甜味劑（Sweeteners）指賦予食品或飼料以甜味，提高食品品質，滿足人們對食品需求的食物添加劑，如蔗糖、果糖和淀粉糖。甜味劑應具備安全性高、引起味覺良好、穩定性高、水溶性好、價格合理等特點，甜度是甜味劑的重要指標。
新型甜味劑———甜味蛋白
甜味劑是賦予食品或飼料以甜味的食物添加劑按來源可分為天然甜味劑和人工合成甜味劑;按營養價值可分為營養性甜味劑和非營養性甜味劑國內外經常使用的甜味劑有20多種已成為世界上消費量最大的一類食品添加劑;我國已批準使用的約15種主要用于飲料糕點蜜餞等食品隨著有機化學的發展人工合成的甜味劑逐漸占據主導地位但由于部分化學合成甜味劑被懷疑有安全問題因此世界上多個國家已先后禁止使用這部分甜味劑鑒于此尋找安全無毒甜味純正的甜味劑具有極其重要的意義1968年Kurihara和Beidier從植物果實中分離得到一種能將酸味變成甜味的蛋白質后被命名為Miraculin引發了人們對天然甜味蛋白的研究和應用;到目前為止已發現的植物甜味蛋白有8種
1Miraculin
Miraculin中文被譯為奇異果素奇果蛋白等1968年Kurihara等人發現西非植物ＲichardelladulcificaBaehni的漿果中存在Miraculin并分離出Miraculin證實它是一種堿性糖蛋白這種漿果被稱為奇異果是再恰當不過了因其本身并沒有甜味但在人的口腔內可將酸味轉變成明顯的甜味且甜味感覺可持續數小時;它還可改變產品整體的風味特性如可將醋風味轉變成葡萄酒風味將酸檸檬汁風味轉變成帶來甜味的檸檬汁風味奇異果素是一條由191個氨基酸和N連接寡糖組成的單一多肽鏈相對分子質量為24600整個分子中碳水化合物占13.9%肽鏈通過42與186位上的天冬酰胺殘基與碳水化合物鏈以糖苷鍵方式結合在一起pI約為9由單體間以二硫鍵相連的兩對二聚體構成Miraculin甜蛋白在100℃以下PH3-12范圍內比較穩定;本身并無甜味遇到酸性物質后可改變人的味覺產生類似蔗糖的甜味;對于不同的酸產生的甜度不同據Sarroch等報道10－6mol/L的Miraculin可誘發0.02mo1/L的檸檬酸產生相當于0.5mol/L的蔗糖甜味0.1mg的Miraculin即可產生持久的增甜作用據Vicktoifa等報道用≥0.1mol/L的NaCl液在pH≤10時提取的Miraculin可作為食品和藥劑甜味蛋白質Miraculin作為一種天然非糖類的甜味劑很有希望成為碳水糖類化合物的替代品成為新型保健食品的甜味劑基于Miraculin能變酸為甜的特殊性質它可能是糖尿病肥胖病人食物中理想的甜味劑
2Brazzein
Brazzein中文被譯為布拉奇因巴西甜蛋白是Ding等人在1994年從非洲西部野生植物PentadiplandraBrazzeanaBaillon的果實中分離提純出的一種甜味蛋白質Brazzein是由54個氨基酸殘基組成的單鏈多肽含有8個半胱氨酸形成4對分子內二硫鍵Brazzein的相對分子質量為6500等電點為5甜度是等質量蔗糖的2000倍與其他甜味蛋白相比Brazzein的分子量最小水溶性最好且水溶液在80℃下經4h的熱處理仍然保持甜味有著良好的熱穩定性和pH穩定性
自從丁鳴等人在西非熱帶植物PentadiplandraBrazzeanaBaillon中發現并提純出Brazzein人們對甜味蛋白Brazzein的研究陸續開始高廣華等人利用二維核磁共振技術研究Brazzein溶液的三維結構發現該甜味蛋白分子骨架CSαβ與蝎毒昆蟲防衛素和植物抗菌蛋白γ-硫素的分子支架基本相同Hellekant等人用大腸桿菌成功表達了Brazzein由于其獨特的科研和產業應用價值大量生產高純度的Brazzein成為產業界的目標
3Thaumatin
Thaumatin又稱索馬甜奇跡蛋白沙馬汀1972年Van等人從西非熱帶雨林中的一種竹竽科多年生灌木ThaumatococcusDanielliiBenth中分離出Thaumatin為淡黃褐色至灰褐色粉末無臭味極甜甜味閾值為1.1mg/kg即在甜味閾值濃度時甜度約為蔗糖的5500～8000倍;在低于甜味閾值1.1mg/kg的情況下可增強食品風味如加0.5mg/kg的Thaumatin可使薄荷類香味閾值下降1/10～1/3天然存在的Thaumatin由一多基因家族編碼最少存在6～7種關系相近的蛋白主要是ThaumatinⅠ和ThaumatinⅡ提取物中ThaumatinⅠ約占96%它們均由一條直鏈多肽鏈組成含有氨基酸殘基207個分子量為22kDThaumatin等電點為11.5～12.5屬堿性蛋白加熱可發生變性而失去甜味在80～100℃條件下加熱甜感可下降50%以上;100℃以上短時間加熱對其甜度影響不大但可與單寧結合而失去甜味晶體結構研究表明Thaumatin由3個結構域組成核心結構域是一個平滑的β-折疊桶含有11個β-折疊片層除N端和C端片層相互平行外其他片層均為反向平行已知的這些Thaumatin同系物僅有5個或更少的氨基酸差異且N端均為丙氨酸Lee等人根據ThaumatinⅡ的cDNA序列人工合成了ThaumatinⅡ基因在啤酒酵母SaccharomycesCerevisiae中表達獲得無甜味的不溶性重組蛋白但將其在體外經變性再復性后會產生甜味Faus等人采用分泌型載體將人工合成的ThaumatinⅡ基因轉入黑曲霉Aspergillusniger在每升發酵液中能提取5～7mg的ThaumatinⅡ
在各種甜蛋白中研究最多也較清楚的是Thaumatin它甜味爽口沒有不良后味或苦澀味且具有增強產品風味和掩蓋不良味覺的作用是一種很有發展前途的天然食品甜味劑世界健康組織食品添加劑專家委員會審查了其安全毒理性同意將其作為一種安全的食品添加劑使用并沒有對其ADI值做出限定Thaumatin在美國英國日本德國等國家已被批準應用于食品醫藥和化妝品領域Thaumatin的商品名為Talin它在商業開發中的成功極大地推動了甜味蛋白的研究與發展
4Monellin
Monellin中文被稱為莫內林莫奈林是Inglett等人在1969年從西非防己科Menispermaceae植物DioscoreophyllumCumminsii的漿果中分離得到的該分子由94個氨基酸殘基組成值得注意的是其分子中并不含胱氨酸組氨酸及游離的巰基也不是一條單一的多肽鏈而是由AB兩條鏈組成其中A鏈包含44個氨基酸B鏈包含50個氨基酸這兩條鏈通過非共價相互作用結合在一起將Monellin分子的AB兩條肽鏈拆分后其甜味喪失可見完整的天然結構是其甜味產生的必然條件其相對分子量為10.7kD等電點為9.0～9.3甜度為等質量蔗糖的3000倍甜味來得慢去得也慢持續時間較長味覺延綿溫度和pH對其影響很大其水溶液加熱至55～60℃甜味就會喪失;室溫下pH小于2或大于9甜味也會喪失
｜Kondo等人將單鏈的Monellin基因克隆到假絲酵母中得到高效表達表達量為每克濕菌體含10mgMonellin由于天然的Monellin對熱和酸處理比較敏感容易引起蛋白變性使得Monellin的商品化生產發展緩慢隨著生物技術的飛速發展可以將Monellin兩條肽鏈的兩個末端連接成一條穩定且具有與天然Monellin一樣甜味的單鏈蛋白這樣可大大推進Monellin的商業化進程
5Mabinlin
Mabinlin即馬檳榔甜蛋白是中國云南等省的高海拔地區白花菜科Cappafidaceae植物馬檳榔CappariSrnasaikaiLevi的種子儲存蛋白馬檳榔甜蛋白能引起持久甜味相對分子質量為11700等電點為11.8在280nm波長有最大吸收峰其引起甜味感覺的最低濃度為0.1%甜度是等質量蔗糖的100倍Mabinlin由A鏈和B鏈組成A鏈含33個氨基酸殘基B鏈含72個氨基酸殘基B鏈含有兩個分子內二硫鍵并通過兩個分子間的二硫鍵與A鏈相連馬檳榔的熱穩定性與B鏈47位上的氨基酸有關:如是精氨酸則為熱穩定型如是谷氨酸則為熱不穩定型經進一步分離純化發現馬檳榔有5種同工蛋白分別為馬檳榔ⅠⅠ1ⅡⅢ和Ⅳ其中馬檳榔II的熱穩定性最高其熱穩定性在所有已知甜味蛋白中也是最高的其甜味可在80℃下保持48h而其他4種在80℃下保持0.5h甜味則喪失可見馬檳榔Ⅱ具有較高的開發價值
6Pentadin
Pentadin被譯為培它丁是1989年從非洲熱帶植物PentadiplandraBrazzeana中分離出來的Pentadin和Brazzein來自同一種植物Pentadin是果實經熱干燥后提取得到的Brazzein是從鮮果中提取得到的Pentadin分子量約為12kDa甜度是蔗糖的500倍整個分子是以亞結構通過二硫鍵相連的Pentadin是非天然形態的交聯Brazzein分子分子量約為Brazzein的2倍且甜度明顯低于Brazzein
7Curculin和Neoculin
Curculin中文名為仙茅甜蛋白庫克靈等是Yamashita等人在1990年從馬來西亞的石蒜科仙茅屬植物光葉仙茅CurculigoLatifolia的果實中抽提獲得的它是一種不含糖基的單純蛋白有兩個亞基聚合而成的二聚體該二聚體通過3個二硫鍵相連含114個氨基酸殘基pI為7.1和大多數蛋白質一樣對熱敏感50℃以上活性降低甜度是蔗糖的430～2070倍甜味在口腔內可維持幾分鐘;甜味在口腔內消失后若喝水又會恢復并可維持5min左右除純水和檸檬等可誘導出甜味外0.5mol/L的氯化鈉水溶液也可以誘導出其甜味可見Curculin也是一種變味甜蛋白Ca2+和Mg2+可能對其甜味有抑制作用但無論是在中性溶液還是在酸性溶液中一價離子如Na+和Cl+都不會對其甜味產生影響
Neoculin是Yukako等人在研究Curculin的過程中發現的一種與Curculin同源且具有味道修飾作用的甜味蛋白Curculin是NBSNBS同型二聚體而Neoculin是NASNBS異形二聚體即Curculin由兩個相同的含有114個氨基酸殘基的亞基NBS組成而Neoculin是一個由一條含有113個氨基酸殘基的糖基化的酸性亞基NAS和一條堿性亞基NAS組成的異型二聚體目前尚未有成功表達Curculin的報道但Neoculin已被成功表達Nakajima等人利用帶有KEX2剪切位點的α-淀粉酶分別與兩個蛋白亞基融合成功獲得與天然Neoculin具有同樣活性的重組Neoculin甜味蛋白具有非常高的應用價值雖然人們對天然存在的甜味蛋白已有一定的研究但要大批量開發和利用還有較長的路要走因為含有甜味蛋白的天然植物資源少產量低且果實采摘和運輸等不方便使得從天然植物中提取甜味蛋白的大規模商業化生產難以實現但隨著生物技術和計算機科學的發展可用X射線衍射氨基酸測序和計算機模擬分析甜味蛋白的結構及構型從天然植物中分離出甜味蛋白的cDNA然后根據氨基酸序列人工合成甜味蛋白基因再利用基因工程技術將人工合成的甜味蛋白基因轉入微生物或高等植物中表達為甜味蛋白大規模生產提供可能
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