天然生物质甜叶菊苷的生物活性研究及应用前景

＊杨锦武 李和平 刘红丽 张淑芬

（桂林理工大学化学与生物工程学院 广西 541004）

1.前言

甜叶菊苷（ST）是从菊科甜叶菊的叶子中提取的生物质[1]。甜叶菊苷的甜度远高于蔗糖（甜叶菊苷:蔗糖=300:1），而热量则远低于蔗糖（1:250）。甜叶菊原产于南美洲，现在包括亚洲、欧洲和北美在内的世界许多地区都有种植。目前，我国已成为全球最大的甜叶菊苷生产与出口国，甜叶菊苷也是我国广西特色的生物质资源。此外，甜叶菊苷还是维生素、矿物质、必需氨基酸、脂肪酸和其他有益于健康的生物活性化合物的良好来源，包括非糖类的唇形二萜、黄酮类、酚类化合物、粗纤维、植物甾醇、绿原酸、三萜类和碳氢化合物。

目前甜叶菊苷在许多国家里已经被广泛用作食品、饮料和药品的代糖。其中，甜叶菊苷比其他各种高效甜味剂具有更优越的功能和感官特性，在未来有可能成为日益增长的天然食品市场的高效甜味剂的主要来源。除了工业应用外，许多研究表明，甜叶菊苷拥有各种健康益处，包括抗糖尿病、抗肥胖、抗肿瘤、抗高血压、抗微生物、抗龋齿和抗氧化等生物活性[2]。

尽管甜叶菊苷在世界范围内广泛使用，但这种植物还没有被广泛研究以保证其在人类中的安全使用。但是，1500多年以来，巴拉圭人运用传统用途使用ST的安全经历，经受住了时间的考验。甜叶菊苷在日本已经使用20多年了，没有任何副作用的报道。在全球范围内，甜叶菊苷的使用和安全性已经被许多监管机构和科学机构审查和考虑。近年来，甜叶菊苷的毒理学评价显示，口服甜叶菊苷在基因毒性和亚慢性口服毒性方面未出现不良反应。作者认为甜叶菊叶除了作为甜味剂外，还具有作为功能性食品和营养补充的潜力。

近年来，研究学者们对探索甜叶菊苷的潜在用途产生较大的兴趣，各种综述研究报告了甜叶菊苷的生物化学组成、营养特性、健康益处和生物活性。然而，这些研究大多只关注一个主题，而且大多数都不是最近才进行研究的。因此，关于天然生物质甜叶菊苷生物活性研究和应用数据仍然缺乏最新的报道。

因此，本文目的是对甜叶菊苷的健康益处、工业应用、安全性和生物活性研究进行全面和最新的综述，并强调其可能的安全方面。还综述了甜叶菊苷作为食品和食品配料、蔗糖替代品、肥料和动物饲料的潜在工业应用。此外，本文还对甜叶菊苷的性质和应用进行了综述。

2.甜叶菊苷的植物化学性质

甜叶菊苷是甜叶菊中所含有的主要强甜味成分，又称斯替维苷，是一种双萜配糖体。甜叶菊苷的C-4位结构上存在葡萄糖基，二糖基存在C-13位上。甜叶菊苷的外观呈白色，甜度约为蔗糖的300倍，味感与蔗糖相似，甜味纯正，无异味，残味存留的时间比蔗糖长，热量仅为蔗糖的三分之一，非醇解，热稳定性，对人体没有毒性而且适用范围广。被称为是继蔗糖、甜菜糖之后的第3种天然糖源。

甜叶菊苷是维生素、矿物质、必需氨基酸、脂肪酸和其他有益健康的生物活性的良好来源，包括非糖苷劳丹烷二萜、黄酮类化合物在内的化合物，酚类化合物、粗纤维、植物甾醇、绿原酸、三萜和碳氢化合物。甜叶菊苷具有非发酵性、非着色性，不引起美拉德反应，不影响食品的粘稠性和凝固性。甜叶菊苷在水溶液中在很宽的温度和pH范围内都是非常稳定的分子。甜叶菊苷具有很高的热稳定性，这促进了甜菊糖在全球的商业化。

3.甜叶菊苷生物活性的研究

甜叶菊苷无致畸、致癌、诱变作用以及对人体无害，具有优异的性能如抗糖尿病、抗氧化、抗高血压、防龋齿、抗肥胖、抗病毒和抗肿瘤等生物活性[3]。

糖尿病是一种代谢紊乱的病症，其特征是由胰岛素抵抗、胰岛素分泌缺陷或两者共同引起的高血糖。糖尿病患者发生急性和长期健康并发症的风险会增加，包括酮症酸中毒或非酮症高渗状态、视网膜病、肾病、神经病变以及心脑血管和周围输精管疾病。因此，糖尿病的早期诊断和有效治疗应该是重中之重。基于体内和临床研究，甜叶菊苷很可能被视为一种有前途的治疗糖尿病的新疗法，可以减少与这种病理相关的并发症[3]。Shivanna等[4]研究显示，与未经治疗的糖尿病大鼠相比，其中在注射链脲佐菌素STZ（一种已知的糖尿病原）之前预先喂食甜叶菊苷的大鼠显示出较轻的糖尿病症状，如多食和体重减轻，而其高血糖升高较少。在该研究中，明确显示甜叶菊苷可增强糖尿病大鼠胰岛β细胞分泌胰岛素，增加细胞胰岛素敏感性并改善糖尿病大鼠的糖耐量[4]。甜叶菊苷降低血糖水平的另一个可能机制是抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性，这些酶是消化膳食碳水化合物的重要酶，因此甜叶菊苷有助于控制糖尿病患者的血糖水平[5]。

当自由基以低至中等浓度存在时，可以在人体中发挥有益作用。然而，当自由基过量存在时，可能发生氧化应激状态，这与对人类健康的多种不利影响有关，例如增加许多疾病发展的风险，包括癌症、心血管疾病、神经退行性疾病、糖尿病、骨质疏松症、炎症性肠病和肥胖症。抗氧化剂是抑制由自由基的作用引起的链式反应的化学物质，可以作为身体防御自由基的作用。甜叶菊苷可以作为化妆品和食品行业中高效的天然抗氧化剂。

肥胖是一个主要的健康问题，对成年人和儿童都有影响。造成肥胖的病因可能是多因素所导致的，其中，食用含糖丰富的食物和饮料而增加的热量摄入已被发现是肥胖的主要原因之一。因此，用无营养甜味剂的食物和饮料代替含糖丰富的食物和饮料会减少总热量摄入，从而减轻人的体重。甜叶菊苷作为一种非营养性甜味剂可以代替其他高热量的甜味剂，比如蔗糖。这是因为高纯度甜叶菊苷被认为是零卡路里，而提供的甜味是蔗糖的100～300倍[6]。与水相比，甜叶菊苷降低了健康受试者的饥饿感和想吃东西的欲望。虽然食品和饮料可以用人工增甜甜味剂也是无热量的，但它们会导致体重增加、膀胱癌和脑肿瘤等危害。Elnaga等研究发现，甜叶菊苷与蔗糖的对照大鼠相比，饮食中含有甜叶菊苷的大鼠的体重、总胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白显着降低，而高密度脂蛋白增加[7]。因此，可以认为使用甜叶菊苷天然的、安全的甜味剂仍然是首选方案。这确实得到了科学界和消费者的接受和广泛关注。

在甲醇和氯仿中提取的甜叶菊苷对所有细菌具有抗菌作用，如大肠杆菌等。另一方面，它们的抗真菌特性被发现更为有限，氯仿提取物仅对六种真菌中的一种真菌（小核菌）有效[8]。甜叶菊苷与一种商业抗生素（氯霉素）相比，野生甜菊提取物（以水、乙醇或酒精为溶剂）甜叶菊苷显示出对病菌具有潜在的抗菌活性[9]。甜叶菊苷的抗菌和抗氧化特性可以作为鲑鱼酱和其他海鲜产品的防腐剂。另外，甜叶菊苷被发现具有抗氧化性能，这是由于存在高浓度的生物活性化合物，如酚类化合物、鞣酸、黄酮类化合物和维生素C等。甜叶菊苷的一种新颖的应用是创造含有甜叶菊苷的小麦面包，它保持了甜叶菊苷的抗氧化特性，创造了一种功能性食品。因此，ST在化妆品和食品工业中可以作为天然抗氧化剂的来源具有非常大的潜力。还有就是甜叶菊苷对龋齿引起的微生物污染起到了保护作用，其中的微生物包括变异链球菌、弯孢杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌。与糖基零食相比，短时间服用含甜叶菊苷的零食降低了斑块的致酸性和致龋菌群，从而降低了未来发生新龋的可能性，这一预防战略有助于防治这种常见的儿童疾病。

甜叶菊苷的抗肿瘤作用最早可以追溯到1997年。由Tavarini等进行的研究显示，与对照组相比，接受甜菊糖治疗的雌性大鼠的乳腺腺瘤发病率明显降低[10]。研究发现，ST的抗肿瘤性质比二萜糖苷甜菊苷显示更高，前诱导细胞死亡在所有三个细胞株—子宫颈癌、结肠癌（HCT116）和胰腺癌（MiaPaCa-2）中效果更好[11]。此外，提取一种与发展紧密相关的癌症的基因突变的CDK酶，ST未能抑制，表明ST的抗肿瘤效应可能是由于CDK酶的抑制ST的活性[12]。相反地，从甜菊花枝中提取的精油及其组分对两种细胞系C-6（大鼠胶质瘤细胞）和CHOK1（中国仓鼠卵巢细胞）显示出了良好的细胞毒性。挥发油对C-6细胞的活性最高，其浓度可与化疗药物长春碱相当。

在最近的一项研究中，甜菊叶中的一种成分被发现对人类胃肠道癌细胞具有显著的抗癌活性[13]。此外，Uchiiyama等进行的一项研究旨在调查甜菊醇对MCF-7人类乳腺癌细胞的抗癌潜力。结果表明，甜菊醇诱导MCF-7细胞凋亡是由于其剂量依赖效应，从而表明甜菊醇可能是治疗乳腺癌的一种有希望的候选药[14]。最近的一项研究证实ST可以利用细胞循环规律抑制、堵塞细胞P13K/AKT的路径和诱导细胞凋亡对卵巢癌细胞系OVCAR-3起抗增殖作用。在前期的研究中也发现ST通过诱导细胞凋亡和抑制DNA合成对MCF-7乳腺癌细胞株具有抗增殖作用。纯化的甜菊糖苷抑制了人乳腺癌细胞株MDA-MB-231和SKBR3的生长[15]。

上述研究为甜叶菊苷及其衍生物对不同类型的癌症，主要是细胞系的有益作用提供了证据。然而，在实际应用中，还需要临床前和临床研究来证实甜叶菊苷或其衍生物的体外抗肿瘤潜力。

4.甜叶菊苷的应用前景

甜叶菊全身都是宝，其最好的叶子可以被采收用来泡茶，而且提取后的残留物可以用来制造其他产品[16]。甜叶菊植物的其余部分，如茎、种子和花可以收集和加工作为动物饲料或肥料。甜叶菊苷是甜叶菊的主要成分，是一种甜度高且营养丰富的天然生物质[17]。甜叶菊苷既可以作为水包油乳剂的天然乳化剂，也可以作为药物的输送系统，增加在水溶液中相对不溶性的药物的溶解度，从而提高它的生物活性以及利用度。实际上，天然生物质甜叶菊苷及其改性后的衍生物在提高溶解度和生物活性方面已经成功应用了，其包括槲皮素、瑞巴吡酯和姜黄素[18]。另外，甜叶菊苷除了在食品和制药工业中使用外，还能预防糖尿病、肥胖、高血压、癌症、龋齿、氧化应激和作为抗菌药物。然而，大多数的研究只是短期在体外和动物身上进行的活性实验。因此，有必要进行更长期、大样本的人体研究，以确定甜叶菊苷在不同健康状况下的潜在作用、生理机制和关键活性成分[19]。未来的研究还可以关注改善甜叶菊苷口味的新策略。有趣的是甜叶菊苷和分离化合物的无毒性研究表明，它们更倾向于安全的人类消费。随着科学技术的提高，甜叶菊苷的利用价值将会进一步开发出来。

5.结论

综上所述，这项研究提供了有关甜菊糖在不同健康状况、其植物化学物质、工业应用和安全性中的潜在作用的最新信息。甜叶菊是一种甜味高且营养丰富的植物，已在许多国家进行商业种植。甜叶菊苷对抗糖尿病、抗肥胖、抗高血压、抗癌症、防龋齿、氧化应激和防止微生物感染有很大作用。甜叶菊苷的工业应用很广泛，特别是作为食品和食品成分、蔗糖替代品、肥料和动物饲料以及增溶剂或发泡剂。然而，大多数研究要么是在体外和动物身上进行的，要么是动力不足，因此无法对其健康益处做出结论性的陈述。因此，需要进行更多大样本的长期人体研究，以确定甜菊糖在不同健康状况中的潜在作用、其生理机制和关键活性成分。有趣的是毒性研究往往表明甜菊糖和分离的化合物对人类食用是安全的。甜菊叶的甜菊糖苷无致畸性、致癌性和致突变性，不会引起亚急性或急性毒性。未来的研究可以集中在改善甜菊糖口味的新策略上，具有广阔的发展及应用前景。