甜菊糖苷的功能特性及其在饮料工业中的应用

◎ 朱小聪

（上海康识食品科技有限公司，上海 201103）

甜菊糖苷是一种天然的高倍非营养型甜味剂，是继蔗糖、甜菜糖之外第三种有开发价值和保健功能的天然蔗糖替代品，国际上被誉为“世界第三糖源”，已在世界大部分国家被广泛应用于食品工业及医药化工中。甜菊糖苷提取于菊科小灌木甜叶菊（Stevia rebaudiana）的叶子，该种植物原产于南美巴拉圭东北部[1]。甜菊糖苷的甜度是蔗糖的200 ～350 倍，热量仅为蔗糖的1/300[2]。

我国于1977 年引入种植，现今已成为世界上最大的甜叶菊种植国，同时也是甜菊糖苷最大生产国和出口国，相关产品已出口到美国、韩国、日本及东南亚等国家和地区[3]。我国《食品工业“十二五”发展规划》中提出，利用新疆、云南、江西、安徽和河北等地特色原料优势，发展建设甜菊糖苷等天然植物提取物产业，建设产品特色鲜明、规模效益突出的食品配料和食品添加剂产业基地[4]。

1 甜菊糖苷的化学结构和理化功能特性

1.1 甜菊糖苷的化学结构

甜菊糖苷为一类四环二萜类化合物，具有相同的结构单元——甜菊醇（steviol），通过C13 和C19 位上连接不同数量的葡萄糖基、木糖基或鼠李糖基，从而形成味质、理化性能各异的甜菊糖苷，总量约占甜叶菊干叶的13%[5]。其中含量最高的为甜菊苷（Stevioside，ST）和莱鲍迪苷A（Rebaudioside A，RA），是甜菊糖苷味质的主要成分，占甜菊糖苷的80%以上。目前，包括化学合成和酶改性的甜菊糖苷在内，不少于40 种的结构已经得到了鉴定。甜菊糖苷的化学结构及典型的甜菊糖苷的分子结构及相对甜度见图1 和表1。

图1 甜菊糖苷的化学结构图

表1 甜菊糖苷类物质分子结构及相对甜度表[6-8]

1.2 甜菊糖苷的理化功能特性

甜菊糖苷做为一种性能优良的天然甜味剂，具有如下特点[3,9-11]：①甜度高、热量低。甜度是蔗糖的200 ～350 倍，热量仅为蔗糖的1/300，味感近似蔗糖；血糖生成指数较低，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，口感方面与各种甜味剂和糖类复配使用也较好，因而适合在多种食品中添加应用。③稳定性好。在较极端的热、光和pH 条件下也表现较稳定，在饮料、食品的加工生产过程中基本不发生变化，干燥状态下保存也可保持稳定品质。④安全性高。甜菊糖苷于南美洲原产地国家的食用历史达到数百年，现代毒理学实验表明其不具有致癌、致畸和致突变毒性；且不易被微生物所利用，长期摄入不会导致龋齿。

甜菊糖苷不仅可做为甜味剂，在较高剂量下使用还表现出一定的生物活性和药理学性质，亦可作为合成其他功能性化合物的前体物质，国内外学者对其相关研究开展较多。万会达等对其降血压、降血糖、抗炎、抗肿瘤、抗腹泻、治疗失忆、增溶性及抑菌等方面的生物活性作用的研究进展进行了较为全面的综述[12]。但是，目前甜菊糖苷在保健品中的应用仍等同于饮料和食品行业，只局限于部分替代蔗糖、葡萄糖、糖醇类等高热量或人工甜味剂，而尚未真正体现其保健功能的贡献[13]。

2 甜菊糖苷在饮料工业中的应用

2.1 甜菊糖苷的相关法规

联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）联合食品添加剂专家委员会（JECFA），在2004 年8月第63 次日内瓦会议上通过了甜菊糖苷使用的试行方案[14]。2008 年，美国FDA 以“不反对”通过对高纯度RA（含量95%以上）产品在美国市场GRAS 认证的申请，应用领域为食品添加剂和功能性食品[3]。法国食品安全局（AFSSA）在2009 年公布允许高纯度RA（含量97%以上）的原料在法国食品工业中应用[15]。欧洲食品安全局（EFSA）于2010 年通过了甜菊糖苷的安全性评估，并建立了安全使用的每日允许摄入量（ADI）[16]，并于2011 年通过可在食品和饮料中使用，在2017 年扩大在食品中的应用品类。

我国甜菊糖苷执行标准最早于1987 年由国家质量检验监督总局发布实施，并于1999 年和2014 年两次修订，现作为甜菊糖苷食品安全国家标准执行 （GB 8270—2014）[17]。国家卫计委颁布的食品添加剂使用卫生标准（GB 2760—2014）规定了甜菊糖苷的食品使用范围和相应最大使用量[18]。国家卫计委于2016年第8 号公告，批准葡萄糖基甜菊糖苷（酶改质甜菊糖）可配制成食品用香精用于各类食品（除去部分不能添加食用香精的食品），并可按实际生产需要适量使用[19]。

2.2 甜菊糖苷的发展现状

甜叶菊品种在不断被培育更新迭代的同时，甜菊糖苷相关产品也在快速发展。第一代产品在应用中的局限主要体现在甜味明显延迟，甜味强度略弱，后甜感较明显，难以实现单独使用替代8%以上蔗糖的相对甜度。销量最高的RA，同样具有一定程度的后苦味，即使是高纯度的产品，也呈现甜中带苦的味质，所以第一代甜菊糖苷必须与其他甜味剂或糖类搭配使用[20]。随着科技的不断发展，研究发现，RD 相较于其它甜菊糖苷表现出极低的后苦味质和显著增强的甜味品质。另外也发现，在叶片中极少量存在的RM，具有极轻微的苦涩后味和更高的甜味强度，是一种潜力巨大的甜菊糖苷[21]。2018 年以后，口感超级接近蔗糖的高含量RD 和RM 是市场寻求的热点，但由于量少价格过高限制了其市场份额。

通常认为，甜菊醇C13 位连接各类糖基（如葡萄糖基、半乳糖基或果糖基等）的产物能表现出更好的味质和甜度，因此改善甜菊糖苷的甜味特性可以通过酶促转糖基反应以改变甜菊糖的结构组成来实现[22]。随着酶改技术研究的不断推进与深入，新一代产品酶改质甜菊糖，已于2016 年由国家卫计委第8 号公告批准配制成食品用香精，可用于各类食品[19]。其相关产品在起甜、后苦味、余味、与蔗糖甜度的接近度以及替代蔗糖比例等方面都有了极大的改善，还可作为风味增强剂，具备很好的风味修饰性能，甜味强度能够和品质协同。诸多性能特点使其能很好地应用于食品行业中，在饮料工业中的应用优势更加凸显。

2.3 甜菊糖苷在饮料工业中的应用现状

目前，全球已有20 多个国家和地区出台了征收糖税的相关政策，世界卫生组织也支持用征收糖税来推动人们的健康膳食。一方面，食品生产企业会为应对糖税政策来调整产业结构，转向发展低税健康的饮料和食品；另一方面，消费者也会逐渐意识到糖税调控的目的，改变原来不太健康的饮食习惯，从而降低糖量的摄入[23]。很多食品生产商已陆续开始在不影响产品口感的前提下实施产品减糖计划，并不断开发上市相应产品，低糖、低热量已然成为全球食品行业的发展方向。另外，消费者的观念及认知也已在逐步升级，天然、健康、安全已成为其消费第一诉求。多重因素的共同作用，促使了世界各国对植物来源高倍甜味剂的需求快速增长，天然低能量的甜菊糖苷完全契合于甜味剂的发展趋势，顺势成为目前市场上的主流。

甜菊糖苷已在世界各国被广泛应用于各类食品中。2011 年以前，美国的小袋糖（Tabletop）是RA 使用量最大的产品，随着RA 在瓶装水中的广泛使用，饮料行业成为其第二大市场[24]。甜菊糖苷产品在欧盟获批后，市场逐渐打开。法国和英国重新调整了雪碧的传统配方，在其中加入RA。可口可乐公司2014 年推出了绿装可乐，又于2018年推出一款全部替代白砂糖的甜菊糖可乐[3,24]。近几年甜菊糖苷产品的开发及应用发展更为快速。除去世界饮料巨头可口可乐、百事可乐、雀巢等，国内饮料先驱康师傅、农夫山泉、后起之秀元气森林等企业也都在加速布局应用甜菊糖苷新产品的开发和推出。

据Innova 数据报道，如图2 所示，2019 年全球范围内使用甜菊糖苷饮料新品的发布量排前3 位的是西欧、北美和亚洲，西欧新品数量达到1 717 个；拉丁美洲相关新品数量5 年复合年增长率高达46%，东欧、中东、以及澳洲相关新品数量5 年复合年增长率均超过30%，具备极大的发展空间；非洲甜菊糖苷的应用发展相对缓慢。

众所周知，冰茶类和碳酸类是全球、亚洲包括中国在内的前两大消费饮料，根据Innova 数据，如图3所示，全球2019 年含甜菊糖苷冰茶类新品的发布量近达250 个，将近是2015 年的2 倍；碳酸类相关新品发展相对平稳；运动饮料类新品数量飞跃增长，从2015年的15 个剧增到2019 年的94 个，5 年复合年增长率高达44%，是甜菊糖苷应用前景广阔的饮料类别。

亚洲方面，如图4 所示，2019 年甜菊糖苷用于碳酸类、包装水类（加香）、运动饮料类有较明显的突破，碳酸类新品数量达22 个，包装水类（加香）新品数量5 年复合年增长率高达43%，表现出与全球截然不同的趋势；运动饮料类新品数量5 年复合年增长率也达到了38%，与全球趋势较为一致；冰茶类相关新品数量相对平稳，与全球表现趋势差别明显。

图2 2015 年和2019 年全球含甜菊糖苷饮料新品图

图3 2015 年和2019 年全球含甜菊糖苷流行饮料品类图

图4 2015 年和2019 年亚洲含甜菊糖苷流行饮料品类图

3 甜菊糖苷的发展前景

据Toluna 调查网数据报道，美国消费者对甜菊糖苷的认知度已从2009 年的35%快速攀升到2019 年的75%；2015 年对中国消费者（了解天然甜味剂的群体）的调查发现，其对甜菊糖苷的正向及中性认知比例达到78%，与葡萄糖的74%和浓缩果汁的82%相当，稍低于罗汉果的85%。

随着全球消费升级以及因糖摄入引起的健康问题的日益严峻，人们对健康的关注与减糖食品的需求使得天然甜味剂的诉求逐年剧增。另外，市场给予的良好反馈将促进对甜菊糖苷产品的研发，外加其本身具有的多种生理功能，甜菊糖苷前景会越来越好，市场也将会越来越宽阔。

4 结语

“健康中国”国家战略的确定，减糖已经成为中国食品行业共识。我国是世界上甜菊糖苷的主要生产国，在中国健康食品产业迎来新的发展契机这一大背景下，进一步开展基于甜菊糖苷甜味质优化的甜叶菊品种筛选和改良研究，开发高生物活性、高品质的甜菊糖苷生产工艺，并不断提升消费者认知度，将会加快甜菊糖苷类物质在健康食品行业中应用和发展。