天然甜素產(chǎn)業(yè)研究現(xiàn)狀與展望

黃華學(xué) 何安樂(lè) 劉庚貴 黃俊

【關(guān)鍵詞】天然;甜素;羅漢果;甜茶;甜葉菊

【中圖分類號(hào)】F326 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）06-0119-03

0 前言

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和公眾飲食結(jié)構(gòu)的變化，高糖、高熱量的攝入對(duì)人體健康的威脅日益嚴(yán)重，“嗜糖”與糖尿病、肥胖之間的矛盾日益突出，如何在滿足公眾對(duì)甜的追求的同時(shí)，維護(hù)機(jī)體健康，是現(xiàn)代社會(huì)急需解決的問(wèn)題。根據(jù)國(guó)際市場(chǎng)研究報(bào)告和數(shù)據(jù)公司Research and Markets最新報(bào)告，2015年全球市場(chǎng)的食品甜味劑達(dá)877億美元，并且其市場(chǎng)規(guī)模將以15.5%的復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)，2020年將到達(dá)1 100億美元;全球天然甜素及其產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)是蔗糖逐步被限制，合成甜味產(chǎn)品如阿斯巴甜正在逐步被棄用[1]。因此，開(kāi)發(fā)安全、零熱量，不會(huì)引起糖尿病、肥胖等健康問(wèn)題，同時(shí)其口感與蔗糖相似甚至超過(guò)蔗糖的天然甜素，是天然甜素產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵。

天然甜素是指以羅漢果、甜茶、甜葉菊及青錢柳等純天然植物為原料，經(jīng)過(guò)提取、分離和純化制得的甜味劑單體成分，再經(jīng)過(guò)復(fù)配或直接作為甜味劑產(chǎn)品應(yīng)用到食品、保健品及藥品的甜味產(chǎn)品或物質(zhì)。天然甜素來(lái)源于羅漢果、甜葉菊、甜茶等特色資源植物中，其口感與蔗糖相同，但熱量低、不影響機(jī)體血糖水平，被認(rèn)為是一類天然、安全、健康的甜味產(chǎn)品或代糖產(chǎn)品，可直接替代蔗糖，減少公眾蔗糖攝入量。

天然甜素產(chǎn)業(yè)是一個(gè)典型的技術(shù)驅(qū)動(dòng)型產(chǎn)業(yè)，其重要特點(diǎn)是技術(shù)含量高、技術(shù)更新快、市場(chǎng)變化快，產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)新技術(shù)的需求十分強(qiáng)烈。在質(zhì)量與安全、成本與效益、風(fēng)味與健康、規(guī)模與裝備等方面，天然甜素產(chǎn)業(yè)與蔗糖產(chǎn)業(yè)相比還存在較大差距，直接限制了公眾的接受度，嚴(yán)重影響了其替代蔗糖的市場(chǎng)占有率。因此，發(fā)展該產(chǎn)業(yè)，不僅是解決當(dāng)前嗜糖與健康之間矛盾的重要途徑，而且與“健康中國(guó)”“減糖行動(dòng)計(jì)劃”“鄉(xiāng)村振興”“扶貧攻堅(jiān)”等國(guó)家相關(guān)政策完全吻合。這對(duì)推動(dòng)天然甜素產(chǎn)業(yè)的技術(shù)、產(chǎn)品、規(guī)模和效益升級(jí)具有重大的戰(zhàn)略意義。

1 天然甜素產(chǎn)業(yè)研究現(xiàn)狀

1.1 羅漢果甜苷

羅漢果是我國(guó)特有的藥食同源植物，原產(chǎn)于廣西桂林，現(xiàn)在已推廣至湖南、廣東及江西等地。羅漢果甜苷是以羅漢果為原料，經(jīng)過(guò)提取分離純化而制得的三萜皂苷類化合物的總稱，主要包括羅漢果甜苷V、11-氧苷、賽門苷I、羅漢果甜苷Ⅱ、羅漢果甜苷ⅠE等，其總量占羅漢果鮮果重的0.4%左右。羅漢果甜苷V是最主要的甜苷物質(zhì)，其甜度約為蔗糖的300倍，其含量也最高，也是評(píng)價(jià)羅漢果及羅漢果甜苷的最常用指標(biāo)。羅漢果甜苷的甜味主要取決于苷元上的葡萄糖配基的位置、數(shù)量及立體結(jié)構(gòu)。例如，位于C-11位置的羥基被破壞之后會(huì)呈現(xiàn)顯著的苦味，同時(shí)如果其苷元的葡萄糖配基高于4個(gè)，則會(huì)顯著降低羅漢果甜苷的后苦味[2]。羅漢果甜苷的滋味不僅與其自身成分有關(guān)，而且與其濃度有關(guān)，高濃度的羅漢果甜苷帶有強(qiáng)烈的后甜，甚至后苦味，但是低濃度的則會(huì)非常接近蔗糖的滋味，且?guī)в辛_漢果的清香。

目前，羅漢果甜苷的產(chǎn)品主要由羅漢果甜苷V、羅漢果粉、羅漢果濃縮汁、羅漢果糖等系列產(chǎn)品。其中，通過(guò)工業(yè)制備液相產(chǎn)業(yè)化制備羅漢果甜苷V的最高含量已經(jīng)達(dá)到90%，顏色潔白，口感純正;傳統(tǒng)大孔吸附樹(shù)脂層析純化分離也實(shí)現(xiàn)了含量不低于80%的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn);按照有機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)要求也實(shí)現(xiàn)了含量不低于60%的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn);此外，羅漢果甜苷產(chǎn)品脫農(nóng)殘、脫重金屬、脫塑化劑及脫有機(jī)溶劑方面的研究和產(chǎn)業(yè)化已比較成熟，每年我國(guó)都有大量符合有機(jī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)羅漢果提取物出口。

1.2 甜茶苷

對(duì)甜茶的研究要遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于羅漢果，早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)有學(xué)者開(kāi)始對(duì)甜茶進(jìn)行研究且對(duì)甜茶的研究較深入。甜茶是從甜茶懸鉤子中提取的一種低熱量、高甜度的二萜苷類物質(zhì)，主要原產(chǎn)于廣西等地，傳統(tǒng)以其嫩葉制茶，具有清熱、潤(rùn)肺、止咳之功效。甜茶苷是甜茶的主要甜味物質(zhì)，主要包括甜茶素、甜茶苷-A、舒格羅克苷等二萜及苷類物質(zhì)，其中甜茶素是甜茶苷的主要甜味成分，其含量最高且甜度相當(dāng)于蔗糖的300倍[3]。

由于甜茶苷其原料本身含量較高，極易結(jié)晶，所以市場(chǎng)上的甜茶苷含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于羅漢果甜苷，99%含量的甜茶苷已經(jīng)形成規(guī)模化生產(chǎn)，其口感也得以大大提高。但是相比羅漢果，甜茶苷的口感要遜色一些，其苦澀味較重，帶有重金屬味，但是現(xiàn)在已經(jīng)有研究表明可以通過(guò)活性炭或者特殊大孔吸附樹(shù)脂對(duì)其滋味進(jìn)行有效改良且效果明顯。

1.3 甜菊糖

甜菊糖也稱甜菊糖苷，被認(rèn)為是“世界第三天然湯源”，是從草本植物甜葉菊中結(jié)果提取、分離和純化而制得的一類苷元糖配體物質(zhì)，其苷元部分為四環(huán)雙萜化合物，類似羅漢果甜苷與甜茶苷，低熱量和高甜度是其顯著的特點(diǎn)，其熱量相當(dāng)于蔗糖的1/300，甜度是蔗糖的200～300倍，對(duì)高血壓、高血糖、肥胖及齲齒等都具有很好的治療效果。甜菊糖中的主要甜味物質(zhì)是萊鮑迪苷A和甜菊苷，兩者占甜菊糖苷總量的70%～80%，也是衡量甜菊糖苷含量的主要成分[4]。甜菊糖中尤以萊鮑迪苷A滋味最佳，最接近蔗糖，而甜菊苷則具有不良的余味和苦澀味。甜菊糖的使用一般需要進(jìn)行滋味矯正或者復(fù)配之后才能應(yīng)用到食品保健品中。

甜菊糖的研究頗早且成熟，傳統(tǒng)的提取分離技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)含量99%以上的規(guī)模化生產(chǎn)，而且物理方法滋味改良技術(shù)也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了良好的效果，在實(shí)際生產(chǎn)中也得到了大量的推廣和應(yīng)用。現(xiàn)在越來(lái)越多的研究人員側(cè)重于對(duì)甜菊糖苷進(jìn)行酶促改性，通過(guò)對(duì)甜菊糖苷糖基的改性改善甜菊糖的滋味且效果良好，這大大推動(dòng)了甜菊糖苷的應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2 天然甜素產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題

2.1 規(guī)模化提取分離工藝長(zhǎng)期處于瓶頸期

甜葉菊作為天然甜素的代表，其研究歷史最悠久，時(shí)間最長(zhǎng)，研究也最為深入，從前期的以提高甜菊糖苷含量為目標(biāo)到后期以酶促改性為主要手段進(jìn)行滋味改良，都是傳統(tǒng)的工藝。同時(shí)，甜茶和羅漢果更是延續(xù)了甜葉菊的研究路線，模仿甜菊糖的傳統(tǒng)工藝進(jìn)行提取分離，從而制得高含量甜素產(chǎn)品，無(wú)論何種甜素產(chǎn)品，都是基于罐式提取、連續(xù)逆流、絮凝、膜過(guò)濾、大孔吸附樹(shù)脂層析、離子交換樹(shù)脂脫色、濃縮與干燥等傳統(tǒng)工藝，雖然有些工藝設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)或改進(jìn)，但是整個(gè)工藝路線都未有質(zhì)的突破，更多的只是進(jìn)行工藝的改進(jìn)和參數(shù)的優(yōu)化，尤其是甜素物質(zhì)中單一成分的分離，都是小批量生產(chǎn)或者完全沒(méi)有實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，這成為制約天然甜素產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。

2.2 原料農(nóng)業(yè)種植推廣面積不夠

羅漢果和甜茶都是原產(chǎn)于廣西，甜葉菊原產(chǎn)于南美巴拉圭和巴西交界的高山草地，現(xiàn)在通過(guò)引種或推廣在中國(guó)的南部地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始大面積推廣種植，尤其是甜葉菊。但是，羅漢果和甜茶的推廣種植面積還是跟不是市場(chǎng)消費(fèi)容量的增長(zhǎng)需求，尤其是羅漢果，目前只能在廣西、湖南、江西及廣東等部分地區(qū)進(jìn)行種植，并且對(duì)土壤和丘陵采光等要求苛刻。以羅漢果為例，2017年羅漢果提取物產(chǎn)量約500 t，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年將達(dá)到600 t以上，需要羅漢果鮮果約4萬(wàn)hm2（60萬(wàn)畝），而廣西適合羅漢果種植的面積僅僅只有2萬(wàn)hm2（30萬(wàn)畝），適合高品質(zhì)羅漢果種植的基地更是嚴(yán)重不足。

2.3 終端應(yīng)用普及型不夠

合成甜味劑具有價(jià)格低廉、滋味良好及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)上占據(jù)了很大的份額，如甜蜜素、三氯蔗糖及安賽蜜等甜味劑應(yīng)用極為普遍，而天然甜素，如羅漢果甜苷、甜茶苷及甜菊糖等具有價(jià)格高昂、滋味欠佳，不能直接使用等缺點(diǎn)，導(dǎo)致這類產(chǎn)品只能在大型企業(yè)或者家庭高端消費(fèi)中得以應(yīng)用，日常家庭或者食品行業(yè)都幾乎不用，這類添加有天然甜素的產(chǎn)品銷量也頗為有限，市場(chǎng)上天然無(wú)糖食品非常少見(jiàn)，尤其是在中國(guó)更為明顯，天然甜素產(chǎn)品主要還是出口到發(fā)達(dá)國(guó)家。所以如何迎合國(guó)人的消費(fèi)理念，開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，普及推廣和應(yīng)用天然甜素產(chǎn)品，對(duì)于促進(jìn)天然甜素產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。

2.4 滋味口感有待于進(jìn)一步改善

與合成甜味劑一樣，天然甜味劑也存在滋味不純、略帶苦澀或金屬味等缺點(diǎn)，如羅漢果甜苷帶有悠長(zhǎng)的后甜味、甜茶帶有苦澀味和金屬味、甜菊糖帶有澀味和苦味等，它們無(wú)法直接進(jìn)行添加使用，必須進(jìn)行滋味改良和矯正，使其更接近于蔗糖的口感[5]。目前，酶促改性甜菊糖苷的研究較多且取得了良好的效果，而甜茶通過(guò)純化方法也取得了顯著的效果，羅漢果通過(guò)種植技術(shù)提升和工藝改進(jìn)也能制得口感較佳的羅漢果甜苷V。此外，天然甜素通過(guò)與糖醇、掩蔽劑或其他植物提取物進(jìn)行復(fù)配提升口感滋味也是業(yè)內(nèi)慣用的方案，但是目前無(wú)論以何種方式，其與蔗糖相比還是有一定的差距，這嚴(yán)重限制了天然甜素產(chǎn)業(yè)終端應(yīng)用和推廣[6]。

3 天然甜素產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的主要解決方案

3.1 天然甜素資源高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化種植

3.1.1 高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)甜素品種資源的優(yōu)選

采用引種馴化、適宜性試種、抗性分析及關(guān)鍵品質(zhì)成分與功能成分跟蹤檢測(cè)分析等技術(shù)方法，結(jié)合各種植區(qū)的氣候特點(diǎn)，針對(duì)羅漢果、甜茶、甜葉菊等的品種進(jìn)行優(yōu)選，優(yōu)選高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)且適合湖南省的品種進(jìn)行種植，篩選適合種植的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種。

3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)化種植技術(shù)

篩選出優(yōu)良品種之后，采用營(yíng)養(yǎng)調(diào)控、定向授粉、水肥一體化等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)優(yōu)良品種種植的育苗、水肥管理、病蟲(chóng)害防治、采收與儲(chǔ)藏等進(jìn)行田間試驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)和氣候特點(diǎn)，按區(qū)域制定高產(chǎn)高品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化種植技術(shù)規(guī)程。

3.2 天然甜素高效綜合提取制備

3.2.1 天然甜素高純品及單體綠色高效提取技術(shù)研究

羅漢果甜苷、甜茶苷及甜菊糖苷是天然甜素的關(guān)鍵性甜味物質(zhì)，針對(duì)這些甜味成分，在現(xiàn)有提取純化工藝基礎(chǔ)之上，創(chuàng)新攻關(guān)，從得率、純度、生物活性、提制效率和生產(chǎn)成本等方面，突破產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)制備羅漢果甜苷、甜茶苷及甜菊糖苷單體的技術(shù)瓶頸。

3.2.2 天然甜素滋味矯正關(guān)鍵性技術(shù)研究

針對(duì)羅漢果甜苷等天然甜素帶有后甜、甜茶苷帶有苦澀味及甜菊糖苷帶有金屬味的缺點(diǎn)，通過(guò)專用樹(shù)脂聯(lián)用、特種活性炭吸附及納濾分子膜技術(shù)等對(duì)其進(jìn)行滋味改良，針對(duì)性地開(kāi)發(fā)脫苦、脫色、脫金屬味和改善后甜的關(guān)鍵性核心技術(shù)。

3.3 天然甜素品質(zhì)改良與終端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

3.3.1 天然甜素化學(xué)修飾與分子結(jié)構(gòu)改造

根據(jù)羅漢果等天然甜素化學(xué)結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)，采用天然甜素→改變連接糖基數(shù)量、種類、位置→改變?nèi)颇负私Y(jié)構(gòu)→與蔗糖參數(shù)對(duì)比→確定甜味飽和度→確定滋味口感等技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)其化學(xué)修飾與分子結(jié)構(gòu)改造。

3.3.2 天然甜素復(fù)配關(guān)鍵性技術(shù)研究

羅漢果甜苷、甜茶苷及甜菊糖苷由于其甜味的不飽和性，使其在實(shí)際應(yīng)用中必須加以復(fù)配以達(dá)到勝似蔗糖的甜感。針對(duì)其固有的缺點(diǎn)，通過(guò)添加適宜的菊粉、糖醇等食品添加劑的技術(shù)方法，不斷地通過(guò)食品感官評(píng)價(jià)調(diào)整復(fù)配配方，最終獲取口感更貼近甚至優(yōu)于蔗糖的天然甜素。

3.3.3 天然甜素應(yīng)用開(kāi)發(fā)關(guān)鍵性技術(shù)研究

順應(yīng)世界“減糖降糖”趨勢(shì)，將天然甜素進(jìn)行終端產(chǎn)品應(yīng)用與開(kāi)發(fā)。在符合國(guó)家相關(guān)法律要求的前提下，以其高甜度、低熱量、具有一定生理功能的顯著優(yōu)點(diǎn)，將天然甜素應(yīng)用于食品、功能產(chǎn)品甚至藥品中，開(kāi)發(fā)適用于糖尿病、高血壓、肥胖及不宜食糖人群的產(chǎn)品及關(guān)鍵性核心技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著生活水平的提高，糖尿病患者、肥胖人數(shù)等均呈現(xiàn)出較快的發(fā)展速度，而糖尿病也成為危害人類健康的主要疾病之一，肥胖人群更是高血壓、高血脂、糖尿病的易發(fā)人群。天然甜素具有甜度高、用量少、熱值小，有些又不參與代謝過(guò)程等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)甜味產(chǎn)品的主要發(fā)展方向。

可以預(yù)測(cè)，隨著我國(guó)飲料、食品、醫(yī)藥等甜味物質(zhì)需求行業(yè)的不斷發(fā)展，未來(lái)甜素的市場(chǎng)需求量會(huì)不斷看漲，尤其是在醫(yī)藥行業(yè)需求方面，兒童用藥在未來(lái)發(fā)展前景看好，而且天然甜素又是兒童藥品必需的添加劑之一。在天然甜素主要的需求市場(chǎng)——食品、飲料加工行業(yè)，隨著人們健康意識(shí)的不斷提高，高糖分、高熱量的產(chǎn)品的市場(chǎng)增速正在出現(xiàn)下降趨勢(shì)，傳統(tǒng)的甜味產(chǎn)品正在被健康天然甜素所替代。行業(yè)未來(lái)需求前景看好，尤其是天然甜素，需求市場(chǎng)前景極為廣闊。

參 考 文 獻(xiàn)

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