甜菊糖苷的功能及其在食品工业中的应用

黄伟志

(广州市增城区仙村镇人民政府，广东 广州 511335)

甜菊糖苷，又称甜菊糖，是一种天然甜味剂。2008年，美国FDA批准甜菊糖双甙A作为甜味剂在食品中使用。2014年，我国颁布GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，对甜菊糖苷应用范围及用量做出了明确规定(见表1)。2017年8月，加拿大卫生部批准源自甜叶菊的所有甜菊糖苷作为甜味剂用于一系列食品中。据INNOVA数据，2014年至2018年期间，含甜菊糖的新产品发布量在全球范围内以每年平均增长13%的趋势递增。2019年，全球食品饮料新品中，甜菊糖的使用量已经仅次于安赛蜜和三氯蔗糖等甜味剂，这表明甜菊糖苷逐渐被广泛认可，应用前景广阔。

表1 甜菊糖苷使用范围及添加量

续表1:

根据国家卫健委办印发的《健康口腔行动方案(2019—2025)》，我国积极开展“减糖”专项行动，采取一系列措施支持企业进行“低糖”或者“无糖”食品研究。甜菊糖苷可替代蔗糖，具有辅助降血糖功能，但其部分苷类化合物带有苦味，制约了它的发展。目前，人们为了解决这个苦味难题，主要集中在开发新型苷类化合物或研究通过提高瑞鲍迪苷D(Rebaudioside, Reb D)和瑞鲍迪苷M(Rebaudioside, Reb M)含量以达到改善苦味的目的[1]。本文综述了甜菊糖苷的理化性质、功能特点及其在食品工业中的应用情况，以期为甜菊糖苷的进一步开发利用提供参考意见。

1 甜菊糖苷概述

甜菊糖苷具有高甜度(为蔗糖甜度的200～350倍)、低热量(仅为蔗糖的1/300)的特性，易溶于水，微溶于甲醇、乙醇，不依赖胰岛素代谢，不会在人体内储存，被认为是21世纪最理想的“第三代糖源”。甜菊糖苷来源于甜叶菊。甜叶菊原产于巴拉圭和巴西，在中国、新加坡、马来西亚等国家也有种植。甜叶菊中已发现40多种糖苷化合物，主要包括甜菊苷(ST)、悬钩子苷、瑞鲍迪苷A～O(Rebaudioside A～O, Reb A～O)、杜克苷(A、B)、甜菊双糖苷、甜菊醇、异甜菊醇、甜菊单糖苷等。构成甜味成分的结构为四环二萜母环，该化合物中的糖单元都是通过β-键与母体连接。取代基不同，糖苷系列化合物不一样，甜味也不一样(见表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)及氢原子(H)基团[2-3]。

表2 甜叶菊中主要苷类成分及特征

2 甜菊糖苷功能

2.1 抗氧化功能

甜菊糖苷由多种苷类化合物组成。Lopez等[4]研究了甜叶菊乙醇提取物清除DPPH自由基和超氧化物自由基的能力，当其浓度达到250 μg/mL时，DPPH自由基和超氧化物自由基清除率达到最大值，分别为90%和81%。通过实验发现，在大鼠心脏成纤维细胞中，甜菊糖苷(以甜菊苷和瑞鲍迪苷A为主要成分)可通过增加谷胱甘肽细胞内含量和增强超氧化物歧化酶、过氧化氢酶的表达及活性来抵消氧化应激。Yu等[5]研究发现，甜叶菊茎秆的热水提取物能抑制鱼油的氧化。张童童等[6]研究发现，甜菊糖苷中的甜菊酚对DPPH自由基和ABTS自由基的清除率分别为92.1%和29.6%。Casas-Grajales等[7]研究了甜菊糖苷对长期使用硫代乙酰胺(TAA)所致的大鼠肝损伤的影响，结果发现服用甜菊糖苷一定时间后，甜菊糖苷与受体tnfr1、tlr4-md2结合，对促炎介质具有拮抗作用，表明甜菊糖苷具有抗氧化作用。

2.2 辅助降血糖、降血压

甜菊糖苷在胃肠道中不被酶分解消化，并且可以增强胰岛素的敏感性，促进胰岛素的释放和肝糖原的形成，激活相关受体，从而达到降血糖的效果[8]。Jeppesen等[9]以患糖尿病的大鼠为研究对象，研究甜菊糖苷对大鼠体内胰岛素分泌的影响。实验证明，甜菊糖苷能显著降低大鼠空腹血糖，其作用机制可能与降低血清二肽基肽酶-4水平、改善胰岛素敏感性等有关。有研究表明，甜菊糖苷可辅助降血压是由于其可抑制钙离子内流[10]。Hsieh等[11]给中国轻度原发性高血压患者每日服用500 mg 甜菊糖苷粉，两年后发现，甜菊糖苷具有显著降低心脏收缩压(从95±4.2 mm Hg降到89±3.2 mm Hg)和舒张压(从150±7.3 mm Hg降到140±6.8 mm Hg)的作用(p<0.05)。Chan等[12]研究发现，高血压志愿者每天三次服用甜菊糖250毫克/千克体重，持续一年，可明显降低血压。因此，以甜菊糖苷替代部分蔗糖食用，可辅助降血糖、降血压。

2.3 抑癌作用

甜菊糖苷中的甜菊醇有贝壳杉烯型四环二萜骨架结构，使其具有抗肿瘤作用[13]。Zhang等[14]研究了具有内酯结构的活性化合物(甜菊醇合成)对人体癌细胞的抑制作用，结果显示，有3种化合物对白血病癌细胞、肝癌细胞和乳腺癌细胞具有明显的抑制效果，其中化合物2b对抗人肝癌细胞的IC50值达到0.09 μM。甜菊醇能明显抑制人结肠癌细胞中TNF-α诱导的IL-8释放，减弱TNF-α刺激的IκB→NF-κB信号传导，降低结肠癌细胞活性[15]。Ren等[16]研究了甜菊糖苷对人结肠癌HT-29细胞的抗增殖作用，发现在48小时和72小时，甜菊糖苷以5 μM的剂量显著抑制癌细胞生长。Khare等[17]研究了甜菊糖苷对乳腺癌细胞MDA-MB-231和SKBR3生长的抑制影响，结果发现，随着甜菊糖苷的浓度增加，乳腺癌细胞活力下降，癌细胞凋亡的速率增加，表明甜菊糖苷具有诱导乳腺癌细胞凋亡的作用和良好的抗癌活性。

2.4 其他功能

甜菊糖苷还具有保护心肌活性、改善肠道功能、促进矿物质吸收、抗过敏、抑制动脉粥样硬化、预防龋齿、治疗失忆等功能[18]，其功能机制见图1。

图1 甜菊糖苷功能机制

3 甜菊糖苷在食品工业中的应用

Mintel报告指出，2017年全球范围内推出的含甜叶菊的食品和饮料数量比2016年增长了10%以上，仅在2017年就有3500个新品推出，越来越多的食品饮料巨头(达能、卡夫亨氏、雀巢、联合利华等)将甜菊糖苷应用到新产品中。2020年5月，国家卫健委食品安全标准与监测评估司发布公告，确认将甜菊糖苷列入“食品添加剂扩大使用范围”。目前，甜菊糖苷在食品工业中的应用情况见表3。

表3 市场上含有甜菊糖苷的食品

3.1 甜菊糖苷在饮料中的应用

在消费者追求健康的需求趋势下，各大饮料企业纷纷推出低糖或无糖产品。甜菊糖苷口感与蔗糖接近，应用于饮料中可实现低糖化，且不易被有害微生物利用。汤瑾等[19]研究了一种甜菊糖苷部分替代蔗糖的杨梅汁饮料，以甜菊糖苷替代40%蔗糖时，能得到酸甜适宜、清甜爽口、余味悠长的杨梅汁饮料。周翠英等[20]研究了一种甜菊糖苷部分替代蔗糖的绿茶饮料，以甜菊糖苷替代35%蔗糖时，绿茶饮料酸甜适口，风味清甜、悠长，绿茶的苦涩味较低。

3.2 甜菊糖苷在酒类中的应用

我国酒文化源远流长。在制作酒的过程中需要进行糖化处理，为酵母提供碳源进行发酵，产生乙醇。以甜菊糖苷部分替代蔗糖，可使酒类增醇，且口感更加清爽。在国外，韩国的烧酒、日本的清酒及果酒类中使用甜菊糖苷已经有30多年历史。在国内，甜菊糖苷在酒中的应用相对较少，仍有很大的发展空间。谢亚苏[21]发明了一种含有甜菊糖苷的养生酒，添加甜菊糖苷既能保持天然谷物酒的醇和酒香，又具备甜润滋养的养生功效。

3.3 甜菊糖苷在奶制品中的应用

根据国际乳品协会的数据，乳制品是现代人每天主要的食物，每年乳制品销售额超过1250亿美元，存在巨大的消费市场。为了适应减糖行动，国内外企业实施了以甜菊糖苷部分替代蔗糖的措施，改善乳制品风味，增加乳制品中有益菌活菌数量，开发了一系列低糖乳制品。周金燕[22]研究了甜菊糖苷对凝固型酸奶的影响，结果表明，甜菊糖苷可促进酸奶中乳酸菌的繁殖，增加活菌数量，改善酸奶中常见的乳清析出状况，减缓酸奶的后酸化。

3.4 甜菊糖苷在腌制食品中的应用

蜜饯、果脯、凉果是我国传统的腌制食品，历史悠久，口味独特。甜菊糖苷作为一种新型的低热量、纯天然的甜味剂，应用在腌制食品中，一定程度上满足了人们对健康美食的追求。甜菊糖苷具有稳定的理化性质，能延长腌制食品的保存期限，且不会造成龋齿。李东华等[23]研究发现，添加 0.05 g/kg的甜菊糖苷与其他甜味剂复配使用，能制作出口感细嫩、甘甜可口的风味生姜丝。Garcia-Noguera等[24]通过超声脱糖工艺，去除了草莓中的蔗糖、果糖、葡萄糖，然后添加甜菊糖苷渗透液制作出与原本草莓甜味相接近的草莓蜜饯。

3.5 甜菊糖苷在其他食品中的应用

甜菊糖苷具有高甜度、低热量的特点，不会引起龋齿，可应用于烘焙制品、口香糖、调味品、水产品等食品中[25-26]。通过部分替代蔗糖或者与其他甜味剂复配使用，可达到改善食品风味、延长食品保质期等目的。甜菊糖苷还可应用于新型豆制品、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。在白巧克力中应用甜菊糖苷，既可以降低含糖量及成本，又可以确保口感。通过市场调研发现，目前大多将糖醇类物质与甜菊糖苷复配使用。

4 展望

近年来，人们对低糖健康饮食越来越关注，高甜度、低热量的甜菊糖苷具有巨大的应用价值和广阔的开发前景，甜菊糖苷的理化性质和生物学功能也成为研究热点。但是仍然存在一些问题，需要深入研究解决：一是目前甜菊糖苷的生物学功能研究只停留在细胞、动物实验阶段，在人体中是否呈现同样的生物学功能仍有待研究；二是甜菊糖苷中部分苷类化合物带有苦味，影响其应用，研究者需要解决甜菊糖苷的苦味问题。