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又一潜力「稀有糖」，塔格糖困于技术壁垒

2023-03-05 09:54:20 来源：FoodTalks

D-塔格糖（Tagatose）是一种天然的低热量甜味剂，与阿洛酮糖结构相似，它也是果糖的一种“差向异构体”。塔格糖属于“稀有糖”，极少量存在于自然界如水果、可可和奶制品中。

D-塔格糖&D阿洛酮糖结构式

(相关资料图)

图片来源：Chemical Book

一、拥有近乎完美的蔗糖甜度

塔格糖的甜味与蔗糖相似，甜度为蔗糖的92%，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1.5kcal/g。而且，塔格糖易发生美拉德反应，在较低温度下即可发生焦糖化反应，因此可以应用于乳制品、饮料、谷物制品、糖果、果脯等食品领域。

甜味剂相对甜度对比

图片来源：researchgate

二、获批多年，一直未被大规模应用

与阿洛酮糖不同，早在2014年，国家卫健委就批准塔格糖为新食品原料，可以应用在除婴幼儿食品以外的食品中，并且对每日摄入量没有要求。另外，2003年，塔格糖通过了美国FDA的GRAS认证，2006年，被欧盟批准为新型食品成分，然而获批多年，一直未被大规模应用，究其原因是因为塔格糖的制作工艺复杂，商业化成本高。

传统的制造方法是将半乳糖经过多步酶促反应转化为塔格糖，然而，这个过程只能转化大约30%的半乳糖，而且分离塔格糖的成本很高，这就导致塔格糖的零售价居高不下。根据荷兰行业咨询公司FutureBridge的数据，2020年，塔格糖的零售价为每公斤26美元，而蔗糖的零售价仅为每公斤50美分。此外，林路生物科技（丹江口）有限公司告诉食研汇，目前塔格糖的零售价为25万/吨，该公司年产量为3000-4000吨，主要用于出口。

在代糖市场快速发展的今天，塔格糖一直受困于技术壁垒，不但在中国，塔格糖在全球应用市场的增长都受到限制。

三、谁能把价格打下来，谁就占据了市场

Persistence Market Research对稀有糖的未来需求充满信心，预测全球塔格糖市场将在2019年至2027年期间增长4.7%。很多初创企业正在重新考虑和评估塔格糖的生产过程，以使它更容易的进入市场。2020年，FutureBridge对减糖开发进行了为期三年的审查，将塔格糖确定为更具价格竞争力的创新成分。

那么谁能把价格打下来，谁就占据了市场。目前国内外主要有三种方式可以扩大塔格糖的产能。

（一）扩大酶促转化

美国初创公司Bonumose是一家承诺让塔格糖更实惠的公司，这家公司总部位于弗吉尼亚，该公司开发了一种同步酶促转化工艺，据称该工艺比传统工艺效率更高。Bonumose首席执行官Ed Rogers表示，他们使用多种酶，基本上同时将原料转化为极高产量的目标，他们从淀粉开始，使用酶促工艺大规模生产塔格糖，最终收率可以高达90%。并且他们使用的原料也很廉价，比如炸薯条制造过程中残留的马铃薯淀粉或豌豆分离蛋白制造过程中剩余的淀粉。

Bonumose获得了由好时（Hershey）和制糖巨头ASR集团牵头的B轮融资，以支持2022年阿洛酮糖和塔格糖的商业化生产。该公司计划将塔格糖的生产成本降至2美元/公斤以下。

今年1月，ASR集团和Bonumose宣布，塔格糖的生产已经在Bonumose的新商业生产工厂和高级研发实验室开始，并从2月中旬开始，ASR集团将提供塔格糖的初始发货和样品。

（二）合成生物学

基于酵母发酵的合成生物学技术是另一种可能大规模生产塔格糖的新兴技术。

Illinois大学Urbana-Champaign分校的研究人员设计了一种酵母菌株，通过进行两项基因调整从乳糖中产生塔格糖。他们首先取出了一个基因，阻断酵母在乳糖代谢过程中使用半乳糖作为细胞燃料，然后添加了两个将半乳糖转化为塔格糖的基因。经过基因工程改造的酵母产生的溶液含有90%的塔格糖，远高于传统的30%产量。此外，酵母反应器的运行规模也比基于酶的反应器大得多，这可以有效地大规模生产塔格糖。

Illinois大学Urbana-Champaign分校的研究人员设计了一种酵母菌株

图片来源：Illinois

此外，他们的方法还可以利用酸性乳清中的乳糖生产塔格糖，乳清是希腊酸奶制造过程中的一种大量副产品。除了使底物价值最大化，研究人员还简化了产品的分离和纯化，从整体上降低了生产成本。

我国工程院院士&浙江工业大学生物工程学院院长郑裕国教授也在研究合成生物学技术，郑教授以酿酒酵母为底盘细胞，敲除半乳糖激酶，过表达木糖还原酶和葡萄糖脱氢酶，生物合成制备D-塔格糖。

FIC2021食品界院士系列高峰论坛郑裕国《糖和假糖》

图片来源：公众号@食研汇FTA

（三）利用细菌作为微型生物反应器

Tufts研究人员提出了一种创新方法，利用细菌作为封装酶和反应物的微型生物反应器来生产塔格糖。这种方法可以将收率提高到85%。

从半乳糖制造塔格糖的首选酶是L-阿拉伯糖异构酶（LAI），然而，半乳糖不是LAI的主要目标，因此与半乳糖反应的速率和产率不高，LAI本身不是很稳定，在LAI降解之前，37℃条件下，半乳糖的转化率为39%，50℃条件下，转化率只有16%。

研究人员发现，可以使用植物乳杆菌来制造大量的LAI酶，并使其在细菌细胞壁内保持稳定。当LAI在植物乳杆菌中表达时，LAI可以不断的将半乳糖转化为塔格糖，37℃条件下，半乳糖的转化率可以提高到47%，50℃条件下，转化率更是提高到83%。

然而将初始成分半乳糖运输到细胞中是一个难题，为了解决该问题，研究人员用非常低浓度的洗涤剂处理细胞--刚好足以使细菌的细胞壁渗漏。这样半乳糖能够进入细胞，并从细胞中释放塔格糖，从而使酶能够以更快的速度将半乳糖转化为塔格糖。

四、多领域应用，塔格糖未来可期

作为一种功能性单糖，塔格糖在能量代谢、降血糖、改善肠道菌群、抗龋齿等方面具有诸多优势。作为一种天然甜味剂，塔格糖在食品工业中具有广泛的应用。

（一）饮料

在饮料中，塔格糖对其他强力甜味剂（甜蜜素、甜菊糖、阿斯巴甜等）起协同增效作用，消除这些甜味剂所产生的金属味、后苦味、涩味等不良后味，改善饮料的口感。

早在2003年，百事可乐便推出了一款添加塔格糖的饮料Slurpee。这是塔格糖的第一次商业化应用，该饮料在7-11售出。百事所添加的塔格糖由Arla Foods提供。

百事可乐便推出一款添加塔格糖的饮料Slurpee

图片来源：joesiegler

（二）乳制品

作为低热量的甜味剂，少量的塔格糖可以改善乳制品的口感，此外，它还可以用于酸奶中，在提供甜味的同时增加酸奶的活菌数，提高酸奶的营养价值。

（三）烘焙食品

塔格糖低温易焦糖化的特性，使其比蔗糖更容易产生理想的色泽和更醇香的风味，可以用于焙烤食品中。此外，由于塔格糖粘度低、易结晶，也可用于霜化食品。

Dambert Tagatesse系列推出的无麸质姜饼曲奇，添加塔格糖，不含乳糖，且低碳水，适合乳糖不耐症人群，也符合生酮饮食的要求。

Dambert Tagatesse系列推出的无麸质姜饼曲奇

图片来源：Dambert Tagatesse

（四）糖果&巧克力

塔格糖可以作为唯一的甜味剂应用于巧克力中，且工艺不需要太大改变，巧克力的粘性和吸热特性与添加蔗糖时相似。

不过由于高成本，高零售价格，目前市面上使用塔格糖的产品寥寥无几。

五、写在最后

需要注意的是，FDA将塔格糖归类为添加糖。Bonumose此前向FDA申请将塔格糖从添加糖中豁免，以试图吸引食品和饮料制造商。该公司认为，他们是使用植物性淀粉和酶的简化方法生产塔格糖，质疑甜味剂的使用与添加糖标签背后的基本原理冲突。此外，根据Bonumose的研究，塔格糖不但不会增加患慢性病的风险，反而对健康有积极的影响。

FDA同意了Bonumose提交的健康研究，但是食品行业监管机构指出，塔格糖的卡路里含量过高（与阿洛酮糖相比），不能在标签中豁免。所以最终FDA拒绝了Bonumose的申请。

参考文献：

[1] https://now.tufts.edu/2019/11/21/bacteria-help-make-low-calorie-sugar

[2] 王静. 甜味剂D-塔格糖的生产及其在食品中的应用

[3] Tagatose to be classified as an added sugar when used in foods, US Food regulator rules

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