甜菊糖苷的功能及其在食品工業(yè)中的應用

黃偉志

(廣州市增城區(qū)仙村鎮(zhèn)人民政府，廣東 廣州 511335)

甜菊糖苷，又稱甜菊糖，是一種天然甜味劑。2008年，美國FDA批準甜菊糖雙甙A作為甜味劑在食品中使用。2014年，我國頒布GB 2760—2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》，對甜菊糖苷應用范圍及用量做出了明確規(guī)定(見表1)。2017年8月，加拿大衛(wèi)生部批準源自甜葉菊的所有甜菊糖苷作為甜味劑用于一系列食品中。據(jù)INNOVA數(shù)據(jù)，2014年至2018年期間，含甜菊糖的新產(chǎn)品發(fā)布量在全球范圍內(nèi)以每年平均增長13%的趨勢遞增。2019年，全球食品飲料新品中，甜菊糖的使用量已經(jīng)僅次于安賽蜜和三氯蔗糖等甜味劑，這表明甜菊糖苷逐漸被廣泛認可，應用前景廣闊。

表1 甜菊糖苷使用范圍及添加量

續(xù)表1:

根據(jù)國家衛(wèi)健委辦印發(fā)的《健康口腔行動方案(2019—2025)》，我國積極開展“減糖”專項行動，采取一系列措施支持企業(yè)進行“低糖”或者“無糖”食品研究。甜菊糖苷可替代蔗糖，具有輔助降血糖功能，但其部分苷類化合物帶有苦味，制約了它的發(fā)展。目前，人們?yōu)榱私鉀Q這個苦味難題，主要集中在開發(fā)新型苷類化合物或研究通過提高瑞鮑迪苷D(Rebaudioside, Reb D)和瑞鮑迪苷M(Rebaudioside, Reb M)含量以達到改善苦味的目的[1]。本文綜述了甜菊糖苷的理化性質(zhì)、功能特點及其在食品工業(yè)中的應用情況，以期為甜菊糖苷的進一步開發(fā)利用提供參考意見。

1 甜菊糖苷概述

甜菊糖苷具有高甜度(為蔗糖甜度的200～350倍)、低熱量(僅為蔗糖的1/300)的特性，易溶于水，微溶于甲醇、乙醇，不依賴胰島素代謝，不會在人體內(nèi)儲存，被認為是21世紀最理想的“第三代糖源”。甜菊糖苷來源于甜葉菊。甜葉菊原產(chǎn)于巴拉圭和巴西，在中國、新加坡、馬來西亞等國家也有種植。甜葉菊中已發(fā)現(xiàn)40多種糖苷化合物，主要包括甜菊苷(ST)、懸鉤子苷、瑞鮑迪苷A～O(Rebaudioside A～O, Reb A～O)、杜克苷(A、B)、甜菊雙糖苷、甜菊醇、異甜菊醇、甜菊單糖苷等。構成甜味成分的結構為四環(huán)二萜母環(huán)，該化合物中的糖單元都是通過β-鍵與母體連接。取代基不同，糖苷系列化合物不一樣，甜味也不一樣(見表2)。目前，取代基R1、R2主要有葡萄糖基(Glc)、鼠李糖基(Gha)、木糖基(Xyl)及氫原子(H)基團[2-3]。

表2 甜葉菊中主要苷類成分及特征

2 甜菊糖苷功能

2.1 抗氧化功能

甜菊糖苷由多種苷類化合物組成。Lopez等[4]研究了甜葉菊乙醇提取物清除DPPH自由基和超氧化物自由基的能力，當其濃度達到250 μg/mL時，DPPH自由基和超氧化物自由基清除率達到最大值，分別為90%和81%。通過實驗發(fā)現(xiàn)，在大鼠心臟成纖維細胞中，甜菊糖苷(以甜菊苷和瑞鮑迪苷A為主要成分)可通過增加谷胱甘肽細胞內(nèi)含量和增強超氧化物歧化酶、過氧化氫酶的表達及活性來抵消氧化應激。Yu等[5]研究發(fā)現(xiàn)，甜葉菊莖稈的熱水提取物能抑制魚油的氧化。張童童等[6]研究發(fā)現(xiàn)，甜菊糖苷中的甜菊酚對DPPH自由基和ABTS自由基的清除率分別為92.1%和29.6%。Casas-Grajales等[7]研究了甜菊糖苷對長期使用硫代乙酰胺(TAA)所致的大鼠肝損傷的影響，結果發(fā)現(xiàn)服用甜菊糖苷一定時間后，甜菊糖苷與受體tnfr1、tlr4-md2結合，對促炎介質(zhì)具有拮抗作用，表明甜菊糖苷具有抗氧化作用。

2.2 輔助降血糖、降血壓

甜菊糖苷在胃腸道中不被酶分解消化，并且可以增強胰島素的敏感性，促進胰島素的釋放和肝糖原的形成，激活相關受體，從而達到降血糖的效果[8]。Jeppesen等[9]以患糖尿病的大鼠為研究對象，研究甜菊糖苷對大鼠體內(nèi)胰島素分泌的影響。實驗證明，甜菊糖苷能顯著降低大鼠空腹血糖，其作用機制可能與降低血清二肽基肽酶-4水平、改善胰島素敏感性等有關。有研究表明，甜菊糖苷可輔助降血壓是由于其可抑制鈣離子內(nèi)流[10]。Hsieh等[11]給中國輕度原發(fā)性高血壓患者每日服用500 mg 甜菊糖苷粉，兩年后發(fā)現(xiàn)，甜菊糖苷具有顯著降低心臟收縮壓(從95±4.2 mm Hg降到89±3.2 mm Hg)和舒張壓(從150±7.3 mm Hg降到140±6.8 mm Hg)的作用(p<0.05)。Chan等[12]研究發(fā)現(xiàn)，高血壓志愿者每天三次服用甜菊糖250毫克/千克體重，持續(xù)一年，可明顯降低血壓。因此，以甜菊糖苷替代部分蔗糖食用，可輔助降血糖、降血壓。

2.3 抑癌作用

甜菊糖苷中的甜菊醇有貝殼杉烯型四環(huán)二萜骨架結構，使其具有抗腫瘤作用[13]。Zhang等[14]研究了具有內(nèi)酯結構的活性化合物(甜菊醇合成)對人體癌細胞的抑制作用，結果顯示，有3種化合物對白血病癌細胞、肝癌細胞和乳腺癌細胞具有明顯的抑制效果，其中化合物2b對抗人肝癌細胞的IC50值達到0.09 μM。甜菊醇能明顯抑制人結腸癌細胞中TNF-α誘導的IL-8釋放，減弱TNF-α刺激的IκB→NF-κB信號傳導，降低結腸癌細胞活性[15]。Ren等[16]研究了甜菊糖苷對人結腸癌HT-29細胞的抗增殖作用，發(fā)現(xiàn)在48小時和72小時，甜菊糖苷以5 μM的劑量顯著抑制癌細胞生長。Khare等[17]研究了甜菊糖苷對乳腺癌細胞MDA-MB-231和SKBR3生長的抑制影響，結果發(fā)現(xiàn)，隨著甜菊糖苷的濃度增加，乳腺癌細胞活力下降，癌細胞凋亡的速率增加，表明甜菊糖苷具有誘導乳腺癌細胞凋亡的作用和良好的抗癌活性。

2.4 其他功能

甜菊糖苷還具有保護心肌活性、改善腸道功能、促進礦物質(zhì)吸收、抗過敏、抑制動脈粥樣硬化、預防齲齒、治療失憶等功能[18]，其功能機制見圖1。

圖1 甜菊糖苷功能機制

3 甜菊糖苷在食品工業(yè)中的應用

Mintel報告指出，2017年全球范圍內(nèi)推出的含甜葉菊的食品和飲料數(shù)量比2016年增長了10%以上，僅在2017年就有3500個新品推出，越來越多的食品飲料巨頭(達能、卡夫亨氏、雀巢、聯(lián)合利華等)將甜菊糖苷應用到新產(chǎn)品中。2020年5月，國家衛(wèi)健委食品安全標準與監(jiān)測評估司發(fā)布公告，確認將甜菊糖苷列入“食品添加劑擴大使用范圍”。目前，甜菊糖苷在食品工業(yè)中的應用情況見表3。

表3 市場上含有甜菊糖苷的食品

3.1 甜菊糖苷在飲料中的應用

在消費者追求健康的需求趨勢下，各大飲料企業(yè)紛紛推出低糖或無糖產(chǎn)品。甜菊糖苷口感與蔗糖接近，應用于飲料中可實現(xiàn)低糖化，且不易被有害微生物利用。湯瑾等[19]研究了一種甜菊糖苷部分替代蔗糖的楊梅汁飲料，以甜菊糖苷替代40%蔗糖時，能得到酸甜適宜、清甜爽口、余味悠長的楊梅汁飲料。周翠英等[20]研究了一種甜菊糖苷部分替代蔗糖的綠茶飲料，以甜菊糖苷替代35%蔗糖時，綠茶飲料酸甜適口，風味清甜、悠長，綠茶的苦澀味較低。

3.2 甜菊糖苷在酒類中的應用

我國酒文化源遠流長。在制作酒的過程中需要進行糖化處理，為酵母提供碳源進行發(fā)酵，產(chǎn)生乙醇。以甜菊糖苷部分替代蔗糖，可使酒類增醇，且口感更加清爽。在國外，韓國的燒酒、日本的清酒及果酒類中使用甜菊糖苷已經(jīng)有30多年歷史。在國內(nèi)，甜菊糖苷在酒中的應用相對較少，仍有很大的發(fā)展空間。謝亞蘇[21]發(fā)明了一種含有甜菊糖苷的養(yǎng)生酒，添加甜菊糖苷既能保持天然谷物酒的醇和酒香，又具備甜潤滋養(yǎng)的養(yǎng)生功效。

3.3 甜菊糖苷在奶制品中的應用

根據(jù)國際乳品協(xié)會的數(shù)據(jù)，乳制品是現(xiàn)代人每天主要的食物，每年乳制品銷售額超過1250億美元，存在巨大的消費市場。為了適應減糖行動，國內(nèi)外企業(yè)實施了以甜菊糖苷部分替代蔗糖的措施，改善乳制品風味，增加乳制品中有益菌活菌數(shù)量，開發(fā)了一系列低糖乳制品。周金燕[22]研究了甜菊糖苷對凝固型酸奶的影響，結果表明，甜菊糖苷可促進酸奶中乳酸菌的繁殖，增加活菌數(shù)量，改善酸奶中常見的乳清析出狀況，減緩酸奶的后酸化。

3.4 甜菊糖苷在腌制食品中的應用

蜜餞、果脯、涼果是我國傳統(tǒng)的腌制食品，歷史悠久，口味獨特。甜菊糖苷作為一種新型的低熱量、純天然的甜味劑，應用在腌制食品中，一定程度上滿足了人們對健康美食的追求。甜菊糖苷具有穩(wěn)定的理化性質(zhì)，能延長腌制食品的保存期限，且不會造成齲齒。李東華等[23]研究發(fā)現(xiàn)，添加 0.05 g/kg的甜菊糖苷與其他甜味劑復配使用，能制作出口感細嫩、甘甜可口的風味生姜絲。Garcia-Noguera等[24]通過超聲脫糖工藝，去除了草莓中的蔗糖、果糖、葡萄糖，然后添加甜菊糖苷滲透液制作出與原本草莓甜味相接近的草莓蜜餞。

3.5 甜菊糖苷在其他食品中的應用

甜菊糖苷具有高甜度、低熱量的特點，不會引起齲齒，可應用于烘焙制品、口香糖、調(diào)味品、水產(chǎn)品等食品中[25-26]。通過部分替代蔗糖或者與其他甜味劑復配使用，可達到改善食品風味、延長食品保質(zhì)期等目的。甜菊糖苷還可應用于新型豆制品、可可制品、巧克力和巧克力制品中。其中巧克力是含糖量非常高的食品，尤其是白巧克力，可可含量少、含糖量高。在白巧克力中應用甜菊糖苷，既可以降低含糖量及成本，又可以確?？诟?。通過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前大多將糖醇類物質(zhì)與甜菊糖苷復配使用。

4 展望

近年來，人們對低糖健康飲食越來越關注，高甜度、低熱量的甜菊糖苷具有巨大的應用價值和廣闊的開發(fā)前景，甜菊糖苷的理化性質(zhì)和生物學功能也成為研究熱點。但是仍然存在一些問題，需要深入研究解決：一是目前甜菊糖苷的生物學功能研究只停留在細胞、動物實驗階段，在人體中是否呈現(xiàn)同樣的生物學功能仍有待研究；二是甜菊糖苷中部分苷類化合物帶有苦味，影響其應用，研究者需要解決甜菊糖苷的苦味問題。