知甜味百劑，享“甜蜜”人生

江敏玲，何田，尹守春

杭州師范大學材料與化學化工學院，杭州 311121

1 初識甜味劑

深夜，廚房里水龍頭的水在“嘀嗒嘀嗒”，而那對夫妻卻無心去關緊水龍頭，他們正為兒子的健康擔憂。隔壁房間的呼嚕聲也一陣陣地傳來，呼嚕聲的源頭——他們的兒子正在床上睡得香甜。

“孩子他媽，孩子這樣下去可不行啊！兒子單位體檢，年紀輕輕竟然查出高血糖。你說他都二十多歲的人了，還天天喝奶茶、吃糖果。我問過醫生了，醫生說人體處于長期的高血糖下會導致全身好多組織器官發生病變，而且會導致很多并發癥的產生。輕者例如失水、缺乏營養、抵抗力下降、電解質紊亂等，嚴重的還會導致肝腎功能受損、造成心腦血管疾病，這些聽著都是很嚴重的病。我們必須控制住孩子的血糖啊！”

“這可怎么辦啊？他都已經是大人了，我們說的話也不聽。早就說過讓他少吃那些高糖分的東西，可是也沒見他少吃，說多了還怪我們大驚小怪，這些蛋糕、零食、飲料依舊照吃不誤！你看看那些東西的成分表，白砂糖、蔗糖、果葡糖漿這些不都是糖嗎，血糖能不高嗎？”婦女又氣又急，差點落下眼淚。

“這可怎么辦啊！”兩人又開始雙雙嘆氣。

“別再嘆氣啦，都吵到我休息了，不就這點小事嘛，我來幫你們！”冰箱里傳出一陣聲音。

“是誰在說話？”“孩子他爸怎么有人在冰箱里說話？”夫妻倆一臉的驚訝。

冰箱里滾出了一瓶飲料，變成了一個少女的身影：“是我啦，我叫甜味劑，很多飲料、甜品里面都有我的身影。你們剛說的那些糖類都是歸我管的，屬于糖類甜味劑。你們兒子這樣啊，我也有一部分責任，所以讓我來幫你們吧。”

“你都把我兒子害得這么慘了，還說要幫助我們，你是不是貓哭耗子假慈悲呀？”

“我們甜味劑是一個大家族(圖1)，除了你們之前提到的食糖，還有其他能提供營養的糖類甜味劑，例如糖醇、低聚糖等大都具有較低能量，較好風味，對人體也無害。研究人員逐漸發現了很多非營養型的非糖類甜味劑，比如天然的非糖類甜味劑有甜菊糖苷、甘草甜素、甘草酸二鈉、甘草酸三鉀(鈉)等；人工合成的非糖類甜味劑有糖精(鄰苯甲酰磺酰亞胺)、蔗糖素(三氯蔗糖)、天門冬酰苯丙氨酸甲酯(阿斯巴甜)、環己基氨基磺酸鈉(甜蜜素)等[1]。”

圖1 甜味劑的分類

“這些甜味劑實在太多了，我們都看花眼了，也不知道哪個好，哪個不好。再說了，把食糖換成其他甜味劑就有用了嗎？我們兒子就會不吃那些甜的東西了嗎？血糖就不升高了嗎？”

這一連串的問題讓甜味劑小姐有些不愉快了，明明自己是想幫助他們的，卻被質疑。不過她轉念仔細想想，不知者無罪，他們不了解她也正常，她也就是近幾年才在食品方面大展了手腳，還有好些人不知道她的存在，那就讓她介紹一下自己的厲害之處吧。于是她對那對夫妻說道：“那我就舉個例子，方便你們更好地理解。1976年發現的蔗糖素，它的甜度可以達到蔗糖的600倍，這就相當于1 g的蔗糖素就有600 g蔗糖那么甜，而且它不會參與人體的代謝，也不會被人體所吸收[2]，因此，蔗糖素不會引起人體血糖的變化。另外，很多研究者還發現含碳水化合物的低熱量甜味劑不會損害人體胰島素的敏感性[3]，很多糖尿病人就是依靠它才能生活依舊甜蜜。而且蔗糖素的甜味特性和蔗糖十分類似，不會像甜蜜素和糖精那種吃起來有后苦味的感覺。我知道你們肯定會問，什么是后苦味呢？這就要從人們為什么會感覺到甜味說起。這些化合物都含有電負性原子A (例如N、O)，并通過共價連接氫原子形成AH基團(即羥基、氨基或仲氨基)。這個A-H在距離約0.3 nm附近如果存在另外一個大的電負性原子B，就會形成AH-B結構。甜味受體內(即我們人體內)也存在著類似的AH-B結構，它會與甜味物質中的AH-B單元進一步形成氫鍵，進而就產生了甜味感。因此，可以簡單地理解為羥基等個數越多，甜味劑就會越甜。當甜味劑分子中碳原子和羥基個數的比值＜ 2時，呈現甜味；然而其比值＞ 2-7時，就會有后苦味產生；比值＞ 7甜味就很淡[4]。根據這個原則來挑選甜味劑，就可以判斷出哪些甜味劑是甜而不苦的了。選擇甜的甜味劑添加到食物中，不會影響食物的風味，你兒子肯定也能接受。我給你們展示一下我們甜味劑家族幾位杰出代表的體檢表(表1)，你們來看看選擇什么樣的甜味劑。”

表1 甜味劑的種類、結構式及特征

夫妻倆面面相覷，甜味劑小姐一看這樣子就知道他們聽得云里霧里，“行吧，你們不懂的話，我來替你們安排，你們接下來也不用操心這件事了，好好去休息吧！”

(續表1)

2 糖醇大展身手

翌日，甜味劑小姐叫醒了還在睡夢中的年輕人。年輕人睡眼惺忪地揉著眼皮，問道：“你是誰？”“我是甜味劑。接下來一段日子我將陪你一起度過，直到你血糖恢復正常，希望你能配合。”甜味劑小姐甜甜一笑，“當然你別擔心，有我在，你的生活仍會像以前一樣甜甜蜜蜜！”

“額……我有點餓了，有早餐嗎？”

“當然，我為你準備了全麥面包，里面富含粗纖維、B族維生素、蛋白質等。考慮到你可能不太適應，我往里面加了一些木糖醇，不僅可以增加淡淡的甜味，而且木糖醇的溶解熱比蔗糖大10倍左右, 溶解時就會吸熱，因此吃起來就會有清涼的感覺，希望你會喜歡。”

“木糖醇？這不是口香糖里面有的嗎？口香糖都不能咽進肚子，你確定能吃？”

“當然了！人體自身都能產生木糖醇。正常的糖進入人體后，一部分也會被代謝成木糖醇。木糖醇的功效可比你想象的要多得多呢。就像你剛剛提到的，木糖醇確實在口腔中能夠抑制鏈球菌的生長和細菌發酵，從而減少酸的產生，進而緩解口腔內的酸性。因此，很多口香糖都含有木糖醇來防止齲齒的產生[5]。此外，木糖醇還是糖尿病人的輔助治療劑呢！當木糖醇進入人體后，不需要胰島素的催促，它就能夠突破細胞膜的障礙，進入到細胞內。然而，在木糖醇脫氫酶的熱烈擁抱下催化變成木酮糖，再一路上經過木酮醇激酶的洗禮蛻變成5-磷酸木酮糖，這樣他就能混入到糖代謝的磷酸戊糖支路中。木糖醇不僅可以在支路中參與產生磷酸核糖，而且還可以進一步變成6-磷酸葡萄糖這一糖類代謝的關鍵產物，促進糖原的生成，進而緩解糖尿病人糖代謝的異常。木糖醇除了變成糖原儲存在人體的肝臟內之外，還能進一步變成丙酮酸參與氧化代謝，起到葡萄糖的效果和承擔部分胰島素的作用(圖2)[6,7]。”甜味劑小姐像一只驕傲的孔雀，得意洋洋地炫耀起木糖醇的能力。

圖2 木糖醇參與糖代謝中磷酸戊糖途徑的示意圖

“這么說木糖醇多吃不會導致血糖上升咯，也不影響胰島素了。那我就多吃點！”年輕人剛吃進去一口，馬上抱怨道，“這怎么一點都不甜嘛！你真地放木糖醇了嗎？怎么一點味道也沒有啊？”

“是你平時吃得太甜啦，對甜味的需求太大了！木糖醇的甜度和蔗糖基本上是一模一樣的。不過要記住木糖醇可不能像食糖一樣攝入那么多。”

“為什么不能多吃？你剛還不是把木糖醇夸到天上去了，快給我多來點！”

甜味劑小姐被他不屑的語氣刺激得有些生氣。想給他來點教訓，便往面包里多加了木糖醇。

隨后，年輕人美美地享受完早餐，躺在沙發上。過了不久，他的肚子開始翻江倒海，仿佛在唱奏鳴曲。他迫不及待地沖向廁所，“你是不是在早餐里加了瀉藥，為什么我會腹瀉呢？”他質問甜味劑小姐。“不是你要求讓我多加木糖醇的嗎？小腸對木糖醇的吸收率不到20%，這就導致它很容易在腸壁上積累，一食用過量就會刺激腸胃，很容易出現你現在的這種情況——滲透性腹瀉！”

“甜味劑姐姐，我錯了，我不該不聽你的話，可不甜的面包真地太難吃了！甜味能夠刺激我的大腦產生愉悅性神經遞質——多巴胺，這會讓我感到快樂。我真地無法想象如果生活中沒有甜味會是怎么樣？本來學習、生活等就讓人生夠辛苦了，我只是想從食物中找點快樂也不行嗎？”

“我沒想到是這樣。可是你父母很擔心你，你的血糖一直居高不下，萬一發展成糖尿病，人生豈不是更悲慘？為了口舌之甜就要放棄身體健康了嗎？再說，其實已經夠甜了，是因為你長期地攝入大量的過甜食品，普通的甜味已經滿足不了你的味覺需求，你的甜味闕值被提高了！”

甜味劑小姐逐漸心軟，又說道：“大部分糖醇都有一定甜味, 這是因為糖醇都含有多元羥基，通過氫鍵與味蕾中的甜味受體相互作用, 從而產生甜味感。木糖醇的甜度和蔗糖十分相似，然而過度食用木糖醇、山梨糖醇、麥芽糖醇等甜味劑就會導致腹脹腸鳴、腹瀉等不適現象。赤蘚糖醇就沒有這個煩惱，這是由于赤蘚糖醇具有較小的相對分子質量，很容易被小腸大量吸收(約80%)，因此不會積累在腸壁內形成高滲透壓, 導致腹瀉[8]。但是赤蘚糖的甜度會低一點。我們之后把木糖醇換成赤蘚糖醇，一開始我們可以多加點赤蘚糖醇，然后一天天把量減少下來，一點一點把你的甜味需求降下來，這樣可以嗎？”

她見他猶猶豫豫，便又補充道：“你可能不太了解赤蘚糖醇，我來給你介紹一下，它又叫赤絲草醇、原藻醇。它作為自然界中廣泛存在的一種天然活性物質，在海藻、蘑菇、葡萄、瓜果、醬油、葡萄酒等中都有赤蘚糖醇的身影存在。但與木糖醇不同的是，人體內沒有能夠代謝赤蘚糖醇的酶，所以它進入人體后，大部分會直接通過尿液排出體外，不會同木糖醇一樣參與代謝，所以也幾乎不會引起血糖的變化。同樣，赤蘚糖醇跟其他糖醇一樣也具有保護牙齒的作用，它能抑制并降低牙齦卟啉單胞菌(牙周炎的主要致病菌)的活性以及其在牙骨質表面的黏附作用[9]。另外，赤蘚糖醇還具備木糖醇所沒有的抗氧化性。赤蘚糖醇能夠保護VC不被氧化失活，所以很多含檸檬汁的飲料會添加赤蘚糖醇，他也可以作為一種體內的抗氧化劑，他會與人體自身產生的HO·反應后轉化成赤蘚糖和赤蘚酮糖，因此能夠很好地清除人體產生的HO·。赤蘚糖醇還能通過清除活性氧物種(ROS)來減輕PC12細胞的氧化損傷程度，從而減輕高血糖癥引起的血管損傷[10]。這是因為2型糖尿病的發病機理之一就是氧化應激，當體內的ROS產生過量，超出了機體的清除能力，就會導致細胞凋亡，從而引起疾病及并發癥。因此，增強我們人體的抗氧化能力，也是預防和治療糖尿病及其并發癥的有效辦法。所以你看，赤蘚糖醇也是絕大部分高血糖及糖尿病人的優先選擇呢！”

3 巧制赤蘚糖醇

于是，小伙子欣然接受了赤蘚糖醇。日子一天天過去，但是甜味劑小姐卻發現了有點不太對勁。

她發現，年輕人的房間總是在半夜傳出乒乒乓乓的聲音。而且按照計劃，他對甜度的需求應該慢慢降低才對，而如今他對甜度的需求卻越來越高，經常抱怨不夠甜。自己明明嚴格控制了甜味劑的含量，為什么會這樣呢？今晚她打算一探究竟！

夜晚，甜味劑小姐悄悄潛入年輕人的房間，發現他居然自己在制備赤蘚糖醇。

“你在干什么？”甜味劑小姐生氣地問道。年輕人面露難色，卻也誠實地向她解釋道，“總感覺每天吃的還是不夠甜，也不敢要求你多添點，所以我就想著自己搗鼓一點。”

“你怎么知道如何合成？”“其實也不難，我在網上查了一下，看到有兩種化學合成方法(圖3)。第一種是先用乙炔和甲醛反應得到2-丁烯-1,4-二醇，再與過氧化氫反應，最后加入活性鎳催化劑和氨水阻化劑，通入H2氫化后就得到赤蘚糖醇粗品。但是這種方法的原料乙炔和甲醛很難得到，而且甲醛還有毒。第二種方法是用淀粉為原料，這個廚房就有，淀粉被高碘酸氧化成雙醛淀粉，再通過氫化裂解就可以得到，但是我沒有辦法提純，以上兩種方法我都害怕有化學試劑殘余，就算做出來了我也不敢吃啊。另外，化學合成法成本高、周期長、生產效率低、操作危險，所以我最后選擇了第三種微生物法。這就比較簡單了，只需把淀粉酶、糖化酶等酶類加到淀粉中，經過酶的催化就可以將淀粉液化、糖化后變成葡萄糖，然后再利用耐高滲酵母菌使葡萄糖轉化成赤蘚糖醇，得到的粗品再過濾濃縮、結晶分離、干燥精制就得到了較高純度的赤蘚糖醇(圖3)[11]。”

圖3 赤蘚糖醇的三種合成方法示意圖

4 甜味劑小姐的自白

甜味劑小姐又氣又好笑地問道：“所以這幾天你都在偷偷學習做赤蘚糖醇？然后偷偷吃掉？”年輕人尷尬地點了點頭。“你不把甜度降下來，不把對甜味劑的依賴慢慢降下來，難道要一直依賴甜味劑存活嗎？”年輕人一臉疑惑地看著她，“這樣不可以嗎？你不是說了赤蘚糖醇對我們的生活沒有影響的呀。那我就一直用它來代替糖好了，反正這樣日子照舊過得甜甜蜜蜜還不會讓血糖上升，多好呀！”

甜味劑小姐一時語塞，她不知道該不該向他解釋自己的不完美，但為了他的健康，她還是慢慢地講了出來，“你沒發現你這些日子已經越來越不愛吃水果，覺得水果不甜了嗎？因為你頻繁、大量地喝那些加了甜味劑的水和飲料，從味覺和心理層面都對這些甜甜的味道產生了依賴。久而久之，你需要同等強度的甜味心里才得到滿足。因此，水果的弱甜味對你來說已經遠遠不夠了，你甚至連菜也不怎么吃了。可你忘了除了甜味，你還需要其他營養的呀，你的膳食質量在持續走低啊！再說了，甜味劑不一定一味的安全。我以為之前的木糖醇已經給了你一點小警告，沒想到你根本不放心上。像甜蜜素，就是食品添加劑里經常使用的甜味劑，研究發現如果經常食用超標，就會對人的肝臟和神經系統造成嚴重的危害。雖然三氯蔗糖作為食品添加劑在體內不會被代謝，也不會引起糖尿病等疾病，但是過量食用三氯蔗糖，可能會干預消化酶與腸內細菌，從而導致腸炎癥[12,13]。我其實并不想說這些，畢竟沒有什么東西是完美無缺的。因為怕你對我們甜味劑有不好的印象，認為我們甜味劑就是不好的，會傷害你們，所以一直向你展示我們的好，卻沒想到讓你迷失在了甜味的牢籠中。所有事情都是過猶不及，以前你沉迷食糖，現在迷戀甜味劑，一切的源頭都是因為你控制不了自己的欲望！”他望著甜味劑小姐悲傷的臉龐，慢慢地低下了自己的頭。

房間一下子陷入了安靜。甜味劑小姐又慢慢說道：“其實我也不能一味怪你，是我自己沒有注意到。人工甜味劑本身能量極低或者不含能量，在限值范圍內合理添加人工甜味劑是安全的，但超量使用，也會對人們造成巨大的安全隱患[14]。很多科學家之前就報道過于長期食用過量甜味劑可能會增加食欲，刺激腦部，讓大腦認為攝入的糖分不足以滿足生理需求，從而需要通過其他渠道攝入更多的糖分[15]，但是我沒有想到你會長期過量攝入甜味劑，所以說終究還是我害了你啊。”

5 自新之路，甜蜜與共

年輕人反駁道：“才不是這樣，你并沒有錯，你們的存在讓糖尿病人或者像我們這樣高血糖的人都能嘗到甜味，讓我們的生活仍然能夠甜蜜。但是沒有誰是完美無缺的，你們給我們帶來了好處。而我們應該去規避這個風險的，但我們克制不住自己的欲望，一味追求甜味，卻忘記了生活本不應該只有甜！這些不能怪罪到你的頭上，你并沒有錯。你一心一意為了我們這些高血糖的病人，怎么能否定自己存在的意義呢？”

“可是我本來答應你的父母幫助你降低對糖的依賴，但是卻沒有做到。”

“我已經明白你們的良苦用心了，也意識到很多事情都是過猶不及的。我一定不會再偷偷吃甜味劑了，就按照你說的那個方法，我們慢慢把甜味減下來，不過我們可以經常換一下甜味劑嗎？這樣，我就可以認識到更多的你們，更加了解你們。”

日子一天天過去，甜味劑小姐看著年輕人漸漸不再那么依賴甜味了，但是他的生活依舊過得甜蜜，健康生活讓他也逐漸意氣風發。甜味劑小姐心想，是時候走了，她相信年輕人之后不會再沉迷糖、沉迷甜味，而她也看到自己依舊存在不足，她打算去同那些科研人員一起，與他們共同進步，成為對人體更為有益的甜味劑，去幫助更多的高血糖/糖尿病患者！