甜菊糖不良風味的產生原因及改善方案研究進展

摘要：甜菊糖為來源于甜葉菊的天然甜味劑，因其具有甜度高和低熱量等特征而被廣泛應用于食品、醫藥和釀酒等行業，是公認的理想代糖。然而，甜菊糖在表現高甜度的同時有著明顯的后苦味和甘草味等不良風味。為了解決甜菊糖產生不良風味的問題，從甜菊糖的提取工藝和甜菊糖苷的結構方面闡述了甜菊糖不良風味產生的原因，從甜菊糖生產工藝優化和開發新一代高產Reb D和Reb M方面討論了已有的改善方案，總結了甜菊糖的未來發展與應用前景。

關鍵詞：甜菊糖；天然甜味劑；不良風味；改善方案

中圖分類號：TS202.3 文獻標志碼：A 文章編號：2097-2172（2024）07-0600-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.07.003

Research Progress on the Causes of Off-flavors in Stevioside and

Improvement Strategies

WANG Xi， E Keying

（Gansu Puhua Stevia Sugar Development Co.， Ltd.， Wuwei Gansu 733006， China）

Abstract： Stevioside， a natural sweetener derived from Stevia rebaudiana， is widely used in the food， pharmaceutical， and brewing industries due to its high sweetness and low-calorie characteristics， making it an ideal sugar substitute. However， stevioside exhibits noticeable off-flavors such as bitterness and licorice aftertaste despite its high sweetness. To address the issue of off-flavors in stevioside， this paper elucidates the causes of these flavors from the aspects of stevioside extraction process and stevioside glycoside structure. It discusses existing improvement strategies from the optimization of stevioside production processes and the development of new high-yield Reb D and Reb M. The future development and application prospects of stevioside are also summarized.

Key words： Stevioside; Natural sweetener; Off-flavor; Improvement strategy

甜菊糖（別稱甜菊糖苷）是從甜葉菊中提取、精制而成的天然甜味劑，以其高甜度（蔗糖的200～300倍）、低熱量（蔗糖的1/300）、零卡路里和在光、熱以及酸堿條件下的穩定性而聞名，成為繼蔗糖和甜菜糖之后的第三大糖源［1 ］。甜菊糖為白色結晶或粉末，易溶于水，被廣泛用于食品和飲料行業［2 ］。甜菊糖食用后難以被人體吸收，因此可作為糖尿病或肥胖患者的甜味劑。還具有抗高血壓、抗氧化、抗癌、抗炎、抗菌和改善腎臟功能的特點［3 ］，可作為保健品、藥品等替代品，具有很好的應用前景。然而，甜菊糖的微后苦味和甘草味成為限制其進一步發展的因素［4 ］。為此我們分析了甜菊糖不良風味的成因并提出解決方案，旨在為解決甜菊糖不良風味問題提供參考。

1 甜菊糖產生不良風味的原因

1.1 甜菊糖提取工藝不成熟

甜菊糖常以甜葉菊為原料進行提取，其提取過程包括樹脂吸附濃縮、溶劑清洗、重結晶和離子交換樹脂純化等步驟，最終通過噴霧干燥得到純凈的甜菊糖［5 ］。然而，甜葉菊除了含有甜味成分甜菊糖苷外，還含有單寧、類黃酮和揮發性油等苦味成分，這些苦味成分在提取和純化過程中不易完全去除，導致甜菊糖產品中可能殘留苦味雜質，影響最終產品的口味。

甜菊糖提取過程中產生苦味的原因有以下幾個方面［6 - 7 ］。一是樹脂吸附濃縮階段，如果樹脂選擇和使用不當，則存在無法有效吸附甜菊糖，相應的苦味成分也會被保留；二是溶劑清洗的目的是去除油脂和部分苦味物質，如果溶劑選擇錯誤則無法有效去除苦味成分；三是重結晶是提高甜菊糖純度的關鍵步驟，若此步操作不當，可能導致苦味成分被濃縮而非被去除；四是離子交換樹脂用于去除可溶性雜質，如果樹脂的性能不佳或操作條件不適宜，苦味成分可能不會被有效去除。五是雖然噴霧干燥是最后一步，但如果操作條件（如溫度、壓力等）控制不當，也可能影響產品風味。

為了減少甜菊糖中的苦味，需要對提取工藝進行細致的優化，包括改進樹脂吸附和溶劑清洗工藝、優化重結晶條件、選擇合適的離子交換樹脂以及調整噴霧干燥參數。

1.2 甜菊糖苷的結構差異

繼甜菊糖后，人們又從甜葉菊中分離出其他甜菊糖苷類化合物，常見的有10種，它們具有相似的四環二萜類化學骨架，均以甜菊醇為苷元（圖1），R1和R2位置被不同長度的葡萄糖基、木糖基或鼠李糖基取代，從而形成味質和理化性質迥異的各類糖苷（表1）。在該結構中，甜菊醇本身具有較強的疏水性，表現出一定的苦味；在味覺感知中，苦味略后于甜味，因此，隨著濃度的增加，后苦澀味也得到加強。另一方面，甜菊糖苷的細微結構變化影響其甜味和味質，C-13（R1）位置的不同、吡喃糖取代和C-19（R2）位置的取代基長度是影響甜菊糖苷苦味的關鍵因素，推測這一現象可能與苦味受體hT2R4和hT2R14的激活有關［8 ］。鑒于甜菊糖苷單體的多樣性，對其中有價值的部分進行篩選、優化與復配是目前最具前景的優化策略。

2 甜菊糖不良風味的改善方案

2.1 甜菊糖生產工藝優化

2.1.1 新興提取技術 為進一步提高甜菊糖的提取效率，國內外開展諸多糖苷提取方法的研究，主要包括熱水浸提法、酶輔助提取法、超聲波提取法及其他新興提取技術［6 ］。這些成果的開發為甜菊糖生產管線的工藝優化提供思路，可在提高甜菊糖苷總含量（通常大于95%）的同時減少單寧、類黃酮和揮發性油等苦味成分的殘余，從而改善甜菊糖的后苦澀味。

傳統生產中常用熱水浸提法提取舔菊糖，該方法對熱量要求高，花費時間長，總甜菊糖苷提取率低，且成品色澤較深。在提取過程中，水作為介質溶解有機酸、蛋白質、多酚等雜質，因此對該方案的改進主要是針對后續除雜。張夢蕾等［9 ］使用殼聚糖絮凝沉淀聯合反相色譜除雜，降低成本縮短除雜時間；Kova■evi■等［10 ］采用加壓熱水提取有效回收甜葉菊葉中的熱不穩定和極性雜質成分，這為工業化生產提供了良好前景。

酶輔助提取法通過添加纖維素酶等破壞細胞壁，在低溫條件下提高甜菊糖的提取效率，并降低能耗。然而酶的使用成本較高，且目前已有的酶未能完全破碎細胞壁。Puri等［11 ］通過響應面方法優化了提取條件，同時證明酶輔助提取法相較于傳統溶劑提取效率更高。可見酶輔助提取法有望成為溶劑法提取甜菊糖的有效替代。

超聲波提取法利用超聲波的空化效應快速破碎植物細胞壁，加速生物活性物質的釋放。該方案提取效率高、提取用時短、提取溶劑用量少、操作簡便。然而，超聲波提取可能導致溶液中混入未知雜質，給后續的分離過程帶來挑戰。后續工藝優化過程涉及調整多個實驗參數［12 ］，如超聲波的頻率、功率、處理時間、溶劑類型和濃度、固液比等，以找到最佳的提取條件。通過優化這些參數，可以最大化提取效率，同時最小化能源消耗和潛在的化學降解。

除了上述傳統提取方法外，目前已出現一些新型提取技術。如繆晴等［13 ］采用天然低共熔溶劑（NADES）替代傳統溶劑，這種方法不僅綠色環保且提取效率較高；Jentzer等［14 ］則采用加速溶劑萃取法優化了甜葉菊的自動提取條件參數。這些新型技術為甜菊糖苷的提取提供了新的視角和可能性。

2.1.2 其他甜味劑復配 復配法即將甜菊糖與其他甜味劑相互協同，復合甜味劑口味更貼近蔗糖，同時能消除甜菊糖的后苦澀味。例如，以共晶的方式將甜菊糖與赤蘚糖醇復配，可以保留兩者原有的功能與特色，同時赤蘚糖醇能夠改變甜菊糖起甜的時間曲線，消除部分微后苦味；將甜菊糖與阿洛酮糖以及羅漢果甜苷結合，可以促進三者間美拉德反應引起的褐變功能，常被添加至碳酸飲料中；將甜菊糖、赤蘚糖醇、阿洛酮糖和羅漢果甜苷四者融合，可以發揮四種甜味劑的優勢并中和各自的缺陷。其中阿洛酮糖和赤蘚糖醇清爽的口感能夠改善甜菊糖與羅漢果甜苷的不良口感，而阿洛酮糖可降低赤蘚糖醇的結晶度，使其參與美拉德反應［15 ］。該方案操作便利，能還原自然甜味，同時甜味劑總使用量較少，成本較低。但僅僅依賴其他甜味劑的協助，甜菊糖仍無法在甜味和香氣等多重感官上媲美蔗糖。

2.1.3?; 化學與酶促修飾 有研究表明，甜菊糖水解后生成甜度較低的甜菊糖醇生糖苷，后苦味變弱，受此啟發，可以對碳水部分進行化學結構或酶促修飾［16 ］，以減少甜菊糖相應的后苦味。化學修飾是指通過化學反應改變連接在甜菊醇苷酯基上的糖基來改變甜菊糖的味質，但由于化學修飾操作復雜、步驟較多、要求苛刻，目前很少有人使用該方案。酶促修飾技術是指在酶的催化作用下受體底物被水解為葡萄糖基或者其他不同鏈的糖基配體，這些產物進一步經過酶催化轉苷與受體的C-13或C-19連接，從而形成種類豐富的甜菊糖苷衍生物［17 ］。常用酶為環糊精葡糖基轉移酶（CGTase），它能催化淀粉和環糊精的葡萄糖基轉移至甜菊糖苷的糖基上，從而在甜菊糖苷上引入新糖元［18 ］，生成葡萄糖基甜菊糖苷。該產品能減少苦味，增加溶解度，改善甜菊糖的甜度，兼備后味良好和醇厚的特點，常與糖醇聯用應用于低糖酸奶，兩者味道相輔相成，目前已被批準作為食用香精使用。但是上述酶價格相對昂貴，相應糖基供體的使用也使成本增加，開發和篩選性價比更高、口味更佳的甜菊糖苷仍需進一步研究。

2.2 開發新一代高產Reb D和Reb M

除甜菊糖外，第二代甜菊糖苷Reb A含量最高，高純度Reb A具有與蔗糖相接近的甜味，但其后苦味依舊明顯［19 ］；第三代甜菊糖苷Reb D和Reb M在不斷改良與優化中應運而生，相較于Reb A，Reb D和Reb M表現出優異的性能。它們有更高的甜度和口感，無后苦和類似甘草味，作為理想的新一代甜味劑已引起人們廣泛關注。但Reb D和Reb M含量稀少、產量較低，僅有少量含存在于常規甜菊科植物中，難以實現大規模的商業化生產，因此開發新的方法分離制備高純度Reb D和Reb M，是目前甜菊糖領域的研究熱點。

2.2.1 育種法 育種法是指利用農業技術科學培育與種植，優化最佳種植條件，從而培育出Reb D和Reb M的高產品種。相較于普通甜葉菊，其產量提升近一半［20 ］。這種方案的優勢在于能夠培育天然的甜菊糖苷，保持甜度且無后苦味，但相應地需要投入更多的人力與物力，需要優化種植環境和條件，這可能需要大量的研究和試驗。

2.2.2 生物轉化法 生物轉化法是指從含量最豐富的Reb A入手，借助特定的生物酶將其轉化為Reb D和Reb M［21 ］。但該方案需要特定的酶才能進行，所需酶的價格相對昂貴，這增加了生產成本，并且酶的可獲得性也是需要考慮的問題。

2.2.3 發酵法 發酵法是指利用基因工程改造的酵母菌產生的酶，通過發酵將甜葉菊的提取物轉化為Reb D和Reb M［22 ］，經過發酵的甜菊糖苷具有類似蔗糖的口感和清爽的味質，不改變食物原有的口感。主要原料為葡萄糖和蔗糖，能夠保證量產，具有成本低和可拓展等優勢。雖然前期研發成本高，但條件成熟后能進行規模化生產，使成本降低，是目前性能最好、最受歡迎和最具前景的方案。

3 結束語

綜上所述，隨著人們對自身健康需求的增加，減糖成為當前社會發展的潮流與趨勢。人們更加注重飲食與身體健康，因此需要開發新一代甜味相當、零卡路里、不影響血糖的完美代糖。目前已知天然甜味劑較少，而甜菊糖本身就滿足上述條件，因此甜菊糖的需求量急劇增加。然而，其后苦味與甘草味限制了大規模使用，因此，甜菊糖提取工藝的優化和新一代甜菊糖苷的開發顯得迫在眉睫。針對甜菊糖微苦后味的產生原因進行了分析，并總結了目前已有的解決策略，即開發新型提取工藝和構造新一代高產無后苦味的甜菊糖苷。開發新型提取方式已成為當前提取率優化研究的主流，其中酶輔助提取法具有較好的前景，但同時也存在著技術壁壘較高的挑戰。其他提取條件的優化方式，如超聲提取等，在當前科技水平下實現相對較為容易，具有在工業生產中應用的極大優勢。而新一代甜味劑的開發則需要通過嚴格的食品安全評估和法規批準，可能需要較長時間。在食品加工和貯存過程中保持Reb D和Reb M的穩定性，以及確保最終產品的貨架期，也是開發過程中需要解決的技術問題。這些挑戰需要通過跨學科的研究和合作，結合現代生物技術和工程方法來克服。在未來發展中，可以將上述幾種方式進行聯用，例如使用基因工程輔助育種，推動新型高產株的量產進程。當甜菊糖的缺陷被彌補時，必將掀起新的研究和應用熱潮。

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收稿日期：2024 - 02 - 08；修訂日期：2024 - 06 - 03

作者簡介：王 爔（1987 —），男，甘肅武威人，研究方向為食品添加劑的提取工藝。Email： wx1579@163.com。

通信作者：俄克英（1975 —），男，甘肅武威人，研究方向為食品添加劑的提取與制備。Email： eky7309@126.com。