甜菊糖的主要應(yīng)用

1、甜菊糖的主要應(yīng)用背景及概述1甜葉菊（Steviarebaudiana（Bertoni）Hemsl）又名甜菊、甜草、密菊、甜茶等，為菊科 多年生草本植物，原產(chǎn)美洲巴拉圭和巴西交界的阿曼拜山脈，從1899年報(bào)道這種植物 以來(lái)引起了很多學(xué)者濃厚的興趣。日本在1970年引種成功之后，對(duì)甜葉菊的栽培、安 全性和化學(xué)方面的研究得到很快的發(fā)展。我國(guó)自1977年由南京中山植物園、中國(guó)農(nóng)業(yè) 科學(xué)院等科研機(jī)構(gòu)引種甜葉菊，試種成功以后迅速發(fā)展，至今全國(guó)已有23個(gè)省市自治 區(qū)種植，已經(jīng)躍居為世界上最大的甜菊糖生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)。甜菊糖為甜葉菊中的甜味成 分，在甜葉菊的葉子、莖、根等部位均有分布，但以葉子中含量最高，且其含

2、量隨生長(zhǎng) 進(jìn)程而變化，在現(xiàn)蕾期達(dá)到最高。甜菊糖因其無(wú)毒、安全、低熱能等特點(diǎn)而備受青睞， 被譽(yù)為世界第三糖源，有關(guān)甜菊糖的生物活性以及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究引起了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué) 者的興趣。藥理活性作為新糖源，甜葉菊的藥理活性和安全性研究一直以來(lái)是眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，目 前報(bào)道的甜菊糖生物活性非常廣泛，其中研究較為深入的主要為抗糖尿病、降血壓、抗 菌抗病毒、抗炎等活性。1）抗糖尿病活性在多年前美洲就已經(jīng)把甜葉菊的葉子作為抗糖尿病藥物使用，而現(xiàn)代藥理學(xué)研究也 證明甜葉菊葉子具有較好的抗糖尿病作用，同時(shí)能夠有效預(yù)防四氧嘧啶引起的血糖升高。甜葉菊 的抗糖尿病活性主要有3個(gè)途徑：（1）通過(guò)抑制肝臟糖異生而表現(xiàn)出阻止血

3、糖升高；（2） 甜菊苷、萊鮑迪苷A能夠提高胰島敏感性，刺激胰島細(xì)胞分泌胰島素，具有安全治療II 型糖尿病的作用；（3）甜菊糖苷還可以通過(guò)提高小鼠胰島素的利用率而達(dá)到降血糖目的。2）降血壓、降血脂作用研究發(fā)現(xiàn)，甜葉菊葉子提物取具有降血脂以及顯著的降血壓作用，目前發(fā)現(xiàn)其作用 機(jī)理主要是通過(guò)抑制Ca2+內(nèi)流入血管細(xì)胞，促使血管擴(kuò)張，從而達(dá)到降血壓作用。3）抗菌、抗病毒作用抑菌圈試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，甜葉菊葉子乙醇提取物的濃度為1000pg/mL時(shí)對(duì)蠟狀芽抱桿菌、 枯草芽抱桿菌、木糖葡萄球菌的抑菌圈直徑分別為6、6、6mm；丙酮提取物的濃度為 1000pg/mL時(shí)對(duì)蠟狀芽抱桿菌、枯草芽抱桿菌、木糖葡萄球菌、反硝化

4、產(chǎn)堿菌、銅綠假 單胞菌的抑菌圈直徑分別為7、5、6、7、9mm；甜菊苷在濃度為100四/mL時(shí)對(duì)蠟狀 芽抱桿菌、枯草芽抱桿菌、肺炎克雷伯菌、銅綠假單胞菌的抑菌圈直徑為分別為12、 10、10、10mm。此外，Kataev等發(fā)現(xiàn)甜葉菊提取物還具有抗結(jié)核活性，其活性成分為 甜菊苷和甜菊雙糖苷，抗結(jié)核MIC值分別為7.5四/mL和3.75四/mL。T研究發(fā)現(xiàn)，甜 葉菊的水提物能夠與人輪狀病毒外衣殼糖蛋白VP7結(jié)合，使VP7與細(xì)胞受體結(jié)合時(shí)位 阻增大，從而阻止病毒依附于正常細(xì)胞，進(jìn)而表現(xiàn)出抗人輪狀病毒的活性。4）抗炎作用甜菊葉的三氯甲烷提取物和甲醇提取物具有顯著的抗炎作用，對(duì)角叉菜膠誘導(dǎo)大鼠 足趾腫脹

5、有明顯的預(yù)防作用。有學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)推測(cè)，甜菊苷可能是抗炎的活性成分，其 作用機(jī)理主要是通過(guò)刺激先天性免疫進(jìn)而降低促炎反應(yīng)的發(fā)生。進(jìn)一步的研究證實(shí)，甜 菊苷可以抑制NF-kB活性以及蛋白激酶抑制信號(hào)傳遞，從而表現(xiàn)出抗炎。甜菊苷能夠通 過(guò)調(diào)節(jié)NF-kB通路信號(hào)而提高衛(wèi)星細(xì)胞活性，從而促使受傷肌肉的恢復(fù)。5）免疫調(diào)節(jié)甜葉菊葉子提取物和甜菊醇具有免疫調(diào)節(jié)活性，其作用機(jī)理是通過(guò)干擾NF-kB通路 而表現(xiàn)出抗炎和較強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)作用。6）抗癌作用研究發(fā)現(xiàn)甜葉菊葉子的乙酸乙酯、丙酮、三氯甲烷、水提取物均表現(xiàn)出了抗癌潛質(zhì)。 最近報(bào)道，甜菊糖能促進(jìn)Bax和細(xì)胞色素C的表達(dá)，進(jìn)而釋放到細(xì)胞質(zhì)，誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋 亡。此外驗(yàn)

6、結(jié)果表明甜菊糖還可以用于預(yù)防化學(xué)致癌。7）其他作用甜葉菊具有抗健忘癥、預(yù)防肥胖癥、預(yù)防心臟病齲齒、殺滅幼蟲(chóng)、作為飼料改善豬 肉的品質(zhì)、治療代謝綜合征等作用。安全性甜菊糖作為食品添加劑使用，其安全性尤為重要。現(xiàn)代藥理學(xué)研究證明甜葉菊及甜 菊糖食用安全、無(wú)毒副作用。將實(shí)驗(yàn)大鼠隨機(jī)分為3組，分別喂食500、1000和 2000mg/（kgd）3種不同劑量的萊鮑迪苷A，持續(xù)90d，結(jié)果沒(méi)有顯示任何毒副作用。在 肉雞的每個(gè)受精卵中分別注射劑量為0.08、0.8、4mg的甜菊苷，或0.025、0.25、1.25mg 甜菊醇，結(jié)果發(fā)現(xiàn)孵化過(guò)程中胚胎均發(fā)育正常。采用艾姆斯實(shí)驗(yàn)、染色體畸變?cè)囼?yàn)、骨 髓微核試驗(yàn)和

7、DNA合成檢查法證明了萊鮑迪苷A無(wú)基因毒性。應(yīng)用御甜菊糖苷在食品飲料行業(yè)的應(yīng)用甜菊糖由于其甜度高、熱量低、口感清新、對(duì)人體無(wú)副作用等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于食 品飲料等行業(yè)。1985年6月，我國(guó)衛(wèi)生部批準(zhǔn)將甜菊糖用作食品添加劑；1990年，衛(wèi) 生部擴(kuò)大其適用范圍，批準(zhǔn)將其用作醫(yī)藥用甜味劑輔料；1999年，制定了甜菊糖苷標(biāo) 準(zhǔn)(GB8270-1999)，迄今，甜菊糖已被廣泛應(yīng)用于飲料、蜜餞、果脯、糕點(diǎn)、乳制品、 降血壓或減肥等功能性食品以及卷煙行業(yè)中。甜菊糖雖然甜度高，但后味卻帶有苦澀和 甘草的余味，原因可能是其提取過(guò)程中苦味雜質(zhì)的殘留或甜菊糖的基本結(jié)構(gòu)和糖配基等 的影響。然而，將甜菊糖與檸檬酸、蘋(píng)果酸

8、，乳酸以及氨基酸等混合使用時(shí)，可消除甜 菊糖后味的影響，有利于提高甜菊糖的口感。此外，將甜菊糖與其他甜味劑進(jìn)行復(fù)配，制成復(fù)合甜味劑，如赤蘚糖醇和甜菊糖的 天然復(fù)配，不僅增強(qiáng)了其保健功能，而且降低了赤蘚糖醇的成本，掩蓋甜菊糖的不良口 感。甜菊糖可替代15%35%的蔗糖生產(chǎn)飲料或酒類(lèi)，不僅不影響口感，而且由于甜菊 糖的抑菌效果，還能延長(zhǎng)飲料的保質(zhì)期，改善酒質(zhì)。而將甜菊糖用于果脯、糕點(diǎn)制作， 不僅大大降低了成本，還降低了熱量，滿(mǎn)足了日常低糖攝入人群的需求。將甜菊糖用于 乳制品的生產(chǎn)，不僅能改善乳制品的口感，甜菊糖作為雙歧桿菌生長(zhǎng)的促進(jìn)劑，不但能 促進(jìn)人體內(nèi)雙歧桿菌和乳酸桿菌的增殖，還能抑制大腸桿菌等

9、的生長(zhǎng)。用甜菊糖替代 30%50%的蔗糖加工水產(chǎn)品，能防止水產(chǎn)制品中蛋白質(zhì)變質(zhì)或因酸敗反應(yīng)而引起褐 變、發(fā)霉現(xiàn)象。將甜菊糖用于醬油等調(diào)味品中，不僅能防止其褐變反應(yīng)，還能抑制其咸 度。甜菊糖苷在醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用目前，在藥劑中，一般使用蔗糖作為矯味劑，但在臨床應(yīng)用中卻存在一些弊端。比 如大量的蔗糖將限制糖尿病患者的使用，同時(shí)，由于蔗糖的存在使得藥劑色澤變黃，影 響外觀。阮文幼7曾利用甜菊糖代替肌苷口服液中的蔗糖，發(fā)現(xiàn)新配置的肌苷口服液 具有粘稠度小、過(guò)濾快和成品透明度好、色澤好、成本低、不影響療效、口感好等優(yōu)點(diǎn)。 除此之外，蔗糖在藥劑使用中具有大量食用可能會(huì)誘發(fā)癌癥，造成齲齒；在酸性的中藥 藥劑溶

10、液中不穩(wěn)定，會(huì)降低其甜度；在清熱解毒及收澀類(lèi)藥劑中甜度降低；蔗糖的存在 不利于微生物的控制，從而影響藥劑質(zhì)量等缺點(diǎn)。甜菊糖具有甜度高、熱量低、無(wú)副作 用、預(yù)防齲齒、在310的pH范圍內(nèi)穩(wěn)定、不發(fā)酵的特點(diǎn)，在制藥過(guò)程中，使其成為 代替蔗糖用作糖漿、沖劑、丸劑等藥劑的矯味劑2.甜菊糖苷在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用將甜菊糖苷在酸性條件下水解，可得到一種具有貝葉烷骨架的四環(huán)二萜類(lèi)化合物 異斯特維醇，因其分子結(jié)構(gòu)本身的剛性和特有的凹槽結(jié)構(gòu)以及其化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定， 手性環(huán)境優(yōu)越的特點(diǎn)，近年來(lái)被開(kāi)發(fā)應(yīng)用于有機(jī)催化、分子識(shí)別及自組裝等方面。 制備3甜菊糖經(jīng)過(guò)30多年的工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品已發(fā)展到第三代：第一代甜菊糖為甜菊糖 總

11、甙，第二代產(chǎn)品的主要成分為ST和RA的混合物，第三代產(chǎn)品主要成分為RA，甜味 成分及其特性見(jiàn)表1。甜菊糖的制備流程主要為：干燥粉碎甜菊葉、液相浸提、除雜、 樹(shù)脂處理、噴霧干燥和精制等步驟。1）浸提初蕾期的甜菊葉中甜菊糖含量最高，將此時(shí)期的甜菊葉干燥粉碎后，通常采用熱水 或醇類(lèi)等極性溶劑液相浸提甜菊糖，二氧化碳超臨界提取法尚未在工業(yè)中應(yīng)用。在浸提 用氯仿或正己烷除去葉片中的油脂、葉綠素和香精油等非極性物質(zhì)。浸提方式通常分采 用罐式分批浸提或逆流連續(xù)提取兩類(lèi)方法。通過(guò)離心、板框壓濾和膜過(guò)濾等方法除去碎 葉和其它固體雜質(zhì)得到甜菊原液。2）除雜分離和提純甜菊糖：甜菊原液里含有大量的蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、單寧

12、、皂甙、色素、 無(wú)機(jī)鹽等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的含量是糖甙含量的5-7倍。常用柱層析法或膜過(guò)濾法從甜菊 原液分離提純甜菊糖采用柱層析法分離提純甜菊糖時(shí)，首先需對(duì)甜菊原液進(jìn)行預(yù)處理。 否則，一方面，料液中的色素等雜質(zhì)會(huì)污染樹(shù)脂，造成樹(shù)脂大量吸附色素，而減少對(duì)糖 甙的吸附量，縮短吸附周期，增加酒精和糖甙的流失量，降低提取率，提高生產(chǎn)成本； 另一方面，料液中的有些金屬離子可造成樹(shù)脂永久性中毒，縮短樹(shù)脂的使用壽命，影響 生產(chǎn)的正常進(jìn)行；第三，將產(chǎn)品用于飲料生產(chǎn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)沉淀和灌裝時(shí)起泡等問(wèn)題，影 響其推廣使用。因此，氫氧化鈣和硫酸鐵常被用做絮凝劑幫助除去甜菊原液中的雜質(zhì)。鈣鹽不僅能與檸檬酸、酒石酸、琥珀酸、蘋(píng)

13、果酸、抗壞血酸及草酸等有機(jī)酸形成不 溶性鈣鹽而沉淀，也能與多元酚、蛋白質(zhì)、多糖類(lèi)、色素類(lèi)如葉綠素、胡蘿卜素和葉黃 素形成不溶性鈣鹽而沉淀等。鐵鹽能使單寧和銅、鋅、鋁、鈣等金屬鹽產(chǎn)生沉淀。甜菊 原液通過(guò)預(yù)處理除去其中的部分有色物質(zhì)、蛋白質(zhì)和雜味物質(zhì)后，首先用大孔樹(shù)脂選擇 性吸附液中的甜菊糖，再用水或有機(jī)溶劑洗脫。洗脫液中的鹽類(lèi)、大部分色素和其他極 性雜質(zhì)通過(guò)陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂除去，以得到甜菊糖富集液。3）樹(shù)脂處理我國(guó)用樹(shù)脂提純甜菊原液的研究工作始于1982年。1984年，陳德昌等人在江蘇省 鎮(zhèn)江市建立了中國(guó)第一家采用樹(shù)脂法提純甜菊糖的工廠?，F(xiàn)常用的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂有 AmberliteIR-120B、001x14.5 等，陰離子交換樹(shù)脂有AmberliteIRA-93、D-280 等，吸 附樹(shù)脂可采用 AmberliteXAD-2、AB-8、DiaionHp-20、ADS-7、D107、D108 等。采用 膜過(guò)濾法分離提純甜菊糖時(shí)，通過(guò)陶瓷微孔、超濾膜、納米濾膜的過(guò)濾，可除去甜菊原 液中離子化合物和分子量與甜菊糖相差較大的有機(jī)物分子，得到甜菊糖富集液。1998 年加拿大國(guó)家研究委員會(huì)研發(fā)出膜過(guò)濾提純甜菊糖的方法獲得美國(guó)專(zhuān)利。4）噴霧干燥將富集液通過(guò)降溫結(jié)晶、濃縮結(jié)晶或噴霧干燥