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甜菊糖

发布日期:2018/7/6 17:18:51

【背景及概况】[1][2]

甜叶菊,原产于巴拉圭和巴西交界的高山草地,并被当地人用作甜茶或甜味剂使用。我国于1976 年将甜叶菊引入中国,并试种成功,由于我国气候和土壤条件适宜,目前,已在我国福建、云南等地大量种植。甜叶菊叶片中除了有机酸和无机杂质以外,还富含黄酮类和甜菊糖苷类化学成分。黄酮类化合物具有抗肿瘤,抗氧化等多种药理活性;甜菊糖苷(Steviol glycosides)则是一类具有多种用途的甜味剂。

甜菊糖,俗称甜菊糖甙,为甜叶菊中的甜味成分,在甜叶菊的叶子、茎、根等部位均有分布,但以叶子中含量最高,且其含量随生长进程而变化,在现蕾期达到最高。甜菊糖因其无毒、安全、低热能等特点而备受青睐,被誉为“世界第三糖源”,有关甜菊糖的生物活性以及产品开发研究引起了国内外众多学者的兴趣。2011年11月,欧盟委员会批准甜菊糖可作为食品添加剂使用。国内外学者大量实验表明,甜菊糖无急性及亚急性毒性、遗传毒性和致癌性,而且兼有药理活性如预防动脉粥样硬化、高血糖、肥胖、高血压、心脏病、龋齿等病症,还有一定的消炎和抗癌作用,还被发现可以作为免疫增强剂使用。因此,甜菊糖可以替代蔗糖,是一种天然的功能性甜味剂。

【理化性质及结构】[2]

甜菊糖为白色结晶或粉末,易溶于水和甲醇,稳定性好,不易受温度、pH值和微生物发酵的影响,其成分中其中甜菊糖 (Stevioside)的含量最高(10%左右),莱鲍迪苷 A(Rebaudiana A)甜度最高且口感最好,其含量为1%左右。其基本结构及主要成分见表:

【药理作用】[2]

数百年前,用甜叶菊作甜味剂的人就已经意识到其降血压、降血糖的功能。后期的实验研究发现,其降血压的作用主要是通过降低细胞外Ca2的内流、减少 Na再吸收和刺激血管舒张剂前列腺素生成三种途径来实现的,其降血糖的作用则是通过刺激胰岛素的分泌和周围组织对胰岛素的敏感性来促进血液中葡萄糖的代谢、抑制肠道中葡萄糖的吸收和肝脏中葡萄糖的生成两种途径来实现的。

此外,甜菊糖对血压正常的人并不发挥降压作用,且仅仅在血糖高的情况下才发挥其降血糖的作用,因此正常人也可大量食用。甜菊糖和甜菊醇可通过影响细胞因子的表达,通过抑制 NF-κB 信号通路,从而减少被多糖所诱导的促炎因子的生成,还能有效抑制引起局部炎症和皮肤癌的 TPA 的生成,从而具有抗炎作用。 甜菊糖和苦参提取物复配使用对引起婴幼儿腹泻的轮状病毒具有抑制所用,但单一使用其中任何一种时都会使抗腹泻作用降低。被东莨菪碱诱发了记忆障碍的大鼠在服用甜菊糖苷之后,其脑部 ACh E 活性和脑氧化应激水平升高的情况被抑制,说明甜菊糖具有抗失忆作用。甜叶菊不同溶剂的提取物均属于混合物,其中的化合物成分极为复杂,不仅包括甜菊糖苷类化合物,还包括黄酮、尼克酸、核黄素、生物碱、单宁等。以水作为溶剂的甜叶菊提取物并没有表现出抗菌作用,但以丙酮作为溶剂的甜叶菊提取物对革兰阳性菌的抗菌作用强于格兰阴性菌,以丙酮、乙醇溶液作为溶剂的甜叶菊提取物抗菌活性强于仅以丙酮作为溶剂的提取物的抗菌活性,以乙酸乙酯作为溶剂的甜叶菊提取物对毛癣菌和白色念珠菌表现出很高的抗菌活性。

【制备】[3]

1)提取工艺

甜菊糖中的所有糖苷都易溶于水,且水为溶媒具有易得、成本低、污染小等优点,为目前甜菊糖工业生产中普遍采用的提取溶剂。水煎煮法作为一种传统的、经济的提取方法依然是当今甜菊糖工业生产中普遍采用的提取方法。科研工作者也不断对水煎煮法进行改良优化,对煎煮提取法工艺进行了优化,得出最佳提取条件为料液比 1∶14,78℃ 下提取 56 min,提取效率10. 45%,从经济合理的角度提供了新的提取工艺条件。随着科技的进步,一些新的提取技术渐渐走入科学工作者的视野。其中连续逆流提取法提取甜菊糖是一种较优的现代工业化提取方法,与传统工艺相比其优势主要表现为操作简单、可连续性生产和生产时间短。运用三级逆流连续提取、三罐串联逆流提取及单罐提取 3 种方法提取甜菊苷,发现 种方法提取率相近,其中三级逆流连续提取提取周期最短,整个过程 只需要 20 min,而提取率依然可达10.1% 。

2)纯化工艺

由于当前工业生产中多采用水为溶媒,在提取液中存在大量的多糖、蛋白质、鞣质等水溶性杂质,其含量高于甜菊糖苷 3~6 倍,若不去除会对下一步纯化产生很大干扰,因此对提取料液进行前处理尤为重要。目前工业生产中常用的甜菊糖苷纯化方法主要有醇沉法、大孔吸附树脂法、化学絮凝法和膜分离法。

【应用】[2][4]

1. 甜菊糖苷在食品饮料行业的应用

甜菊糖由于其甜度高、热量低、口感清新、对人体无副作用等特点被广泛应用于食品饮料等行业。1985 年 6 月,我国卫生部批准将甜菊糖用作食品添加剂;1990 年, 卫生部扩大其适用范围, 批准将其用作医药用甜味剂辅料;1999 年,制定了甜菊糖苷标准(GB 8270-1999),迄今,甜菊糖已被广泛应用于饮料、蜜饯、果脯、糕点、乳制品、降血压或减肥等功能性食品以及卷烟行业中。甜菊糖虽然甜度高,但后味却带有苦涩和甘草的余味,原因可能是其提取过程中苦味杂质的残留或甜菊糖的基本结构和糖配基等的影响。然而,将甜菊糖与柠檬酸、苹果酸乳酸以及氨基酸等混合使用时,可消除甜菊糖后味的影响,有利于提高甜菊糖的口感。此外,将甜菊糖与其他甜味剂进行复配,制成复合甜味剂,如赤藓糖醇和甜菊糖的天然复配,不仅增强了其保健功能,而且降低了赤藓糖醇的成本,掩盖甜菊糖的不良口感。甜菊糖可替代 15%~35% 的蔗糖生产饮料或酒类,不仅不影响口感,而且由于甜菊糖的抑菌效果,还能延长饮料的保质期,改善酒质。

而将甜菊糖用于果脯、糕点制作,不仅大大降低了成本,还降低了热量,满足了日常低糖摄入人群的需求。将甜菊糖用于乳制品的生产,不仅能改善乳制品的口感,甜菊糖作为双歧杆菌生长的促进剂,不但能促进人体内双歧杆菌和乳酸杆菌的增殖,还能抑制大肠杆菌等的生长。用甜菊糖替代30%~50%的蔗糖加工水产品,能防止水产制品中蛋白质变质或因酸败反应而引起褐变、发霉现象。将甜菊糖用于酱油等调味品中,不仅能防止其褐变反应,还能抑制其咸度。

2. 甜菊糖苷在医药行业中的应用

目前,在药剂中,一般使用蔗糖作为矫味剂,但在临床应用中却存在一些弊端。 比如大量的蔗糖将限制糖尿病患者的使用,同时,由于蔗糖的存在使得药剂色泽变黄,影响外观。 除此之外,蔗糖在药剂使用中具有大量食用可能会诱发癌症,造成龋齿;在酸性的中药药剂溶液中不稳定,会降低其甜度;在清热解毒及收涩类药剂中甜度降低;蔗糖的存在不利于微生物的控制,从而影响药剂质量等缺点。 甜菊糖具有甜度高、热量低、无副作用、预防龋齿、在 3~10 的p H 范围内稳定、不发酵的特点,在制药过程中,使其成为代替蔗糖用作糖浆、冲剂、丸剂等药剂的矫味剂。

3. 甜菊糖苷在有机化学中的应用

将甜菊糖苷在酸性条件下水解,可得到一种具有贝叶烷骨架的四环二萜类化合物-异斯特维醇,因其分子结构本身的刚性和特有的凹槽结构以及其化学结构稳定, 手性环境优越的特点,近年来被开发应用于有机催化、分子识别及自组装等方面。

【参考文献】

[1] 隋晓辰, 孙景文, 校秋燕, 等. 甜菊糖的体内代谢和生物活性研究进展[J]. 食品工业科技, 2014, 35(24): 366-370.

[2] 刘贵君, 石浩. 甜菊糖的应用研究进展[J]. 浙江化工, 2016, 47(11): 34-41.

[3] 徐健, 李维林. 甜菊糖药理作用及生产工艺研究进展[J]. 食品与发酵工业, 2013, 39(10): 207-214.

[4] 杨远志, 李发财, 琚争艳, 等. 甜菊糖的应用现状及发展前景[J]. 发酵科技通讯, 2011, 40(1): 40-44.