甜菊糖苷的功能特性及其在飲料工業(yè)中的應(yīng)用

◎ 朱小聰

（上?？底R食品科技有限公司，上海 201103）

甜菊糖苷是一種天然的高倍非營養(yǎng)型甜味劑，是繼蔗糖、甜菜糖之外第三種有開發(fā)價值和保健功能的天然蔗糖替代品，國際上被譽為“世界第三糖源”，已在世界大部分國家被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)及醫(yī)藥化工中。甜菊糖苷提取于菊科小灌木甜葉菊（Stevia rebaudiana）的葉子，該種植物原產(chǎn)于南美巴拉圭東北部[1]。甜菊糖苷的甜度是蔗糖的200 ～350 倍，熱量僅為蔗糖的1/300[2]。

我國于1977 年引入種植，現(xiàn)今已成為世界上最大的甜葉菊種植國，同時也是甜菊糖苷最大生產(chǎn)國和出口國，相關(guān)產(chǎn)品已出口到美國、韓國、日本及東南亞等國家和地區(qū)[3]。我國《食品工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中提出，利用新疆、云南、江西、安徽和河北等地特色原料優(yōu)勢，發(fā)展建設(shè)甜菊糖苷等天然植物提取物產(chǎn)業(yè)，建設(shè)產(chǎn)品特色鮮明、規(guī)模效益突出的食品配料和食品添加劑產(chǎn)業(yè)基地[4]。

1 甜菊糖苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)和理化功能特性

1.1 甜菊糖苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)

甜菊糖苷為一類四環(huán)二萜類化合物，具有相同的結(jié)構(gòu)單元——甜菊醇（steviol），通過C13 和C19 位上連接不同數(shù)量的葡萄糖基、木糖基或鼠李糖基，從而形成味質(zhì)、理化性能各異的甜菊糖苷，總量約占甜葉菊干葉的13%[5]。其中含量最高的為甜菊苷（Stevioside，ST）和萊鮑迪苷A（Rebaudioside A，RA），是甜菊糖苷味質(zhì)的主要成分，占甜菊糖苷的80%以上。目前，包括化學(xué)合成和酶改性的甜菊糖苷在內(nèi)，不少于40 種的結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到了鑒定。甜菊糖苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)及典型的甜菊糖苷的分子結(jié)構(gòu)及相對甜度見圖1 和表1。

圖1 甜菊糖苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖

表1 甜菊糖苷類物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)及相對甜度表[6-8]

1.2 甜菊糖苷的理化功能特性

甜菊糖苷做為一種性能優(yōu)良的天然甜味劑，具有如下特點[3,9-11]：①甜度高、熱量低。甜度是蔗糖的200 ～350 倍，熱量僅為蔗糖的1/300，味感近似蔗糖；血糖生成指數(shù)較低，糖尿病人可以安全食用。②溶解性好。在酒精和水中溶解性良好，口感方面與各種甜味劑和糖類復(fù)配使用也較好，因而適合在多種食品中添加應(yīng)用。③穩(wěn)定性好。在較極端的熱、光和pH 條件下也表現(xiàn)較穩(wěn)定，在飲料、食品的加工生產(chǎn)過程中基本不發(fā)生變化，干燥狀態(tài)下保存也可保持穩(wěn)定品質(zhì)。④安全性高。甜菊糖苷于南美洲原產(chǎn)地國家的食用歷史達到數(shù)百年，現(xiàn)代毒理學(xué)實驗表明其不具有致癌、致畸和致突變毒性；且不易被微生物所利用，長期攝入不會導(dǎo)致齲齒。

甜菊糖苷不僅可做為甜味劑，在較高劑量下使用還表現(xiàn)出一定的生物活性和藥理學(xué)性質(zhì)，亦可作為合成其他功能性化合物的前體物質(zhì)，國內(nèi)外學(xué)者對其相關(guān)研究開展較多。萬會達等對其降血壓、降血糖、抗炎、抗腫瘤、抗腹瀉、治療失憶、增溶性及抑菌等方面的生物活性作用的研究進展進行了較為全面的綜述[12]。但是，目前甜菊糖苷在保健品中的應(yīng)用仍等同于飲料和食品行業(yè)，只局限于部分替代蔗糖、葡萄糖、糖醇類等高熱量或人工甜味劑，而尚未真正體現(xiàn)其保健功能的貢獻[13]。

2 甜菊糖苷在飲料工業(yè)中的應(yīng)用

2.1 甜菊糖苷的相關(guān)法規(guī)

聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）聯(lián)合食品添加劑專家委員會（JECFA），在2004 年8月第63 次日內(nèi)瓦會議上通過了甜菊糖苷使用的試行方案[14]。2008 年，美國FDA 以“不反對”通過對高純度RA（含量95%以上）產(chǎn)品在美國市場GRAS 認(rèn)證的申請，應(yīng)用領(lǐng)域為食品添加劑和功能性食品[3]。法國食品安全局（AFSSA）在2009 年公布允許高純度RA（含量97%以上）的原料在法國食品工業(yè)中應(yīng)用[15]。歐洲食品安全局（EFSA）于2010 年通過了甜菊糖苷的安全性評估，并建立了安全使用的每日允許攝入量（ADI）[16]，并于2011 年通過可在食品和飲料中使用，在2017 年擴大在食品中的應(yīng)用品類。

我國甜菊糖苷執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)最早于1987 年由國家質(zhì)量檢驗監(jiān)督總局發(fā)布實施，并于1999 年和2014 年兩次修訂，現(xiàn)作為甜菊糖苷食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行 （GB 8270—2014）[17]。國家衛(wèi)計委頒布的食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 2760—2014）規(guī)定了甜菊糖苷的食品使用范圍和相應(yīng)最大使用量[18]。國家衛(wèi)計委于2016年第8 號公告，批準(zhǔn)葡萄糖基甜菊糖苷（酶改質(zhì)甜菊糖）可配制成食品用香精用于各類食品（除去部分不能添加食用香精的食品），并可按實際生產(chǎn)需要適量使用[19]。

2.2 甜菊糖苷的發(fā)展現(xiàn)狀

甜葉菊品種在不斷被培育更新迭代的同時，甜菊糖苷相關(guān)產(chǎn)品也在快速發(fā)展。第一代產(chǎn)品在應(yīng)用中的局限主要體現(xiàn)在甜味明顯延遲，甜味強度略弱，后甜感較明顯，難以實現(xiàn)單獨使用替代8%以上蔗糖的相對甜度。銷量最高的RA，同樣具有一定程度的后苦味，即使是高純度的產(chǎn)品，也呈現(xiàn)甜中帶苦的味質(zhì)，所以第一代甜菊糖苷必須與其他甜味劑或糖類搭配使用[20]。隨著科技的不斷發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)，RD 相較于其它甜菊糖苷表現(xiàn)出極低的后苦味質(zhì)和顯著增強的甜味品質(zhì)。另外也發(fā)現(xiàn)，在葉片中極少量存在的RM，具有極輕微的苦澀后味和更高的甜味強度，是一種潛力巨大的甜菊糖苷[21]。2018 年以后，口感超級接近蔗糖的高含量RD 和RM 是市場尋求的熱點，但由于量少價格過高限制了其市場份額。

通常認(rèn)為，甜菊醇C13 位連接各類糖基（如葡萄糖基、半乳糖基或果糖基等）的產(chǎn)物能表現(xiàn)出更好的味質(zhì)和甜度，因此改善甜菊糖苷的甜味特性可以通過酶促轉(zhuǎn)糖基反應(yīng)以改變甜菊糖的結(jié)構(gòu)組成來實現(xiàn)[22]。隨著酶改技術(shù)研究的不斷推進與深入，新一代產(chǎn)品酶改質(zhì)甜菊糖，已于2016 年由國家衛(wèi)計委第8 號公告批準(zhǔn)配制成食品用香精，可用于各類食品[19]。其相關(guān)產(chǎn)品在起甜、后苦味、余味、與蔗糖甜度的接近度以及替代蔗糖比例等方面都有了極大的改善，還可作為風(fēng)味增強劑，具備很好的風(fēng)味修飾性能，甜味強度能夠和品質(zhì)協(xié)同。諸多性能特點使其能很好地應(yīng)用于食品行業(yè)中，在飲料工業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢更加凸顯。

2.3 甜菊糖苷在飲料工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，全球已有20 多個國家和地區(qū)出臺了征收糖稅的相關(guān)政策，世界衛(wèi)生組織也支持用征收糖稅來推動人們的健康膳食。一方面，食品生產(chǎn)企業(yè)會為應(yīng)對糖稅政策來調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向發(fā)展低稅健康的飲料和食品；另一方面，消費者也會逐漸意識到糖稅調(diào)控的目的，改變原來不太健康的飲食習(xí)慣，從而降低糖量的攝入[23]。很多食品生產(chǎn)商已陸續(xù)開始在不影響產(chǎn)品口感的前提下實施產(chǎn)品減糖計劃，并不斷開發(fā)上市相應(yīng)產(chǎn)品，低糖、低熱量已然成為全球食品行業(yè)的發(fā)展方向。另外，消費者的觀念及認(rèn)知也已在逐步升級，天然、健康、安全已成為其消費第一訴求。多重因素的共同作用，促使了世界各國對植物來源高倍甜味劑的需求快速增長，天然低能量的甜菊糖苷完全契合于甜味劑的發(fā)展趨勢，順勢成為目前市場上的主流。

甜菊糖苷已在世界各國被廣泛應(yīng)用于各類食品中。2011 年以前，美國的小袋糖（Tabletop）是RA 使用量最大的產(chǎn)品，隨著RA 在瓶裝水中的廣泛使用，飲料行業(yè)成為其第二大市場[24]。甜菊糖苷產(chǎn)品在歐盟獲批后，市場逐漸打開。法國和英國重新調(diào)整了雪碧的傳統(tǒng)配方，在其中加入RA?？煽诳蓸饭?014 年推出了綠裝可樂，又于2018年推出一款全部替代白砂糖的甜菊糖可樂[3,24]。近幾年甜菊糖苷產(chǎn)品的開發(fā)及應(yīng)用發(fā)展更為快速。除去世界飲料巨頭可口可樂、百事可樂、雀巢等，國內(nèi)飲料先驅(qū)康師傅、農(nóng)夫山泉、后起之秀元氣森林等企業(yè)也都在加速布局應(yīng)用甜菊糖苷新產(chǎn)品的開發(fā)和推出。

據(jù)Innova 數(shù)據(jù)報道，如圖2 所示，2019 年全球范圍內(nèi)使用甜菊糖苷飲料新品的發(fā)布量排前3 位的是西歐、北美和亞洲，西歐新品數(shù)量達到1 717 個；拉丁美洲相關(guān)新品數(shù)量5 年復(fù)合年增長率高達46%，東歐、中東、以及澳洲相關(guān)新品數(shù)量5 年復(fù)合年增長率均超過30%，具備極大的發(fā)展空間；非洲甜菊糖苷的應(yīng)用發(fā)展相對緩慢。

眾所周知，冰茶類和碳酸類是全球、亞洲包括中國在內(nèi)的前兩大消費飲料，根據(jù)Innova 數(shù)據(jù)，如圖3所示，全球2019 年含甜菊糖苷冰茶類新品的發(fā)布量近達250 個，將近是2015 年的2 倍；碳酸類相關(guān)新品發(fā)展相對平穩(wěn)；運動飲料類新品數(shù)量飛躍增長，從2015年的15 個劇增到2019 年的94 個，5 年復(fù)合年增長率高達44%，是甜菊糖苷應(yīng)用前景廣闊的飲料類別。

亞洲方面，如圖4 所示，2019 年甜菊糖苷用于碳酸類、包裝水類（加香）、運動飲料類有較明顯的突破，碳酸類新品數(shù)量達22 個，包裝水類（加香）新品數(shù)量5 年復(fù)合年增長率高達43%，表現(xiàn)出與全球截然不同的趨勢；運動飲料類新品數(shù)量5 年復(fù)合年增長率也達到了38%，與全球趨勢較為一致；冰茶類相關(guān)新品數(shù)量相對平穩(wěn)，與全球表現(xiàn)趨勢差別明顯。

圖2 2015 年和2019 年全球含甜菊糖苷飲料新品圖

圖3 2015 年和2019 年全球含甜菊糖苷流行飲料品類圖

圖4 2015 年和2019 年亞洲含甜菊糖苷流行飲料品類圖

3 甜菊糖苷的發(fā)展前景

據(jù)Toluna 調(diào)查網(wǎng)數(shù)據(jù)報道，美國消費者對甜菊糖苷的認(rèn)知度已從2009 年的35%快速攀升到2019 年的75%；2015 年對中國消費者（了解天然甜味劑的群體）的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其對甜菊糖苷的正向及中性認(rèn)知比例達到78%，與葡萄糖的74%和濃縮果汁的82%相當(dāng)，稍低于羅漢果的85%。

隨著全球消費升級以及因糖攝入引起的健康問題的日益嚴(yán)峻，人們對健康的關(guān)注與減糖食品的需求使得天然甜味劑的訴求逐年劇增。另外，市場給予的良好反饋將促進對甜菊糖苷產(chǎn)品的研發(fā)，外加其本身具有的多種生理功能，甜菊糖苷前景會越來越好，市場也將會越來越寬闊。

4 結(jié)語

“健康中國”國家戰(zhàn)略的確定，減糖已經(jīng)成為中國食品行業(yè)共識。我國是世界上甜菊糖苷的主要生產(chǎn)國，在中國健康食品產(chǎn)業(yè)迎來新的發(fā)展契機這一大背景下，進一步開展基于甜菊糖苷甜味質(zhì)優(yōu)化的甜葉菊品種篩選和改良研究，開發(fā)高生物活性、高品質(zhì)的甜菊糖苷生產(chǎn)工藝，并不斷提升消費者認(rèn)知度，將會加快甜菊糖苷類物質(zhì)在健康食品行業(yè)中應(yīng)用和發(fā)展。