甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜中主要活性物質(zhì)及其生理功能研究進(jìn)展

李清嵐 崔 春 王 煒

(華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640)

甘蔗、甜菜等農(nóng)作物在制糖過(guò)程中，清汁經(jīng)結(jié)晶、分蜜后得到白砂糖，但料液中酚類、色素、無(wú)機(jī)鹽等非糖物質(zhì)不斷富集導(dǎo)致部分料液始終無(wú)法結(jié)晶，這部分殘留料液被稱為糖蜜(圖1)[1]。糖蜜是制糖工業(yè)的主要副產(chǎn)物，為一種黏稠、深棕色、半流動(dòng)的液態(tài)物質(zhì)。據(jù)估計(jì)，全世界糖蜜年總產(chǎn)量為4 500萬(wàn)t，其中甘蔗糖蜜為3 400萬(wàn)t，甜菜糖蜜為1 100萬(wàn)t，中國(guó)糖蜜年產(chǎn)量約為300萬(wàn)t[2]。糖蜜含有糖類、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還含有酚類物質(zhì)、甜菜堿、低聚糖、磷脂等生物活性物質(zhì)，具有較高的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值。

目前，國(guó)內(nèi)外已有較多關(guān)于糖蜜活性物質(zhì)生理功能的報(bào)道，其中糖蜜多酚類物質(zhì)的研究最多，其次為甜菜堿、低聚糖、多糖，這些活性物質(zhì)具有眾多生物活性作用，但大部分研究停留在體外試驗(yàn)和動(dòng)物試驗(yàn)，缺少臨床試驗(yàn)。糖蜜的其他生物活性物質(zhì)如磷脂、植物甾醇等含量很少，單獨(dú)提取分離成本大，所以深入研究及應(yīng)用相對(duì)較少，因此可以優(yōu)化對(duì)一種糖蜜的幾種活性物質(zhì)的連續(xù)分離純化的工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)糖蜜活性物質(zhì)的充分研究和利用。此外，糖蜜的活性物質(zhì)在食品、環(huán)境、飼料等領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用，但其產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化程度較低。文章擬概述糖蜜的應(yīng)用范圍，對(duì)甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜中的主要活性物質(zhì)及其生理活性進(jìn)行綜述，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行展望，以期為糖蜜的深加工提供依據(jù)。

1 糖蜜的應(yīng)用范圍

糖蜜最初常被應(yīng)用于動(dòng)物飼料行業(yè)中，因其不僅可為反芻動(dòng)物提供必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其甜味還可掩蓋飼料的不良?xì)馕叮纳破溥m口性，而且糖蜜的黏稠性及半流動(dòng)狀態(tài)使其具有粘結(jié)作用，可降低飼料的粉塵率、提高飼料質(zhì)量[3]。金秋巖[4]研究發(fā)現(xiàn)在飼料中添加糖蜜能夠顯著提高顆粒飼料的硬度，降低粉化率。當(dāng)糖蜜添加水平為0%～8%時(shí)，隨著添加水平的增加可顯著提高肉兔的增重，降低料重比。Kyum等[5]研究發(fā)現(xiàn)在雄性雜交犢牛的每日基礎(chǔ)飼料中添加500 g糖蜜，相比不添加糖蜜組可明顯提高犢牛的日增重、身高及體長(zhǎng)的增加量。糖蜜還可以作為青貯飼料的發(fā)酵促進(jìn)劑，改善青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)。潘藝偉等[6]研究表明在稻草微貯飼料中添加5×105CFU/g 乳酸菌的基礎(chǔ)上再添加1.5%甘蔗糖蜜，可顯著提高微貯稻草的粗蛋白、可溶性糖、乳酸含量和干物質(zhì)體外消化率，降低粗纖維含量。此外，糖蜜因能延緩水泥水化過(guò)程，可作為水泥緩凝劑或助磨劑。李偉峰等[7]發(fā)現(xiàn)糖蜜經(jīng)合適的酸、堿改性后，對(duì)水泥具有更好的助磨性能，還略延長(zhǎng)水泥的凝結(jié)時(shí)間，提高各齡期的抗壓強(qiáng)度。由于糖蜜產(chǎn)量大且含有較豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和活性物質(zhì)，作為飼料等方式，利用率較低，因此綜合利用糖蜜，對(duì)糖蜜附加值的提高具有重大意義。

圖1 制糖及糖蜜的生產(chǎn)工藝流程

隨著微生物發(fā)酵和生物催化轉(zhuǎn)化技術(shù)的崛起與成熟，目前糖蜜被廣泛應(yīng)用于發(fā)酵工業(yè)。作為天然的發(fā)酵原料，糖蜜可為微生物生長(zhǎng)繁殖提供豐富的碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽，生產(chǎn)醇類、有機(jī)酸等高附加值產(chǎn)品，而且糖蜜中的活性物質(zhì)可能對(duì)發(fā)酵有一定的促進(jìn)作用。Xu等[8]研究了甜菜堿對(duì)凝結(jié)芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)L-乳酸的影響，發(fā)現(xiàn)添加0.05 g/L甜菜堿比無(wú)甜菜堿時(shí)多產(chǎn)17.9%乳酸，若用甜菜糖蜜替代部分葡萄糖來(lái)提供10%的碳源，在生物反應(yīng)器中與葡萄糖共同進(jìn)料發(fā)酵，比以葡萄糖作為唯一碳源的乳酸發(fā)酵的生產(chǎn)率提高了1.22倍。

Tounsi等[9]在研究芝麻醬中添加角豆糖蜜的食品配方時(shí)，發(fā)現(xiàn)用50%的角豆糖蜜在60 °Bx條件下配制的混合物總體可接受性數(shù)值最好，可以改善芝麻醬乳化穩(wěn)定性、色澤、質(zhì)地的物理性質(zhì)，增加可溶性糖和酚類化合物含量，降低油和蛋白質(zhì)含量。因此，添加糖蜜的食物可能成為一種有前途的營(yíng)養(yǎng)健康食品。但當(dāng)糖蜜應(yīng)用于熱加工食品時(shí)，可能會(huì)增加食品內(nèi)源性污染物5-羥甲基糠醛，其攝入后可轉(zhuǎn)化為具有致癌毒性的物質(zhì)。Filipcev等[10]發(fā)現(xiàn)糖蜜的添加雖然會(huì)改善餅干的營(yíng)養(yǎng)成分和抗氧化能力，但也會(huì)增加餅干中5-羥甲基糠醛含量。

2 糖蜜的主要活性物質(zhì)及其生理功能

制糖原料甘蔗、甜菜含有多種天然活性物質(zhì)，這些活性物質(zhì)多數(shù)被保留在糖蜜中(表1)，其在原料中含量并不高，卻在糖蜜中被高度濃縮，因此糖蜜是富集或提取活性物質(zhì)的良好資源。

2.1 多酚類物質(zhì)

糖蜜是天然多酚類物質(zhì)的良好來(lái)源，糖蜜中的多酚類物質(zhì)包括黃酮類、酚酸類和單寧類物質(zhì)。糖蜜中提取的多酚類物質(zhì)或以多酚物質(zhì)為主的糖蜜提取物具有較強(qiáng)的抗氧化、抗菌作用，常被用作抗氧化劑、抑菌劑、防腐劑等，在抗腫瘤，防治高血糖、高血脂、心腦血管等眾多疾病上有積極作用[11-13]。甘蔗糖蜜中酚類物質(zhì)的種類比甜菜糖蜜的多，且總酚含量也高于甜菜糖蜜中的，如Valli等[14]研究發(fā)現(xiàn)甘蔗糖蜜中的總酚含量是甜菜糖蜜中的6倍，因此甘蔗糖蜜多酚類物質(zhì)的抗氧化能力強(qiáng)于甜菜糖蜜多酚類物質(zhì)。

表1 糖蜜的活性物質(zhì)

Chen等[15]通過(guò)SDS-PAGE電泳、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡的分析方法，發(fā)現(xiàn)含有沒(méi)食子酸、羥基苯甲酸、丁香酸、阿魏酸、香蘭素、兒茶素、矢車菊素-3-O-蕓香糖苷、矢車菊素-3-O-葡萄糖苷、飛燕草素-3-O-葡萄糖苷、飛燕草素-3-O-蕓香糖苷的甜菜糖蜜多酚提取物對(duì)金黃色葡萄球菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌、大腸桿菌和鼠傷寒沙門菌4種食源性病原菌具有明顯的抑菌作用，這可能是通過(guò)破壞細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)膜和蛋白質(zhì)，改變細(xì)胞的形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)表現(xiàn)抑菌活性。

孔繁晟[11]研究總多酚含量為17.90%的糖蜜提取物(ESM)對(duì)2型糖尿病(T2DM)大鼠的降血糖、降血脂活性的影響，對(duì)比模型組大鼠，ESM給藥組能改善“三多一少”的癥狀，有利于延緩糖尿病并抑制并發(fā)癥的發(fā)展，且EMS明顯降低了T2DM大鼠的總膽固醇和甘油三酯含量，提高了高密度脂蛋白膽固醇水平。Ali等[16]通過(guò)DPPH法、TEAC法和FRAP法測(cè)定發(fā)現(xiàn)糖蜜具有較高的抗氧化性，并且經(jīng)過(guò)體外α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制性測(cè)定發(fā)現(xiàn)糖蜜可抑制這兩種酶活性，表明糖蜜可能具有抗高血糖的作用。Chen等[17]從甜菜糖蜜中分離純化出的沒(méi)食子酸(GA)、氯化矢車菊素-3-O-葡萄糖苷(CGC)和表兒茶素(EP)具有很強(qiáng)的抗氧化性，其中GA表現(xiàn)出最強(qiáng)的抗氧化活性；其抗腫瘤活性以劑量依賴性方式增加，特別是CGC在最高濃度為400 μg/mL提取物時(shí)對(duì)人結(jié)腸癌細(xì)胞、肝癌細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制活性分別為94.86%，87.27%，67.13%，進(jìn)一步證明了糖蜜中的抗癌成分主要為多酚物質(zhì)。

以多酚物質(zhì)為主的糖蜜提取物添加到熱加工食品中可以通過(guò)自由基途徑和美拉德反應(yīng)途徑抑制致癌物質(zhì)雜環(huán)胺(HCA)的產(chǎn)生。于迪等[18]在腌制豬肉片過(guò)程加入以多酚物質(zhì)為主的甘蔗糖蜜提取物，并采用真空—加壓循環(huán)腌制技術(shù)，可以有效降低肉脯制品中HCA含量，且抑制率>50%。Cheng等[19]將涂有不同濃度甘蔗糖蜜提取物的麥芽糖水溶液的雞翅分別油炸2.5，5.0 min，與對(duì)照組相比，樣品的總HCA含量抑制率分別為32.5%～43.9%，18.5%～29.9%。此外，利用甘蔗糖蜜為細(xì)菌提供營(yíng)養(yǎng)的生物處理法被認(rèn)為是一種安全有效的去除污染環(huán)境的六價(jià)鉻的方法，比葡萄糖能更有效地從污染土壤中去除六價(jià)鉻，甘蔗糖蜜中六價(jià)鉻的還原活性與其多酚含量和pH值有關(guān)[20]。綜上，糖蜜的多酚類物質(zhì)除了具有眾多生理功能，可應(yīng)用于保健食品、醫(yī)藥行業(yè)，還可以抑制一些有害物質(zhì)的產(chǎn)生，在食品致癌致突變危害物控制、環(huán)境污染物處理等方面發(fā)揮作用。

2.2 甜菜堿

甜菜堿是一種季銨型生物堿，化學(xué)名稱為N,N,N-三甲基甘氨酸內(nèi)鹽，在新鮮甜菜中含量可達(dá)0.3%～0.7%，制糖過(guò)程中甜菜堿幾乎不受破壞地進(jìn)入到廢蜜中，廢蜜中(干固物)甜菜堿含量可高達(dá)8%[21]，是提取天然甜菜堿的良好原料。甜菜堿作為優(yōu)良的甲基供體和滲透調(diào)節(jié)劑，在醫(yī)藥領(lǐng)域具有許多良好的藥理作用，可參與氨基酸代謝和脂肪代謝、調(diào)節(jié)滲透壓、促進(jìn)生長(zhǎng)、抑制細(xì)胞凋亡、抑菌抗炎、抗氧化等[22-24]，尤其是在治療高同型半胱氨酸血癥和肝臟疾病方面取得了較好的成效。

金莉莉等[25]通過(guò)建立高脂模型小鼠來(lái)測(cè)定甜菜堿和葉酸對(duì)小鼠血清及肝臟中總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、同型半胱氨酸(HCY)、丙二醛(MDA)和超氧化物歧化酶(SOD)含量的影響，結(jié)果表明甜菜堿能夠顯著降低高脂小鼠肝臟中HCY、TC、TG、MDA含量，提高SOD活力，且其降低肝臟TG、HCY、MDA水平和提高SOD活力的效果優(yōu)于葉酸。Drobny等[26]研究表明富含甜菜堿的甜菜糖蜜能夠阻止秀麗隱桿線蟲在37 ℃時(shí)接觸同型半胱氨酸所引起的存活率下降。Okada等[27]發(fā)現(xiàn)1%甜菜堿可提高肝損傷大鼠的肝臟和血清谷胱甘肽水平，增加谷胱甘肽相關(guān)酶活性，具有保肝作用。甜菜堿可能通過(guò)降低血漿內(nèi)毒素水平，拮抗肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的極化狀態(tài)等途徑發(fā)揮保護(hù)肝臟的作用[28]。

此外，甜菜堿作為畜禽飼料添加劑還可改善動(dòng)物的生長(zhǎng)性能、胴體品質(zhì)、產(chǎn)蛋率等，從而降低生產(chǎn)成本。在肉雞和仔豬的日糧中添加一定比例的甜菜堿，可通過(guò)改善腸道結(jié)構(gòu)、增加消化酶活性、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化等來(lái)改善其生長(zhǎng)性能[29-30]。Omer等[31]以添加0.5%甜菜堿的日糧連續(xù)飼喂蛋雞4周，與普通飲食相比，蛋雞的產(chǎn)蛋量可增加4.3%。

2.3 棉籽糖

功能性低聚糖是人和動(dòng)物腸道有益菌的促進(jìn)生長(zhǎng)因子，可以通過(guò)直接或間接作用來(lái)維持腸道健康、增強(qiáng)機(jī)體抗氧化性、提高機(jī)體免疫力、降低血清膽固醇等[32]。棉籽糖是一種功能性低聚糖，主要從棉籽粕和甜菜糖蜜中提取，其中甜菜廢蜜中的棉籽糖含量達(dá)1.0%[33]，經(jīng)處理后甜菜糖蜜中的含量可更高。華欲飛等[34]發(fā)明了一種從甘蔗、甜菜加工過(guò)程產(chǎn)生的糖蜜廢液中回收棉籽糖的工業(yè)化方法，從所用的甘蔗、甜菜加工廠廢水中測(cè)出棉籽糖含量分別為2.6%，2.1%。

功能性低聚糖很早就被證實(shí)能有效增殖腸道內(nèi)的有益菌尤其是雙歧桿菌和乳酸桿菌，抑制有害菌的生長(zhǎng)，改善腸道菌群失衡。賀晨[35]研究發(fā)現(xiàn)用高劑量(25%)的棉籽糖對(duì)小鼠進(jìn)行飲食干預(yù)，腸道雙歧桿菌的增殖效果顯著，豐度增加至63.27%，并且對(duì)健康指標(biāo)無(wú)不良影響。姜寶森[36]研究發(fā)現(xiàn)，與未添加棉籽糖的小鼠組相比，在基礎(chǔ)日糧中分別添加0.1%，0.3%棉籽糖的小鼠腸道總抗氧化水平分別提高了56.20%，85.95%，丙二醛含量分別降低了27.24%，35.32%，且兩組均明顯降低了小鼠盲腸腸球菌和腸桿菌數(shù)，增加了乳酸菌和雙歧桿菌數(shù)，說(shuō)明棉籽糖不僅能調(diào)節(jié)腸道菌群，還能提高小鼠腸道的抗氧化能力。徐大專等[37]在SD大鼠的基礎(chǔ)日糧中添加0.15%的棉籽糖，發(fā)現(xiàn)棉籽糖可以促進(jìn)免疫器官發(fā)育，提高T淋巴細(xì)胞陽(yáng)性率，且能提高血清中SOD、GSH-Px活性，降低血清中H2O2、MDA含量，說(shuō)明棉籽糖可增強(qiáng)大鼠機(jī)體的免疫力，提高抗氧化作用。

2.4 神經(jīng)酰胺

熱娜古麗·木沙等[38]從甜菜廢蜜中檢測(cè)到神經(jīng)酰胺，但含量較少。神經(jīng)酰胺在鞘磷脂途徑中作為第二信使分子，對(duì)細(xì)胞的增殖、分化、凋亡起調(diào)節(jié)作用，在動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病等疾病的發(fā)生發(fā)展發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，還有研究認(rèn)為神經(jīng)酰胺可能與抑郁癥[39]、肥胖癥[40]治療有關(guān)，但具體的作用機(jī)制尚未清楚。此外，作為皮膚角質(zhì)層細(xì)胞間脂質(zhì)的主要成分，神經(jīng)酰胺對(duì)表皮角質(zhì)層形成過(guò)程發(fā)揮重要作用，具有維持皮膚屏障、保濕、抗衰老、美白等作用[41]，因此在化妝品領(lǐng)域受到了高度關(guān)注。

2.5 其他物質(zhì)

糖蜜中還含有多糖、植物甾醇、低聚果糖、皂苷等生物活性物質(zhì)，但相關(guān)研究并不多。Sakai等[42]發(fā)現(xiàn)甘蔗糖蜜中水溶性粗多糖組分對(duì)派爾集合淋巴結(jié)免疫活性細(xì)胞具有較強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)活性。甜菜糖蜜中含有蔗果三糖，Tochio等[43]發(fā)現(xiàn)富含蔗果三糖飲食可以誘導(dǎo)肝臟中GST的表達(dá)，提高小鼠肝臟中谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GST)的mRNA和酶活性水平，說(shuō)明蔗果三糖可能具有提高小鼠的抗氧化活性作用，但該研究未測(cè)定任何氧化應(yīng)激的直接介導(dǎo)因素，并且需要在試驗(yàn)動(dòng)物和人類中進(jìn)一步研究才能闡明蔗果三糖膳食對(duì)氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的影響。

3 結(jié)論

綜上，糖蜜作為一種具有獨(dú)特風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富和生物活性顯著的食品副產(chǎn)物，具有巨大的開發(fā)潛能和應(yīng)用價(jià)值。糖蜜中活性物質(zhì)的研究主要集中在多酚類物質(zhì)和甜菜堿，生理活性相關(guān)研究多以體外試驗(yàn)或動(dòng)物試驗(yàn)為主，某些具體作用機(jī)理尚未明確，因此其活性與功能之間的關(guān)系有待進(jìn)一步研究，若要了解糖蜜提取物及其生物活性物質(zhì)在復(fù)雜條件下的作用效果，需增加毒理試驗(yàn)和臨床試驗(yàn)，客觀評(píng)價(jià)糖蜜中生物活性的價(jià)值。此外，糖蜜是一種具有獨(dú)特風(fēng)味和生物活性的食品添加劑，是開發(fā)具有營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值的新型食品的良好資源，尤其是糖蜜提取物中多酚類物質(zhì)具有抗氧化作用，可應(yīng)用于一些容易發(fā)生氧化的食品以抑制有害物質(zhì)的產(chǎn)生或延長(zhǎng)食品保質(zhì)期。但是糖蜜在食品行業(yè)的應(yīng)用尚處于初步階段，與食品加工規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化還有一定距離，因此需要優(yōu)化糖蜜或糖蜜提取物添加到食品中的產(chǎn)品配方和加工技術(shù)，以促進(jìn)糖蜜的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。