甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜中主要活性物質及其生理功能研究進展

李清嵐 崔 春 王 煒

(華南理工大學食品科學與工程學院，廣東 廣州 510640)

甘蔗、甜菜等農作物在制糖過程中，清汁經結晶、分蜜后得到白砂糖，但料液中酚類、色素、無機鹽等非糖物質不斷富集導致部分料液始終無法結晶，這部分殘留料液被稱為糖蜜(圖1)[1]。糖蜜是制糖工業的主要副產物，為一種黏稠、深棕色、半流動的液態物質。據估計，全世界糖蜜年總產量為4 500萬t，其中甘蔗糖蜜為3 400萬t，甜菜糖蜜為1 100萬t，中國糖蜜年產量約為300萬t[2]。糖蜜含有糖類、蛋白質、礦物質、維生素等多種營養物質，還含有酚類物質、甜菜堿、低聚糖、磷脂等生物活性物質，具有較高的營養保健價值。

目前，國內外已有較多關于糖蜜活性物質生理功能的報道，其中糖蜜多酚類物質的研究最多，其次為甜菜堿、低聚糖、多糖，這些活性物質具有眾多生物活性作用，但大部分研究停留在體外試驗和動物試驗，缺少臨床試驗。糖蜜的其他生物活性物質如磷脂、植物甾醇等含量很少，單獨提取分離成本大，所以深入研究及應用相對較少，因此可以優化對一種糖蜜的幾種活性物質的連續分離純化的工藝，實現對糖蜜活性物質的充分研究和利用。此外，糖蜜的活性物質在食品、環境、飼料等領域也得到廣泛應用，但其產品化和產業化程度較低。文章擬概述糖蜜的應用范圍，對甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜中的主要活性物質及其生理活性進行綜述，并對其未來發展方向進行展望，以期為糖蜜的深加工提供依據。

1 糖蜜的應用范圍

糖蜜最初常被應用于動物飼料行業中，因其不僅可為反芻動物提供必要的營養物質，其甜味還可掩蓋飼料的不良氣味，改善其適口性，而且糖蜜的黏稠性及半流動狀態使其具有粘結作用，可降低飼料的粉塵率、提高飼料質量[3]。金秋巖[4]研究發現在飼料中添加糖蜜能夠顯著提高顆粒飼料的硬度，降低粉化率。當糖蜜添加水平為0%～8%時，隨著添加水平的增加可顯著提高肉兔的增重，降低料重比。Kyum等[5]研究發現在雄性雜交犢牛的每日基礎飼料中添加500 g糖蜜，相比不添加糖蜜組可明顯提高犢牛的日增重、身高及體長的增加量。糖蜜還可以作為青貯飼料的發酵促進劑，改善青貯飼料的發酵品質。潘藝偉等[6]研究表明在稻草微貯飼料中添加5×105CFU/g 乳酸菌的基礎上再添加1.5%甘蔗糖蜜，可顯著提高微貯稻草的粗蛋白、可溶性糖、乳酸含量和干物質體外消化率，降低粗纖維含量。此外，糖蜜因能延緩水泥水化過程，可作為水泥緩凝劑或助磨劑。李偉峰等[7]發現糖蜜經合適的酸、堿改性后，對水泥具有更好的助磨性能，還略延長水泥的凝結時間，提高各齡期的抗壓強度。由于糖蜜產量大且含有較豐富的營養物質和活性物質，作為飼料等方式，利用率較低，因此綜合利用糖蜜，對糖蜜附加值的提高具有重大意義。

圖1 制糖及糖蜜的生產工藝流程

隨著微生物發酵和生物催化轉化技術的崛起與成熟，目前糖蜜被廣泛應用于發酵工業。作為天然的發酵原料，糖蜜可為微生物生長繁殖提供豐富的碳源、氮源、無機鹽，生產醇類、有機酸等高附加值產品，而且糖蜜中的活性物質可能對發酵有一定的促進作用。Xu等[8]研究了甜菜堿對凝結芽孢桿菌發酵產L-乳酸的影響，發現添加0.05 g/L甜菜堿比無甜菜堿時多產17.9%乳酸，若用甜菜糖蜜替代部分葡萄糖來提供10%的碳源，在生物反應器中與葡萄糖共同進料發酵，比以葡萄糖作為唯一碳源的乳酸發酵的生產率提高了1.22倍。

Tounsi等[9]在研究芝麻醬中添加角豆糖蜜的食品配方時，發現用50%的角豆糖蜜在60 °Bx條件下配制的混合物總體可接受性數值最好，可以改善芝麻醬乳化穩定性、色澤、質地的物理性質，增加可溶性糖和酚類化合物含量，降低油和蛋白質含量。因此，添加糖蜜的食物可能成為一種有前途的營養健康食品。但當糖蜜應用于熱加工食品時，可能會增加食品內源性污染物5-羥甲基糠醛，其攝入后可轉化為具有致癌毒性的物質。Filipcev等[10]發現糖蜜的添加雖然會改善餅干的營養成分和抗氧化能力，但也會增加餅干中5-羥甲基糠醛含量。

2 糖蜜的主要活性物質及其生理功能

制糖原料甘蔗、甜菜含有多種天然活性物質，這些活性物質多數被保留在糖蜜中(表1)，其在原料中含量并不高，卻在糖蜜中被高度濃縮，因此糖蜜是富集或提取活性物質的良好資源。

2.1 多酚類物質

糖蜜是天然多酚類物質的良好來源，糖蜜中的多酚類物質包括黃酮類、酚酸類和單寧類物質。糖蜜中提取的多酚類物質或以多酚物質為主的糖蜜提取物具有較強的抗氧化、抗菌作用，常被用作抗氧化劑、抑菌劑、防腐劑等，在抗腫瘤，防治高血糖、高血脂、心腦血管等眾多疾病上有積極作用[11-13]。甘蔗糖蜜中酚類物質的種類比甜菜糖蜜的多，且總酚含量也高于甜菜糖蜜中的，如Valli等[14]研究發現甘蔗糖蜜中的總酚含量是甜菜糖蜜中的6倍，因此甘蔗糖蜜多酚類物質的抗氧化能力強于甜菜糖蜜多酚類物質。

表1 糖蜜的活性物質

Chen等[15]通過SDS-PAGE電泳、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡的分析方法，發現含有沒食子酸、羥基苯甲酸、丁香酸、阿魏酸、香蘭素、兒茶素、矢車菊素-3-O-蕓香糖苷、矢車菊素-3-O-葡萄糖苷、飛燕草素-3-O-葡萄糖苷、飛燕草素-3-O-蕓香糖苷的甜菜糖蜜多酚提取物對金黃色葡萄球菌、單核細胞增生李斯特菌、大腸桿菌和鼠傷寒沙門菌4種食源性病原菌具有明顯的抑菌作用，這可能是通過破壞細菌的細胞質膜和蛋白質，改變細胞的形態和內部結構來表現抑菌活性。

孔繁晟[11]研究總多酚含量為17.90%的糖蜜提取物(ESM)對2型糖尿病(T2DM)大鼠的降血糖、降血脂活性的影響，對比模型組大鼠，ESM給藥組能改善“三多一少”的癥狀，有利于延緩糖尿病并抑制并發癥的發展，且EMS明顯降低了T2DM大鼠的總膽固醇和甘油三酯含量，提高了高密度脂蛋白膽固醇水平。Ali等[16]通過DPPH法、TEAC法和FRAP法測定發現糖蜜具有較高的抗氧化性，并且經過體外α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制性測定發現糖蜜可抑制這兩種酶活性，表明糖蜜可能具有抗高血糖的作用。Chen等[17]從甜菜糖蜜中分離純化出的沒食子酸(GA)、氯化矢車菊素-3-O-葡萄糖苷(CGC)和表兒茶素(EP)具有很強的抗氧化性，其中GA表現出最強的抗氧化活性；其抗腫瘤活性以劑量依賴性方式增加，特別是CGC在最高濃度為400 μg/mL提取物時對人結腸癌細胞、肝癌細胞和乳腺癌細胞的生長抑制活性分別為94.86%，87.27%，67.13%，進一步證明了糖蜜中的抗癌成分主要為多酚物質。

以多酚物質為主的糖蜜提取物添加到熱加工食品中可以通過自由基途徑和美拉德反應途徑抑制致癌物質雜環胺(HCA)的產生。于迪等[18]在腌制豬肉片過程加入以多酚物質為主的甘蔗糖蜜提取物，并采用真空—加壓循環腌制技術，可以有效降低肉脯制品中HCA含量，且抑制率>50%。Cheng等[19]將涂有不同濃度甘蔗糖蜜提取物的麥芽糖水溶液的雞翅分別油炸2.5，5.0 min，與對照組相比，樣品的總HCA含量抑制率分別為32.5%～43.9%，18.5%～29.9%。此外，利用甘蔗糖蜜為細菌提供營養的生物處理法被認為是一種安全有效的去除污染環境的六價鉻的方法，比葡萄糖能更有效地從污染土壤中去除六價鉻，甘蔗糖蜜中六價鉻的還原活性與其多酚含量和pH值有關[20]。綜上，糖蜜的多酚類物質除了具有眾多生理功能，可應用于保健食品、醫藥行業，還可以抑制一些有害物質的產生，在食品致癌致突變危害物控制、環境污染物處理等方面發揮作用。

2.2 甜菜堿

甜菜堿是一種季銨型生物堿，化學名稱為N,N,N-三甲基甘氨酸內鹽，在新鮮甜菜中含量可達0.3%～0.7%，制糖過程中甜菜堿幾乎不受破壞地進入到廢蜜中，廢蜜中(干固物)甜菜堿含量可高達8%[21]，是提取天然甜菜堿的良好原料。甜菜堿作為優良的甲基供體和滲透調節劑，在醫藥領域具有許多良好的藥理作用，可參與氨基酸代謝和脂肪代謝、調節滲透壓、促進生長、抑制細胞凋亡、抑菌抗炎、抗氧化等[22-24]，尤其是在治療高同型半胱氨酸血癥和肝臟疾病方面取得了較好的成效。

金莉莉等[25]通過建立高脂模型小鼠來測定甜菜堿和葉酸對小鼠血清及肝臟中總膽固醇(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)含量的影響，結果表明甜菜堿能夠顯著降低高脂小鼠肝臟中HCY、TC、TG、MDA含量，提高SOD活力，且其降低肝臟TG、HCY、MDA水平和提高SOD活力的效果優于葉酸。Drobny等[26]研究表明富含甜菜堿的甜菜糖蜜能夠阻止秀麗隱桿線蟲在37 ℃時接觸同型半胱氨酸所引起的存活率下降。Okada等[27]發現1%甜菜堿可提高肝損傷大鼠的肝臟和血清谷胱甘肽水平，增加谷胱甘肽相關酶活性，具有保肝作用。甜菜堿可能通過降低血漿內毒素水平，拮抗肝臟內質網應激反應，調節巨噬細胞的極化狀態等途徑發揮保護肝臟的作用[28]。

此外，甜菜堿作為畜禽飼料添加劑還可改善動物的生長性能、胴體品質、產蛋率等，從而降低生產成本。在肉雞和仔豬的日糧中添加一定比例的甜菜堿，可通過改善腸道結構、增加消化酶活性、促進營養物質消化等來改善其生長性能[29-30]。Omer等[31]以添加0.5%甜菜堿的日糧連續飼喂蛋雞4周，與普通飲食相比，蛋雞的產蛋量可增加4.3%。

2.3 棉籽糖

功能性低聚糖是人和動物腸道有益菌的促進生長因子，可以通過直接或間接作用來維持腸道健康、增強機體抗氧化性、提高機體免疫力、降低血清膽固醇等[32]。棉籽糖是一種功能性低聚糖，主要從棉籽粕和甜菜糖蜜中提取，其中甜菜廢蜜中的棉籽糖含量達1.0%[33]，經處理后甜菜糖蜜中的含量可更高。華欲飛等[34]發明了一種從甘蔗、甜菜加工過程產生的糖蜜廢液中回收棉籽糖的工業化方法，從所用的甘蔗、甜菜加工廠廢水中測出棉籽糖含量分別為2.6%，2.1%。

功能性低聚糖很早就被證實能有效增殖腸道內的有益菌尤其是雙歧桿菌和乳酸桿菌，抑制有害菌的生長，改善腸道菌群失衡。賀晨[35]研究發現用高劑量(25%)的棉籽糖對小鼠進行飲食干預，腸道雙歧桿菌的增殖效果顯著，豐度增加至63.27%，并且對健康指標無不良影響。姜寶森[36]研究發現，與未添加棉籽糖的小鼠組相比，在基礎日糧中分別添加0.1%，0.3%棉籽糖的小鼠腸道總抗氧化水平分別提高了56.20%，85.95%，丙二醛含量分別降低了27.24%，35.32%，且兩組均明顯降低了小鼠盲腸腸球菌和腸桿菌數，增加了乳酸菌和雙歧桿菌數，說明棉籽糖不僅能調節腸道菌群，還能提高小鼠腸道的抗氧化能力。徐大專等[37]在SD大鼠的基礎日糧中添加0.15%的棉籽糖，發現棉籽糖可以促進免疫器官發育，提高T淋巴細胞陽性率，且能提高血清中SOD、GSH-Px活性，降低血清中H2O2、MDA含量，說明棉籽糖可增強大鼠機體的免疫力，提高抗氧化作用。

2.4 神經酰胺

熱娜古麗·木沙等[38]從甜菜廢蜜中檢測到神經酰胺，但含量較少。神經酰胺在鞘磷脂途徑中作為第二信使分子，對細胞的增殖、分化、凋亡起調節作用，在動脈粥樣硬化、糖尿病等疾病的發生發展發揮重要的調節作用，還有研究認為神經酰胺可能與抑郁癥[39]、肥胖癥[40]治療有關，但具體的作用機制尚未清楚。此外，作為皮膚角質層細胞間脂質的主要成分，神經酰胺對表皮角質層形成過程發揮重要作用，具有維持皮膚屏障、保濕、抗衰老、美白等作用[41]，因此在化妝品領域受到了高度關注。

2.5 其他物質

糖蜜中還含有多糖、植物甾醇、低聚果糖、皂苷等生物活性物質，但相關研究并不多。Sakai等[42]發現甘蔗糖蜜中水溶性粗多糖組分對派爾集合淋巴結免疫活性細胞具有較強的免疫調節活性。甜菜糖蜜中含有蔗果三糖，Tochio等[43]發現富含蔗果三糖飲食可以誘導肝臟中GST的表達，提高小鼠肝臟中谷胱甘肽S-轉移酶(GST)的mRNA和酶活性水平，說明蔗果三糖可能具有提高小鼠的抗氧化活性作用，但該研究未測定任何氧化應激的直接介導因素，并且需要在試驗動物和人類中進一步研究才能闡明蔗果三糖膳食對氧化應激相關疾病的影響。

3 結論

綜上，糖蜜作為一種具有獨特風味、營養物質豐富和生物活性顯著的食品副產物，具有巨大的開發潛能和應用價值。糖蜜中活性物質的研究主要集中在多酚類物質和甜菜堿，生理活性相關研究多以體外試驗或動物試驗為主，某些具體作用機理尚未明確，因此其活性與功能之間的關系有待進一步研究，若要了解糖蜜提取物及其生物活性物質在復雜條件下的作用效果，需增加毒理試驗和臨床試驗，客觀評價糖蜜中生物活性的價值。此外，糖蜜是一種具有獨特風味和生物活性的食品添加劑，是開發具有營養和保健價值的新型食品的良好資源，尤其是糖蜜提取物中多酚類物質具有抗氧化作用，可應用于一些容易發生氧化的食品以抑制有害物質的產生或延長食品保質期。但是糖蜜在食品行業的應用尚處于初步階段，與食品加工規模化、產業化還有一定距離，因此需要優化糖蜜或糖蜜提取物添加到食品中的產品配方和加工技術，以促進糖蜜的產業化發展。