甜菊糖的應(yīng)用研究進(jìn)展

劉貴君，石浩

（浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，浙江杭州310014）

甜菊糖的應(yīng)用研究進(jìn)展

劉貴君，石浩*

（浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，浙江杭州310014）

甜菊糖是從甜葉菊中提取的糖苷類(lèi)化合物，具有甜度高、熱量低的特點(diǎn)及降血壓、降血脂、抗菌等多種生物活性。由于甜菊糖及其衍生物價(jià)格相對(duì)低廉且易于大量提取制備，已被廣泛應(yīng)用于食品飲料、醫(yī)藥和有機(jī)化學(xué)等領(lǐng)域。對(duì)近年來(lái)甜菊糖及其衍生物在以上各方面的開(kāi)發(fā)應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

甜菊糖苷；甜菊糖；異斯特維醇；衍生物

0 前言

甜葉菊，原產(chǎn)于巴拉圭和巴西交界的高山草地，并被當(dāng)?shù)厝擞米魈鸩杌蛱鹞秳┦褂谩Ｎ覈?guó)于1976年將甜葉菊引入中國(guó)，并試種成功[1]，由于我國(guó)氣候和土壤條件適宜，目前，已在我國(guó)福建、云南等地大量種植。甜葉菊葉片中除了有機(jī)酸和無(wú)機(jī)雜質(zhì)以外，還富含黃酮類(lèi)和甜菊糖苷類(lèi)化學(xué)成分[2-3]。黃酮類(lèi)化合物具有抗腫瘤，抗氧化等多種藥理活性；甜菊糖苷（Steviol glycosides）則是一類(lèi)具有多種用途的甜味劑。

表1 甜菊糖苷類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)及成分

1 甜菊糖概述

甜菊糖苷（Steviolglycosides）是多種結(jié)構(gòu)相似的二萜類(lèi)化合物的混合物，其基本結(jié)構(gòu)及主要成分見(jiàn)表1，其中甜菊糖（Stevioside）的含量最高（10%左右），萊鮑迪苷A（Rebaudiana A）甜度最高且口感最好，其含量為1%左右。甜菊糖為白色結(jié)晶或粉末，易溶于水和甲醇，穩(wěn)定性好，不易受溫度、pH值和微生物發(fā)酵的影響。被稱(chēng)為世界上繼蔗糖、甜菜糖外的“世界第三糖源”，其甜度高（約為蔗糖的150～300倍）、熱量低（約為蔗糖的1/ 250）、對(duì)高血壓、糖尿病、肥胖病、齲齒等具有一定的輔助治療作用，到目前為止，未發(fā)現(xiàn)其有任何毒性和副作用。2011年，歐盟委員會(huì)允許將甜菊糖用作食品添加劑，表明甜菊糖已被廣泛認(rèn)可。中國(guó)是世界上甜菊糖苷的主要生產(chǎn)和出口國(guó)家，據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)甜菊糖苷每年的出口數(shù)量占全球市場(chǎng)的80%以上。

2 甜菊糖苷在食品飲料行業(yè)的應(yīng)用

甜菊糖由于其甜度高、熱量低、口感清新、對(duì)人體無(wú)副作用等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于食品飲料等行業(yè)。1985年6月，我國(guó)衛(wèi)生部批準(zhǔn)將甜菊糖用作食品添加劑；1990年，衛(wèi)生部擴(kuò)大其適用范圍，批準(zhǔn)將其用作醫(yī)藥用甜味劑輔料；1999年，制定了甜菊糖苷標(biāo)準(zhǔn)（GB 8270-1999），迄今，甜菊糖已被廣泛應(yīng)用于飲料、蜜餞、果脯、糕點(diǎn)、乳制品、降血壓或減肥等功能性食品以及卷煙行業(yè)中。

甜菊糖雖然甜度高，但后味卻帶有苦澀和甘草的余味，原因可能是其提取過(guò)程中苦味雜質(zhì)的殘留或甜菊糖的基本結(jié)構(gòu)和糖配基等的影響[4]。然而，將甜菊糖與檸檬酸、蘋(píng)果酸，乳酸以及氨基酸等混合使用時(shí)，可消除甜菊糖后味的影響，有利于提高甜菊糖的口感[5]。此外，將甜菊糖與其他甜味劑進(jìn)行復(fù)配，制成復(fù)合甜味劑，如赤蘚糖醇和甜菊糖的天然復(fù)配，不僅增強(qiáng)了其保健功能，而且降低了赤蘚糖醇的成本，掩蓋甜菊糖的不良口感。甜菊糖可替代15%～35%的蔗糖生產(chǎn)飲料或酒類(lèi)，不僅不影響口感，而且由于甜菊糖的抑菌效果，還能延長(zhǎng)飲料的保質(zhì)期，改善酒質(zhì)。而將甜菊糖用于果脯、糕點(diǎn)制作，不僅大大降低了成本，還降低了熱量，滿足了日常低糖攝入人群的需求。將甜菊糖用于乳制品的生產(chǎn)，不僅能改善乳制品的口感，甜菊糖作為雙歧桿菌生長(zhǎng)的促進(jìn)劑，不但能促進(jìn)人體內(nèi)雙歧桿菌和乳酸桿菌的增殖，還能抑制大腸桿菌等的生長(zhǎng)[6]。用甜菊糖替代30%～50%的蔗糖加工水產(chǎn)品，能防止水產(chǎn)制品中蛋白質(zhì)變質(zhì)或因酸敗反應(yīng)而引起褐變、發(fā)霉現(xiàn)象[6]。將甜菊糖用于醬油等調(diào)味品中，不僅能防止其褐變反應(yīng)，還能抑制其咸度。

3 甜菊糖苷在醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用

3.1 在藥劑上的應(yīng)用

目前，在藥劑中，一般使用蔗糖作為矯味劑，但在臨床應(yīng)用中卻存在一些弊端。比如大量的蔗糖將限制糖尿病患者的使用，同時(shí)，由于蔗糖的存在使得藥劑色澤變黃，影響外觀。阮文幼[7]曾利用甜菊糖代替肌苷口服液中的蔗糖，發(fā)現(xiàn)新配置的肌苷口服液具有粘稠度小、過(guò)濾快和成品透明度好、色澤好、成本低、不影響療效、口感好等優(yōu)點(diǎn)。除此之外，蔗糖在藥劑使用中具有大量食用可能會(huì)誘發(fā)癌癥，造成齲齒；在酸性的中藥藥劑溶液中不穩(wěn)定，會(huì)降低其甜度；在清熱解毒及收澀類(lèi)藥劑中甜度降低；蔗糖的存在不利于微生物的控制，從而影響藥劑質(zhì)量等缺點(diǎn)[8]。甜菊糖具有甜度高、熱量低、無(wú)副作用、預(yù)防齲齒、在3～10的pH范圍內(nèi)穩(wěn)定、不發(fā)酵的特點(diǎn)，在制藥過(guò)程中，使其成為代替蔗糖用作糖漿、沖劑、丸劑等藥劑的矯味劑。

數(shù)百年前，用甜葉菊作甜味劑的人就已經(jīng)意識(shí)到其降血壓、降血糖的功能。后期的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，其降血壓的作用主要是通過(guò)降低細(xì)胞外Ca2＋的內(nèi)流、減少Na＋再吸收和刺激血管舒張劑前列腺素生成三種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的[9]，其降血糖的作用則是通過(guò)刺激胰島素的分泌和周?chē)M織對(duì)胰島素的敏感性來(lái)促進(jìn)血液中葡萄糖的代謝[10]、抑制腸道中葡萄糖的吸收和肝臟中葡萄糖的生成兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的[11]。此外，甜菊糖對(duì)血壓正常的人并不發(fā)揮降壓作用，且僅僅在血糖高的情況下才發(fā)揮其降血糖的作用，因此正常人也可大量食用[12]。

甜菊糖和甜菊醇可通過(guò)影響細(xì)胞因子的表達(dá)，通過(guò)抑制NF-κB信號(hào)通路，從而減少被多糖所誘導(dǎo)的促炎因子的生成[13]，還能有效抑制引起局部炎癥和皮膚癌的TPA的生成[14]，從而具有抗炎作用。甜菊糖和苦參提取物復(fù)配使用對(duì)引起嬰幼兒腹瀉的輪狀病毒具有抑制所用，但單一使用其中任何一種時(shí)都會(huì)使抗腹瀉作用降低[15]。被東莨菪堿誘發(fā)了記憶障礙的大鼠在服用甜菊糖苷之后，其腦部AChE活性和腦氧化應(yīng)激水平升高的情況被抑制[16]，說(shuō)明甜菊糖具有抗失憶作用。

甜葉菊不同溶劑的提取物均屬于混合物，其中的化合物成分極為復(fù)雜，不僅包括甜菊糖苷類(lèi)化合物，還包括黃酮、尼克酸、核黃素、生物堿、單寧等。以水作為溶劑的甜葉菊提取物并沒(méi)有表現(xiàn)出抗菌作用[17-18]，但以丙酮作為溶劑的甜葉菊提取物對(duì)革蘭陽(yáng)性菌的抗菌作用強(qiáng)于格蘭陰性菌，以丙酮、乙醇溶液作為溶劑的甜葉菊提取物抗菌活性強(qiáng)于僅以丙酮作為溶劑的提取物的抗菌活性，以乙酸乙酯作為溶劑的甜葉菊提取物對(duì)毛癬菌和白色念珠菌表現(xiàn)出很高的抗菌活性[17-19]。

3.3 甜菊糖衍生物的藥理作用

甜菊糖不僅可直接用于食品及醫(yī)藥行業(yè)，由于其自身和衍生物均是以相同的二萜骨架為苷元的糖苷類(lèi)化合物，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造可進(jìn)一步擴(kuò)展其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的用途[20-21]。甜菊糖經(jīng)酶解或使用高碘酸鈉和大量強(qiáng)堿處理可以得到斯特維醇（steviol），甜菊糖經(jīng)酸解后得到異斯特維醇（isosteviol），若在10%氫氧化鉀溶液中加熱回流1 h，可得到甜菊雙糖苷（Steviobioside），如scheme 1。實(shí)驗(yàn)研究表明，斯特維醇、異斯特維醇和甜菊雙糖苷等衍生物都具有一定的生物活性。

Scheme 1

異斯特維醇也具降血糖[22]、降血壓[23]作用，還對(duì)缺血心臟具有一定的保護(hù)作用[24]，通過(guò)抑制DNA聚合酶和DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ來(lái)治療炎癥和癌癥[25]等。斯特維醇在藥物的腎臟轉(zhuǎn)運(yùn)和清除過(guò)程中起重要作用[26]，不僅可影響腎臟功能，還對(duì)某些腎臟疾病有一定的治療作用[27]。甜菊糖苷、斯特維醇、甜菊雙糖苷對(duì)結(jié)核分枝桿菌H37RV的生長(zhǎng)都有一定的抑制活性，其中甜菊醇的活性最弱，而甜菊雙糖苷活性最強(qiáng)。

近十幾年來(lái)，不斷有人對(duì)甜菊糖苷的糖配基進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，其目的是提高其甜度以及改善其后味，對(duì)斯特維醇、異斯特維醇的苷元進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，其目的是提高其抗菌、抗腫瘤、抗高血壓以及調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)等活性[28]。Wonganan O等[29]和Zou M等[30-31]均對(duì)異斯特維醇骨架進(jìn)行簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)修飾，并分別考察其對(duì)大鼠主動(dòng)脈的舒張作用和人類(lèi)不同腫瘤細(xì)胞系（如HepG2、MGC-803、MDAMB-231等）的抑制作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，其中有些衍生物表現(xiàn)出更好的降血壓和抗腫瘤作用。Lin L等[32]以甜菊雙糖苷為原料，Kataev V E等[33-36]和Khaybullin R N等[37]以異斯特維醇作為原料，均分別合成了一系列含異斯特維醇骨架的分子鉗型化合物或大環(huán)化合物，并分別考察其抗菌活性和對(duì)結(jié)核分枝桿菌H37RV的活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，合成的其中一些鉗型化合物或大環(huán)化合物顯示出十分優(yōu)越的抗菌活性和抗結(jié)核活性，如化合物1～4（scheme 2）對(duì)結(jié)核分枝桿菌H37RV表現(xiàn)出最為優(yōu)越的活性，其對(duì)H37Rv菌株的MIC分別為3.1μg/mL，1.7μg/mL，5.0μg/mL，0.7μg/mL（抗結(jié)核藥吡嗪酰胺MIC=12.5μg/mL）。此外，化合物4對(duì)M.Avium，M.Terrae，MLU三種菌株表現(xiàn)出良好的活性，其MIC值分別為0.7μg/mL，0.35μg/mL，0.7μg/mL。

Scheme 2

4 甜菊糖苷在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用

將甜菊糖苷在酸性條件下水解，可得到一種具有貝葉烷骨架的四環(huán)二萜類(lèi)化合物——異斯特維醇，因其分子結(jié)構(gòu)本身的剛性和特有的凹槽結(jié)構(gòu)以及其化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，手性環(huán)境優(yōu)越的特點(diǎn)，近年來(lái)被開(kāi)發(fā)應(yīng)用于有機(jī)催化、分子識(shí)別及自組裝等方面。

4.1 有機(jī)催化中的應(yīng)用

右邊不遠(yuǎn)處，是一個(gè)穿著黑西服套裝的男人，他嘴里叼著一根煙，一副不耐煩的表情，皺著眉頭，不時(shí)吐出一個(gè)煙圈。

陶京朝課題組自2010年開(kāi)始，以異斯特維醇作為原料合成一系列雙官能團(tuán)硫脲類(lèi)催化劑，用于催化一系列不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)，該類(lèi)催化劑表現(xiàn)出良好的不對(duì)稱(chēng)催化作用。

An J Y等[38-40]在異斯特維醇的19位分別引入4-羥基-L-脯氨酸、L-蘇氨酸，L-絲氨酸，合成一系列氨基-硫脲類(lèi)化合物5～10（scheme 3），并考察了這一系列兩親化合物在有機(jī)相和水相中直接催化不對(duì)稱(chēng)Aldol反應(yīng)、不對(duì)稱(chēng)α-胺氧化反應(yīng)、不對(duì)稱(chēng)Mannich反應(yīng)和不對(duì)稱(chēng)Biginelli反應(yīng)中的催化活性和立體選擇性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，化合物5的催化活性優(yōu)于化合物6，在水相中直接催化不對(duì)稱(chēng)Aldol反應(yīng)，催化量為1%，環(huán)己酮、環(huán)戊酮和丙酮與芳香醛不對(duì)稱(chēng)Aldol反應(yīng)的ee值分別為99%，98%和90%?；衔?在水相中對(duì)醛、酮與取代亞硝基苯的不對(duì)稱(chēng)α-胺氧化反應(yīng)的催化活性優(yōu)于化合物5，室溫反應(yīng)3～5 min，即可完成催化反應(yīng)，且ee值均大于90%?；衔?和10對(duì)環(huán)己酮、硝基苯甲醛與非強(qiáng)給電子基團(tuán)取代的苯胺的直接不對(duì)稱(chēng)Mannich反應(yīng)有著優(yōu)越的選擇性，化合物6僅5%的催化量可得到syn構(gòu)型為主的加成產(chǎn)物，化合物10可得到anti構(gòu)型為主的加成產(chǎn)物，其ee值均高達(dá)99%。

Scheme 3

此外，在異斯特維醇的16位分別引入環(huán)己二胺和脯氨酸，合成一系列氨基-硫脲類(lèi)化合物11～16（scheme 4），并考察其催化不對(duì)稱(chēng)Michael加成、α-取代的苯基腈與N-馬來(lái)酰亞胺反應(yīng)催化活性和立體選擇性[41-43]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，催化劑11和12對(duì)催化異丁醛和β-硝基苯乙烯的不對(duì)稱(chēng)Michael加成、化合物13和14對(duì)催化乙酰丙酮與β-硝基苯乙烯的不對(duì)稱(chēng)Michael加成反應(yīng)、化合物13～16對(duì)α-取代的苯基腈與N-馬來(lái)酰亞胺反應(yīng)均有著高效的催化活性和立體選擇性，以化合物11和13作為催化劑主要得到R構(gòu)型的加成產(chǎn)物，化合物12和14作為催化劑主要得到S構(gòu)型的加成產(chǎn)物，其收率均高于95%、ee值均高于97%?；衔?3可催化α-取代的苯基腈與N-馬來(lái)酰亞胺的大量反應(yīng)而不降低其收率和ee值，具有應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的潛力。

Scheme 4

4.2 分子識(shí)別中的應(yīng)用

Kataev V E等[44-45]以水-氯仿層模擬生物膜，考察了含兩個(gè)異斯特維醇骨架的鉗型化合物17～20（Scheme 5）對(duì)D/L-色氨酸等氨基酸的手性識(shí)別轉(zhuǎn)移能力。遺憾的是，鉗型化合物17識(shí)別轉(zhuǎn)移D/L-色氨酸的能力最強(qiáng)，但對(duì)映選擇性較差，鉗型化合物19和20對(duì)D/L-苯丙氨酸甲酯則沒(méi)有表現(xiàn)出沒(méi)有識(shí)別性能。

Scheme 5

4.3 其他

Zhang T等[46]合成了一類(lèi)含異斯特維醇骨架的堿金屬鹽化合物21～26（Scheme 6），并采用加熱-冷卻的方法考察其在不同有機(jī)溶劑中的選擇性凝膠能力、相轉(zhuǎn)變溫度和最小凝膠化濃度。其中，化合物24在鹵代溶劑中表現(xiàn)出良好的凝膠能力，其在碘苯中的相轉(zhuǎn)變溫度達(dá)77℃，在二氯甲烷和氯仿中的最小凝膠化濃度為0.1%g/mL，且在室溫下都可以將有機(jī)溶劑從大量的水中凝膠化。

Scheme 6

Lohoelter C等[47]合成了一系列含異斯特維醇的苯并菲縮酮、三蝶烯衍生物，并用石英晶體微天平（QCM）檢測(cè)其作為親和材料追蹤不穩(wěn)定的芳香化合物的能力。其中，化合物27（Scheme 7）能在很低的芳香化合物濃度下，顯示出尤為強(qiáng)烈的信號(hào)，這表明化合物27作為芳香化合物的高親和能力的材料。質(zhì)子物篩選還發(fā)現(xiàn)，化合物27能作為一種傳感器上的極有潛力的親和材料，用于追蹤空氣中濃度很稀的芳香化合物。

Mamedova V L等[48]用異斯特維醇先與甲醇鈉反應(yīng)，再分別與葡萄糖酸鈣、葡萄糖酸亞鐵、氯化亞銅和氯化鎳進(jìn)行交換反應(yīng)，生成在異斯特維醇骨架19位以金屬離子橋連的分子鉗化合物28～31（scheme 8）。同時(shí)，利用異斯特維醇衍生物32與三乙胺反應(yīng)，再分別與葡萄糖酸鈣、葡萄糖酸亞鐵、氯化亞銅和氯化鎳進(jìn)行交換反應(yīng)生成在異斯特維醇骨架16位以金屬離子橋連的分子鉗化合物33～36（scheme 6），并認(rèn)為其可用于藥劑學(xué)、金屬催化或新的磁性材料。

Scheme 7

Scheme 8

5 總結(jié)與展望

甜菊糖來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，其高甜度、低熱量的特點(diǎn)使其被廣泛應(yīng)用于食品飲料等行業(yè)。甜菊糖本身具有的生物活性，使其成為新藥研發(fā)中一種極具潛力的先導(dǎo)化合物。對(duì)甜菊糖及其衍生物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，可使其具有更高的生物活性，在新藥開(kāi)發(fā)領(lǐng)域具有重要的用途。甜菊糖四環(huán)二萜的骨架特有的剛性、凹槽結(jié)構(gòu)和手性環(huán)境使其在有機(jī)化學(xué)、超分子化學(xué)等方面的也有著重要的應(yīng)用，因此，甜菊糖是一種有著廣泛應(yīng)用前景的天然產(chǎn)物資源，有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用。

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中國(guó)取得嘧啶胺類(lèi)殺菌劑開(kāi)發(fā)重大突破

近日，沈陽(yáng)化工研究院農(nóng)藥研究所（現(xiàn)已更名為：沈陽(yáng)中化農(nóng)藥化工研究有限公司）劉長(zhǎng)令團(tuán)隊(duì)取得了嘧啶胺類(lèi)殺菌劑開(kāi)發(fā)的重大突破。經(jīng)過(guò)近10年時(shí)間三代化合物的研究（涉及二十多種不同結(jié)構(gòu)），成功解決了困擾行業(yè)的毒性難題，這也是該團(tuán)隊(duì)研究30年的首次突破。利用“中間體衍生化方法”得到嘧啶胺類(lèi)化合物，完全符合各大研發(fā)公司的期望和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向：毒性低、結(jié)構(gòu)新穎，性能好，性價(jià)比高。嘧啶胺類(lèi)殺菌劑對(duì)霜霉病，白粉病等防治有顯著效果，涉及到全世界霜霉病相關(guān)的15億美元市場(chǎng)，白粉病相關(guān)的20億美元市場(chǎng)，商業(yè)前景非常好。

（來(lái)源：http：//cn.agropages.com/News/NewsDetail——12999.htm）

Progress in Application of Stevioside

LIU Gui-jun，SHIHao*
（College of Pharmaceutical Sciences，Zhejiang University of Technology，Hangzhou，Zhejiang 310014，China）

Stevioside extracted from stevia rebaudiana，has its character of high-sweetness，low heat and a wide variety of biological activities such as antihypertensive，antihyperlipidemic，antimicrobial and so on.Stevioside can be easily obtained on a large scale and cheap,as well as its derivatives have been widely applied in food,drinks,pharmaceutical industry and organic chemistry.The progress in application of stevioside and its derivatives was summarized in this paper.

steviol glycosides；stevioside;isosteviol；derivatives

1006-4184（2016）11-0034-08

2016-04-13

浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（LY13B020013）。

劉貴君（1991-），女，碩士研究生，主要從事天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)改造及手性識(shí)別分離研究。

*通訊作者：石浩，E-mail：shihao@zjut.edu.cn。