天然生物質甜葉菊苷的生物活性研究及應用前景

＊楊錦武 李和平 劉紅麗 張淑芬

（桂林理工大學化學與生物工程學院 廣西 541004）

1.前言

甜葉菊苷（ST）是從菊科甜葉菊的葉子中提取的生物質[1]。甜葉菊苷的甜度遠高于蔗糖（甜葉菊苷:蔗糖=300:1），而熱量則遠低于蔗糖（1:250）。甜葉菊原產于南美洲，現在包括亞洲、歐洲和北美在內的世界許多地區都有種植。目前，我國已成為全球最大的甜葉菊苷生產與出口國，甜葉菊苷也是我國廣西特色的生物質資源。此外，甜葉菊苷還是維生素、礦物質、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來源，包括非糖類的唇形二萜、黃酮類、酚類化合物、粗纖維、植物甾醇、綠原酸、三萜類和碳氫化合物。

目前甜葉菊苷在許多國家里已經被廣泛用作食品、飲料和藥品的代糖。其中，甜葉菊苷比其他各種高效甜味劑具有更優越的功能和感官特性，在未來有可能成為日益增長的天然食品市場的高效甜味劑的主要來源。除了工業應用外，許多研究表明，甜葉菊苷擁有各種健康益處，包括抗糖尿病、抗肥胖、抗腫瘤、抗高血壓、抗微生物、抗齲齒和抗氧化等生物活性[2]。

盡管甜葉菊苷在世界范圍內廣泛使用，但這種植物還沒有被廣泛研究以保證其在人類中的安全使用。但是，1500多年以來，巴拉圭人運用傳統用途使用ST的安全經歷，經受住了時間的考驗。甜葉菊苷在日本已經使用20多年了，沒有任何副作用的報道。在全球范圍內，甜葉菊苷的使用和安全性已經被許多監管機構和科學機構審查和考慮。近年來，甜葉菊苷的毒理學評價顯示，口服甜葉菊苷在基因毒性和亞慢性口服毒性方面未出現不良反應。作者認為甜葉菊葉除了作為甜味劑外，還具有作為功能性食品和營養補充的潛力。

近年來，研究學者們對探索甜葉菊苷的潛在用途產生較大的興趣，各種綜述研究報告了甜葉菊苷的生物化學組成、營養特性、健康益處和生物活性。然而，這些研究大多只關注一個主題，而且大多數都不是最近才進行研究的。因此，關于天然生物質甜葉菊苷生物活性研究和應用數據仍然缺乏最新的報道。

因此，本文目的是對甜葉菊苷的健康益處、工業應用、安全性和生物活性研究進行全面和最新的綜述，并強調其可能的安全方面。還綜述了甜葉菊苷作為食品和食品配料、蔗糖替代品、肥料和動物飼料的潛在工業應用。此外，本文還對甜葉菊苷的性質和應用進行了綜述。

2.甜葉菊苷的植物化學性質

甜葉菊苷是甜葉菊中所含有的主要強甜味成分，又稱斯替維苷，是一種雙萜配糖體。甜葉菊苷的C-4位結構上存在葡萄糖基，二糖基存在C-13位上。甜葉菊苷的外觀呈白色，甜度約為蔗糖的300倍，味感與蔗糖相似，甜味純正，無異味，殘味存留的時間比蔗糖長，熱量僅為蔗糖的三分之一，非醇解，熱穩定性，對人體沒有毒性而且適用范圍廣。被稱為是繼蔗糖、甜菜糖之后的第3種天然糖源。

甜葉菊苷是維生素、礦物質、必需氨基酸、脂肪酸和其他有益健康的生物活性的良好來源，包括非糖苷勞丹烷二萜、黃酮類化合物在內的化合物，酚類化合物、粗纖維、植物甾醇、綠原酸、三萜和碳氫化合物。甜葉菊苷具有非發酵性、非著色性，不引起美拉德反應，不影響食品的粘稠性和凝固性。甜葉菊苷在水溶液中在很寬的溫度和pH范圍內都是非常穩定的分子。甜葉菊苷具有很高的熱穩定性，這促進了甜菊糖在全球的商業化。

3.甜葉菊苷生物活性的研究

甜葉菊苷無致畸、致癌、誘變作用以及對人體無害，具有優異的性能如抗糖尿病、抗氧化、抗高血壓、防齲齒、抗肥胖、抗病毒和抗腫瘤等生物活性[3]。

糖尿病是一種代謝紊亂的病癥，其特征是由胰島素抵抗、胰島素分泌缺陷或兩者共同引起的高血糖。糖尿病患者發生急性和長期健康并發癥的風險會增加，包括酮癥酸中毒或非酮癥高滲狀態、視網膜病、腎病、神經病變以及心腦血管和周圍輸精管疾病。因此，糖尿病的早期診斷和有效治療應該是重中之重?；隗w內和臨床研究，甜葉菊苷很可能被視為一種有前途的治療糖尿病的新療法，可以減少與這種病理相關的并發癥[3]。Shivanna等[4]研究顯示，與未經治療的糖尿病大鼠相比，其中在注射鏈脲佐菌素STZ（一種已知的糖尿病原）之前預先喂食甜葉菊苷的大鼠顯示出較輕的糖尿病癥狀，如多食和體重減輕，而其高血糖升高較少。在該研究中，明確顯示甜葉菊苷可增強糖尿病大鼠胰島β細胞分泌胰島素，增加細胞胰島素敏感性并改善糖尿病大鼠的糖耐量[4]。甜葉菊苷降低血糖水平的另一個可能機制是抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性，這些酶是消化膳食碳水化合物的重要酶，因此甜葉菊苷有助于控制糖尿病患者的血糖水平[5]。

當自由基以低至中等濃度存在時，可以在人體中發揮有益作用。然而，當自由基過量存在時，可能發生氧化應激狀態，這與對人類健康的多種不利影響有關，例如增加許多疾病發展的風險，包括癌癥、心血管疾病、神經退行性疾病、糖尿病、骨質疏松癥、炎癥性腸病和肥胖癥?？寡趸瘎┦且种朴勺杂苫淖饔靡鸬逆準椒磻幕瘜W物質，可以作為身體防御自由基的作用。甜葉菊苷可以作為化妝品和食品行業中高效的天然抗氧化劑。

肥胖是一個主要的健康問題，對成年人和兒童都有影響。造成肥胖的病因可能是多因素所導致的，其中，食用含糖豐富的食物和飲料而增加的熱量攝入已被發現是肥胖的主要原因之一。因此，用無營養甜味劑的食物和飲料代替含糖豐富的食物和飲料會減少總熱量攝入，從而減輕人的體重。甜葉菊苷作為一種非營養性甜味劑可以代替其他高熱量的甜味劑，比如蔗糖。這是因為高純度甜葉菊苷被認為是零卡路里，而提供的甜味是蔗糖的100～300倍[6]。與水相比，甜葉菊苷降低了健康受試者的饑餓感和想吃東西的欲望。雖然食品和飲料可以用人工增甜甜味劑也是無熱量的，但它們會導致體重增加、膀胱癌和腦腫瘤等危害。Elnaga等研究發現，甜葉菊苷與蔗糖的對照大鼠相比，飲食中含有甜葉菊苷的大鼠的體重、總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白顯著降低，而高密度脂蛋白增加[7]。因此，可以認為使用甜葉菊苷天然的、安全的甜味劑仍然是首選方案。這確實得到了科學界和消費者的接受和廣泛關注。

在甲醇和氯仿中提取的甜葉菊苷對所有細菌具有抗菌作用，如大腸桿菌等。另一方面，它們的抗真菌特性被發現更為有限，氯仿提取物僅對六種真菌中的一種真菌（小核菌）有效[8]。甜葉菊苷與一種商業抗生素（氯霉素）相比，野生甜菊提取物（以水、乙醇或酒精為溶劑）甜葉菊苷顯示出對病菌具有潛在的抗菌活性[9]。甜葉菊苷的抗菌和抗氧化特性可以作為鮭魚醬和其他海鮮產品的防腐劑。另外，甜葉菊苷被發現具有抗氧化性能，這是由于存在高濃度的生物活性化合物，如酚類化合物、鞣酸、黃酮類化合物和維生素C等。甜葉菊苷的一種新穎的應用是創造含有甜葉菊苷的小麥面包，它保持了甜葉菊苷的抗氧化特性，創造了一種功能性食品。因此，ST在化妝品和食品工業中可以作為天然抗氧化劑的來源具有非常大的潛力。還有就是甜葉菊苷對齲齒引起的微生物污染起到了保護作用，其中的微生物包括變異鏈球菌、彎孢桿菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草芽孢桿菌。與糖基零食相比，短時間服用含甜葉菊苷的零食降低了斑塊的致酸性和致齲菌群，從而降低了未來發生新齲的可能性，這一預防戰略有助于防治這種常見的兒童疾病。

甜葉菊苷的抗腫瘤作用最早可以追溯到1997年。由Tavarini等進行的研究顯示，與對照組相比，接受甜菊糖治療的雌性大鼠的乳腺腺瘤發病率明顯降低[10]。研究發現，ST的抗腫瘤性質比二萜糖苷甜菊苷顯示更高，前誘導細胞死亡在所有三個細胞株—子宮頸癌、結腸癌（HCT116）和胰腺癌（MiaPaCa-2）中效果更好[11]。此外，提取一種與發展緊密相關的癌癥的基因突變的CDK酶，ST未能抑制，表明ST的抗腫瘤效應可能是由于CDK酶的抑制ST的活性[12]。相反地，從甜菊花枝中提取的精油及其組分對兩種細胞系C-6（大鼠膠質瘤細胞）和CHOK1（中國倉鼠卵巢細胞）顯示出了良好的細胞毒性。揮發油對C-6細胞的活性最高，其濃度可與化療藥物長春堿相當。

在最近的一項研究中，甜菊葉中的一種成分被發現對人類胃腸道癌細胞具有顯著的抗癌活性[13]。此外，Uchiiyama等進行的一項研究旨在調查甜菊醇對MCF-7人類乳腺癌細胞的抗癌潛力。結果表明，甜菊醇誘導MCF-7細胞凋亡是由于其劑量依賴效應，從而表明甜菊醇可能是治療乳腺癌的一種有希望的候選藥[14]。最近的一項研究證實ST可以利用細胞循環規律抑制、堵塞細胞P13K/AKT的路徑和誘導細胞凋亡對卵巢癌細胞系OVCAR-3起抗增殖作用。在前期的研究中也發現ST通過誘導細胞凋亡和抑制DNA合成對MCF-7乳腺癌細胞株具有抗增殖作用。純化的甜菊糖苷抑制了人乳腺癌細胞株MDA-MB-231和SKBR3的生長[15]。

上述研究為甜葉菊苷及其衍生物對不同類型的癌癥，主要是細胞系的有益作用提供了證據。然而，在實際應用中，還需要臨床前和臨床研究來證實甜葉菊苷或其衍生物的體外抗腫瘤潛力。

4.甜葉菊苷的應用前景

甜葉菊全身都是寶，其最好的葉子可以被采收用來泡茶，而且提取后的殘留物可以用來制造其他產品[16]。甜葉菊植物的其余部分，如莖、種子和花可以收集和加工作為動物飼料或肥料。甜葉菊苷是甜葉菊的主要成分，是一種甜度高且營養豐富的天然生物質[17]。甜葉菊苷既可以作為水包油乳劑的天然乳化劑，也可以作為藥物的輸送系統，增加在水溶液中相對不溶性的藥物的溶解度，從而提高它的生物活性以及利用度。實際上，天然生物質甜葉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經成功應用了，其包括槲皮素、瑞巴吡酯和姜黃素[18]。另外，甜葉菊苷除了在食品和制藥工業中使用外，還能預防糖尿病、肥胖、高血壓、癌癥、齲齒、氧化應激和作為抗菌藥物。然而，大多數的研究只是短期在體外和動物身上進行的活性實驗。因此，有必要進行更長期、大樣本的人體研究，以確定甜葉菊苷在不同健康狀況下的潛在作用、生理機制和關鍵活性成分[19]。未來的研究還可以關注改善甜葉菊苷口味的新策略。有趣的是甜葉菊苷和分離化合物的無毒性研究表明，它們更傾向于安全的人類消費。隨著科學技術的提高，甜葉菊苷的利用價值將會進一步開發出來。

5.結論

綜上所述，這項研究提供了有關甜菊糖在不同健康狀況、其植物化學物質、工業應用和安全性中的潛在作用的最新信息。甜葉菊是一種甜味高且營養豐富的植物，已在許多國家進行商業種植。甜葉菊苷對抗糖尿病、抗肥胖、抗高血壓、抗癌癥、防齲齒、氧化應激和防止微生物感染有很大作用。甜葉菊苷的工業應用很廣泛，特別是作為食品和食品成分、蔗糖替代品、肥料和動物飼料以及增溶劑或發泡劑。然而，大多數研究要么是在體外和動物身上進行的，要么是動力不足，因此無法對其健康益處做出結論性的陳述。因此，需要進行更多大樣本的長期人體研究，以確定甜菊糖在不同健康狀況中的潛在作用、其生理機制和關鍵活性成分。有趣的是毒性研究往往表明甜菊糖和分離的化合物對人類食用是安全的。甜菊葉的甜菊糖苷無致畸性、致癌性和致突變性，不會引起亞急性或急性毒性。未來的研究可以集中在改善甜菊糖口味的新策略上，具有廣闊的發展及應用前景。