导语
据不完全统计，我国阿洛酮糖已建成和规划中的产能已超过20万吨/年。如赤藓糖醇一样，我国也将成为全球阿洛酮糖的生产中心。如何在技术上保持优势甚至领先地位，跨越生产成本的“死亡谷”，真正为下游提供低成本和优质的产品，是需要所有参与者持续思考并付诸行动的。

阿洛酮糖商业化历史

阿洛酮糖自1940年首次在小麦叶子中被发现以来，科学家就其功能、应用以及合成途径展开了研究，直到2011年韩国希杰第一制糖株式会社首次向美国FDA申请D-阿洛酮糖的GRAS认定，得到“没有问题”的回复后，D-阿洛酮糖才在美国作为膳食添加剂和部分食品配料被允许使用，随后阿洛酮糖获得了包括日本、韩国、加拿大、澳大利亚及新西兰在内的13个国家的法规许可，阿洛酮糖的产业化进程正式开启。


随着食品保健行业研究的深入，阿洛酮糖的安全性和功能性持续得到政策支持。2016年，FDA制定的营养标签规则中表示，阿洛酮糖需要计入营养标签的总碳水化合物、总糖和添加糖，每克阿洛酮糖需要计算为4卡路里热量。而2019年，FDA从总糖和添加糖中除去阿洛酮糖，还同意每克阿洛酮糖计算为0.4卡路里热量，意味着阿洛酮糖可作为“零糖”成分用于食品饮料中。此项政策公布后，2020年北美含有阿洛酮糖的新产品数量与2019年相比增加了两倍。

根据公开信息，我国在2018年前后开始产业化生产阿洛酮糖，销售以出口为主。2021年8月国家卫健委受理了D-阿洛酮糖作为新食品原料的申请，欧盟也正在加快对阿洛酮糖应用的审批进程，作为全球甜味剂主要消费市场，我国和欧盟对阿洛酮糖的受理和审批一定程度上再次点燃了阿洛酮糖的“市场引擎”。截止到目前，据不完全统计，我国已建成和规划中的产能已超过20万吨/年，可谓“势不可挡”。

阿洛酮糖商业化历史

回顾曾经的“代糖顶流”——赤藓糖醇，属于发酵的天然甜味剂（葡萄糖发酵生产，玉米加工产业链的延伸），具有零热量和零糖等特点，因“天然”、“健康”的概念，在消费者中知名度大升。随着下游市场的培育，自2017年开始，赤藓糖醇迎来了爆发式的增长。凭借强大的玉米深加工产业基础及劳动力资源优势，我国逐渐成为赤藓糖醇的生产中心。根据观研天下的统计，我国仅6家头部生产商赤藓糖醇总产能（包括已有产能和计划产能）已达到44.5万吨/年，而这一产能是2021年中国市场赤藓糖醇总消费量的20倍，需求端的增速明显低于供给端。据弗若斯特沙利文预测，2022年全球赤藓糖醇总需求为17.3万吨。据天风证券预测，到2025年赤藓糖醇的市场需求量才接近30万吨。显然，赤藓糖醇已步入供过于求阶段，由此而引发的“价格战”已经在2022年打响，根据市场调研，赤藓糖醇销售价格自历史最高点的4万元/吨已经降至1万元/吨的水平，大部分企业处于盈亏平衡点甚至亏损的状态。

以此为鉴，结合目前国内的产能规划，阿洛酮糖未来也不可避免地陷入成本竞争的困境，尤其是当前的生产技术基本没有门槛，阿洛酮糖制造商们想要降低成本，目前只能通过原料、能源和其他非关键技术改进来实现，就目前行业现状来看，这些手段只能在有限的范围内对阿洛酮糖的制造成本进行优化。

理论上，阿洛酮糖可以通过植物提取、化学合成和生物法获得。但因自然界含量低，化学合成又存在产量低和副产物多等问题，生物法成为阿洛酮糖规模化生产的最优途径，而根据目前公开的信息，工业化生产以生物酶转化法为主，关键路线为：


通俗的讲，该技术路线的核心有两步，一是获得具有生物活性的差向异构酶，二是获得原料果糖。

对于酶
可以将果糖异构化为阿洛酮糖的生物酶是酶法生产的基础，基于最适底物的不同，可以将这些生物酶分为D-塔格糖3-差向异构酶（D-Tagatose3-epimerase,DTE）和Ｄ-阿洛酮糖３-差向异构酶（D-Psicose 3-epimerase,DPE）等。在优化酶活性的研究上，研究者发现差向异构酶的最适催化温度分布范围广泛，一般为40-70℃；差向异构酶更适宜在碱性或中性环境下；此外，差向异构酶多具有金属离子依赖性，这些金属离子在提高酶的活性与热稳定性方面具有重要作用。

目标酶的表达离不开宿主菌体，阿洛酮糖差向异构酶生产中常见的表达体系主要包括枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和酵母菌。根据相关文献报道，不同微生物来源的代表性DTE和DPE整理如下：



资料来源：微元合成整理

差向异构酶催化的为可逆生化反应，果糖和阿洛酮糖间存在反应平衡，由于该差向异构酶的天然特性，催化反应完成后，阿洛酮糖占比约20%-30%，果糖占比约70%-80%。


果糖和阿洛酮糖为同分异构体，无论是对阿洛酮糖分离提纯，还是回收利用未反应的果糖，都需投入复杂的多级分离设备，一条阿洛酮糖生产线就需要四套模拟移动床（SMB）连续分离，一方面增加了设备投资成本，另一方面大幅增加了生产能耗、辅料消耗及生产管理等过程成本。

对于原料
果糖是一种最为常见的己酮糖（6个碳原子的单糖），存在于蜂蜜、水果中，和葡萄糖结合构成日常食用的蔗糖，D-果糖是最甜的单糖。

实际上，自原始时代起，就有人类食用蜂蜜的记录，而蜂蜜就是典型的果糖与葡萄糖各占一半的混合糖浆。但由于加工工艺和技术能力的限制，果糖一直没有大规模的占领人们的餐桌。直到上世纪70年代，美国一举突破了果糖生产的技术瓶颈，果糖开始了大规模的工业化生产。

技术上，果糖生产主要路线是以玉米淀粉为原料，经过糖化、异构化酶催化生成果葡糖浆（葡萄糖和果糖的混合物），经模拟移动床分离后，再经过精制、浓缩和结晶等步骤，得到结晶果糖（即果糖含量95%以上的结晶固体）。

因为果糖易吸湿、难结晶，所以结晶果糖的价格远高于葡萄糖和果葡糖浆。由于果糖的生产成本较高，生产企业直接采购果糖利用差向异构酶生产阿洛酮糖不太现实，通常企业会选择自建果糖产线，先制备果葡糖浆，再通过色谱分离或添加结晶果糖等方式提高果糖含量后，再通过差向异构酶生产阿洛酮糖。果葡糖浆中未反应的葡萄糖、果糖再通过色谱、离交等工序实现回收重复利用，即便是如此循环，仍有一部分母液无法使用，且无法进入后续的分离。根据当前价格测算，以淀粉糖为原料，当前生产1吨阿洛酮糖的纯原料成本就高达1万元左右。此外，虽然自建果糖生产线可以在一定程度上降低阿洛酮糖的原料成本，但其中需要新增多条工艺路线，同样大幅增加了设备投资、生产能耗、辅料消耗及生产管理等成本。

上述因素叠加，最终体现到了生产企业的总成本，过去几年结晶阿洛酮糖平均生产成本在2.5-3万元/吨左右。根据保龄宝对阿洛酮糖生产成本的预测，预计未来随着技术升级和规模效应，阿洛酮糖的生产成本相比现阶段将有所下降，但整体下降幅度有一定的限制。与已经应用成熟的“零糖”产品赤藓糖醇（公开信息的生产成本在1万元/吨左右水平）相比，仍存在较大的“鸿沟”。


资料来源：保龄宝公开信息，其中单位成本为根据公开的售价和毛利率信息换算得到

阿洛酮糖未来 跨越成本「死亡谷」
相比于赤藓糖醇，阿洛酮糖是一种真正的糖，作为纯天然的稀少糖可被用在烘焙（具有美拉德反应）和冰淇淋（降低冰点）等领域，同时可以调控血糖。因此，各大生产厂商对该产品的未来充满了各种想象，随着各家厂商在阿洛酮糖生产上跃跃欲试、跑马圈地，以及消费群体的逐步培育，阿洛酮糖大规模应用的气氛已经烘托到高点。但目前的制造成本仍无法被C端厂商所接受，生产成本成了限制阿洛酮糖产业化应用的关键因素，无论是生产企业的实践分析，还是技术上的理论判断，降低果糖异构酶催化路线的成本均存在不小的挑战。


与阿洛酮糖技术路线不同的是，赤藓糖醇的生产方式为葡萄糖发酵，借助国内现有过剩的生物制造产能，以及成熟的发酵工艺控制手段和生产管理，在不增加大量固定资产投入的情况下，即可实现大规模生产。当前赤藓糖醇发酵转化率约60%，产量大于150 g/L，副产物占比小于10%且容易分离，即便是存在不小的有机氮源的培养成本，通过规模化的生物发酵，赤藓糖醇的生产成本仍可以降低到万元/吨水平。

阿洛酮糖是否存在发酵法生产技术？答案是肯定的。过去十多年间，学术界一直在做各种尝试，无论是设计不可逆的阿洛酮糖合成途径，还是构建多级体外酶联反应（无细胞合成），均未取得突破性进展。目前学术界的技术水平仅完成了概念验证，距离实验室水平的小试还有很远的距离。产业化进程在技术端主要存在三个挑战：原料类型和转化率、产量和纯度。原料类型和转化率决定了制造的原料成本，而产量和纯度决定了后续分离纯化工艺，这与固定资产投入以及操作、能耗等可变成本密切相关。

发酵法给跨越阿洛酮糖制造成本的“死亡谷”带来了希望，微元合成致力于通过全细胞工厂的设计与构建，采用发酵的方式生产阿洛酮糖，降低生产成本，减少能源和粮食资源的消耗，同时盘活现有闲置的生物制造产能，为行业提供低成本且高品质的阿洛酮糖，为甜蜜的减糖事业提供我们的解决方案。