天然甜素产业研究现状与展望
黄华学 何安乐 刘庚贵 黄俊
【关键词】天然;甜素;罗汉果;甜茶;甜叶菊
【中图分类号】F326 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）06-0119-03
0 前言
隨着社会生产力的发展和公众饮食结构的变化，高糖、高热量的摄入对人体健康的威胁日益严重，“嗜糖”与糖尿病、肥胖之间的矛盾日益突出，如何在满足公众对甜的追求的同时，维护机体健康，是现代社会急需解决的问题。根据国际市场研究报告和数据公司Research and Markets最新报告，2015年全球市场的食品甜味剂达877亿美元，并且其市场规模将以15.5%的复合增长率（CAGR）增长，2020年将到达1 100亿美元;全球天然甜素及其产品发展的趋势是蔗糖逐步被限制，合成甜味产品如阿斯巴甜正在逐步被弃用[1]。因此，开发安全、零热量，不会引起糖尿病、肥胖等健康问题，同时其口感与蔗糖相似甚至超过蔗糖的天然甜素，是天然甜素产业健康发展的关键。
天然甜素是指以罗汉果、甜茶、甜叶菊及青钱柳等纯天然植物为原料，经过提取、分离和纯化制得的甜味剂单体成分，再经过复配或直接作为甜味剂产品应用到食品、保健品及药品的甜味产品或物质。天然甜素来源于罗汉果、甜叶菊、甜茶等特色资源植物中，其口感与蔗糖相同，但热量低、不影响机体血糖水平，被认为是一类天然、安全、健康的甜味产品或代糖产品，可直接替代蔗糖，减少公众蔗糖摄入量。
天然甜素产业是一个典型的技术驱动型产业，其重要特点是技术含量高、技术更新快、市场变化快，产业发展对新技术的需求十分强烈。在质量与安全、成本与效益、风味与健康、规模与装备等方面，天然甜素产业与蔗糖产业相比还存在较大差距，直接限制了公众的接受度，严重影响了其替代蔗糖的市场占有率。因此，发展该产业，不仅是解决当前嗜糖与健康之间矛盾的重要途径，而且与“健康中国”“减糖行动计划”“乡村振兴”“扶贫攻坚”等国家相关政策完全吻合。这对推动天然甜素产业的技术、产品、规模和效益升级具有重大的战略意义。
1 天然甜素产业研究现状
1.1 罗汉果甜苷
罗汉果是我国特有的药食同源植物，原产于广西桂林，现在已推广至湖南、广东及江西等地。罗汉果甜苷是以罗汉果为原料，经过提取分离纯化而制得的三萜皂苷类化合物的总称，主要包括罗汉果甜苷V、11-氧苷、赛门苷I、罗汉果甜苷Ⅱ、罗汉果甜苷ⅠE等，其总量占罗汉果鲜果重的0.4%左右。罗汉果甜苷V是最主要的甜苷物质，其甜度约为蔗糖的300倍，其含量也最高，也是评价罗汉果及罗汉果甜苷的最常用指标。罗汉果甜苷的甜味主要取决于苷元上的葡萄糖配基的位置、数量及立体结构。例如，位于C-11位置的羟基被破坏之后会呈现显著的苦味，同时如果其苷元的葡萄糖配基高于4个，则会显著降低罗汉果甜苷的后苦味[2]。罗汉果甜苷的滋味不仅与其自身成分有关，而且与其浓度有关，高浓度的罗汉果甜苷带有强烈的后甜，甚至后苦味，但是低浓度的则会非常接近蔗糖的滋味，且带有罗汉果的清香。
目前，罗汉果甜苷的产品主要由罗汉果甜苷V、罗汉果粉、罗汉果浓缩汁、罗汉果糖等系列产品。其中，通过工业制备液相产业化制备罗汉果甜苷V的最高含量已经达到90%，颜色洁白，口感纯正;传统大孔吸附树脂层析纯化分离也实现了含量不低于80%的产业化生产;按照有机产品生产要求也实现了含量不低于60%的产业化生产;此外，罗汉果甜苷产品脱农残、脱重金属、脱塑化剂及脱有机溶剂方面的研究和产业化已比较成熟，每年我国都有大量符合有机产品标准的有机罗汉果提取物出口。
1.2 甜茶苷
对甜茶的研究要远远早于罗汉果，早在20世纪80年代就已经有学者开始对甜茶进行研究且对甜茶的研究较深入。甜茶是从甜茶悬钩子中提取的一种低热量、高甜度的二萜苷类物质，主要原产于广西等地，传统以其嫩叶制茶，具有清热、润肺、止咳之功效。甜茶苷是甜茶的主要甜味物质，主要包括甜茶素、甜茶苷-A、舒格罗克苷等二萜及苷类物质，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当于蔗糖的300倍[3]。
由于甜茶苷其原料本身含量较高，极易结晶，所以市场上的甜茶苷含量要远远高于罗汉果甜苷，99%含量的甜茶苷已经形成规模化生产，其口感也得以大大提高。但是相比罗汉果，甜茶苷的口感要逊色一些，其苦涩味较重，带有重金属味，但是现在已经有研究表明可以通过活性炭或者特殊大孔吸附树脂对其滋味进行有效改良且效果明显。
1.3 甜菊糖
甜菊糖也称甜菊糖苷，被认为是“世界第三天然汤源”，是从草本植物甜叶菊中结果提取、分离和纯化而制得的一类苷元糖配体物质，其苷元部分为四环双萜化合物，类似罗汉果甜苷与甜茶苷，低热量和高甜度是其显著的特点，其热量相当于蔗糖的1/300，甜度是蔗糖的200～300倍，对高血压、高血糖、肥胖及龋齿等都具有很好的治疗效果。甜菊糖中的主要甜味物质是莱鲍迪苷A和甜菊苷，两者占甜菊糖苷总量的70%～80%，也是衡量甜菊糖苷含量的主要成分[4]。甜菊糖中尤以莱鲍迪苷A滋味最佳，最接近蔗糖，而甜菊苷则具有不良的余味和苦涩味。甜菊糖的使用一般需要进行滋味矫正或者复配之后才能应用到食品保健品中。
甜菊糖的研究颇早且成熟，传统的提取分离技术已经实现含量99%以上的规模化生产，而且物理方法滋味改良技术也已经实现了良好的效果，在实际生产中也得到了大量的推广和应用。现在越来越多的研究人员侧重于对甜菊糖苷进行酶促改性，通过对甜菊糖苷糖基的改性改善甜菊糖的滋味且效果良好，这大大推动了甜菊糖苷的应用领域和产业发展。
2 天然甜素产业发展面临的主要问题
2.1 规模化提取分离工艺长期处于瓶颈期
甜叶菊作为天然甜素的代表，其研究历史最悠久，时间最长，研究也最为深入，从前期的以提高甜菊糖苷含量为目标到后期以酶促改性为主要手段进行滋味改良，都是传统的工艺。同时，甜茶和罗汉果更是延续了甜叶菊的研究路线，模仿甜菊糖的传统工艺进行提取分离，从而制得高含量甜素产品，无论何种甜素产品，都是基于罐式提取、连续逆流、絮凝、膜过滤、大孔吸附树脂层析、离子交换树脂脱色、浓缩与干燥等传统工艺，虽然有些工艺设备进行了升级或改进，但是整个工艺路线都未有质的突破，更多的只是进行工艺的改进和参数的优化，尤其是甜素物质中单一成分的分离，都是小批量生产或者完全没有实现规模化生产，这成为制约天然甜素产业进一步发展的重要因素。
2.2 原料农业种植推广面积不够
罗汉果和甜茶都是原产于广西，甜叶菊原产于南美巴拉圭和巴西交界的高山草地，现在通过引种或推广在中国的南部地区已经开始大面积推广种植，尤其是甜叶菊。但是，羅汉果和甜茶的推广种植面积还是跟不是市场消费容量的增长需求，尤其是罗汉果，目前只能在广西、湖南、江西及广东等部分地区进行种植，并且对土壤和丘陵采光等要求苛刻。以罗汉果为例，2017年罗汉果提取物产量约500 t，预计未来几年将达到600 t以上，需要罗汉果鲜果约4万hm2（60万亩），而广西适合罗汉果种植的面积仅仅只有2万hm2（30万亩），适合高品质罗汉果种植的基地更是严重不足。
2.3 终端应用普及型不够
合成甜味剂具有价格低廉、滋味良好及使用方便等优点，在市场上占据了很大的份额，如甜蜜素、三氯蔗糖及安赛蜜等甜味剂应用极为普遍，而天然甜素，如罗汉果甜苷、甜茶苷及甜菊糖等具有价格高昂、滋味欠佳，不能直接使用等缺点，导致这类产品只能在大型企业或者家庭高端消费中得以应用，日常家庭或者食品行业都几乎不用，这类添加有天然甜素的产品销量也颇为有限，市场上天然无糖食品非常少见，尤其是在中国更为明显，天然甜素产品主要还是出口到发达国家。所以如何迎合国人的消费理念，开发国内市场，普及推广和应用天然甜素产品，对于促进天然甜素产业发展具有重要的意义。
2.4 滋味口感有待于进一步改善
与合成甜味剂一样，天然甜味剂也存在滋味不纯、略带苦涩或金属味等缺点，如罗汉果甜苷带有悠长的后甜味、甜茶带有苦涩味和金属味、甜菊糖带有涩味和苦味等，它们无法直接进行添加使用，必须进行滋味改良和矫正，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较多且取得了良好的效果，而甜茶通过纯化方法也取得了显著的效果，罗汉果通过种植技术提升和工艺改进也能制得口感较佳的罗汉果甜苷V。此外，天然甜素通过与糖醇、掩蔽剂或其他植物提取物进行复配提升口感滋味也是业内惯用的方案，但是目前无论以何种方式，其与蔗糖相比还是有一定的差距，这严重限制了天然甜素产业终端应用和推广[6]。
3 天然甜素产业未来发展的主要解决方案
3.1 天然甜素资源高产优质标准化种植
3.1.1 高产优质甜素品种资源的优选
采用引种驯化、适宜性试种、抗性分析及关键品质成分与功能成分跟踪检测分析等技术方法，结合各种植区的气候特点，针对罗汉果、甜茶、甜叶菊等的品种进行优选，优选高产优质且适合湖南省的品种进行种植，筛选适合种植的高产优质品种。
3.1.2 标准化种植技术
筛选出优良品种之后，采用营养调控、定向授粉、水肥一体化等先进技术，对优良品种种植的育苗、水肥管理、病虫害防治、采收与储藏等进行田间试验，结合当地的土质和气候特点，按区域制定高产高品质标准化种植技术规程。
3.2 天然甜素高效综合提取制备
3.2.1 天然甜素高纯品及单体绿色高效提取技术研究
罗汉果甜苷、甜茶苷及甜菊糖苷是天然甜素的关键性甜味物质，针对这些甜味成分，在现有提取纯化工艺基础之上，创新攻关，从得率、纯度、生物活性、提制效率和生产成本等方面，突破产业化生产制备罗汉果甜苷、甜茶苷及甜菊糖苷单体的技术瓶颈。
3.2.2 天然甜素滋味矫正关键性技术研究
针对罗汉果甜苷等天然甜素带有后甜、甜茶苷带有苦涩味及甜菊糖苷带有金属味的缺点，通过专用树脂联用、特种活性炭吸附及纳滤分子膜技术等对其进行滋味改良，针对性地开发脱苦、脱色、脱金属味和改善后甜的关键性核心技术。
3.3 天然甜素品质改良与终端产品开发
3.3.1 天然甜素化学修饰与分子结构改造
根据罗汉果等天然甜素化学结构与理化性质，采用天然甜素→改变连接糖基数量、种类、位置→改变三萜母核结构→与蔗糖参数对比→确定甜味饱和度→确定滋味口感等技术方法，实现其化学修饰与分子结构改造。
3.3.2 天然甜素复配关键性技术研究
罗汉果甜苷、甜茶苷及甜菊糖苷由于其甜味的不饱和性，使其在实际应用中必须加以复配以达到胜似蔗糖的甜感。针对其固有的缺点，通过添加适宜的菊粉、糖醇等食品添加剂的技术方法，不断地通过食品感官评价调整复配配方，最终获取口感更贴近甚至优于蔗糖的天然甜素。
3.3.3 天然甜素应用开发关键性技术研究
顺应世界“减糖降糖”趋势，将天然甜素进行终端产品应用与开发。在符合国家相关法律要求的前提下，以其高甜度、低热量、具有一定生理功能的显著优点，将天然甜素应用于食品、功能产品甚至药品中，开发适用于糖尿病、高血压、肥胖及不宜食糖人群的产品及关键性核心技术。
4 结语
随着生活水平的提高，糖尿病患者、肥胖人数等均呈现出较快的发展速度，而糖尿病也成为危害人类健康的主要疾病之一，肥胖人群更是高血压、高血脂、糖尿病的易发人群。天然甜素具有甜度高、用量少、热值小，有些又不参与代谢过程等优点，是未来甜味产品的主要发展方向。
可以预测，随着我国饮料、食品、医药等甜味物质需求行业的不断发展，未来甜素的市场需求量会不断看涨，尤其是在医药行业需求方面，儿童用药在未来发展前景看好，而且天然甜素又是儿童药品必需的添加剂之一。在天然甜素主要的需求市场——食品、饮料加工行业，随着人们健康意识的不断提高，高糖分、高热量的产品的市场增速正在出现下降趋势，传统的甜味产品正在被健康天然甜素所替代。行业未来需求前景看好，尤其是天然甜素，需求市场前景极为广阔。
参 考 文 献
[1]刘士勇.国内外糖尿病防控现状[J].中国社区医师，2020，36（26）：13-14.
[2]王晨，张思聪，王健，等.罗汉果甜苷应用研究进展及发展建议[J].现代食品，2020（14）：61-65.
[3]郑婷，黄民理，康平，等.桂北地区新兴优势产业——甜茶的可持续发展研究[J].企业科技与发展，2017（6）：4-6.
[4]孙绍鹏，周卫强，李皓然，等.新型甜味剂甜菊糖苷产品的开发及其应用进展[J].现代食品，2020（5）：45-49.
[5]曾艳，裴雯雯，朱玥明，等.3种天然甜味剂的风味、生理功能及应用研究进展[J].食品安全质量检测学报，2019，10（15）：4840-4847.
[6]陈高伟，刘钟栋.天然甜味剂替代蔗糖的研究[J].中国食品添加剂，2019，30（7）：173-179.
猜你喜欢 罗汉果 药食两用的“神仙果”现代养生·上半月(2020年2期)2020-03-05春种秋收学苑创造·A版(2019年9期)2019-11-07罗汉果泡的水很甜， 糖尿病患者能喝吗家庭百事通·健康一点通(2019年6期)2019-07-08口渴多饮罗汉果山楂茶家庭医药·快乐养生(2018年8期)2018-08-29罗汉果研究综述食品界(2018年4期)2018-06-14食用罗汉果是否会升高血糖？食品与健康(2018年3期)2018-03-29超高压提取罗汉果中罗汉果甜苷V的工艺优化食品界(2017年7期)2017-08-24如何推进罗汉果产业健康发展经济(2017年3期)2017-03-13如何推进罗汉果产业健康发展经济(2017年3期)2017-03-13产销桂林特色食品 7年卖5亿元现代营销·经营版(2016年3期)2016-05-14