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阿洛酮糖可替代传统甜味剂广泛应用于食品等领域 前景广阔

来源:新营养   添加时间:2022-07-03 19:59:44

阿洛酮糖

糖和含糖食品能够满足人们的口感需求,然而过量食用也会成为人类健康的隐形杀手。世界卫生组织(WHO)于2015年发布了成年人和儿童食糖摄入指南:游离糖的摄入会导致人体总能量摄入过多,降低高营养素形式能量的摄入,从而导致Ⅱ型糖尿病、心脑血管疾病、高血压、龋齿患病风险增加。食用超过人体需求的含糖食品还会导致过多的能量在体内蓄积,最终逐渐转化成脂肪,导致人体肥胖。

为了降低食糖的人均消费,许多国家政府部门自2000年后陆续开始对含糖食品和饮料征税,见表1。

一些世界知名的食品公司与甜味剂辅料供应商已在减糖降糖、代糖产品开发的方向布局,如 Nestlé 和 Kellogg 宣布 2018 年末实现其早餐谷物类产品降糖 10%。

对比世界范围内几个国家终端消费市场(小包装产品)产品类型(见图 1),可以看出,美、日、韩等发达国家人工甜味剂和天然甜味剂所占的比例较高,而中国、印度、巴西等发展中国家,人工甜味剂和天然甜味剂所占的比例相对较低。巴西、印度两国减糖类产品新品数呈逐年上升的趋势。

中国糖尿病人数量近1亿,加上高危人群有1.5亿,即至少10个中国人里面就有1个是(或将是)糖尿病人。糖化血红蛋白被称为糖尿病诊断的新标准和治疗监测的“金标准”。

糖化,全称叫做“非酶糖化反应”,指还原糖(如葡萄糖)在没有酶催化情况下,与蛋白质、脂质或核酸在经过缓慢的反应后,最终生成一系列的晚期糖化终末产物(AGEs)的过程。AGEs一旦形成就不会分解,随着年龄的增长而增加,使皮肤、身体、血管等老化,造成身体各种症状疾病。50岁时AGEs是20岁时的1.5倍。医生已有更充分的理论来解释糖尿病一系列并发症都与高血糖引起的蛋白质糖化以及与AGEs有关,也解释了一系列的衰老问题的根源。AGEs会对我们的肌肤和身体都产生影响,带来的结果就是让皮肤更容易长皱纹、失去了光泽,暗黄长斑等等衰老表现。具体表现在:

色素沉着——AGEs在真皮的成纤维细胞和内皮细胞中的分布,其可与蛋白质形成色素加合物,从而导致皮肤出现色素沉着现象。AGEs也可以通过影响黑色素的分泌量来导致皮肤色素沉着。

皮肤老化——AGEs不断蓄积使肌肤弹性下降发黄暗沉呈现老态。不仅是真皮层连角质层也会产生AGEs。皮肤充满弹性的胶原纤维固化,失去弹性。人的皮肤组织中含有大量的胶原蛋白与弹性蛋白,它们多以纤维状的形态存在,组成了皮肤的骨架结构,使得皮肤具有一定的强度和弹性。AGEs可与这两种蛋白质形成交联,不但影响其正常功能,还会影响皮肤细胞粘附与细胞生长过程。同时,AGEs与这两种蛋白的交联物在细胞基质中的累积不但降低了结缔组织的通透性,还使得养分及代谢废物在体内扩散能力减弱,皮肤组织的硬度增加,从而使得皮肤弹性下降,最终导致皮肤衰老、皱纹产生。

近年来,随着抗糖化这一理念的兴起,人们开始了对使用抗糖化护肤品对抗皮肤衰老、暗黄的追求,国内外著名化妆品品牌纷纷在抗糖化上加大了研究力度,食品级代糖类产品也进入到大众的视野当中。稀有糖和糖醇虽然在自然界中含量较少,但近年来它们在膳食、保健、医药等方面表现出的重要作用引起了人们的日益重视。

01

什么是阿洛酮糖?

阿洛酮糖是一种发现于水果及葡萄干、无花果、猕猴桃和红糖等食物中的天然成分,为白色粉末,水溶液为透明无色液体,它是果糖的一种差向异构体,是在自然界中天然存在但含量极少的一种稀有单糖。

02

阿洛酮糖的理化特性

2.1 甜味特性

D-阿洛酮糖相当于蔗糖70%的甜度;具有与蔗糖相近的口感及容积特性,是食品中蔗糖的最佳代替品,被称作“低卡路里蔗糖”。

2.2 稳定性

阿洛酮糖的结构及特性极为稳定,在酸性或碱性条件下也能保持原本的状态,常温、常压下化学性质稳定;阿洛酮糖与柠檬酸混合,保温贮藏30天也没有发现转化糖生成,证明其不能被有机酸或维生素分解;将20%的酸化阿洛酮糖水溶液和蔗糖水溶液(pH=2)煮沸60分钟后发现,蔗糖被完全水解成果糖和葡萄糖,而阿洛酮糖没有被水解。

2.3 溶解性

D-阿洛酮糖可溶于水、乙醇,基本不溶于丙酮;25 ℃时每100g水中可以溶解291g D-阿洛酮糖,质量百分比为74 wt%,50℃时溶解度进一步增大,每100g水中能溶解489g D-阿洛酮糖,质量百分比达到83 wt%。

03

阿洛酮糖的生理功效

3.1 代谢特性

一项针对D-阿洛酮糖的代谢研究表明,通过静脉注射的D-阿洛酮糖在大鼠体内很快通过尿液排出,97%~98%的D-阿洛酮糖在6h内通过尿液排出体外,只有约0.6%的D-阿洛酮糖经过新陈代谢以CO2的形式排出体外。口服试验显示,D-阿洛酮糖很容易通过小肠吸收进入血液,并在7h内大部分通过尿液排出,仅有少量经小肠吸收的D-阿洛酮糖经过代谢后排出体外。这些结果提示,D-阿洛酮糖经过肠道吸收后几乎不发生代谢、不提供热量,而这正是D-阿洛酮糖与葡萄糖显著的不同之处,也是其作为替代型甜味剂最突出的优势。

3.2 血糖控制

D-阿洛酮糖可以抑制脂肪合成和炎症反应相关基因的表达,保护胰岛细胞免受高血糖引起的损伤,促使胰岛素正常分泌,维持血液中正常的胰岛素水平,降低肠道对葡萄糖的吸收;并且增加脂肪和肌肉组织对葡萄糖的摄取,从而实现控制体重和预防糖尿病的作用。

针对D-阿洛酮糖的多项功能研究中,效果最显著、最确切的是其降血糖效应。多个实验组的研究结果均显示,D-阿洛酮糖对于Ⅱ型糖尿病模型动物的高血糖症具有明显的改善效果。以 C57 BJ/6J糖尿病模型小鼠为试验对象,研究D-阿洛酮糖与D-葡萄糖、D-果糖(200mg·kg-1)对血糖反应、胰岛素水平及脂肪变化等方面的影响差异。经过28天的喂食,与D-葡萄糖组、D-果糖组及空白组比较,D-阿洛酮糖组血糖水平显著降低(p<0.05),并显著改善了模型动物的葡萄糖耐受性。雄性Wistar大鼠喂食蔗糖、麦芽糖、可溶性淀粉,同时按照相同剂量喂食D-阿洛酮糖或D-果糖,发现D-阿洛酮糖能够明显抑制血浆中葡萄糖浓度。D-阿洛酮糖对血糖的影响,在一项健康人的研究中同样得到证实,每天摄入超过6.7%总碳水化合物的D-阿洛酮糖,可以明显抑制餐后血糖水平。

3.3 降脂作用

多项研究结果显示,D-阿洛酮糖能够降低试验动物体内脂肪的积累,这种效应可能通过抑制脂肪合成酶活性或提高脂肪酶活性实现。饮食中给予5% D-阿洛酮糖,Wistar大鼠肝脏脂肪合成酶活性显著低于葡萄糖组和果糖组。在高蔗糖喂食大鼠中添加D-阿洛酮糖,发现试验动物脂肪酶活性显著提高了。给予3% D-阿洛酮糖4周后,大鼠体内脂肪合成酶活性降低,脂肪氧化酶转录因子表达水平上升了。这些结果提示D-阿洛酮糖的抗肥胖效应除了通过抑制脂肪生成酶的活性以外,也可以提高脂肪分解的速度。

细胞学试验揭示,D-阿洛酮糖可以抑制间充质干细胞向脂肪细胞的分化。这些研究均提示,D-阿洛酮糖能够有效降低试验动物体内脂肪积累,并可能减少肥胖所引起的其他并发症。

3.4 抗糖尿病机理

糖尿病的病程中,胰岛细胞的功能退化及胰腺的损伤是一个重要的病理表现。Ⅱ型糖尿病模型OLETF大鼠饮水中被分别处理5% D-阿洛酮糖和D-葡萄糖,同时设定空白对照。大鼠在13周的OLETF试验中,D-阿洛酮糖组餐后血糖、体重及脂肪积累得到有效控制。实验动物的口服葡萄糖耐受测试结果显示,D-阿洛酮糖组血糖水平明显降低,提示胰岛素抵抗的情况有所缓解。免疫组化结果显示,D-阿洛酮糖可诱导肝脏细胞葡糖激酶转录翻译,从而提高肝糖原合成。进一步的研究显示,D-阿洛酮糖明显减弱OLETF大鼠的β胰岛纤维化进程。将上述试验动物的饲养时间延长到60周,结果显示,试验动物中炎症标记物 HbA1C显著降低,腹部脂肪组织中巨噬细胞渗透减少。

结合其他报道,D-阿洛酮糖的抗糖尿病效果可能是通过提高糖原合成相关酶系活性、降低脂肪合成酶系活性、提高脂肪氧化酶活性、减少炎症反应等生化生理过程,从而保护糖尿病动物的β细胞、减少胰腺损伤来实现的。

04

阿洛酮糖的应用

4.1 阿洛酮糖在食品中的应用

4.1.1 原料糖浆(粉)

D-阿洛酮糖目前主要以原料糖浆、糖粉的形式在韩国、日本及西方一些国家生产和出售。2012 年,日本松谷化学工业已在全国发售了添加一定比例的D-阿洛酮糖的稀有糖糖浆。2015 年,韩国 CJ 与美国 AGG合作,以 AllSweet 品牌面世,主要向北美等地出售含有一定比例的 D-阿洛酮糖糖浆和糖粉等原料。英国泰特莱尔的Dolcia Prima 低热量阿洛酮糖糖浆步入市场,其糖浆制备工艺在美国、英国均已申请专利保护,糖浆的pH为 3.0-5.0 之间,专利指出在该 pH 条件下,不仅可以降低 D-阿洛酮糖退化及羟甲基糠醛的形成,还可以控制减少糖浆色泽发生变化。此外,德国 Pfeifer & Langen 公司研发出含有不同浓度的 D-阿洛酮糖的晶体粉末,其颗粒大小包括三个范围:<900 μm、900μm-2.0 mm 和2.0-5.0mm,其专利受欧洲及国际专利局保护。

4.1.2 一般食品、饮料

饮料方面,近几年百事可乐公司在零热量或低热量冷冻饮料中添加 D-阿洛酮糖和其他非营养性甜味剂,产品与全热量冷冻饮料具有相似的口感和甜度;此外,其将D-阿洛酮糖与赤藓糖醇复合,添加到各类食品、饮料中。与此同时,可口可乐公司也尝试选用一种稀有糖(阿洛酮糖、塔格糖等)和一种甜度增强剂(罗汉果苷等)进行复合,应用于饮料中。两者所研发的产品均在国际及中国申请了专利保护。

烘焙食品方面,日本松谷化学工业在以谷类粉为主原料的烘焙食品中添加含有 D-阿洛酮糖或阿洛糖的复合稀有糖,其产品柔软湿润、具有良好的口溶感。

糖果方面,美国Wrigley箭牌公司研究制作出含有 D-阿洛酮糖的口香糖,制备方法主要有两种,一种是在 5%-95%酯胶基质中添加 0.1%-10%甜味剂(全部或部分 D-阿洛酮糖);一种是先将 D-阿洛酮糖粉末或糖浆与其他甜味剂复合得到固状或糖浆状甜味料,再与酯胶基质混合。其次,Wrigley还将 D-阿洛酮糖作为填充型甜味剂,与其他糖或糖醇复合,在奶糖、硬糖、凝胶糖果、压片糖果等糖果中添加,提高糖果的外观、口感和风味。除一般糖果外,德国 Pfeifer & Langen 公司将 D-阿洛酮糖进行干热处理或烘烤,使之发生焦糖化反应,生产焦糖,可用于烘焙食品、咖啡、饮料等方面,不仅可以改善产品颜色和风味,还利于改善其产品黏度、水溶性等。

4.1.3 功能性食品

韩国CJ将含有 D-阿洛酮糖和可缓慢消化或抗消化多糖复合作为活性成分,生产功能性甜味剂组合物,应用于糖尿病患者的饮食中,使患者在维持健康膳食的前提下还能享受甜蜜滋味。研究表明,D-阿洛酮糖和鸡蛋清蛋白、鸡卵白蛋白、乳清蛋白等通过美拉德反应均能形成较好的交联结构,改善食品质构的同时还能产生抗氧化物质,不仅可以提高产品品质,还能增强产品的功能性。法国罗盖特公司将 D-阿洛糖糖浆和一种天然蛋白质结合制得一种固体功能性产品,稀有糖的添加可以降低高蛋白食品的硬化,可用作运动员、健身者的蛋白补充剂。

此外,D-阿洛酮糖具有很多低聚糖的特性,人体内几乎不消化代谢,适用于肥胖症、糖尿病患者使用;还能强化人体肠道内双歧杆菌,提高人体免疫力。基于该功能特性,德国 Pfeifer & Langen公司将 D-阿洛酮糖作为益生元,直接或与其他益生元复合制成合生素,应用于饲料、食品、饮料等领域。

4.2 阿洛酮糖在医药领域的应用

研究表明,在甲硝唑药中添加适当阿洛酮糖或阿洛糖,可以加强甲硝唑对毛滴虫生长的抑制作用,可制成驱虫药糖。此外,基于以上D-阿洛酮糖的特性和功能,其可用作固定假牙的黏合剂;也可在咳嗽糖浆中添加 D-阿洛酮糖,增加辅助功能;由于其不易被口腔微生物利用,还可作口腔消毒剂,抑制口腔有害菌的生长,防龋齿。D-阿洛酮糖,对肿瘤细胞的增殖有一定的抑制作用,可能逐渐成为新的临床抗癌药物。

4.3 阿洛酮糖在其他领域的应用

D-阿洛酮糖还可以用来制作防水抗热的透明薄膜,用于光学设备、液晶显示屏等方面。另外,D-阿洛酮糖可以用作化妆品原料,增强皮肤抗氧化性、保湿性以及粘弹性,目前在日本、国际专利局均有申请专利保护。

05

阿洛酮糖的未来趋势

D-阿洛酮糖作为一种低热量高甜度的新型功能性稀有糖,可替代传统甜味剂广泛应用于食品、保健品、医药等领域。目前市面上的产品形式主要以 D-阿洛酮糖糖浆或糖粉为主,在饮料、烘焙、糖类食品、保健食品中虽有应用,但产品较少,且主要在一些发达国家生产和出售,国内市场目前还未打开。然而随着人们生活水平和抗糖化意识的提高,可以预见D-阿洛酮糖在中国的市场前景将会更加广阔。

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