理论推测自然界约存在50多种稀有糖[2]，截止到目前，已经确定40多种不同类型的稀有单糖，这些稀有单糖在结构式上存在差异[3]，按照碳原子数量来分，稀有单糖主要有丁糖类、戊糖类、己糖类和庚糖类[2]。 稀有单糖主要分类/食研汇整理 除了以上稀有单糖外，稀有糖还包括一些由稀有单糖所组成的稀有双糖，比如松二糖、明串珠菌糖、异麦芽酮糖、曲二糖、异麦芽糖、昆布二糖、龙胆二糖、海藻糖等[4]。 稀有糖的发展历程 日本是最早一批对稀有糖进行研究的国家，其研究历程可以看成是稀有糖发展史的缩影[5]。 1991年，日本香川大学农学部教授何森健在农学部的土壤中发现了一种微生物，该微生物具有可以将果糖转化为D-阿洛酮糖的酶。（这是稀有糖研究的开始） 1999年，产学官合作启动稀有糖的研究，主要是对稀有糖的实用性进行基础研究。 2001年，日本香川大学在校内设立了“稀有糖研究中心”，同时国际稀有糖协会（ISRS）成立。 2002年，D-阿洛酮糖生产基地建立，完善稀有糖商业化的基础研究和开发，指定稀有糖为日本香川县的地方资源，同时，稀有糖生产战略图“lzumoring”发表。 2006年，成立香川大学风险投资公司稀有糖生产技术研究所，香川大学建立“稀有糖制作站”。 2007年，开设“三木町稀有糖研究研修中心”。 2008年，D-阿洛酮糖商业化，并申报特定保健用途食品（2010年）。 2009年，含有稀有糖的异构化糖商品化，含有稀有糖的糖浆商品化（2011年）。 2012年，开始在日本香川县向普通民众预售稀有糖糖浆。 2013年，一家生产稀有糖糖浆的工厂在宇多津町开始全面运用，开始在全国范围内向公众销售稀有糖浆。 2016年，香川大学重组完善稀有糖研究中心。成立“国际稀有糖研究与教育机构”，推动全校稀有糖研究。用于生产D-阿洛酮糖的固定化酶制造设备在含稀有糖的糖浆制造厂内建成。 2019年，香川县的商家开始销售使用含 D-阿洛酮糖的糖果，D-阿洛酮糖生产工厂在墨西哥竣工，在北美推出 D-阿洛酮糖。 2020年，香川大学公布使用D-塔格糖开发新概念农业材料的研究成果。 稀有糖制备方法：化学合成法VS生物转化法 稀有糖虽然种类多，但含量非常少，价格昂贵。直到近几年，稀有糖才投入大规模生产，不过截止到目前，大多数的稀有糖都无法在市场上买到。稀有糖的制备方式主要有两种，一种是化学合成法，另一种是生物转化法。 化学合成法主要是利用催化加氢、加成反应、Mitsunobu反应、Ferrier重排等方法来合成稀有糖，但是化学合成法往往需要多步的催化和保护反应，且反应条件苛刻、操作繁琐复杂、所以获得稀有糖的产率较低，副产物多，化学污染严重。所以目前主要通过生物转化法来生产稀有糖。 生物转化法可以以廉价的单糖为原料，通过微生物或者它们的酶来进行生化转化，从而获得稀有糖。相对于化学合成法，生物转化法具有反应条件温和、对环境友好、高度的立体选择性等优点。 早在20年前，日本香川大学Ken Izumori教授提出的“lzumoring”方法，便是利用D-塔格糖-3-差向异构酶、多元醇脱氢酶、氧化还原酶、醛糖异构酶等进行所有单糖（主要为四碳糖、五碳糖、六碳糖）及糖醇之间的相互转化，从而制备各种稀有糖[2]。 以6个碳原子的己糖为例，“lzumoring”生产所有六碳稀有糖的方式如下图所示。六碳己糖有34个，都是用线连接起来，每条线代表一个酶促反应，使整体连接成环状，点对称排列。这表明它们都可以通过酶促反应产生，比如，右上角的D-葡萄糖可以按照该方法生成对称的L-葡萄糖[6]。 以六碳糖为例的稀有糖生产战略图“lzumoring”/图源：参考文献7 稀有糖的功能及应用场景 稀有糖家族虽然比较大，但是目前经过深入研究的大约不足五分之一，这些稀有糖具有诸多功能特性，具有丰富的应用场景。 1）代糖代表稀有糖：D-阿洛酮糖、D-塔格糖、木糖醇 D-阿洛酮糖甜度约为蔗糖的70%，卡路里（0.4kcal/g）仅为蔗糖的10%。具有与蔗糖相近的口感及容积特性，被称作“低卡路里蔗糖”，是一种优质的天然甜味剂。2019年，美国 FDA 发布关于营养标签上声明阿洛酮糖的指南草案，该指南同意在总糖量和添加糖标签上排除阿洛酮糖，其在营养成分标签上标注“卡路里”时，以每克0.4kcal/g计算。 D-塔格糖拥有近乎完美的蔗糖甜度，其甜味与蔗糖相似，甜度为蔗糖的92%，是一种很好的填充型甜味剂，基本无不良异味和后味，产生的热量约为蔗糖的1/3，能量值为1.5 kcal/g。 木糖醇甜度和蔗糖相当，热量只有蔗糖的60%，溶于水时吸热，会在口中产生愉快的清凉感，也是优质的天然甜味剂。 2）调节血糖代表稀有糖：D-阿洛酮糖、D-塔格糖、异麦芽酮糖、海藻糖 D-阿洛酮糖可以抑制肠道内α-葡萄糖苷酶的活性，可以保护胰腺中的胰岛β细胞来改善胰岛素抵抗，可以增加脂肪和肌肉组织对葡萄糖的摄取。 D-塔格糖在机体内的吸收率较低，研究显示，塔格糖并不会引起健康受试者和II型糖尿病患者空腹血糖和胰岛素水平的明显变化，并可明显抑制糖尿病患者因摄入葡萄糖所引起的血糖升高，原因可能是塔格糖除了吸收率较低外，还抑制了小肠对葡萄糖的吸收[8]。 异麦芽酮糖对血糖水平及其胰岛素反应的有益作用已在各种人体临床研究和所有人群中得到证实，包括健康人群、糖尿病人、怀孕期间和超重人士都可以食用它来控糖。 海藻糖可以通过减慢血糖释放和更温和的胰岛素反应来稳定血糖水平。 3）体重管理代表稀有糖：D-阿洛酮糖、异麦芽酮糖 有研究发现，D-阿洛酮糖能够促进运动过程中的脂肪燃烧。一项随机、双盲、安慰剂对照试验证明了 D-阿洛酮糖能够减少超重或肥胖受试者的体脂量。日本机能性标示食品中也会加入D-阿洛酮糖来促进脂肪燃烧。 异麦芽酮糖可以缓慢地释放能量，持续为身体提供葡萄糖，从而保持血糖水平稳定，有助于提高脂肪燃烧率。 4）口腔健康代表稀有糖：D-阿洛酮糖、D-塔格糖、木糖醇 D-阿洛酮糖不会在口腔中代谢，因此不会导致牙釉质侵蚀，也不会促进与蛀牙形成相关的口腔细菌的生长。 D-塔格糖不会降低牙斑的pH值，不被口腔细菌发酵，不会引起龋齿。它在抑制齿蚀斑、清除口臭方面有良好的功效。 木糖醇可以刺激唾液分泌，对变形链球菌（龋齿的主要致病微生物）具有特异性抑制作用，欧洲食品安全局批准了一项健康声明“木糖醇口香糖可降低儿童患龋齿的风险”。 5）改善肠道菌群代表稀有糖：D-塔格糖、木糖醇、异麦芽酮糖 D-塔格糖在人体内，仅有20%被小肠吸收。绝大部分的塔格糖直接进入结肠，被其中的微生物选择性发酵，促进有益菌增殖，抑制有害菌生长，可以明显的改善肠道菌群[8]。 木糖醇可以调节肠道微生物的组成和活性。木糖醇不被人体酶消化，大约50%的木糖醇会进入结肠，作为肠道微生物的能量和碳源，并形成短链脂肪酸，为宿主提供能量并支持免疫系统的稳态[9]。 异麦芽酮糖具有益生元活性，可以刺激益生菌的生长和短链脂肪酸的产生[10]。 小结 D-阿洛酮糖是稀有糖家族的明星成员，食研汇曾经在《有望今年获批！D-阿洛酮糖蓄势待发》一文中提到，越来越多的产品配方中开始使用阿洛酮糖，Innova Market Insights调查结果显示，从2014 年到 2018 年，含有阿洛酮糖的食品和饮料上市数量年均增长率为 45%。根据SPINS对传统和天然增强渠道的分析数据，截止至2022年6月12日的52周，阿洛酮糖的销售额增长了164.2%，市场价值达4亿美元。 根据 Global Market Insights Inc 的一份新研究报告，到 2027 年，稀有糖市场规模将超过 17 亿美元。相信在未来，以阿洛酮糖为首的稀有糖将大有作为！ 参考文献1）The International Society of Rare Sugars-- Definition of Rare Sugars2）林清泉等.稀有糖的制备及应用最新进展3）Amna Ahmed, Tauseef A Khan, D Dan Ramdath, Cyril W C Kendall, John L Sievenpiper, Rare sugars and their health effects in humans: a systematic review and narrative synthesis of the evidence from human trials, Nutrition Reviews, Volume 80, Issue 2, February 2022, Pages 255–270,4）Mijailovic N, Nesler A, Perazzolli M, Aït Barka E, Aziz A. Rare Sugars: Recent Advances and Their Potential Role in Sustainable Crop Protection. Molecules. 2021 Mar 19;26(6):1720. doi: 10.3390/molecules26061720. PMID: 33808719; PMCID: PMC8003523.5）香川における希少糖研究等の歩み6）香川大学农业部：希少糖の生産戦略と産学連携による研究開発戦略 かがわ希少糖ランウェイ構想7）EUROPEAN PATENT APPLICATION published in accordance with Art. 158(3) EPC8）袁尔东：功能性甜味剂塔格糖的生产及应用9）Salli K, Lehtinen MJ, Tiihonen K, Ouwehand AC. Xylitol's Health Benefits beyond Dental Health: A Comprehensive Review. Nutrients. 2019 Aug 6;11(8):1813. doi: 10.3390/nu11081813. PMID: 31390800; PMCID: PMC6723878.10）Yang ZD, Guo YS, Huang JS, Gao YF, Peng F, Xu RY, Su HH, Zhang PJ. Isomaltulose Exhibits Prebiotic Activity, and Modulates Gut Microbiota, the Production of Short Chain Fatty Acids, and Secondary Bile Acids in Rats. Molecules. 2021 Apr 23;26(9):2464. doi: 10.3390/molecules26092464. PMID: 33922589; PMCID: PMC8122910. 延伸阅读微信又双叒改版了，快将食研汇 FTA 设为星标⭐️