全 文 ：新型天然低热甜味剂———非洲竹芋甜素
肖雷　陆则坚
(福建农业大学食品科学系　福州·350002)
　摘要:简述了非洲竹芋甜素的结构 、理化性质 、
制取方法和安全性 ,并对它在食品中的应用和发
展进行了探讨。
　关键词:非洲竹芋甜素;低热甜味剂
Abstract:The structure , physical and chemical proper ties ,
method of isolation and safety o f thauma tin , a new type of
low-calorie sweetener , are briefly introduced.And its ap-
plications and development are discusscd.
Keywords:Thaumatin , low -calo rie sweetener
0　前言
非洲竹芋甜素(Thaumatin), 又叫沙马汀 、索吗汀 ,
是从西非植物非洲竹芋(Thaumatococcus deniellii Benth)
的果实中提取出来的甜味剂。 早在 1855 年 W.F.
Daniell就已证明了它的存在 ,后来 Van der Wel和 Loeve
在 1972 年从果实的假种皮中提取出了这种甜味剂 , 并
命名为 Thaumatin。非洲竹芋甜素是一种蛋白质 , 但它
对酸 、热较稳定 , 并且由于它具有增加风味 、掩蔽异味 、
甜度高 、低营养等优点 , 可广泛用于食品 、医药 、化妆品
等行业中。 现英国的 Tate&Ly le 公司已生产出这种甜
味素 ,商品名为 Talin。
1　非洲竹芋甜素的结构和理化性质
1.1　非洲竹芋甜素的结构
从假种皮中提取出的物质中主要有两种蛋白质:非
洲竹芋甜素Ⅰ和非洲竹芋甜素 Ⅱ ,其分子量约为 2.1×
104[ 14] 。但通过分析非洲竹芋甜素Ⅰ [ 12]和非洲竹芋甜
素Ⅱ [ 11]的氨基酸排列顺序可知 , 它们均含有 207 个氨
基酸的单链 ,其 N -末端都是丙氨酸 , 在通常食物中所
见的氨基酸中仅缺少组氨酸 , 并且都由 8 个二硫键交联
起来;不同的是非洲竹芋甜素 Ⅱ中有 6 个位置上的氨基
酸与非洲竹芋甜素 Ⅰ不同。通过已知氨基酸计算其分
子量分别为 22209和 22293。非洲竹芋甜素的甜味特性
可能与其结构中存在的二硫键有关 ,用枯草溶菌酶和胰
凝乳蛋白酶来处理非洲竹芋甜素 , 破坏其二硫键 , 则它
的甜味几乎丧失;而用胰蛋白酶 、嗜热菌蛋白酶来处理 ,
虽将其蛋白链切成许多小段 , 但二硫键未被破坏 , 它的
甜度并没有多大变化[ 5] 。
1.2　非洲竹芋甜素的甜度
非洲竹芋甜素的甜味极强 , 是现今为止发现的最甜
的物质之一 , 其甜度平均为蔗糖的 1.6×103 倍 , 另若以
克分子水平计 ,其甜度是蔗糖的 104 倍。但是具体的甜
度取决于稀释的浓度:1.1×10-6时为 5.5 ×103 -8 ×
103 倍 , 1.0×10-5时为 3.5×103 倍 , 0.01%时为 1.3×
103 倍 , 0.02%时为 850 倍[ 4] 。由于非洲竹芋甜素甜度
高 , 故在食品中的用量很小 , 几乎不产生热量 , 被认为是
“无营养甜味剂” 。
1.3　非洲竹芋甜素的溶解性及稳定性
经抽提生产出的非洲竹芋甜素为白色至奶油色 、无
定型 、无臭粉末 ,极易溶于水 , 溶液浓度可达 60%以上 ,
也可溶于乙醇 、甘油等有机溶剂中 ,但是不溶于丙酮 、乙
醚中。非洲竹芋甜素在水溶液中的分配系数 K 受聚乙
二醇(PEG)的分子量大小 、pH 、NaCl(或其它盐类)溶液
浓度的影响 , 特别是在磷酸盐聚乙二醇的系统中 , 其 K
值可相对提高 60 倍[ 10] 。
非洲竹芋甜素粉末在常温常压下相当稳定 , 甜味不
会减弱 , 也无褐变现象 , 没有吸湿性。 由于非洲竹芋甜
素是一种蛋白质 , 经较长时间高温处理 , 会使其甜味消
失 , 但一般加热在 100 ℃以内可以使用 , 100 ℃以上的瞬
间杀菌对其影响不大。由于非洲竹芋甜素特有的结构 ,
并且带有正电荷 , 因此它在 pH1.8 ～ 10 的范围内较稳
定 , 不发生凝聚。一般来说 , pH 值较低时 , 其稳定性增
大。当 pH 小于 5.5时 , 即使 100 ℃下加热数小时其甜
度不减弱 ,故它适用于各种典型的软饮料(pH2.8 ～ 3.5)
中[ 5] 。非洲竹芋甜素的等电点为 pH1.5 ～ 11[ 10] , 在碱
性条件下稳定性稍弱。Higginbottham 等(1977)报道非
洲竹芋甜素遇丹宁结合后 , 其甜度丧失 , 且在浓度高的
食盐溶液中甜度也会减弱。而在非洲竹芋甜素的溶液
中添加抗坏血酸或其钠盐 ,其甜度会增加 5 ～ 20 倍。
2　非洲竹芋甜素的安全性
在西非许多国家 ,当地居民食用非洲竹芋果实已有
数百年的历史 ,均未发现有任何不良现象发生。但为了
安全起见 , 在 70 年代间英国食品添加剂污染委员会的
报告中提出 , 经过急性毒理试验 、亚急性毒理试验 、致畸
试验 、致突试验及过敏性试验均证实了非洲竹芋甜素是
一种安全的天然物质 ,提出无条件承认。另外非洲竹芋
甜素不会引起牙齿龋变 , 其代谢不需要胰岛素的参加 ,
代谢产物为氨基酸 , 很快就会被人体吸收 , 不会引起血
糖的升高 。1983 年 FAO/WHO食品添加剂专家委员会
(JECFA)对其进行安全评价 , 虽未制定 ADI , 但有质量
·35·食品科技　　1999 年第五期
DOI :10.13684/j .cnk i.spkj.1999.05.016
规格标准[ 6] 。风味提取制造者协会(FEMA)认为其属
GRAS(公认为安全的)。世界食品添加剂联合专家委员
会于 1985 年 6 月同意其作为安全添加剂用于食品中 ,
其ADI 值不做特殊规定。迄今为止 , 日本(1975)、英国
(1982)、美国(1982)、澳大利亚 、加拿大 、南非等几十个
国家和地区已批准其在食品中应用。
3　非洲竹芋甜素的制取
现在非洲竹芋甜素的一般制法大致为:将非洲竹芋
果实的假种皮经冷冻干燥后分离去籽 ,用水抽提(pH2.5
～ 4.0)后 , 经超滤以除去低分子物质 , 再精制 、干燥而
成[ 4] 。
另据报道 , 荷兰 Unilever 研究室利用基因工程已生
产出非洲竹芋甜素 Ⅱ和预制出非洲竹芋甜素分子的前
身。即利用重组 DNA 技术把植物基因的遗传信息引入
E.coli.细菌寄主细胞内 , 将“设计好”的 DNA 适时移入
细胞内就可生成非洲竹芋甜素蛋白;另一种方法是重组
DNA分子的结构 , 可预制出非洲竹芋甜素分子的前
身[ 5] 。非洲竹芋甜素的分子量显示可以用酵母从植物
蛋白中切断疏水单键区 ,单键和碳一端延长对有效合成
非洲竹芋甜素是必须的[ 8] 。从 E.coli.中提纯非洲竹芋
甜素可通过磷酸盐 PEG6000(1.5mol/ L NaCl , pH7)进行
提纯 ,效果较好[ 10] 。
4　非洲竹芋甜素的应用
由于非洲竹芋甜素具有甜味爽口 , 持续时间长 , 没
有苦味 、异味等不良后味 , 因此它在口香糖的生产中应
用比较广泛。在生产口香糖的过程中加入很少量的非
洲竹芋甜素 ,就可达到原来的甜度 , 且甜味持续时间长。
据报道 , 由于非洲竹芋甜素的特殊结构 , 使其具有改变
和掩蔽一些食品的不良风味的特性 ,并且具有呈味改善
的效果。例如:由于糖精 、甘草甜素 、甜菊苷等甜味剂具
有不愉快苦后味 、金属或其它异味 , 加入食品中会影响
食品的风味 ,但与非洲竹芋甜素混合使用时 , 其异味可
被屏蔽而呈食品原有风味。
非洲竹芋甜素在酸性条件下稳定 ,经得起热和碳酸
化处理及热量低 , 故常用于饮料中 , 但常常不是单独使
用 ,而是与其它甜味剂混合使用。因为它的甜味迟于柠
檬酸的酸味而易造成味觉的不平衡 ,且甜味持续时间长
(这种特性软饮料中并不需要)[ 5] 。Hays 公司进行了有
关亲合力的大量研究表明 ,非洲竹芋甜素可与大多数味
受体有作用 ,其甜味更易于被人感知 , 而这种特性一般
只有味精或呈味核苷酸才具有 , 故非洲竹芋甜素有增加
食品的香味 。非洲竹芋甜素不但可以增加薄荷 、姜 、桂
皮 、咖啡的味道 , 还可去除它们的苦味 、辣味;另外还可
与味精 、核苷酸混合使用 , 使产品有更鲜美的感觉;非洲
竹芋甜素与阿斯巴甜(Aspartame)一起使用时有协同效
果 ,如添加 10mg/ kg 的非洲竹芋甜素能减少 30%阿斯
巴甜的用量 ,而达到原来的甜度[ 4] 。
由于非洲竹芋甜素甜度高 、用量少 、产热量少 ,且它
能使食品风味增强和掩蔽一些金属 、盐 、酸等不良气味 ,
因此它还用于冰淇淋 、牛奶 、餐后点心 、罐头 、蛋糕等食
品中 , 充当低热量的甜味剂 , 以利于许多不想摄入过多
热量的人使用。
另外 ,根据非洲竹芋甜素的溶解性 , 可将液体非洲
竹芋甜素产品直接混合于香精油或香精中而不产生分
层现象 , 以方便使用[ 5] 。又根据非洲竹芋甜素的非吸湿
性 , 还可将其用于速溶咖啡等速溶饮品中。
非洲竹芋甜素在食品中的应用很广泛 ,它还可以用
于医药工业上 , 减少一些药物成分如肉桂 、冬青等的苦
味 , 且代谢又无需胰岛素的参加 , 产热量少 ,有利于糖尿
病人和其他病人的使用。非洲竹芋甜素也可用在化妆
品行业中 , 如牙膏 、漱口水 、唇膏上。日本有篇专利报
道 , 非洲竹芋甜素还可添加于香烟的过滤嘴部 , 使烟味
变得柔和[ 5] 。
5　非洲竹芋甜素的现状及发展趋势
随着社会的发展 , 人们生活水平的提高 , 人们在饮
食方面逐渐重视营养和保健作用。现在人们普遍担心
摄取过多的蔗糖 , 会引起肥胖 、高血压 、糖尿病 、龋齿等
疾病 , 科学家也注意到这一问题 , 对一些甜度高 、产热低
的甜味剂进行了深入的研究。Howard R.Roberts 博士
曾提出理想的代用甜味剂标准为:(1)比蔗糖甜得多 , 且
无怪异味道;(2)理化性质稳定 , 无色无臭 , 有较好的溶
解性 , 以便在食品中应用;(3)绝对安全性 , 对健康无害;
(4)价格便宜 , 有竞争力。 迄今为止科学家已合成了许
多甜味剂 , 如糖精(Saccharin)、乙酰磺胺酸钾(Acesulfame
-K)、阿力甜(Alitame)、甜蜜素(Cyelamate)、氯化蔗糖
(Sucralose)、阿斯巴甜等 ,也提取了许多天然甜味素 , 如
非洲竹芋甜素 、Monellin 、甘草甜素 、甜菊苷 、罗汉果苷
等。虽然有上述许多种甜味剂产品 , 但都不能达到理想
标准。
非洲竹芋甜素具有许多优点 , 但是仍存在一些不
足 , 如在碱液中的稳定性 、呈味时间慢等;另外 , 由于非
洲竹芋甜素是一种天然甜味剂 , 其产量受到一定的限
制。可是非洲竹芋甜素甜度高 ,可通过与其它甜味剂混
合使用 , 这样既可以减少单一甜味剂的摄入量 , 提高食
品安全性 , 又可达到原有的甜度 , 增加食品风味。目前
许多科学家正通过对非洲竹芋甜素进行改性研究 ,以增
加其稳定性;另外 , 还通过基因工程的方法来制取非洲
竹芋甜素 ,使其产品更易于工业化生产。非洲竹芋甜素
作为一种天然低热型甜味剂 ,将会在食品 、医药 、化妆品
等行业中有很好的发展前景。
参考文献:
[ 1] 　邓世忠 , 欧明仪.蛋白糖及其前后工程.四川制糖
·36· 1999 年第五期　　食品科技
饮料技术
啤酒酵母浓度实时在线检测方法的研究(一)
王贻俊　樊育
(山东轻工业学院自动化系　济南·250100)
Hans H.
(丹麦嘉士伯啤酒技术研究中心 , DK-2500 Valby Denmark)
STUDIES OF ON -LINE AND IN -SIT U DETECTING
METHOD OF BEER YEAST CONCENTRATION(Ⅰ)
WANGYi-jun　FAN Yu
(Department of Electrical Engineering , Shandong College of Light Industry , Jinan 250100 , )
Hans H.
(Carlsberg Technological Development , Gamle Carlsberg Vej 10 ,Dk-2500 Valby ,Denmark)
Abstract:This paper concerns a device and a method w hich monitor yeast concentrations on-line and in-situ , in a fer-
mentation process.The presence of microbial cells would affect the dielectrical properties of microbial suspensions.At radio
-frequencies , the intrinsic passive electrical properties of cell suspensions are completely specified by its conductivity and
permittivity.At radio-frequencies the dielectric permittivity of cell suspensions are monotonic function of the measuring
f requency and cell density.Based on this understanding a new method fo r measuring biomass concentration is proposed.
Using this method the biomass concentrations are measured on-line and in-situ without taking samples from the biore-
acto r , and only viable cells are detected.The electrode w hich w e developed could be directly inserted into the fermentor and
could be sterilized in place.The method has a wide use in the industrial field of pharmacy , brewery , sew age disposal.
Key words:on-line and in-situ detecting , beer yeast concentration , yeast viability , dielectric dispersion
　摘要:酵母的存在会改变发酵液的电特性 ,发酵液在无线电频率范围内的电特性可用电容率和电导率充分地
描述。实验证实发酵液在无线电频率范围内的电容率增量是测量频率和生物量浓度的函数。基于对发酵液电
容率分布的研究 ,本文提出了测量酵母浓度的新方法。用本方法不用取样就能对发酵液中的酵母浓度进行实时在
　发酵 , 1992 , 19(1):20～ 25
[ 3] 李笃信.新型甜味剂的发展与应用.食品与机械 ,
1991 ,(3):27 ～ 29
[ 4] 凌关庭等.食品添加剂手册(上册).化学工业出版
社 , 1989.56 ～ 69
[ 5] 刘树楷 , 郑建仙.最甜的蛋白质-Thaumatin.中国
甜菜糖业 , 1992 ,(4):47～ 59
[ 6] 刘志皋 ,宋艾青.国内外批准使用的甜味剂近况.食
品与发酵工业 , 1992 ,(2):72～ 77
[ 7] 孙天松.甜性蛋白糖.中国调味品 , 1992 , (7):6 ～ 9 ,
11
[ 8] Fred F Shih , 周明霞 ,黄占先.天然及合成甜味剂的
最新进展.食品与发酵工业 , 1991 ,(5):57～ 63
[ 9] Anon.Thaumatin -the sweetest substance known to
man has a wide range of food applica tions.Food
Technology , 1996 , 50(1):74～ 75
[ 10] Cascone O , B A Adrew s , J A Asenjo.Par titioning and
pur-ification o f thaumatin in aqucous two-phase
systems.Enzyme Mic-rob Technol , 1991 , 13(8):
29 ～ 635
[ 11] Edens L , et al.Gene.1982 , 18:1～ 3
[ 12] Iyengar R B , et al.The complete amino acid se-
quence of the sweet pro tein , thauma tin I.Eur J
Biochem , 1979 , 96:193～ 206
[ 13] Shamil Syed , Maggie Cusack , Robert J Beynon.Ef-
fects of pro teoly sis on the senso ry propertics o f the
sw eets protein , thaumatin.J Sci Food Agric , 1990 ,
53(1):73 ～ 84
[ 14] Van der Wel H , Loeve K.Isolation and characterisa-
tion of thaumatin I and II , the sw eettasting proteins
from Thaumatococcus danielli (Benth).Eur J
Bio chem , 1972 , 31:221 ～ 225
·37·食品科技　　1999 年第五期