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【我们不一YOUNG】天然甜味蛋白索马甜研究现状与进展

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2024/07/28

食品添加剂

天然甜味蛋白索马甜研究现状与进展

索马甜（Thaumatin）又名非洲竹芋甜、沙马汀，是从竹芋中提取的一种天然甜味蛋白。竹芋属竹芋科多年生植物，生长于西非象牙海岸、苏丹附近热带雨林森林地带，其果实呈红褐色三角锥形，内有黑色种子2～3粒，种子头部有黏液状白至淡黄色假种皮覆盖，假种皮中含有强烈甜味的蛋白质索马甜，西非自古就将其作为发酵过头的酸味酒和面包之类的甜味剂。

索马甜家族包含索马甜Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及索马甜b和c，五种索马甜均由多肽链组成，其氨基酸组成相似，含有207个氨基酸残基，在这些蛋白质中，最主要的两种是Thaumatin Ⅰ和Ⅱ，通常占假种皮干重的20%以上。Thaumatin Ⅰ和Ⅱ由3个结构域构成，最大的结构域包括11段反平行的折叠结构，每段的平均长度为6个氨基残基。在与这个大结构域相连的地方，存在着两个较小的相连“手指域”，每个“手指域”都包含着几个通过二硫键连接的环，8个这种二硫键构成了一个稳定的环状结构，使得整个蛋白质具有良好的热力学稳定性和抗压性，甚至能承受100 ℃以上的高温。

索马甜呈粉末状，具有无定形、无臭的特点，颜色通常为白色至奶油色。分子量22 KD，等电点在11.5～12.5之间，280nm处有最大吸收峰，极易溶于水，不易溶于有机溶剂，尤其不溶于丙酮，其稳定性主要受到pH、温度和溶液中氧、离子的影响。

索马甜的甜味极强，是蔗糖的1600倍，且甜味阙值极低，即使稀释至10-8 mol/L 仍可感知其甜味；索马甜甜味爽口、无异味、持续时间长，pH在1.8～10范围稳定，因属蛋白质，加热可发生变性失去甜味；索马甜与丹宁结合后会失去甜味，在高浓度的食盐溶液中甜度会降低，与糖类甜味剂共用有协同效应和改善风味作用。此外，索马甜加工稳定性好，在巴氏杀菌、焙烤食品中稳定，常用防腐剂对其没有影响，在食品和饮料配方中使用稳定，干燥产品货架期在两年以上。

一、索马甜生产工艺
竹芋在非洲西部地区已形成商业化的种植和采摘，主要提取纤维素和索马甜。目前，全球有英国、德国和日本等几家公司生产高纯度索马甜，生产工艺均以传统提取工艺为基础，产品主要在欧洲、美国和日本销售。

新鲜采摘的竹芋果实需-20℃保存，索马甜提取工艺为切开果实，弃种子，得到果肉和假种皮混合物。蒸馏水浸泡混合物30 min，打浆得到混合物匀浆，匀浆后于4 ℃搅拌提取1h，过滤弃残渣，此过程重复两次。然后超滤、浓缩、纯化萃取液，最后冻干得索马甜粗提物。如需更高纯度的索马甜，可以继续纯化，比如离子交换色谱、吸附树脂、排阻色谱等。

竹芋对生长环境要求极为苛刻，世界各地的研究人员对其进行引种，均未成功。为了满足市场要求，研究人员不断采用转基因技术，将索马甜基因转入不同宿主，如微生物和高等植物，以期获得大量重组的具有活性的索马甜蛋白，但重组索马甜蛋白不是产量低就是没有甜味，结果并不理想。研究发现，转基因产量较高的是将索马甜基因转入番茄中，新鲜番茄中索马甜的产量达50 mg/kg，产量较之前的研究有很大提高。

2007年公布的一篇专利称，将索马甜基因转入大麦，1 kg大麦中索马甜含量可达2 g，其产量相比前人已经有了很大的提升，而需要实现工业产业化，基因工程改造获得的索马甜需要大于1 g/L。2021年研究报道，有学者进行工艺设计、工艺模拟和经济分析，他们或将利用多种农产品生产重组索马甜蛋白，未来预计采用分子手段进行量产，产量达到每年50吨。因此，研究发现高活性、高产量的索马甜转基因生物具有非常大的市场前景。

二、索马甜的审批及其应用现状
1979年，日本第一次批准将索马甜作为一种天然食品添加剂投放市场；1981 年，英国通过了索马甜的药物认证，1986年通过了索马甜的食品认证；自1994年以来，欧洲已批准将其用作一种甜味剂和风味增强剂；随后，美国食品和药品管理局（FDA）及美国食品香料和萃取物制造协会（FEMA）均确认索马甜安全，并同意将其用于食品中。2014年，索马甜在我国被正式批准为食品添加剂，其中冷冻饮品（食用冰除外）、加工坚果和籽类、焙烤食品、餐桌甜味料、饮料类（除包装饮用水）的最大用量为0.025 g/kg，并于2021 年开始推行相关国家标准《GB 1886.321-2021 食品安全国家标准食品添加剂索马甜》，极大促进了索马甜在我国食品工业中的应用。

索马甜是一种低能量约4.2 kcal/g的天然甜味蛋白，可以改善和增强食品风味，掩盖苦味和涩感。还可以降低很多芳香物质的感觉阙值。比如薄荷醇、咖啡、姜、巧克力、草莓、苹果、柠檬、橘子等。在食品工业中用作甜味剂、风味改善和增强剂。

低浓度的索马甜可以有效地增强食品风味，即使使用量10-6 w/w，效果也很显著，适用于饮料、牛奶制品、果酱、果胶、糖果、冰激凌、调味品和食品增补剂，以及基于微生物和矿物质的膳食补充饮品或咀嚼片。索马甜在低脂肪乳制品中，添加2mg/kg可以产生一种丰富的奶油风味，改善其因脱脂而失去的风味。

索马甜与糖精、安赛蜜和阿斯巴甜等甜味剂复配使用有协同效果，可提高一般高倍甜味剂甜感，且能够掩盖金属味和其他甜味剂带来的苦味，提供更接近蔗糖的口感，增进甜味和延长甜味感。这种天然的风味改善和增强剂，实际使用量小，在人体内基本不会产生能量。

索马甜在稍高浓度下使用时，由于其分子带有高电荷，可掩盖苦味改善口感，已经成功用于制药，添加在抗生素、止痛药、止咳糖浆、一般感冒药、药物胶囊和增补剂中。索马甜用在化妆品工业，如在牙膏和漱口水中，可延长其风味和凉爽感；将其加入口香糖，咀嚼时甜味和香味更持久，在无糖口香糖中，可促进填充料的甜味，以免加进致龋物质和增加热值；将其加入咖啡提取物中，不仅可以增加咖啡的香味、苦味和酸度，还让其闻起来更有烤咖啡的味道；索马甜加到香烟的滤嘴中，可以使烟味平和而淳厚，这种效果已由日本许多烟草公司实践证实。

参考资料：
[1]吴晶晶,高彦祥.索马甜研究现状及发展趋势[J].中国食品添加剂,2024,35(05):317-323.
[2]张泽生,李雨蒙,孙明哲,等.天然甜味蛋白索马甜的研究进展[J].中国食品添加剂,2018,(05):186-189.

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