D-阿洛酮糖的專利技術綜述

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，其具有調節血糖、減少能量攝入等生理功能，廣泛應用于食品、醫藥、化妝品、高分子等領域，近年來成為甜味劑的研究熱點之一。文章主要綜述了D-阿洛酮糖的全球、國內專利申請情況、專利技術發展情況以及重點申請人分析，以期為國內研發機構和相關企業在D-阿洛酮糖領域的創新研發方向、專利保護策略以及知識產權布局提供有益的參考和建議。

關鍵詞：D-阿洛酮糖;D-阿洛酮糖-3-異構酶;制備;應用;專利

中圖分類號：T-18 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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。而食品中的甜味劑因富含高熱量和糖分，是導致肥胖、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研究成為功能性甜味劑領域具有重要經濟價值和實際意義的當務之急。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注，且其安全性已經得到了FDA（美國食品和藥物管理局）的認可，是當前最有競爭力的代糖之一。2019年4月17日，FDA宣布將D-阿洛酮糖排除在“添加糖”“總糖”標簽之外，并將其熱量定為0.4kal/g。因為在最新數據表明，D-阿洛酮糖不會被人體代謝，其含有極少的卡路里，對血糖或胰島素水平的影響可以忽略不計，并且不會引起齲齒。這無疑為D-阿洛酮糖的研發應用提供了廣闊的空間，其前景被業界普遍看好。

1 D-阿洛酮糖簡介

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號位碳的差向異構體[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，對糖屬性的保留能力極強，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而使用[4]。出于其獨特的甜味、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中常規糖分

所占據的廣泛市場，通過健康飲食預防肥胖導致的疾病。

2 D-阿洛酮糖專利申請概況

2.1數據采集方法

本文主要在中國專利文摘數據庫（CNABS）、德溫特世界專利數據庫（DWPI）、日本專利文摘數據庫（JPABS）中，以阿洛酮糖的中、英、日文名稱作為關鍵詞進行了檢索，經去噪篩選，共獲得相關專利申請708篇，檢索時間截至2019年10月。

2.2 D-阿洛酮糖的專利申請情況

2.2.1 全球申請量年度分布

有關D-阿洛酮糖的專利申請始于上世紀70年代，早期的專利申請僅是將D-阿洛酮糖作為一種糖應用于化妝品、藥品。直到1990年才出現第一個圍繞D-阿洛酮糖的專利申請，即由何森健發明的D-阿洛酮糖的制備方法（日本特愿平2-21396），開啟了生物轉化制備D-阿洛酮糖研究的先河。此后10年，各國研發團隊潛心鉆研，專利申請量沒有明顯變化。直到2000年，進入D-阿洛酮糖的發展期，這一時期相關專利的申請量平穩增長，在制備方面，涉及篩選新的產酶菌株、酶的固定化、對酶進行改造;在應用方面，涉及糖食、飲料、高分子材料、護發產品等領域。自2012年，D-阿洛酮糖的相關研究進入快速發展期，申請量大幅上升，到2017年，年申請量突破了100件，相信這與D-阿洛酮糖的安全性得到FDA和歐盟認可大有關聯，D-阿洛酮糖正逐步走進公眾視野，市場需求日益增多，相關的研發創新也紛至沓來，是目前專利申請與保護的熱點領域。需要說明的是，由于專利申請從申請到公開最長需要18個月，因此2018-2019年度申請的專利可能還有很多尚未公開，但根據趨勢預計，2018-2019年度專利的實際申請量也將超過100件。

2.2.2 全球申請人排名

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

3 D-阿洛酮糖專利申請的主要技術分布

圖1顯示了D-阿洛酮糖專利申請的主要技術分支的時間分布，其中橫坐標表示年份（1992-2019），氣泡大小代表申請量的多少。由圖1可知，對于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、產酶菌株的篩選、酶的分子改造及固定化、食品領域的應用、醫藥領域的應用、化妝品領域的應用和光電高分子領域的應用。其中，制備分離方法和食品領域的應用所占比例最大。

3.1 D-阿洛酮糖的制備

對于D-阿洛酮糖的制備，采用化學方法從D-果糖制備D-阿洛酮糖時，在最適條件下得率也僅為8%，而且副產物多、純化困難，因此化學制備法并沒有取得實質性的進展。1990年1月，日本林原生物化學研究所申請的專利日本特愿平2-21396首次提出用產堿桿菌屬細菌以D-阿洛糖醇、D-塔格糖以及D-半乳糖醇為底物轉化生產D-阿洛酮糖，自此，各國開始了酶轉化D-阿洛酮糖的研究開發。2011年中國科學院天津工業生物技術研究所申請的專利CN201110378798.X記載了將從瘤胃菌獲得的D塔格糖3差向異構酶基因克隆表達于大腸桿菌細胞中，轉化D果糖為D阿洛酮糖，該酶熱穩定性高于其他DTE酶。2014年，韓國三養社申請的CN201480071147.8提出從土壤中分離的劍菌菌株具有由D-果糖轉化D-阿洛酮糖的活性。目前為止，各國已經篩選出可用于產D-阿洛酮糖3-差向異構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 食品領域應用

D-阿洛酮糖在食品領域的應用主要集中在功能性甜味劑組合物、飲料、烘焙食品、糖果巧克力等領域中。泰特-萊爾組分美國公司申請的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合來改變或增強食品風味。百事可樂公司申請的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第一制糖申請的TW107137980中提出在過量添加酵母的應急面團中添加D-阿洛酮糖可以改善酵母特有的異味，并延遲面團老化。韓國三養社申請的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 重點申請人分析

通常來說，一個領域的主要申請人的專利布局，在一定程度上可以體現該領域的發展方向及熱點。本文針對全球申請人排名前兩位的CJ第一制糖、松谷化學以及排名第一位的中國申請人江南大學的專利申請情況進行介紹，以期相關領域的研究人員能夠更好的掌握D-阿洛酮糖的發展方向，更為有效地進行專利布局。

4.1 CJ第一制糖株式會社

CJ第一制糖作為全球申請量第一的企業，在各領域均有突出的研究貢獻。在制備方面，2005年CJ申請的KR20050046559提出源自根瘤土壤桿菌的D-塔格糖3-差向異構酶基因具有能夠將D-果糖轉化為D-阿洛酮糖的活性，而且發現該D-塔格糖3-差向異構酶對阿洛酮糖比對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際上是阿洛酮糖3-差向異構酶，為D-阿洛酮糖的制備提供了新的思路。此后，CJ繼續在分子改造、固定化等方面進行研究開發與改進，并取得了一定成果。而其中，CJ在降低生產成本上尤為突出。KR20090118465提出使葡萄糖異構化為果糖，并使果糖與固定化細菌細胞反應，從而生成D-阿洛酮糖3-差向異構酶，大大降低了底物的成本。

在應用方面，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提出通過在發酵乳中添加高劑量阿洛酮糖來提高發酵乳的儲存穩定性。TW107138797提出在加工肉制品時，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，并減少儲藏期間肉的收縮率，長時間保持水分，從而增強肉制品的質地和風味。

4.2 松谷化學工業株式會社/國立大學法人香川大學

經檢索發現，日本專利申請中，松谷化學和香川大學常作為并列申請人，因此，在此對松谷化學和香川大學的專利一同進行分析。雖然松谷化學和香川大學就D-阿洛酮糖的制備也提出了大量申請，但近年來它們更多的著眼于D-阿洛酮糖的應用，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。

在食品領域，特愿2003-57740提出使用經D-阿洛酮糖修飾的蛋白在經過美拉德反應后，能夠改善食品的熱穩定性、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的低熱量甜味劑，并將其應用于飲料產品中。特愿2017-13970將D-阿洛酮糖用于增強碳酸食品的碳酸感。

在醫藥領域，特愿2004-81647提出將D-阿洛酮糖用于抑制T淋巴細胞增殖。特愿2004-155672提出以D-阿洛酮糖為有效成分的抑制動脈硬化病發的組合物。特愿2005-209654提供一種抑制體重增長預防肥胖的組合物。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聯的酶活性的組合物的有效成分。

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

4.3 江南大學

江南大學自2007年以來共申請了D-阿洛酮糖相關專利21件，其中已經授權的有6件，PCT國際申請1件。2007年江南大學提出了第一件關于D-阿洛酮糖的專利申請，即CN200710191380.1從魚塘底泥中篩選獲得能有效生物轉化D-果糖為D-阿洛酮糖的球形紅桿菌，其轉化率比野生菌的轉化率高，該申請一經公布，在業界引起了極大轟動，因為在此之前，僅有三種微生物被發現具有生物轉化D-果糖制備D-阿洛酮糖的功能。此后，專利申請CN201610363798.5公開了來自森林土樣中的解纖維素梭菌發酵得到的D-阿洛酮糖-3-差向異構酶以低成本的果葡糖漿為底物反應時，轉化率可達33.7%，高于同類型酶，并且在pH5-9范圍內穩定性好，而CN201610821862.X中提到的重組大腸桿菌全細胞轉化合成D-阿洛酮糖的轉化率可達34%。

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

在固定化方面，CN201910738354.9申請以聚多巴胺-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烈的磁響應性，在外加磁場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增強固定化的效果，提高載體的穩定性和酶的負載量，固定化酶的酶活力可達450.45U/g載體以上。

在應用方面，申請了CN201410605253.1一株可利用阿洛酮糖等多碳源共發酵的釀酒酵母以及CN201811074095.6用含阿洛酮糖的糖漿制備富含活性益生菌的牛軋糖，其中，釀酒酵母專利已經授權，并以普通許可的方式許可江蘇洋河酒廠、河南仰韶酒業、安徽金種子酒業以及青海互助青稞酒使用該專利，其商業價值可見一斑。

5 發展趨向

我國相關研究雖然起步較晚，但已經在制備和食品領域應用上取得了一定的成果，然而相比日韓等國，我國的研發團隊在專利布局上仍有欠缺，國際申請寥寥無幾，為了搶占D-阿洛酮糖市場，國內研發團隊應在注重創新的同時，通過全球專利布局提高市場競爭能力。

D-阿洛酮糖的相關研究日趨成熟，各大生產廠商都開始為搶占市場而摩拳擦掌，尋求與掌握核心專利技術的研發企業合作，2018年安德森宣布將與CJ合作推出新的阿洛酮糖甜味劑產品，而宜瑞安也宣布將與日本松谷建立正式合作關系，在墨西哥生產ASTRAEA allulose，并在美洲市場銷售，國際間交流合作必將成為未來發展趨勢，在強強聯合下，D-阿洛酮糖的普遍應用指日可待，這正是專利技術經濟價值的體現。

參考文獻：

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