Psicosio (Allulosio): proprietà, usi, pro, contro, sicurezza

Psicosio o Allulosio (Allulose, D-Allulose)) è un monosaccaride “rare sugar”, epimero C-3 del fruttosio, usato come dolcificante a bassa energia e con profilo tecnologico vicino al saccarosio (dolcezza, corpo, reazioni di imbrunimento). In ambito formulativo è impiegato per ridurre l’apporto calorico e l’impatto glicemico rispetto allo zucchero, mantenendo caratteristiche sensoriali e di processo utili (es. bakery).

Definizione

Allulosio è una sostanza definita (non una miscela) con formula C₆H₁₂O₆. In termini pratici, si distingue dagli zuccheri tradizionali perché viene in gran parte assorbito ma poco metabolizzato, con eliminazione prevalentemente come molecola intatta; questo supporta un contributo energetico inferiore rispetto ai carboidrati convenzionali. La dolcezza è tipicamente intorno a ~70% del saccarosio, con resa e profilo gustativo dipendenti da matrice e concentrazione.

La differenza tra psicosio e D-psicosio è stereochimica e terminologica.

• Psicosio
  È un termine generico che indica il monosaccaride allulosio senza specificarne la configurazione ottica.

• D-psicosio
  Indica la forma D, che è quella naturalmente presente, utilizzata in ambito alimentare e nutrizionale.

In pratica: quando si parla di alimentazione e ingredienti food, psicosio = D-psicosio. La distinzione è rilevante solo in chimica stereoisomerica.

Usi principali

Alimentazione.
Uso come ingrediente dolcificante in polveri e sciroppi, in particolare in prodotti “reduced sugar” o “lower calorie”, con applicazioni frequenti in bakery, lattiero-caseari, gelati e bevande. In tecnologia alimentare può favorire imbrunimento e note caramellate (reazioni tipo Maillard/caramellizzazione), quindi la gestione di tempo/temperatura è un driver di processo.

Uso industriale.
Materia prima per formulazioni “sugar-reduction” con attenzione a purezza, controllo contaminanti, comportamento in processo (imbrunimento, igroscopicità) e ripetibilità lotto-lotto.

Principali sostanze contenute 

Il prodotto è costituito principalmente da allulosio. La variabilità pratica tra gradi è legata a: purezza (titolo), umidità, ceneri, profilo impurità, contaminanti (metalli) e caratteristiche fisiche (granulometria nel solido; solidi disciolti e viscosità negli sciroppi).

Nota d’uso nutrizionale e composti bioattivi

Allulosio è impiegato come alternativa allo zucchero per ridurre l’energia e, in diversi contesti, per limitare l’aumento postprandiale di glucosio rispetto a zuccheri tradizionali. La gestione formulativa deve considerare: equivalenza di dolcezza (spesso non 1:1 col saccarosio), impatto su texture/umidità e comportamento termico (tendenza a imbrunire).

Calorie (valore energetico)

Valore indicativo: contributo energetico molto basso; in ambito etichettatura e calcolo energetico, in alcuni mercati viene utilizzato un fattore fino a circa 0,4 kcal/g. In pratica industriale, il valore da applicare dipende dal quadro normativo del mercato di destinazione e dalla categoria di prodotto.

Dati di identificazione e specifiche

Proprietà chimico-fisiche (indicative)

Ruolo funzionale e meccanismo d’azione (pratico)

Il ruolo funzionale è la dolcificazione con contributo energetico ridotto rispetto al saccarosio e, in molte applicazioni, un comportamento tecnologico “simile allo zucchero” (corpo, mouthfeel, browning). La formulazione richiede taratura su: potere dolcificante reale in matrice, bilanciamento con altri edulcoranti, e controllo del colore in cottura o in shelf-life.

Compatibilità formulativa

In polveri: attenzione a umidità ambientale e compattazione (igroscopicità), con scelta di granulometria e packaging idonei.
In bevande/sciroppi: considerare solubilità, viscosità e stabilità nel tempo; validare sedimentazione/cristallizzazione in condizioni reali.
In bakery: possibile imbrunimento più rapido rispetto al saccarosio; gestire profilo termico e tempi di cottura per evitare eccesso di colore o note troppo caramellate.

Linee guida d’uso

L’impostazione tipica è definire un target sensoriale (dolcezza, corpo, aftertaste) e un target tecnologico (colore, umidità, texture), quindi ottimizzare in iterazioni controllate. In prodotti destinati a mercati diversi, la definizione di “calorie” e le regole di etichettatura possono variare: serve allineamento regolatorio per claims e dichiarazioni nutrizionali.

Qualità, gradi e specifiche

La qualificazione del fornitore è centrale: purezza e profilo impurità, controllo contaminanti e standard di sicurezza alimentare. L’adozione di GMP (good manufacturing practice; beneficio: riduce variabilità e contaminazioni) e HACCP (hazard analysis and critical control points; beneficio: identifica e controlla i rischi di sicurezza alimentare) è un indicatore pratico di robustezza della filiera e ripetibilità.

Sicurezza, normativa e ambiente

La sicurezza va valutata sul prodotto finito considerando dose, frequenza di consumo e popolazione target. Un limite pratico d’uso è spesso la tollerabilità gastrointestinale: dosi elevate possono causare meteorismo o effetto lassativo (meccanismo osmotico), soprattutto se assunte in singola somministrazione.

Allergene.
Non è tipicamente classificato come allergene.

Controindicazioni 
Cautela in soggetti con intestino sensibile o sindromi funzionali (es. tendenza a diarrea), e in formulazioni che possono portare a dosi elevate per porzione; gestione mediante porzionamento, indicazioni d’uso e valutazione di tolleranza. Per popolazioni vulnerabili (bambini piccoli, soggetti con patologie specifiche) è prudente un approccio conservativo e basato su valutazioni del prodotto finito e del contesto normativo del mercato.

Troubleshooting formulativo

Imbrunimento eccessivo in cottura.
Intervento: ridurre temperatura o tempo, modificare rapporto con altri zuccheri, ottimizzare umidità e pH di impasto/impasto liquido.

Caking nelle polveri.
Intervento: ridurre umidità residua, usare packaging barriera, ottimizzare granulometria e condizioni di stoccaggio.

Disturbi gastrointestinali nei consumatori.
Intervento: ridurre dose per porzione, distribuire l’assunzione giornaliera, combinare con altri dolcificanti per ridurre il carico di allulosio, inserire avvertenze d’uso quando pertinenti.

Conclusione

Allulosio è un dolcificante “rare sugar” con contributo energetico ridotto e profilo tecnologico utile per prodotti “sugar-reduction”. L’adozione industriale richiede controllo di qualità (purezza/umidità/contaminanti), gestione dei parametri di processo (browning) e attenzione a tollerabilità gastrointestinale e quadro regolatorio del mercato di destinazione, in particolare in UE dove l’inquadramento come novel food resta un punto determinante.

Mini-glossario

Epimero. Zucchero che differisce per la configurazione di un solo centro stereogenico (per allulosio: epimero C-3 del fruttosio).
GMP. Good manufacturing practice; beneficio: riduce variabilità e contaminazioni tramite pratiche produttive controllate.
HACCP. Hazard analysis and critical control points; beneficio: prevenzione e controllo sistematico dei pericoli per la sicurezza alimentare tramite punti critici.

Bibliografia__________________________________________________________________________

Daniel H, Hauner H, Hornef M, Clavel T. Allulose in human diet: the knowns and the unknowns. Br J Nutr. 2022 Jul 28;128(2):172-178. doi: 10.1017/S0007114521003172. 

Abstract. D-Allulose, also referred to as psicose, is a C3-epimer of D-fructose used as a sugar substitute in low energy products. It can be formed naturally during processing of food and drinks containing sucrose and fructose or is prepared by chemical synthesis or via enzymatic treatment with epimerases from fructose. Estimated intakes via Western style diets including sweetened beverages are below 500 mg per d but, when used as a sugar replacement, intake may reach 10 to 30 g per d depending on the food consumed. Due to its structural similarity with fructose, allulose uses the same transport and distribution pathways. But in contrast to fructose, the human genome does not encode for enzymes that are able to metabolise allulose leading to an almost complete renal excretion of the absorbed dose and near-to-zero energetic yield. However, in vitro studies have shown that certain bacteria such as Klebsiella pneumonia are able to utilise allulose as a substrate. This finding has been a subject of concern, since Klebsiella pneumoniae represents an opportunistic human pathogen. It therefore raised the question of whether a high dietary intake of allulose may cause an undesirable growth advantage for potentially harmful bacteria at mucosal sites such as the intestine or at systemic sites following invasive infection. In this brief review, we discuss the current state of science on these issues and define the research needs to better understand the fate of allulose and its metabolic and microbiological effects when ingested as a sugar substitute.

Tani Y, Tokuda M, Nishimoto N, Yokoi H, Izumori K. Allulose for the attenuation of postprandial blood glucose levels in healthy humans: A systematic review and meta-analysis. PLoS One. 2023 Apr 6;18(4):e0281150. doi: 10.1371/journal.pone.0281150.

Abstract. D-Allulose is a rare sugar that exists in nature. It is a food ingredient with nearly zero calories (<0.4 kcal/g) and has many physiological functionalities such as attenuation of postprandial blood glucose levels, attenuation of postprandial fat mass accumulation, and anti-aging property. This study focused on the postprandial blood glucose changes in healthy humans by a systematic review and meta-analysis. They were chosen because of its importance to a prevention from diabetes. The study objective was to examine acute blood glucose concentrations of healthy humans after the meal with and without allulose. The study collected all D-allulose related studies from various databases. A forest plot of the comparison between an allulose intake group and the control group showed both 5g and 10g intake groups have the significantly smaller area under the curve of postprandial blood glucose levels. It means that D-Allulose attenuates postprandial blood glucose concentrations in healthy humans. As the result, D-Allulose is a valuable blood glucose management tool for healthy humans and diabetes patients. Allulose Diet enables reduction of sucrose intake through Sugar Reformulation in the future diet. Copyright: © 2023 Yuma et al.

Xia Y, Cheng Q, Mu W, Hu X, Sun Z, Qiu Y, Liu X, Wang Z. Research Advances of d-allulose: An Overview of Physiological Functions, Enzymatic Biotransformation Technologies, and Production Processes. Foods. 2021 Sep 15;10(9):2186. doi: 10.3390/foods10092186. 

Abstract, d-allulose has a significant application value as a sugar substitute, not only as a food ingredient and dietary supplement, but also with various physiological functions, such as improving insulin resistance, anti-obesity, and regulating glucolipid metabolism. Over the decades, the physiological functions of d-allulose and the corresponding mechanisms have been studied deeply, and this product has been applied to various foods to enhance food quality and prolong shelf life. In recent years, biotransformation technologies for the production of d-allulose using enzymatic approaches have gained more attention. However, there are few comprehensive reviews on this topic. This review focuses on the recent research advances of d-allulose, including (1) the physiological functions of d-allulose; (2) the major enzyme families used for the biotransformation of d-allulose and their microbial origins; (3) phylogenetic and structural characterization of d-allulose 3-epimerases, and the directed evolution methods for the enzymes; (4) heterologous expression of d-allulose ketose 3-epimerases and biotransformation techniques for d-allulose; and (5) production processes for biotransformation of d-allulose based on the characterized enzymes. Furthermore, the future trends on biosynthesis and applications of d-allulose in food and health industries are discussed and evaluated in this review.

Wang L, Cui Y, Lu Y, Zhao Z. Comprehensive Analysis of Allulose Production: A Review and Update. Foods. 2024 Aug 17;13(16):2572. doi: 10.3390/foods13162572.

Abstract. Advancements in D-allulose production have seen significant strides in recent years, focusing on enzymatic conversion methods. Key developments include traditional immobilization techniques, the discovery of novel enzymes, directed evolution studies, and biosynthesis through metabolic pathway modification. Enzymatic conversion, particularly utilizing D-allulose 3-epimerase, remains fundamental for industrial-scale production. Innovative immobilization strategies, such as functionalized nano-beads and magnetic MOF nanoparticles, have significantly enhanced enzyme stability and reusability. Directed evolution has led to improved enzyme thermostability and catalytic efficiency, while synthetic biology methods, including phosphorylation-driven and thermodynamics-driven pathways, have optimized production processes. High-throughput screening methods have been crucial in identifying and refining enzyme variants for industrial applications. Collectively, these advancements not only enhance production efficiency and cost-effectiveness but also adhere to sustainable and economically viable manufacturing practices. The past five years have witnessed critical developments with significant potential impact on the commercial viability and global demand for allulose.

Zhang W, Chen D, Chen J, Xu W, Chen Q, Wu H, Guang C, Mu W. D-allulose, a versatile rare sugar: recent biotechnological advances and challenges. Crit Rev Food Sci Nutr. 2023;63(22):5661-5679. doi: 10.1080/10408398.2021.2023091. 

Abstract. D-Allulose is the C-3 epimer of D-fructose, and widely regarded as a promising substitute for sucrose. It's an excellent low-calorie sweetener, with 70% sweetness of sucrose, 0.4 kcal/g dietary energy, and special physiological functions. It has been approved as GRAS by the U.S. Food and Drug Administration, and is allowed to be excluded from total and added sugar counts on the food labels. Therefore, D-allulose gradually attracts more public attention. Owing to scarcity in nature, the bioproduction of D-allulose by using ketose 3-epimerase (KEase) has become the research hotspot. Herein, we give a summary of the physicochemical properties, physiological function, applications, and the chemical and biochemical synthesis methods of D-allulose. In addition, the recent progress in the D-allulose bioproduction using KEases, and the possible solutions for existing challenges in the D-allulose industrial production are comprehensively discussed, focusing on the molecular modification, immobilization, food-grade expression, utilizing low-cost biomass as feedstock, overcoming thermodynamic limitation, as well as the downstream separation and purification. Finally, Prospects for further development are also proposed.