木姜葉柯新型天然甜味劑植物開發的研究進展與展望

邱小燕， 肖深根，王依清，李自強，陳陽峰，向助文

（1.湖南農業大學園藝學院，湖南長沙 410128；2.湖南省瑤茶工程技術研究中心，湖南溆浦 419300；3.湖南翱康生物科技有限公司，湖南溆浦 419300；4.懷化學院生物與食品工程學院，湖南懷化 418000）

隨著生活水平的提升，糖類物質過量攝取所引起的肥胖、糖尿病和齲齒等疾病越來越普遍，已成為一大社會問題。因而高甜、低熱量、口感好、綠色健康的天然甜味劑受到了越來越廣泛的關注，是目前甜味劑行業的熱點，對特色甜味資源植物進行開發和利用，也是促進天然甜味劑產業發展的重要舉措[1]。

木姜葉柯（Lithocarpus litseifolius（Hance）Chun），俗稱甜茶、溆浦瑤茶，唐代陸羽在茶經里記載“辰州溆浦縣蠻俗當吉慶之時，親族聚會，歌舞于山上，山多茶樹”，其味甘甜持久、香氣濃郁[2]。木姜葉柯在2017 年被批準為新食品資源植物，在2019 年被批準為“國家地理標志保護產品”。木姜葉柯是一種高甜、低熱、無毒的天然甜味劑植物，其甜味成分為二氫查爾酮類物質，甜味成分含量高，主要為三葉苷、根皮苷、新橙皮苷二氫查爾酮、根皮素、3 -羥基根皮苷，其含有的新橙皮二氫查爾酮，不需要合成，直接可以提取[3-4]。木姜葉柯是適應性較強的速生喬木，生物量大，植株萌發力強，嫩葉被采摘后又從葉腋中生長出新枝條，即使砍伐整個植株，又能從根部萌發出多個新的枝條，這種生物特性為其作為甜味劑的開發利用提供了資源保證，木姜葉柯作為新型天然甜味劑的開發潛力巨大。

1 木姜葉柯主要甜味成分的性質和特征

木姜葉柯甜味成分為二氫查爾酮類物質，主要有三葉苷、根皮苷、新橙皮苷二氫查爾酮、根皮素、3 -羥基根皮苷，是一類具有苯并色原酮母核結構的化合物。木姜葉柯主要甜味成分的性質為三葉苷（Trilobatin），分子式為C21H24O10，分子量為436.41，淺黃色結晶性粉末，無吸濕性，易溶于熱水、乙醇，微溶于冷水，甜度為蔗糖的300 倍以上，已被世界衛生組織和聯合國糧農組織，食品添加劑聯合專家委員會（JECFA）收錄（#2171），被美國食用香料與提取物制造協會（FEMA）列為公認安全物質（GRAS）（＃4674）。根皮苷（Phlorizin），又稱4,6 -二羥基-2 -（6 -葡萄糖酸苷）-6 -（對羥基苯）苯丙酮，其分子式為C21H28O12，分子量為472.44，微黃色針狀結晶體，含量低時水溶性好，含量高時難溶于水，根皮苷是由根皮素和配糖體為葡糖苷結合成的苷，甜度為蔗糖的300 倍左右。新橙皮苷二氫查耳酮（Neohesperidin dihydrochalcone），其分子式為C28H36O15，分子量為612.58，白色針狀結晶性粉末，有很強的甜味，無吸濕性，熔點152～154 ℃，不溶于乙醚，溶于水，溶于稀堿液，已被收錄于我國GB 2760—2007 食品添加劑使用衛生標準（I1297），并被美國FDA 列為公認的無毒化合物，甜味高、熱量小，甜味慢、時間長、穩定好、無毒性，廣泛應用于食品行業，甜度為蔗糖的1 500～1 800 倍。根皮素（Phloretin），又名3-（4-羥基苯基）-1-（2、4、6-三羥基苯基）-1 -丙酮，其分子式為C15H14O5，分子量為274.27，淺黃色至純白色粉末，溶于甲醇、乙醇和丙酮，幾乎不溶于水，已被收錄于我國GB 1886.261—2016 食品添加劑使用衛生標準，甜度為蔗糖的300倍左右。3 -羥基根皮苷，分子式為C21H24O11，分子量為452.41，甜度為蔗糖的300 倍左右。

木姜葉柯中的主要甜味成分見表1。

表1 木姜葉柯中的主要甜味成分

2 木姜葉柯中主要甜味成分積累規律

2.1 三葉苷的積累規律

目前，已經有不少學者對木姜葉柯中三葉苷積累規律進行了研究，但是不同學者得到的結果差異較大。游曉瑩[5]研究了華南植物源及羅浮山2 個不同采摘地點，不同時間的木姜葉柯嫩葉中三葉苷含量變化和生物積累規律，結果表明7 月采收的木姜葉柯中三葉苷含量最高，4 月次之，8 月至10 月均未被檢出，三葉苷含量在0～4.5%變動。徐蘭芳[6]研究表明，惠州木姜葉柯中三葉苷的含量在5 月份含量最高達6.06%。張亞洲等人[7]研究表明，茶葉制品與鮮葉中的三葉苷含量比老葉與枝條中的高，高達24.35%。何平等人[8]研究表明，四川米易的三葉苷含量最高為2.99%。王坤等人[9]研究表明，三葉苷含量最高的資源為重慶，嫩葉中高達31.41%。因此，需要從不同種源、不同采收期、不同葉齡、不同樹齡等角度對木姜葉柯三葉苷的積累規律有一個系統的研究。

2.2 根皮苷的積累規律

目前，也有不少學者對木姜葉柯中根皮苷的積累規律進行了研究，但不同學者得到的結果差異較大，甚至得到相反的規律。何平等人[8]研究表明，木姜葉柯中根皮苷的含量在一年中隨著季節的推移呈先上升后下降的趨勢，秋季含量達到最高，往年生老葉根皮苷含量比當年生嫩葉中的根皮苷含量高。而李勝華等人[10]研究則表明，木姜葉柯嫩葉中的根皮苷含量較一年生和兩年生老葉中的含量都高，而且隨著生長時間的延長，隨之降低。楊旭等人[11]研究了不同種源木姜葉柯中根皮苷含量，表明當年生嫩葉根皮苷含量最高為江西安福（3.53%），最低的為湖南溆浦（0.46%），往年生老葉根皮苷含量最高為重慶酉陽（20.71%），最低5.92%（湖北利川）。因此，同樣需要從不同種源、不同采收期、不同葉齡、不同樹齡等角度對木姜葉柯根皮苷的積累規律有一個系統的研究。

2.3 新橙皮苷二氫查爾酮、根皮素及3 -羥基根皮苷的積累規律

木姜葉柯中新橙皮苷二氫查爾酮、根皮素及3 -羥基根皮苷的積累規律研究比較少。楊旭等人[11]研究了不同種源、不同葉齡木姜葉柯中的新橙皮苷二氫查爾酮和根皮素含量變化，結果表明，當年生葉片中新橙皮苷含量最高的為江西安福（1.25%）、最低為重慶酉陽（0.02%），往年生葉片中新橙皮苷含量最高的為重慶梁平（0.023%）、最低為湖南芷江（0.003%）。柑橘類植物中僅能提取新橙皮苷和柚皮苷，再通過開環氫化合成新橙皮苷二氫查耳酮，木姜葉柯葉片中新橙皮苷二氫查耳酮不需要化學合成，可直接提取獲得。當年生嫩葉中根皮素含量最高的為湖北利川（4.03%）、最低為四川廬山（0.01%），往年生葉片根皮素含量最高為湖北長陽（0.06%）、最低為四川廬山（0.01%）。徐蘭芳[6]研究表明木姜葉柯中的3-羥基根皮苷在3 月、6 月、10 月達到峰值，3-羥基根皮苷與根皮苷可能存在一定的生物互相轉化作用。當年生葉片中根皮素和新橙皮苷二氫查耳酮含量存在著極大的差異，變異系數在93.43～325.8，往年生葉片中各有效成分含量的變異系數有所降低。不同種源木姜葉柯存在著豐富的遺傳變異，可為種源的收集、分類和良種選育提供理論依據。

3 木姜葉柯主要甜味成分的代謝途徑

木姜葉柯中的主要甜味成分三葉苷、根皮苷、新橙皮苷二氫查爾酮、根皮素、3 -羥基根皮苷均為二氫查爾酮類化合物。

根皮苷和黃酮類的生物合成途徑[12-13]見圖1。

圖1 根皮苷和黃酮類的生物合成途徑

由圖1 可知，二氫查爾酮是黃酮代謝路徑的分支，在生物體內，乙酰輔酶A 首先合成丙二酸單酰輔酶A，莽草酸途徑獲得的苯丙氨酸合成對香豆酰輔酶A。對香豆酰輔酶A 合成4 -羥基二氫肉桂酰輔酶A，4 -羥基二氫肉桂酰輔酶A 通過查爾酮合酶合成根皮素，根皮素通過糖基化酶作用，在其上2’位上糖基化形成根皮苷[12-13]。根皮素是二氫查爾酮的重要苷元，但是苷元在蘋果屬植物體內通常不會大量累積，根皮素在各種糖基轉移酶的催化下進一步形成二氫查耳酮類的糖苷，如根皮苷、三葉苷，糖苷衍生物進一步代謝，產生羥基化的衍生物，如3 -羥基根皮苷、3 -羥基根皮素[14]。

4 木姜葉柯主要甜味成分的提取方法

目前，已發現的木姜葉柯甜味成分提取技術主要包括超聲輔助提取、熱水提取、大孔樹脂吸附法、堿法等，其中超聲輔助+大孔樹脂吸附法應用的最多。李愛民等人[15]研究超聲波提取和樹脂純化多穗柯葉中甜味劑的方法，超聲波最佳提取條件為乙醇體積分數70%，料液比1 ∶25，超聲時間35 min；AB-8 型樹脂最佳純化工藝條件為吸附流速0.5 mL/min，洗 脫乙醇體積分數90%，洗脫體積1.875 BV，洗脫劑流速1 mL/min。在此提取及純化條件下，得到根皮苷的純度為88.62%，新橙皮苷二氫查爾酮的純度為71.82%。孫印石等人[16]得到一種大量分離天然甜味劑三葉苷的方法，通過將粉碎后的三葉苷原料以料液質量比1∶10～1∶50，加入體積分數為30%～90%的乙醇，加熱回流分離，分離液過濾，分離出濾渣和濾液，將濾液減壓濃縮至無醇味，得分離物；將分離物加水溶解，并用乙酸乙酯萃取，萃取液減壓濃縮得乙酸乙酯浸膏；將乙酸乙酯浸膏采用高速逆流色譜法分離，得到天然甜味劑。黃志等人[17]研究了多穗石柯天然甜味劑的制作方法，第一步：對多穗石柯新鮮葉片和枝條經清洗、烘干和粉粹操作，得到多穗石柯粉體；第二步：將經第一步獲得的多穗石柯粉浸泡于1.6%氫氧化鈣溶液中，多穗石柯粉與氫氧化鈣液體的比例為1∶9，預煮時間10 min，在功率為800 W 的微波下處理25 min，將微波提取到的液體置以轉速8 000 r/min 離心機中離心處理2 min，得到上清液和沉淀物；第三步：將第二步中得到的沉淀物進行超聲波萃取處理，將超聲波萃取處理后的液體置以轉速10 000 r/min離心機中離心處理3～5 min，得到上清液和殘渣；第四步：采用大孔吸附樹脂AB-8 型進行分離純化處理，最后得到多穗石柯甜味劑，此發明能夠徹底地提取多穗石柯葉片和枝條中的甜味劑，且甜味劑提取效率高且純度高。

5 木姜葉柯作為新型天然甜味劑開發存在的問題

木姜葉柯新型甜味劑開發主要存在以下問題：一是分離純化技術水平落后，精深加工水平低。落后的分離純化技術導致我國只能為發達國家食品行業提供基本原材料，附加值低。二是缺乏基于木姜葉柯新型甜味劑的無糖健康食品的開發技術。雖然可口可樂等食品行業巨頭紛紛推出了天然代糖新產品，起到減糖不減甜的效果，但是到目前為止，市場上還沒有一款無糖新產品能夠完全替代蔗糖，天然無糖新產品的開發技術還有待提升。三是木姜葉柯矮化栽培面積不廣。木姜葉柯屬于常綠喬木，自然狀態下植株高大、散生，采葉不方便，人工矮化栽培技術的推廣應用在生產上有重要意義。

6 木姜葉柯作為新型天然甜味劑植物開發的優勢

由于天然甜味劑的開發要求較高，產品的安全檢測較為嚴格。因此，目前國內外已開發并應用的天然甜味劑產品較少，主要有甜菊糖苷、新橙皮苷、羅漢果甜苷、甘草甜素、甜茶素。其中，羅漢果中的羅漢果甜苷含量只有1%，羅漢果甜苷V 只有0.43%[18]，與羅漢果相比，木姜葉柯中的甜味成分含量高，采摘修剪后可以快速長出新葉，葉片可以大量獲取，資源優勢明顯。柑橘類植物中僅能提取新橙皮苷和柚皮苷，再通過開環氫化合成新橙皮苷二氫查耳酮，木姜葉柯葉片中新橙皮苷二氫查耳酮不需要化學合成，可直接提取獲得[11]，這些都是木姜葉柯作為新型天然甜味劑植物開發的優勢。

幾種天然甜味劑植物的比較見表2。

表2 幾種天然甜味劑植物的比較

7 結語

中國是世界上最大的甜味劑生產國，甜味劑市場巨大，人工合成甜味劑帶來的健康問題逐漸引起人們的重視，天然甜味劑的開發與研究在國內外越來越受到重視，木姜葉柯是一種發展前景很大的新型天然甜味劑植物，具有低熱量、高甜度、甜味成分含量高、資源優勢明顯等優點，開發潛力巨大。