甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜中主要活性物质及其生理功能研究进展

李清岚 崔 春 王 炜

(华南理工大学食品科学与工程学院，广东 广州 510640)

甘蔗、甜菜等农作物在制糖过程中，清汁经结晶、分蜜后得到白砂糖，但料液中酚类、色素、无机盐等非糖物质不断富集导致部分料液始终无法结晶，这部分残留料液被称为糖蜜(图1)[1]。糖蜜是制糖工业的主要副产物，为一种黏稠、深棕色、半流动的液态物质。据估计，全世界糖蜜年总产量为4 500万t，其中甘蔗糖蜜为3 400万t，甜菜糖蜜为1 100万t，中国糖蜜年产量约为300万t[2]。糖蜜含有糖类、蛋白质、矿物质、维生素等多种营养物质，还含有酚类物质、甜菜碱、低聚糖、磷脂等生物活性物质，具有较高的营养保健价值。

目前，国内外已有较多关于糖蜜活性物质生理功能的报道，其中糖蜜多酚类物质的研究最多，其次为甜菜碱、低聚糖、多糖，这些活性物质具有众多生物活性作用，但大部分研究停留在体外试验和动物试验，缺少临床试验。糖蜜的其他生物活性物质如磷脂、植物甾醇等含量很少，单独提取分离成本大，所以深入研究及应用相对较少，因此可以优化对一种糖蜜的几种活性物质的连续分离纯化的工艺，实现对糖蜜活性物质的充分研究和利用。此外，糖蜜的活性物质在食品、环境、饲料等领域也得到广泛应用，但其产品化和产业化程度较低。文章拟概述糖蜜的应用范围，对甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜中的主要活性物质及其生理活性进行综述，并对其未来发展方向进行展望，以期为糖蜜的深加工提供依据。

1 糖蜜的应用范围

糖蜜最初常被应用于动物饲料行业中，因其不仅可为反刍动物提供必要的营养物质，其甜味还可掩盖饲料的不良气味，改善其适口性，而且糖蜜的黏稠性及半流动状态使其具有粘结作用，可降低饲料的粉尘率、提高饲料质量[3]。金秋岩[4]研究发现在饲料中添加糖蜜能够显著提高颗粒饲料的硬度，降低粉化率。当糖蜜添加水平为0%～8%时，随着添加水平的增加可显著提高肉兔的增重，降低料重比。Kyum等[5]研究发现在雄性杂交犊牛的每日基础饲料中添加500 g糖蜜，相比不添加糖蜜组可明显提高犊牛的日增重、身高及体长的增加量。糖蜜还可以作为青贮饲料的发酵促进剂，改善青贮饲料的发酵品质。潘艺伟等[6]研究表明在稻草微贮饲料中添加5×105CFU/g 乳酸菌的基础上再添加1.5%甘蔗糖蜜，可显著提高微贮稻草的粗蛋白、可溶性糖、乳酸含量和干物质体外消化率，降低粗纤维含量。此外，糖蜜因能延缓水泥水化过程，可作为水泥缓凝剂或助磨剂。李伟峰等[7]发现糖蜜经合适的酸、碱改性后，对水泥具有更好的助磨性能，还略延长水泥的凝结时间，提高各龄期的抗压强度。由于糖蜜产量大且含有较丰富的营养物质和活性物质，作为饲料等方式，利用率较低，因此综合利用糖蜜，对糖蜜附加值的提高具有重大意义。

图1 制糖及糖蜜的生产工艺流程

随着微生物发酵和生物催化转化技术的崛起与成熟，目前糖蜜被广泛应用于发酵工业。作为天然的发酵原料，糖蜜可为微生物生长繁殖提供丰富的碳源、氮源、无机盐，生产醇类、有机酸等高附加值产品，而且糖蜜中的活性物质可能对发酵有一定的促进作用。Xu等[8]研究了甜菜碱对凝结芽孢杆菌发酵产L-乳酸的影响，发现添加0.05 g/L甜菜碱比无甜菜碱时多产17.9%乳酸，若用甜菜糖蜜替代部分葡萄糖来提供10%的碳源，在生物反应器中与葡萄糖共同进料发酵，比以葡萄糖作为唯一碳源的乳酸发酵的生产率提高了1.22倍。

Tounsi等[9]在研究芝麻酱中添加角豆糖蜜的食品配方时，发现用50%的角豆糖蜜在60 °Bx条件下配制的混合物总体可接受性数值最好，可以改善芝麻酱乳化稳定性、色泽、质地的物理性质，增加可溶性糖和酚类化合物含量，降低油和蛋白质含量。因此，添加糖蜜的食物可能成为一种有前途的营养健康食品。但当糖蜜应用于热加工食品时，可能会增加食品内源性污染物5-羟甲基糠醛，其摄入后可转化为具有致癌毒性的物质。Filipcev等[10]发现糖蜜的添加虽然会改善饼干的营养成分和抗氧化能力，但也会增加饼干中5-羟甲基糠醛含量。

2 糖蜜的主要活性物质及其生理功能

制糖原料甘蔗、甜菜含有多种天然活性物质，这些活性物质多数被保留在糖蜜中(表1)，其在原料中含量并不高，却在糖蜜中被高度浓缩，因此糖蜜是富集或提取活性物质的良好资源。

2.1 多酚类物质

糖蜜是天然多酚类物质的良好来源，糖蜜中的多酚类物质包括黄酮类、酚酸类和单宁类物质。糖蜜中提取的多酚类物质或以多酚物质为主的糖蜜提取物具有较强的抗氧化、抗菌作用，常被用作抗氧化剂、抑菌剂、防腐剂等，在抗肿瘤，防治高血糖、高血脂、心脑血管等众多疾病上有积极作用[11-13]。甘蔗糖蜜中酚类物质的种类比甜菜糖蜜的多，且总酚含量也高于甜菜糖蜜中的，如Valli等[14]研究发现甘蔗糖蜜中的总酚含量是甜菜糖蜜中的6倍，因此甘蔗糖蜜多酚类物质的抗氧化能力强于甜菜糖蜜多酚类物质。

表1 糖蜜的活性物质

Chen等[15]通过SDS-PAGE电泳、扫描电子显微镜和透射电子显微镜的分析方法，发现含有没食子酸、羟基苯甲酸、丁香酸、阿魏酸、香兰素、儿茶素、矢车菊素-3-O-芸香糖苷、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、飞燕草素-3-O-葡萄糖苷、飞燕草素-3-O-芸香糖苷的甜菜糖蜜多酚提取物对金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠杆菌和鼠伤寒沙门菌4种食源性病原菌具有明显的抑菌作用，这可能是通过破坏细菌的细胞质膜和蛋白质，改变细胞的形态和内部结构来表现抑菌活性。

孔繁晟[11]研究总多酚含量为17.90%的糖蜜提取物(ESM)对2型糖尿病(T2DM)大鼠的降血糖、降血脂活性的影响，对比模型组大鼠，ESM给药组能改善“三多一少”的症状，有利于延缓糖尿病并抑制并发症的发展，且EMS明显降低了T2DM大鼠的总胆固醇和甘油三酯含量，提高了高密度脂蛋白胆固醇水平。Ali等[16]通过DPPH法、TEAC法和FRAP法测定发现糖蜜具有较高的抗氧化性，并且经过体外α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制性测定发现糖蜜可抑制这两种酶活性，表明糖蜜可能具有抗高血糖的作用。Chen等[17]从甜菜糖蜜中分离纯化出的没食子酸(GA)、氯化矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(CGC)和表儿茶素(EP)具有很强的抗氧化性，其中GA表现出最强的抗氧化活性；其抗肿瘤活性以剂量依赖性方式增加，特别是CGC在最高浓度为400 μg/mL提取物时对人结肠癌细胞、肝癌细胞和乳腺癌细胞的生长抑制活性分别为94.86%，87.27%，67.13%，进一步证明了糖蜜中的抗癌成分主要为多酚物质。

以多酚物质为主的糖蜜提取物添加到热加工食品中可以通过自由基途径和美拉德反应途径抑制致癌物质杂环胺(HCA)的产生。于迪等[18]在腌制猪肉片过程加入以多酚物质为主的甘蔗糖蜜提取物，并采用真空—加压循环腌制技术，可以有效降低肉脯制品中HCA含量，且抑制率>50%。Cheng等[19]将涂有不同浓度甘蔗糖蜜提取物的麦芽糖水溶液的鸡翅分别油炸2.5，5.0 min，与对照组相比，样品的总HCA含量抑制率分别为32.5%～43.9%，18.5%～29.9%。此外，利用甘蔗糖蜜为细菌提供营养的生物处理法被认为是一种安全有效的去除污染环境的六价铬的方法，比葡萄糖能更有效地从污染土壤中去除六价铬，甘蔗糖蜜中六价铬的还原活性与其多酚含量和pH值有关[20]。综上，糖蜜的多酚类物质除了具有众多生理功能，可应用于保健食品、医药行业，还可以抑制一些有害物质的产生，在食品致癌致突变危害物控制、环境污染物处理等方面发挥作用。

2.2 甜菜碱

甜菜碱是一种季铵型生物碱，化学名称为N,N,N-三甲基甘氨酸内盐，在新鲜甜菜中含量可达0.3%～0.7%，制糖过程中甜菜碱几乎不受破坏地进入到废蜜中，废蜜中(干固物)甜菜碱含量可高达8%[21]，是提取天然甜菜碱的良好原料。甜菜碱作为优良的甲基供体和渗透调节剂，在医药领域具有许多良好的药理作用，可参与氨基酸代谢和脂肪代谢、调节渗透压、促进生长、抑制细胞凋亡、抑菌抗炎、抗氧化等[22-24]，尤其是在治疗高同型半胱氨酸血症和肝脏疾病方面取得了较好的成效。

金莉莉等[25]通过建立高脂模型小鼠来测定甜菜碱和叶酸对小鼠血清及肝脏中总胆固醇(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)含量的影响，结果表明甜菜碱能够显著降低高脂小鼠肝脏中HCY、TC、TG、MDA含量，提高SOD活力，且其降低肝脏TG、HCY、MDA水平和提高SOD活力的效果优于叶酸。Drobny等[26]研究表明富含甜菜碱的甜菜糖蜜能够阻止秀丽隐杆线虫在37 ℃时接触同型半胱氨酸所引起的存活率下降。Okada等[27]发现1%甜菜碱可提高肝损伤大鼠的肝脏和血清谷胱甘肽水平，增加谷胱甘肽相关酶活性，具有保肝作用。甜菜碱可能通过降低血浆内毒素水平，拮抗肝脏内质网应激反应，调节巨噬细胞的极化状态等途径发挥保护肝脏的作用[28]。

此外，甜菜碱作为畜禽饲料添加剂还可改善动物的生长性能、胴体品质、产蛋率等，从而降低生产成本。在肉鸡和仔猪的日粮中添加一定比例的甜菜碱，可通过改善肠道结构、增加消化酶活性、促进营养物质消化等来改善其生长性能[29-30]。Omer等[31]以添加0.5%甜菜碱的日粮连续饲喂蛋鸡4周，与普通饮食相比，蛋鸡的产蛋量可增加4.3%。

2.3 棉籽糖

功能性低聚糖是人和动物肠道有益菌的促进生长因子，可以通过直接或间接作用来维持肠道健康、增强机体抗氧化性、提高机体免疫力、降低血清胆固醇等[32]。棉籽糖是一种功能性低聚糖，主要从棉籽粕和甜菜糖蜜中提取，其中甜菜废蜜中的棉籽糖含量达1.0%[33]，经处理后甜菜糖蜜中的含量可更高。华欲飞等[34]发明了一种从甘蔗、甜菜加工过程产生的糖蜜废液中回收棉籽糖的工业化方法，从所用的甘蔗、甜菜加工厂废水中测出棉籽糖含量分别为2.6%，2.1%。

功能性低聚糖很早就被证实能有效增殖肠道内的有益菌尤其是双歧杆菌和乳酸杆菌，抑制有害菌的生长，改善肠道菌群失衡。贺晨[35]研究发现用高剂量(25%)的棉籽糖对小鼠进行饮食干预，肠道双歧杆菌的增殖效果显著，丰度增加至63.27%，并且对健康指标无不良影响。姜宝森[36]研究发现，与未添加棉籽糖的小鼠组相比，在基础日粮中分别添加0.1%，0.3%棉籽糖的小鼠肠道总抗氧化水平分别提高了56.20%，85.95%，丙二醛含量分别降低了27.24%，35.32%，且两组均明显降低了小鼠盲肠肠球菌和肠杆菌数，增加了乳酸菌和双歧杆菌数，说明棉籽糖不仅能调节肠道菌群，还能提高小鼠肠道的抗氧化能力。徐大专等[37]在SD大鼠的基础日粮中添加0.15%的棉籽糖，发现棉籽糖可以促进免疫器官发育，提高T淋巴细胞阳性率，且能提高血清中SOD、GSH-Px活性，降低血清中H2O2、MDA含量，说明棉籽糖可增强大鼠机体的免疫力，提高抗氧化作用。

2.4 神经酰胺

热娜古丽·木沙等[38]从甜菜废蜜中检测到神经酰胺，但含量较少。神经酰胺在鞘磷脂途径中作为第二信使分子，对细胞的增殖、分化、凋亡起调节作用，在动脉粥样硬化、糖尿病等疾病的发生发展发挥重要的调节作用，还有研究认为神经酰胺可能与抑郁症[39]、肥胖症[40]治疗有关，但具体的作用机制尚未清楚。此外，作为皮肤角质层细胞间脂质的主要成分，神经酰胺对表皮角质层形成过程发挥重要作用，具有维持皮肤屏障、保湿、抗衰老、美白等作用[41]，因此在化妆品领域受到了高度关注。

2.5 其他物质

糖蜜中还含有多糖、植物甾醇、低聚果糖、皂苷等生物活性物质，但相关研究并不多。Sakai等[42]发现甘蔗糖蜜中水溶性粗多糖组分对派尔集合淋巴结免疫活性细胞具有较强的免疫调节活性。甜菜糖蜜中含有蔗果三糖，Tochio等[43]发现富含蔗果三糖饮食可以诱导肝脏中GST的表达，提高小鼠肝脏中谷胱甘肽S-转移酶(GST)的mRNA和酶活性水平，说明蔗果三糖可能具有提高小鼠的抗氧化活性作用，但该研究未测定任何氧化应激的直接介导因素，并且需要在试验动物和人类中进一步研究才能阐明蔗果三糖膳食对氧化应激相关疾病的影响。

3 结论

综上，糖蜜作为一种具有独特风味、营养物质丰富和生物活性显著的食品副产物，具有巨大的开发潜能和应用价值。糖蜜中活性物质的研究主要集中在多酚类物质和甜菜碱，生理活性相关研究多以体外试验或动物试验为主，某些具体作用机理尚未明确，因此其活性与功能之间的关系有待进一步研究，若要了解糖蜜提取物及其生物活性物质在复杂条件下的作用效果，需增加毒理试验和临床试验，客观评价糖蜜中生物活性的价值。此外，糖蜜是一种具有独特风味和生物活性的食品添加剂，是开发具有营养和保健价值的新型食品的良好资源，尤其是糖蜜提取物中多酚类物质具有抗氧化作用，可应用于一些容易发生氧化的食品以抑制有害物质的产生或延长食品保质期。但是糖蜜在食品行业的应用尚处于初步阶段，与食品加工规模化、产业化还有一定距离，因此需要优化糖蜜或糖蜜提取物添加到食品中的产品配方和加工技术，以促进糖蜜的产业化发展。