抑制與肝臟脂肪合成關(guān)聯(lián)的酶活性的組合物的有效成分。

除此之外，還將D-阿洛酮糖應(yīng)用于防齲齒的牙科材料（特愿2006-305817），高安全性護(hù)膚品（特愿2016-158542）等。

4.3 江南大學(xué)

江南大學(xué)自2007年以來共申請(qǐng)了D-阿洛酮糖相關(guān)專利21件，其中已經(jīng)授權(quán)的有6件，PCT國際申請(qǐng)1件。2007年江南大學(xué)提出了第一件關(guān)于D-阿洛酮糖的專利申請(qǐng)，即CN200710191380.1從魚塘底泥中篩選獲得能有效生物轉(zhuǎn)化D-果糖為D-阿洛酮糖的球形紅桿菌，其轉(zhuǎn)化率比野生菌的轉(zhuǎn)化率高，該申請(qǐng)一經(jīng)公布，在業(yè)界引起了極大轟動(dòng)，因?yàn)樵诖酥?，僅有三種微生物被發(fā)現(xiàn)具有生物轉(zhuǎn)化D-果糖制備D-阿洛酮糖的功能。此后，專利申請(qǐng)CN201610363798.5公開了來自森林土樣中的解纖維素梭菌發(fā)酵得到的D-阿洛酮糖-3-差向異構(gòu)酶以低成本的果葡糖漿為底物反應(yīng)時(shí)，轉(zhuǎn)化率可達(dá)33.7%，高于同類型酶，并且在pH5-9范圍內(nèi)穩(wěn)定性好，而CN201610821862.X中提到的重組大腸桿菌全細(xì)胞轉(zhuǎn)化合成D-阿洛酮糖的轉(zhuǎn)化率可達(dá)34%。

在分子改造方面，江南大學(xué)申請(qǐng)了CN201410001913.5利用定點(diǎn)突變技術(shù)，從來源于梭狀芽孢桿菌的D-阿洛酮糖3-差向異構(gòu)酶獲得具有高催化活性的突變酶的專利，該專利授權(quán)后轉(zhuǎn)讓給了山東星光首創(chuàng)生物科技有限公司。

在固定化方面，CN201910738354.9申請(qǐng)以聚多巴胺-磁性Fe3O4納米粒子為載體固定D-阿洛酮糖3-差向異構(gòu)酶的方法，以聚多巴胺為吸附劑，通過自聚合作用在Fe3O4納米粒子表面形成外殼，合成具有磁性的聚多巴胺-Fe3O4納米粒子，這樣的納米粒子具有強(qiáng)烈的磁響應(yīng)性，在外加磁場(chǎng)的作用下能夠有效被磁力控制，還能通過聚多巴胺表面的高活性酚羥基等功能基團(tuán)增強(qiáng)固定化的效果，提高載體的穩(wěn)定性和酶的負(fù)載量，固定化酶的酶活力可達(dá)450.45U/g載體以上。

在應(yīng)用方面，申請(qǐng)了CN201410605253.1一株可利用阿洛酮糖等多碳源共發(fā)酵的釀酒酵母以及CN201811074095.6用含阿洛酮糖的糖漿制備富含活性益生菌的牛軋?zhí)?，其中，釀酒酵母專利已?jīng)授權(quán)，并以普通許可的方式許可江蘇洋河酒廠、河南仰韶酒業(yè)、安徽金種子酒業(yè)以及青?；ブ囡剖褂迷搶＠?，其商業(yè)價(jià)值可見一斑。

5 發(fā)展趨向

我國相關(guān)研究雖然起步較晚，但已經(jīng)在制備和食品領(lǐng)域應(yīng)用上取得了一定的成果，然而相比日韓等國，我國的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在專利布局上仍有欠缺，國際申請(qǐng)寥寥無幾，為了搶占D-阿洛酮糖市場(chǎng)，國內(nèi)研發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)在注重創(chuàng)新的同時(shí)，通過全球?qū)＠季痔岣呤袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

D-阿洛酮糖的相關(guān)研究日趨成熟，各大生產(chǎn)廠商都開始為搶占市場(chǎng)而摩拳擦掌，尋求與掌握核心專利技術(shù)的研發(fā)企業(yè)合作，2018年安德森宣布將與CJ合作推出新的阿洛酮糖甜味劑產(chǎn)品，而宜瑞安也宣布將與日本松谷建立正式合作關(guān)系，在墨西哥生產(chǎn)ASTRAEA allulose，并在美洲市場(chǎng)銷售，國際間交流合作必將成為未來發(fā)展趨勢(shì)，在強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合下，D-阿洛酮糖的普遍應(yīng)用指日可待，這正是專利技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]帥玉英，孫怡，吳曉花，等.低熱量甜味劑D-阿洛酮糖的生產(chǎn)應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中國食品添加劑，2014（9）：159-163.

[2]Matsuo T，Suzuki H，Hashiguchi M，et al.D-psicose is a raresugar that provides no energy to growing rats[J]. J Nutrit Sei Vitaminol，2002，48（1）：77-80.

[3]李敏湘，王興紅.新型低熱量甜味劑——D-阿洛酮糖的研究進(jìn)展[J].氨基酸和生物資源，2016，38（3）：12-15.

[4]韓詩蕾，蔡基智，廖金華.新型功能性甜味劑D-阿洛酮糖的合成研究現(xiàn)狀[J].廣東化工，2016，43（13）：142-143.