代糖产品特性与对人体健康的利弊的评估

周国旺，杨 娜，张宇擎，李雪姚，曹国强

(黑龙江金象生化有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150000)

0 引言

“代糖”通常指替代蔗糖、果糖、葡萄糖、麦芽糖、乳糖发挥甜味作用的甜味剂。由于世界各地的人们日益注重身体健康，减少糖的摄入量已经成为世界关注点。代糖产品的增多，以及适量食糖才有益健康的宣传影响，将会给制糖企业的生产带来影响。目前，代糖的安全性仍存在许多争议，且代糖产品的口感、质地欠佳，因此，难以预计未来10～20年后代糖的发展将会达到什么水平。本综述通过最常见的合成和天然甜味剂，探讨代糖的基本特性与安全性，以及其他国家的代糖应用情况和世界上知名企业的减糖措施，还分析了这些甜味剂对新陈代谢的影响，并给出了消费者对这些甜味剂进行大规模调查得出的意见结果。目的是提供对这些甜味剂与蔗糖的感官特性差异的理解，并以期为制糖企业的发展提供参考和借鉴。

1 代糖的感官特性以及对代谢的影响

代糖的种类很多，根据其来源，一般可分为人工合成甜味剂和天然甜味剂。人工甜味剂包括糖精、甜蜜素、安赛蜜、阿斯巴甜、三氯蔗糖、纽甜和爱德万甜。天然甜味剂可进一步分为营养型甜味剂和非营养型甜味剂。营养型甜味剂包括糖醇类、稀有糖、枫糖和龙舌兰；非营养型甜味剂主要包括甜菊糖苷、罗汉果甜苷和甜味蛋白(索马甜、莫内林、马槟榔甜蛋白、培它丁、布拉齐因、仙茅甜蛋白、神秘果素)，详见表1[1-2]。

表1 代糖的分类

清洁标签(clean label)起源于欧盟，就是在产品标签中尽可能少出现E编码(欧盟为各种食品添加剂而编订的食物标签)，保持标签配料栏中的食品天然的属性。对健康食品的追求促使人们转向天然甜味剂。但是，天然或合成甜味剂都不属于生理代谢惰性物质。如果甜味剂想要替代蔗糖产品，不仅要成功模仿蔗糖的感官特征，而且还要对体重和新陈代谢产生有利的影响。

1.1 感官特性

人工合成甜味剂的甜度很高，感官性质与蔗糖相似，但实际上除了甜味，还会有苦味和金属味。目前甜味剂市场已拥有多种性质不一、风味各异的产品，然而，虽有如此之多的产品种类，尚无一种能够真正取代蔗糖。很多甜味剂的甜度取决于浓度、pH值、温度，以及其他添加剂的应用(如其他甜味剂/风味剂)，不同的甜味剂混合也会产生增效和协同效应，有时心理因素也会影响感官结果。不同甜味剂的时间强度曲线差异也很大，例如，糖精与蔗糖都在15 s左右达到峰值，果糖会更早达到峰值，造成甜味短暂冲击，但持续时间较短；还会造成风味后劲不足略显寡淡。新橙皮苷二氢查尔酮、索马甜、甘草甜素等甜味峰值会相对延迟，且甜度持续时间比蔗糖更长，使得余味持久、而清爽不足。混合合成甜味剂已经被用来帮助减少单一甜味剂导致的不良口味。对常见的代糖产品从是否含有苦味、是否具有余甜味，以及是否有额外的味道等3个方面进行感官评价对比，每种代糖的感官评价结果详见表

2[1]。

表2 常见代糖的感官评价

1.2 对代谢的影响

有研究表明：代糖产品可以减肥，改善反应性低血糖和糖尿病，部分人工合成代糖和部分天然代糖均可促进胰岛素正常分泌，这对于糖的代谢是有益的。阿斯巴甜、木糖醇、赤藓糖醇、阿洛酮糖、塔格糖、索马甜不会促进胰岛素的分泌。大量文献报道，代糖有可能造成肠道菌群的失调，从而导致腹泻现象或糖不耐症。糖精和三氯蔗糖都会对肠道菌群产生消极的影响。常见代糖对人体代谢的影响见表3[1]。

表3 常见代糖对人体代谢的影响

1.3 代糖的热值、甜度、价格

代糖的第一大优点就是甜度较高，如糖精钠的甜度比蔗糖甜300～500倍；第二大优点是热值小、甚至是零热量，如人工合成代糖和天然代糖(甜菊糖苷、罗汉果甜苷、索马甜)等，热值均为零；第三大优点是价格低廉，例如，同样甜度下，纽甜的价格比蔗糖低数千倍。常见代糖的热值、甜度、价格详见表4[1]。

表4 代糖的热值、甜度、价格

1.4 天然和合成甜味剂的结构、每日容许摄入量和生物效应

一些常见的天然和合成糖的分子结构，每日的安全摄入量的规定，以及生物学效应等信息，详见表5[3]。从生物学效应的信息中，可以看出代糖是相对安全的。

表5 天然和合成甜味剂的结构和生物效应

1.5 甜味蛋白的特性

甜味蛋白是一类热门的天然代糖，包括索马甜、莫内林、马槟榔甜蛋白、培它丁、布拉齐因、仙茅甜蛋白、神秘果素。索马甜是最典型甜味蛋白，它是从非洲的一种竹竽科(Thaumatococcus daniellii)多年生灌木中分离出来的[4]。在中等浓度下，索马甜会出现甘草味和金属味[5]。在低浓度下，索马甜是一种风味增强剂，特别适合与其他高强度甜味剂(除阿斯巴甜)和多元醇混合。虽然索马甜的投产较早，但受生产成本高的制约，一直未大规模应用。甜味蛋白的安全性相对较高，Joseph等认为索马甜将成为最有前途的甜味剂之一[2]。其他甜蛋白质，比如布拉齐因和莫内林，由于成本高和高温不稳定，商业上的应用有限。神秘果素和仙茅甜蛋白可用于食品风味的修饰，有利于提高食品的适口性。不同甜味蛋白的特性比较参见表6[2]。

表6 不同甜味蛋白的特性比较

甜味蛋白氨基酸构成，布拉齐因由54个氨基酸残基构成，是分子量最小的甜味蛋白，索马甜由207个氨基酸残基构成，是分子量最大的甜味蛋白。合成甜味蛋白的基因可以在不同的宿主内进行表达，如细菌、酵母、真菌、转基因植物。随着基因工程的不断发展，为甜味蛋白的商业化生产提供可能研究具有很大的价值。Park等在胡萝卜愈伤组织中高效表达神秘果素，为神秘果素的工业规模化生产提供了基础[6]。

2 代糖的潜在风险研究

代糖产品，尤其是人工代糖，从问世之日起就争议不断，很多国家的科研人员认为：甜味剂对人体健康造成较大影响，甚至会导致癌症。糖精和甜蜜素在美国禁用后，现在又恢复使用。此外，代糖在动物体的实验结果，不能用于衡量和预估及代替其在人体的实验结果。因此，仍需辩证看待代糖产品，用更为科学的、严谨的实验体系和事实去评估代糖的安全性。

2.1 代糖可能会导致非酒精性脂肪肝

非酒精性脂肪性肝病(Non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)是一种以积累为特征的全身性、广泛性疾病。Emamat等认为低热量或无热量甜味剂导致人体“肠道失调”，进而推测，增加人工甜味剂的摄入可进一步提高NAFLD的患病率[7]。Abbas等不赞同Emamat的观点，他们认为仍需进行前瞻性和干预研究来阐明是否代糖品的代谢会增加肝脏疾病的风险[8]。

2.2 三氯蔗糖高温时产生有毒物质

三氯蔗糖作为食品添加剂已被全球80多个国家在4000余种产品中使用，也被允许在高温烹饪如烘焙中使用，全球许多公共卫生权威机构，如美国食品和药品管理局(FDA)等均认可三氯蔗糖的安全性。然而，近期研究发现三氯蔗糖在高温下并不稳定，它能够参与食品加工中的氯化反应，产生有毒物质。当三氯蔗糖或含三氯蔗糖食物在金属烹饪用具中加热时，已经具备了生成高毒性的氯代芳香族有害物( 、多氯联苯和多氯萘)的必要条件(碳源、氯源、催化剂和必需的反应温度)[9]。

2.3 三氯蔗糖会导致水体污染

三氯蔗糖因其在水环境中被广泛检出，且具有高极性、持久性等特点，被US EPA(美国环境保护局)列为新兴污染物，相关检测、降解及毒理学研究逐渐增多。各种各样的处理过程尝试验证水中的三氯蔗糖的降解原理。游离有效氯、臭氧以及高铁酸盐对三氯蔗糖的处理效果不明显。紫外线对三氯蔗糖的光氧化作用也不明显。然而，具有强氧化性的·OH(羟基自由基)对三氯蔗糖的降解效果最好，其机理是羟基取代三氯蔗糖上的氯原子使其转化为对环境无害的果糖和糖醇[10]。

2.4 代糖对肠道菌群的影响

到目前为止，只有糖精、三氯蔗糖和甜菊糖改变肠道微生物菌群的组成。根据定义，益生元是一种不可消化的食物成分，但一些多元醇可以被少量吸收，至少部分通过被动扩散在肠道吸收。然而，其中一些如异麦芽糖、麦芽糖醇、乳糖醇、木糖醇，可以到达大肠并增加人类体内双歧杆菌的数量。进一步研究甜味剂对人体肠道微生物组成的影响是有必要的[11]。Bian研究发现，糖精通过改变肠道微生物群及其代谢功能诱导小鼠肝脏炎症。最近研究发现，摄入安赛蜜的99%作为完整的分子在小肠中被完全吸收，并通过血液分布到不同的组织，而在结肠中微生物群基本不会直接接触到安赛蜜，但结肠内的厚壁菌门细菌数量却增加了，益生菌A. muciniphila的数量减少了[12]。

2.5 木糖醇可导致腹泻

木糖醇工业在中国已经发展了50多年，它的口感最接近天然，与蔗糖甜度比较相近，常用在牙膏、口香糖中。但木糖醇有一个明显缺点：在人体肠道内吸收率不足20%，易造成肠壁积累，从而出现腹胀、腹泻等问题。不同糖醇耐受程度的人群腹胀反应不同，因此，木糖醇很少用于饮料。但目前有研究表明，低剂量的木糖醇可刺激胃肠激素的分泌，并引起胃排空速度减慢，从而增加饱腹感，而且对血脂、血糖和胰岛素的影响很小[13]。

2.6 非营养性甜味剂可能引发肥胖和II型糖尿病

有证据表明：受到过度食用营养性甜味剂不利于代谢和健康的影响，非营养性甜味剂(NNS)消费逐年增加，特别是在肥胖人群与糖尿病患者中。非营养性甜味剂的特征是具有零或可忽略的热量负荷，同时具有甜蜜的味道。有人认为用其替代传统的食用糖，可减少能量摄入。然而，最近的研究表明，实际情恰恰与人们所认为的相反，非营养性甜味剂会导致代谢性疾病的发展或恶化，包括代谢综合征、肥胖、II型糖尿病、心血管疾病[14]。

人工甜味剂摄入与糖尿病发生率关系的研究是比较深入的，表7中列举了6项调查报告，其中3项研究表明：人工甜味剂摄入会导致II型糖尿病发生率的升高，另外3项研究发现：人工甜味剂摄入与糖尿病发生率之间没有关联，详见表6[15]。

表7 人工甜味剂的摄入与糖尿病发生率的关系

3 代糖的应用

3.1 中国批准使用的代糖

我国对代糖的应用一直是比较严谨的，GB 2760-2014中批准使用的甜味剂包括：N-[N-(3,3-二甲基丁基)]-L-a-天门冬氨-L-苯丙氨酸1-甲酯(又名纽甜)、糖精钠、环已基氨基磺酸钠(甜蜜素)和环己基氨基磺酸钙、异麦芽酮糖醇(氢化帕拉金糖)、天门冬酰苯丙氨酸甲酯(又名阿斯巴甜)、天门冬酰苯丙氨酸甲酯乙酰磺胺酸、麦芽糖醇和麦芽糖醇液、山梨糖醇和山梨糖醇液、D-甘露糖醇、木糖醇、赤藓糖醇(生产用菌株：解脂假丝酵母)、甜菊糖甙、甘草和草酸酸一钾及三钾、乙酰磺氨酸钾(安赛蜜)、甘草酸胺、L-a-天冬氨酰-N-(2，2，4，4-四甲基-3-硫化三亚甲基)-D-丙氨酰胺(阿力甜)、乳糖醇(4-β-D-吡喃半乳糖-D-山梨醇)、罗汉果甜甙、三氯蔗糖(蔗糖素)、索马甜[16]。

3.2 代糖下游应用种类

甜味剂的下游主要应用领域包括饮料、烘焙食品、调味品、个人护理产品、药品等。其中，饮料占比50%，是甜味剂最大的应用领域。饮料中使用较频繁的代糖有阿斯巴甜、安赛蜜、三氯蔗糖、甜味菊糖苷和赤藓糖醇。多种甜味剂的混合使用，一方面，可以有效增加甜度；另一方面，可以规避单一甜味剂导致的不良口味[17]。

3.3 国内外代糖新产品的发展

陆婉瑶等研究发现，发达国家的代糖新产品数量增长较快，代糖新产品在总甜味产品的比重也较大。美国、韩国、日本代糖新产品所占的比重分别为51.4%、51.3%、52.1%，而中国、印度、巴西的这一比重分别为5.5%、17.9%、31.2%。中国的代糖类产品刚刚处于兴起阶段，代糖产品具有广阔的发展空间[17]。

代糖新产品在国外的流行与一些大公司的推广和宣传有一定关系，例如，雀巢(Nestle)在2017～2020年将主要产品中的糖添加量降低5%；百事可乐(Pepsico)到2025年至少67%的饮料每12盎司中添加糖的热量不超过100 kcal[18]。目前，国内消费者对代糖产品不是十分青睐，主要与民众认为食用代糖可能对人体健康产生影响，还与代糖产品的口味欠佳有关。

3.4 减少食物含糖量的策略

减少食物含糖量的方法可以分为4种：一是糖替代品；二是多感官整合；三是食品结构技术；四是逐步减少糖[18]。糖的替代品(非营养性甜味剂、糖醇和结构纤维)的优点是可以大幅度的减糖， 缺点是很难复制蔗糖的感官特征。非营养性甜味剂难以促使消化道释放提升饱腹感的化学信号，让人“不容易饱”，这也容易增加热量摄入。利用多感官整合原理(特别是香气)可以有效地降低糖含量，但糖的还原量很小。食品结构的创新在不显著改变食品成分的情况下减少了食糖，但在大规模生产的食品中可能很难实施。逐步减少糖，如果消费者接受感官特性的变化，就比较容易制定方案，但逐渐减少食糖会给食品公司带来困难、销售额降低，不太可能实施。因此，食品制造商综合运用一系列技术的整体方法可能会取得最好的进展。然而，在不影响感官特性的情况下，在加工食品中大量减少糖分可能是一个不可能实现的梦想。

4 代糖研究展望

代糖产品从出现开始就对其安全性有很多争议，根据现有研究和国家规定甜味食品的卫生指标执行表明，代糖在规定添加量内使用是安全的。食品企业应清晰标明代糖的名称及用量，让消费者根据需求自行选择。未来在代糖安全性的研究上，应开展有针对性的科研验证，并建立严格的监测体系。Eleonora Moriconi等指出，将来的前瞻性研究旨在解决不同种类代糖在不同临床环境下的安全性和有效性，各种临床环境包括肥胖、II型糖尿病、代谢并发症和不同年龄的人。代糖所引起的中枢神经系统回路反应、肠道激素分泌作用和肠道微生物群的改变，仍需进一步深入研究[19]。Michelle D. Pang等认为，未来的研究应该重点考虑不同人工甜味剂的代谢途径，长期监测并评估不同人工甜味剂对微生物菌群的影响，进而系统评估代糖对体重控制和葡萄糖体内平衡的影响[20]。

食糖不仅是调味品，给人们带来愉悦美妙的口感，更是人体5大营养素之一。要科学认识食糖、合理消费食糖[22]。糖是大脑和神经系统的唯一能源，世界卫生组织认为：适量吃糖有益健康，一般不超过45 g/d。随着“中国政府健康中国行动(2019～2030年)”国家战略的确定，倡导人均每日添加糖摄入量不超过25 g，适量食糖已成为行业共识，同时也为糖和甜味剂产业发展指明了大方向[21]。

目前我国代糖市场还属于起步探索阶段，作为功能糖和高倍甜味剂原料的主产国，国内企业发展代糖类产品具有较大的原料优势。消费者对健康的关注与健康食品的需求，将带动未来代糖新产品资源的开发围绕安全可靠、高甜度、易生产、价格便宜、天然、甜味特性好、性质稳定、低热量或零热量等方向开展。