甜菊糖不良風(fēng)味的產(chǎn)生原因及改善方案研究進(jìn)展

摘要：甜菊糖為來(lái)源于甜葉菊的天然甜味劑，因其具有甜度高和低熱量等特征而被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和釀酒等行業(yè)，是公認(rèn)的理想代糖。然而，甜菊糖在表現(xiàn)高甜度的同時(shí)有著明顯的后苦味和甘草味等不良風(fēng)味。為了解決甜菊糖產(chǎn)生不良風(fēng)味的問(wèn)題，從甜菊糖的提取工藝和甜菊糖苷的結(jié)構(gòu)方面闡述了甜菊糖不良風(fēng)味產(chǎn)生的原因，從甜菊糖生產(chǎn)工藝優(yōu)化和開(kāi)發(fā)新一代高產(chǎn)Reb D和Reb M方面討論了已有的改善方案，總結(jié)了甜菊糖的未來(lái)發(fā)展與應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：甜菊糖；天然甜味劑；不良風(fēng)味；改善方案

中圖分類(lèi)號(hào)：TS202.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2097-2172（2024）07-0600-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.07.003

Research Progress on the Causes of Off-flavors in Stevioside and

Improvement Strategies

WANG Xi， E Keying

（Gansu Puhua Stevia Sugar Development Co.， Ltd.， Wuwei Gansu 733006， China）

Abstract： Stevioside， a natural sweetener derived from Stevia rebaudiana， is widely used in the food， pharmaceutical， and brewing industries due to its high sweetness and low-calorie characteristics， making it an ideal sugar substitute. However， stevioside exhibits noticeable off-flavors such as bitterness and licorice aftertaste despite its high sweetness. To address the issue of off-flavors in stevioside， this paper elucidates the causes of these flavors from the aspects of stevioside extraction process and stevioside glycoside structure. It discusses existing improvement strategies from the optimization of stevioside production processes and the development of new high-yield Reb D and Reb M. The future development and application prospects of stevioside are also summarized.

Key words： Stevioside; Natural sweetener; Off-flavor; Improvement strategy

甜菊糖（別稱(chēng)甜菊糖苷）是從甜葉菊中提取、精制而成的天然甜味劑，以其高甜度（蔗糖的200～300倍）、低熱量（蔗糖的1/300）、零卡路里和在光、熱以及酸堿條件下的穩(wěn)定性而聞名，成為繼蔗糖和甜菜糖之后的第三大糖源［1 ］。甜菊糖為白色結(jié)晶或粉末，易溶于水，被廣泛用于食品和飲料行業(yè)［2 ］。甜菊糖食用后難以被人體吸收，因此可作為糖尿病或肥胖患者的甜味劑。還具有抗高血壓、抗氧化、抗癌、抗炎、抗菌和改善腎臟功能的特點(diǎn)［3 ］，可作為保健品、藥品等替代品，具有很好的應(yīng)用前景。然而，甜菊糖的微后苦味和甘草味成為限制其進(jìn)一步發(fā)展的因素［4 ］。為此我們分析了甜菊糖不良風(fēng)味的成因并提出解決方案，旨在為解決甜菊糖不良風(fēng)味問(wèn)題提供參考。

1 甜菊糖產(chǎn)生不良風(fēng)味的原因

1.1 甜菊糖提取工藝不成熟

甜菊糖常以甜葉菊為原料進(jìn)行提取，其提取過(guò)程包括樹(shù)脂吸附濃縮、溶劑清洗、重結(jié)晶和離子交換樹(shù)脂純化等步驟，最終通過(guò)噴霧干燥得到純凈的甜菊糖［5 ］。然而，甜葉菊除了含有甜味成分甜菊糖苷外，還含有單寧、類(lèi)黃酮和揮發(fā)性油等苦味成分，這些苦味成分在提取和純化過(guò)程中不易完全去除，導(dǎo)致甜菊糖產(chǎn)品中可能殘留苦味雜質(zhì)，影響最終產(chǎn)品的口味。

甜菊糖提取過(guò)程中產(chǎn)生苦味的原因有以下幾個(gè)方面［6 - 7 ］。一是樹(shù)脂吸附濃縮階段，如果樹(shù)脂選擇和使用不當(dāng)，則存在無(wú)法有效吸附甜菊糖，相應(yīng)的苦味成分也會(huì)被保留；二是溶劑清洗的目的是去除油脂和部分苦味物質(zhì)，如果溶劑選擇錯(cuò)誤則無(wú)法有效去除苦味成分；三是重結(jié)晶是提高甜菊糖純度的關(guān)鍵步驟，若此步操作不當(dāng)，可能導(dǎo)致苦味成分被濃縮而非被去除；四是離子交換樹(shù)脂用于去除可溶性雜質(zhì)，如果樹(shù)脂的性能不佳或操作條件不適宜，苦味成分可能不會(huì)被有效去除。五是雖然噴霧干燥是最后一步，但如果操作條件（如溫度、壓力等）控制不當(dāng)，也可能影響產(chǎn)品風(fēng)味。

為了減少甜菊糖中的苦味，需要對(duì)提取工藝進(jìn)行細(xì)致的優(yōu)化，包括改進(jìn)樹(shù)脂吸附和溶劑清洗工藝、優(yōu)化重結(jié)晶條件、選擇合適的離子交換樹(shù)脂以及調(diào)整噴霧干燥參數(shù)。

1.2 甜菊糖苷的結(jié)構(gòu)差異

繼甜菊糖后，人們又從甜葉菊中分離出其他甜菊糖苷類(lèi)化合物，常見(jiàn)的有10種，它們具有相似的四環(huán)二萜類(lèi)化學(xué)骨架，均以甜菊醇為苷元（圖1），R1和R2位置被不同長(zhǎng)度的葡萄糖基、木糖基或鼠李糖基取代，從而形成味質(zhì)和理化性質(zhì)迥異的各類(lèi)糖苷（表1）。在該結(jié)構(gòu)中，甜菊醇本身具有較強(qiáng)的疏水性，表現(xiàn)出一定的苦味；在味覺(jué)感知中，苦味略后于甜味，因此，隨著濃度的增加，后苦澀味也得到加強(qiáng)。另一方面，甜菊糖苷的細(xì)微結(jié)構(gòu)變化影響其甜味和味質(zhì)，C-13（R1）位置的不同、吡喃糖取代和C-19（R2）位置的取代基長(zhǎng)度是影響甜菊糖苷苦味的關(guān)鍵因素，推測(cè)這一現(xiàn)象可能與苦味受體hT2R4和hT2R14的激活有關(guān)［8 ］。鑒于甜菊糖苷單體的多樣性，對(duì)其中有價(jià)值的部分進(jìn)行篩選、優(yōu)化與復(fù)配是目前最具前景的優(yōu)化策略。

2 甜菊糖不良風(fēng)味的改善方案

2.1 甜菊糖生產(chǎn)工藝優(yōu)化

2.1.1 新興提取技術(shù) 為進(jìn)一步提高甜菊糖的提取效率，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展諸多糖苷提取方法的研究，主要包括熱水浸提法、酶輔助提取法、超聲波提取法及其他新興提取技術(shù)［6 ］。這些成果的開(kāi)發(fā)為甜菊糖生產(chǎn)管線(xiàn)的工藝優(yōu)化提供思路，可在提高甜菊糖苷總含量（通常大于95%）的同時(shí)減少單寧、類(lèi)黃酮和揮發(fā)性油等苦味成分的殘余，從而改善甜菊糖的后苦澀味。

傳統(tǒng)生產(chǎn)中常用熱水浸提法提取舔菊糖，該方法對(duì)熱量要求高，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，總甜菊糖苷提取率低，且成品色澤較深。在提取過(guò)程中，水作為介質(zhì)溶解有機(jī)酸、蛋白質(zhì)、多酚等雜質(zhì)，因此對(duì)該方案的改進(jìn)主要是針對(duì)后續(xù)除雜。張夢(mèng)蕾等［9 ］使用殼聚糖絮凝沉淀聯(lián)合反相色譜除雜，降低成本縮短除雜時(shí)間；Kova■evi■等［10 ］采用加壓熱水提取有效回收甜葉菊葉中的熱不穩(wěn)定和極性雜質(zhì)成分，這為工業(yè)化生產(chǎn)提供了良好前景。

酶輔助提取法通過(guò)添加纖維素酶等破壞細(xì)胞壁，在低溫條件下提高甜菊糖的提取效率，并降低能耗。然而酶的使用成本較高，且目前已有的酶未能完全破碎細(xì)胞壁。Puri等［11 ］通過(guò)響應(yīng)面方法優(yōu)化了提取條件，同時(shí)證明酶輔助提取法相較于傳統(tǒng)溶劑提取效率更高?？梢?jiàn)酶輔助提取法有望成為溶劑法提取甜菊糖的有效替代。

超聲波提取法利用超聲波的空化效應(yīng)快速破碎植物細(xì)胞壁，加速生物活性物質(zhì)的釋放。該方案提取效率高、提取用時(shí)短、提取溶劑用量少、操作簡(jiǎn)便。然而，超聲波提取可能導(dǎo)致溶液中混入未知雜質(zhì)，給后續(xù)的分離過(guò)程帶來(lái)挑戰(zhàn)。后續(xù)工藝優(yōu)化過(guò)程涉及調(diào)整多個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)［12 ］，如超聲波的頻率、功率、處理時(shí)間、溶劑類(lèi)型和濃度、固液比等，以找到最佳的提取條件。通過(guò)優(yōu)化這些參數(shù)，可以最大化提取效率，同時(shí)最小化能源消耗和潛在的化學(xué)降解。

除了上述傳統(tǒng)提取方法外，目前已出現(xiàn)一些新型提取技術(shù)。如繆晴等［13 ］采用天然低共熔溶劑（NADES）替代傳統(tǒng)溶劑，這種方法不僅綠色環(huán)保且提取效率較高；Jentzer等［14 ］則采用加速溶劑萃取法優(yōu)化了甜葉菊的自動(dòng)提取條件參數(shù)。這些新型技術(shù)為甜菊糖苷的提取提供了新的視角和可能性。

2.1.2 其他甜味劑復(fù)配 復(fù)配法即將甜菊糖與其他甜味劑相互協(xié)同，復(fù)合甜味劑口味更貼近蔗糖，同時(shí)能消除甜菊糖的后苦澀味。例如，以共晶的方式將甜菊糖與赤蘚糖醇復(fù)配，可以保留兩者原有的功能與特色，同時(shí)赤蘚糖醇能夠改變甜菊糖起甜的時(shí)間曲線(xiàn)，消除部分微后苦味；將甜菊糖與阿洛酮糖以及羅漢果甜苷結(jié)合，可以促進(jìn)三者間美拉德反應(yīng)引起的褐變功能，常被添加至碳酸飲料中；將甜菊糖、赤蘚糖醇、阿洛酮糖和羅漢果甜苷四者融合，可以發(fā)揮四種甜味劑的優(yōu)勢(shì)并中和各自的缺陷。其中阿洛酮糖和赤蘚糖醇清爽的口感能夠改善甜菊糖與羅漢果甜苷的不良口感，而阿洛酮糖可降低赤蘚糖醇的結(jié)晶度，使其參與美拉德反應(yīng)［15 ］。該方案操作便利，能還原自然甜味，同時(shí)甜味劑總使用量較少，成本較低。但僅僅依賴(lài)其他甜味劑的協(xié)助，甜菊糖仍無(wú)法在甜味和香氣等多重感官上媲美蔗糖。

2.1.3?; 化學(xué)與酶促修飾 有研究表明，甜菊糖水解后生成甜度較低的甜菊糖醇生糖苷，后苦味變?nèi)?，受此啟發(fā)，可以對(duì)碳水部分進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)或酶促修飾［16 ］，以減少甜菊糖相應(yīng)的后苦味?；瘜W(xué)修飾是指通過(guò)化學(xué)反應(yīng)改變連接在甜菊醇苷酯基上的糖基來(lái)改變甜菊糖的味質(zhì)，但由于化學(xué)修飾操作復(fù)雜、步驟較多、要求苛刻，目前很少有人使用該方案。酶促修飾技術(shù)是指在酶的催化作用下受體底物被水解為葡萄糖基或者其他不同鏈的糖基配體，這些產(chǎn)物進(jìn)一步經(jīng)過(guò)酶催化轉(zhuǎn)苷與受體的C-13或C-19連接，從而形成種類(lèi)豐富的甜菊糖苷衍生物［17 ］。常用酶為環(huán)糊精葡糖基轉(zhuǎn)移酶（CGTase），它能催化淀粉和環(huán)糊精的葡萄糖基轉(zhuǎn)移至甜菊糖苷的糖基上，從而在甜菊糖苷上引入新糖元［18 ］，生成葡萄糖基甜菊糖苷。該產(chǎn)品能減少苦味，增加溶解度，改善甜菊糖的甜度，兼?zhèn)浜笪读己煤痛己竦奶攸c(diǎn)，常與糖醇聯(lián)用應(yīng)用于低糖酸奶，兩者味道相輔相成，目前已被批準(zhǔn)作為食用香精使用。但是上述酶價(jià)格相對(duì)昂貴，相應(yīng)糖基供體的使用也使成本增加，開(kāi)發(fā)和篩選性?xún)r(jià)比更高、口味更佳的甜菊糖苷仍需進(jìn)一步研究。

2.2 開(kāi)發(fā)新一代高產(chǎn)Reb D和Reb M

除甜菊糖外，第二代甜菊糖苷Reb A含量最高，高純度Reb A具有與蔗糖相接近的甜味，但其后苦味依舊明顯［19 ］；第三代甜菊糖苷Reb D和Reb M在不斷改良與優(yōu)化中應(yīng)運(yùn)而生，相較于Reb A，Reb D和Reb M表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。它們有更高的甜度和口感，無(wú)后苦和類(lèi)似甘草味，作為理想的新一代甜味劑已引起人們廣泛關(guān)注。但Reb D和Reb M含量稀少、產(chǎn)量較低，僅有少量含存在于常規(guī)甜菊科植物中，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)，因此開(kāi)發(fā)新的方法分離制備高純度Reb D和Reb M，是目前甜菊糖領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2.2.1 育種法 育種法是指利用農(nóng)業(yè)技術(shù)科學(xué)培育與種植，優(yōu)化最佳種植條件，從而培育出Reb D和Reb M的高產(chǎn)品種。相較于普通甜葉菊，其產(chǎn)量提升近一半［20 ］。這種方案的優(yōu)勢(shì)在于能夠培育天然的甜菊糖苷，保持甜度且無(wú)后苦味，但相應(yīng)地需要投入更多的人力與物力，需要優(yōu)化種植環(huán)境和條件，這可能需要大量的研究和試驗(yàn)。

2.2.2 生物轉(zhuǎn)化法 生物轉(zhuǎn)化法是指從含量最豐富的Reb A入手，借助特定的生物酶將其轉(zhuǎn)化為Reb D和Reb M［21 ］。但該方案需要特定的酶才能進(jìn)行，所需酶的價(jià)格相對(duì)昂貴，這增加了生產(chǎn)成本，并且酶的可獲得性也是需要考慮的問(wèn)題。

2.2.3 發(fā)酵法 發(fā)酵法是指利用基因工程改造的酵母菌產(chǎn)生的酶，通過(guò)發(fā)酵將甜葉菊的提取物轉(zhuǎn)化為Reb D和Reb M［22 ］，經(jīng)過(guò)發(fā)酵的甜菊糖苷具有類(lèi)似蔗糖的口感和清爽的味質(zhì)，不改變食物原有的口感。主要原料為葡萄糖和蔗糖，能夠保證量產(chǎn)，具有成本低和可拓展等優(yōu)勢(shì)。雖然前期研發(fā)成本高，但條件成熟后能進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)，使成本降低，是目前性能最好、最受歡迎和最具前景的方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著人們對(duì)自身健康需求的增加，減糖成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的潮流與趨勢(shì)。人們更加注重飲食與身體健康，因此需要開(kāi)發(fā)新一代甜味相當(dāng)、零卡路里、不影響血糖的完美代糖。目前已知天然甜味劑較少，而甜菊糖本身就滿(mǎn)足上述條件，因此甜菊糖的需求量急劇增加。然而，其后苦味與甘草味限制了大規(guī)模使用，因此，甜菊糖提取工藝的優(yōu)化和新一代甜菊糖苷的開(kāi)發(fā)顯得迫在眉睫。針對(duì)甜菊糖微苦后味的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，并總結(jié)了目前已有的解決策略，即開(kāi)發(fā)新型提取工藝和構(gòu)造新一代高產(chǎn)無(wú)后苦味的甜菊糖苷。開(kāi)發(fā)新型提取方式已成為當(dāng)前提取率優(yōu)化研究的主流，其中酶輔助提取法具有較好的前景，但同時(shí)也存在著技術(shù)壁壘較高的挑戰(zhàn)。其他提取條件的優(yōu)化方式，如超聲提取等，在當(dāng)前科技水平下實(shí)現(xiàn)相對(duì)較為容易，具有在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的極大優(yōu)勢(shì)。而新一代甜味劑的開(kāi)發(fā)則需要通過(guò)嚴(yán)格的食品安全評(píng)估和法規(guī)批準(zhǔn)，可能需要較長(zhǎng)時(shí)間。在食品加工和貯存過(guò)程中保持Reb D和Reb M的穩(wěn)定性，以及確保最終產(chǎn)品的貨架期，也是開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要解決的技術(shù)問(wèn)題。這些挑戰(zhàn)需要通過(guò)跨學(xué)科的研究和合作，結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)和工程方法來(lái)克服。在未來(lái)發(fā)展中，可以將上述幾種方式進(jìn)行聯(lián)用，例如使用基因工程輔助育種，推動(dòng)新型高產(chǎn)株的量產(chǎn)進(jìn)程。當(dāng)甜菊糖的缺陷被彌補(bǔ)時(shí)，必將掀起新的研究和應(yīng)用熱潮。

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收稿日期：2024 - 02 - 08；修訂日期：2024 - 06 - 03

作者簡(jiǎn)介：王 爔（1987 —），男，甘肅武威人，研究方向?yàn)槭称诽砑觿┑奶崛」に?。Email： wx1579@163.com。

通信作者：俄克英（1975 —），男，甘肅武威人，研究方向?yàn)槭称诽砑觿┑奶崛∨c制備。Email： eky7309@126.com。