全 文 ：张　杨　男 , 25岁 ,硕士研究生 ,现从事甜菊糖组份分离方面的研究。 * 联系人
国家博士后基金资助项目　 1997-05-29收稿 , 1997-09-15修回
甜叶菊糖的组份分离与味质改进研究进展
张　杨　陈天红* 　孙君坦　何炳林
(南开大学高分子化学研究所　天津　 300071)
关键词　甜叶菊糖　组份分离　味质改进
摘要　对甜菊叶提取物中甜菊甙及甜双萜糖甙相关物的组份分离、测定以及为改进味质采用的酶
转糖基化法、酯化法、掺杂法等手段进行概要评述。
近几年来 ,人们营养过剩的问题日益严重 ,戒糖的呼声越来越高 ,食用蔗糖过量给人们带来的
众多危害促使科学家们不断寻找开发新型糖源。甜叶菊叶片提取物中的甜菊甙及其它甜双萜糖甙
相关物 ( DTG)作为一类高甜度、低热值、非糖、非营养型的天然甜味剂产品越来越受到广大消费者
的青睐。它不仅符合现代饮食健康的要求 ,而且也为糖尿病、肥胖症、高血压、心脏病等患者提供了
不诱发病情的甜味代糖品 ,有着广阔的发展前途。我国自 80年代初期引种甜叶菊获得成功以来 ,国
内有关甜叶菊的栽培技术、甜菊甙的提取分离及其在食品中的应用等方面也取得了很大的进步。
令人遗憾的是 ,由于甜菊叶提取物是 8种双萜糖甙的混合物 ,其口感、甜度各不相同。其中甜菊
甙 ( stevioside)和莱鲍迪甙 C( rebaudio side C)带有一定的后苦味道 ,严重影响着甜叶菊糖的味质。
为此 ,国内外学者进行了大量研究改进工作。本文重点对近年来有关甜叶菊糖的组份分离与生物技
术改进不良味质糖甙的研究进展进行了概述。
1　甜叶菊糖的组份分离
自 1931年法国药学家 Bridel和 Lavieille二人对甜叶菊提取物用无水乙醇分离 ,得出溶于无
水乙醇的结晶体甜菊甙以来 [ 1] ,大量研究
已证实 ,甜叶菊中的甜味成分是甙类配糖
体 ,其甙元部分是四环双萜化合物 ,糖基部
分有葡萄糖基 (— G)、鼠李糖基 (— Rh)等
八种主要配糖体 ,其结构和各组份含量见
表 1。
表 1　甜叶菊总糖甙中各组份结构及相对干叶含量
名　　称 R1 R2 含　量
1.甜菊甙 — G — G— G 6. 0～ 8. 0
2.莱鲍迪甙 A — G G
G
G
2. 0～ 3. 0
3.莱鲍迪甙 B — H G
G
G
< < 1. 0
4.莱鲍迪甙 C — G G
G
Rh ～ 1. 0
5.莱鲍迪甙 D — G— G G
G
G
< < 1. 0
6.莱鲍迪甙 E — G— G — G— G < < 1. 0
7.斯替维伯甙 — H — G— G < < 1. 0
8.杜尔可甙 A — G — G— Rh 0. 4～ 0. 6
　　　 G—葡萄糖基　 Rh—鼠李糖基　 H—氢原子
·11·化学通报　 1998年 第 6期DOI : 10. 14159 /j . cnki . 0441 -3776. 1998. 06. 003
　　不同糖甙在甜度上存在较大的差异。甜菊甙是最早被人们发现的 ,也是甜菊叶中含量最高的甜
味成份。莱鲍迪甙共有 A、 B、 C、 D、 E五种 ,其中以 A甙含量最高 ,口感也最好 ,其甜度超过蔗糖的
300倍 ,而且不含有不良余味 ,是非常理想的天然甜味剂。
有关甜叶菊糖的组份分离、检测技术 ,国外自 60年代起就已有研究。但由于这八种糖甙具有非
常接近的分子结构和极性 ,给分离工作带来一定的困难。 目前报道的分离手段主要有以下几种:
1. 1　高效液相色谱法 (HPLC)
高效液相色谱法作为一种高效、高灵敏度的检测手段已被广泛用于甜叶菊糖各组份的分离、测
定研究。色谱固定相的成份与淋洗液极性的搭配是分离效果的关键。 Robert等人通过改变萃取剂
组份比以及使用含氧有机固定相 ,通过硅原子以共价键连在无机载体上做为色谱填料 ,用 HPLC
将甜叶菊提取液中八种糖甙组份实现了一次分离 ,并将这项技术申请了美国专利 [2 ]。
Makapugay等人 [ 3]选用氨基固定相 Zo rbax-NH2为色谱柱 ,乙腈 -水作流动相 ,用线性梯度洗
脱法在十几分钟内将八种组份分离。 值得一提的是 , Makapugay等人还对包括中国在内的几个国
家和地区的甜叶菊干叶组份含量进行了对比测定 ,其中我国种植的甜叶菊中莱鲍迪甙 A的含量相
对较高 (见表 2)。
表 2　不同地区甜菊叶中主要组份含量对比
样品 来源 干叶中各组份百分含量 (w /w )甜菊甙* 莱鲍迪甙 A* 莱鲍迪甙 C* 杜尔可甙 A* *
1 韩国 5. 5 2. 5 1. 4 0. 66
2 中国 6. 6 3. 7 2. 1 0. 53
3 台湾 8. 1 3. 5 1. 4 0. 53
4 巴拉圭* ** 4. 6 1. 9 0. 85 0. 41
5 巴拉圭** ** 5. 5 3. 4 1. 5 0. 54
　　* 紫外检测 0. 4a. u. f. s　** 紫外检测 0. 2a. u. f. s　* ** L. E. de Gasperi提供样品　** ** Laboratorios Miracle S. R. L.提
供样品
1. 2　液滴逆流分配层析 (DCCC)
液滴逆流分配层析是以一种液体作固定相 ,另一种液体作流动相。固定相充满一组彼此相连的
细管 ,流动相以微滴的形式穿过固定相 ,从而使样品在流动相与固定相之间进行分配 ,分离量可以
从几毫克到几克。
Kinghor n等人 [4 ]用 DCCC法进行了甜叶菊提取液的纯化和分离 ,以氯仿 -甲醇 -异丙醇 -水
( 11∶ 9∶ 4∶ 8)为固定相 ,成功地分离出甜菊甙、莱鲍迪甙 A和杜尔可甙 A。
1. 3　薄层色谱法 ( TLC)
薄层色谱法是利用吸附剂对不同物质吸附能力的不同进行分离。由于甜叶菊糖各主要成份的
极性存在细微差异 ,在薄层上展开时 ,极性较强的糖甙如莱鲍迪甙 A展开速度要慢一些 ,而极性弱
的物质 ,如甜菊甙则相对展开较快。 Fujinuma[5 ]等人用硅胶 60板 ,以氯仿-甲醇-醋酸 ( 15∶ 10∶ 2)
为展开剂 ,成功地分离出高纯度的甜菊甙和莱鲍迪甙 A。
1. 4　重结晶法
最新的文献报道 [6, 7 ] ,日本科学家近两年通过研究甜菊甙与莱鲍迪甙 A在甲醇 -水混合液中溶
解度的差异 ,采用较为简单的工艺技术将甜叶菊提取液经提取、脱色、吸附等处理后 ,再在一定配比
的甲醇 -水体系中重结晶 ,得到了莱鲍迪甙 A含量高于 60%的甜味剂产品 ,从根本上改进了甜叶菊
糖的味质 ,并已推广到工业化生产。
·12· 化学通报　 1998年 第 6期
1. 5　其他
此外 ,分离甜叶菊糖的方法还有超临界萃取法 [8 ]和毛细管电泳法 [ 9]等等。但是由于这些方法包
括各种色谱方法可处理的样品量太少 ,难于实现工业化生产。
采用树脂吸附分离法提取、精制甜叶菊糖具有快速、经济、稳定持久等优点 ,是目前甜叶菊糖精
制过程中不可缺少的工艺流程。大孔吸附树脂对甜叶菊提取成份的吸附作用具有一定的选择性。近
年来 ,南开大学高分子化学研究所正着手致力于设计合成一种对甜菊甙具有高吸附选择性的大孔
亲和性吸附树脂 ,并研究它对于甜叶菊糖八种糖甙的分离作用 ,力图采用树脂的选择性吸附作用提
取分离出莱鲍迪甙 A含量高的甜叶菊糖产品。
2　甜叶菊糖味质改进的研究进展
在甜叶菊糖组份中 ,甜菊甙、莱鲍迪甙 A及莱鲍迪甙 C的相对含量较高 ,占总量的 90%以上。
其中莱鲍迪甙 A甜度高 ,味质接近蔗糖 ,是理想的甜味成份 ,而甜菊甙及莱鲍迪甙 C具有较强的余
苦味 ,在很大程度上影响了甜叶菊糖的味质。近年来有许多研究报道用酶转糖基化法将甜菊甙、莱
鲍迪甙 C及斯替维伯甙转化成低聚葡萄糖配体 ,以改进其味质。也有用酯化法、细菌微生物法及掺
杂法等措施进行味质改进的研究 ,现分别介绍如下:
2. 1　酶转糖基化法
图 1　 CGTase酶转糖基化产物
通过生物酶的糖化作用 ,在甜味菊糖的糖元部分引
入一些新糖元或进行糖元的转换 ,可以合成具有更好味
质的甜味菊糖配糖体 ,目前主要有以下几种方法:
2. 1. 1　环糊精葡萄糖基转移酶法 ( CGTase)　环糊精
葡萄糖基转移酶的主要作用是通过形成 1, 4-α-D-糖苷
键 ,使 1, 6-α-三葡聚糖链部分环化。此外 , CGTase还可
以将淀粉的α-1, 4位所连的葡萄糖基经转葡萄糖苷作
用转移给其它糖元。借助 CGTase的这一功能 ,山田 [ 10]
等人取甜菊甙、可溶性淀粉同 CGTase作用 ,在甜菊甙
的糖基上引入新的低聚糖元 ,通过 HPLC分离分析 ,得
到三组结构如图 1所示的转葡萄糖基化产物。再由异头
碳分析和 13 C NRM谱图分析可知 , 1-1a, 1-1b是单葡萄
糖基转化的产物 ; 1-2a , 1-2b, 1-2c是双葡萄糖基转化的
产物 ;而 1-3a、 1-3b、 1-3c、 1-3d是三葡萄糖基转化的产
物。
通过对上述三个组份进行甜度比较 ,结果发现 13-
位所连葡萄糖分子数目和 19-位上所连葡萄糖分子数目
之比 (m∶n )同甜度有直接的关系 ,随 m∶n值逐渐增
加 ,甜度加强。其中 1-1a (m∶n= 3∶ 1)和 1-2a (m∶n=
4∶ 1)的甜度和口感远远好于甜菊甙 ,是目前所合成的最好的甜菊配糖体。
人们过去在对甜叶菊糖中斯替维伯甙的 1, 4-α-葡萄糖基转化的研究中也曾发现 ,在斯替维伯
甙的 13-位引入一至两个葡萄糖分子可以很好地改进味质 ,而在 19-位引入葡萄糖 ,则随引入葡萄
糖分子数目的增加 ,苦味明显加重 [11 ]。
2. 1. 2　β -味喃果糖苷酶法 ( FFase)　 FFase的主要作用是催化β -D呋喃果糖糖苷链末端的非还原
·13·化学通报　 1998年 第 6期
Compd. R1 R2
1-1a — G — H
1-1b — H — G
1-2a — G— G — H
1-2b — G — G
1-2c — H — G— G
1-3a — G— G— G — H
1-3b — G— G — G
1-3c — G — G— G
1-3d — H — G— G— G
甜度增强←　　　　　味质　　　　　　→苦味增强
· 1-1a(× 180; 3∶ 1)*
· 1-2a(× 205; 4∶ 1)
· 1-3a(× 117; 5∶ 1)
· 1-3 d(× 121; 2∶ 4)
· 1-1b(× 133; 2∶ 2)
· 1-2b(× 136; 3∶ 2)
· 1-3 c(× 150; 3∶ 3)
· 1-2c(× 136; 2∶ 3)
· 1-3b (× 146; 4∶ 2)
· 甜菊甙
　　* (× a:相对于蔗糖的甜度 ; m∶ n 13-位和 19-位所连葡萄糖
　 基数目之比 )
性 β -D呋喃果糖苷残基的水解。 Ishikawa等人 [12 ]利用 FFase的这一性质 ,在甜菊甙的 19-位所连的
葡萄糖基上通过 β -2, 6连接引入一分子呋喃果糖 ,再经过甲醇重结晶 ,得到高纯度的甜菊甙-呋喃
果糖 ( S-F)产物。
通过对 S-F进行 13 C NM R分析 ,证实 S-F中的确存在一分子 β -呋喃果糖 ,而对 S-F进行碱皂
化反应则只得到甜菊甙 ,这表明转呋喃果糖反应没有发生在甜菊甙的 13-位 ,而是发生在 19-位的
葡萄糖基上。对 S-F进行甲基化的结果也表明 , S-F为甜菊甙的 β -D-呋喃果糖 -( 2-6) -β-D-葡萄糖的
配糖体。
研究中发现 ,甜菊甙的浓度对反应有影响 ,对不同浓度的甜菊甙分别在反应 0. 5h、 1h、 3h、 20h
后取样 ,用高效液相色谱分析发现在低浓度时 ,甜菊甙被很好地转化成 S-F,而且 S-F与甜菊甙的
比例在反应初期为最高。 例如:甜菊甙浓度在 0. 025mol /L时 , 0. 5h后转化率可达 80% ,而甜菊甙
浓度在 0. 5mo l /L时 , 20h转化率仅为 19% 。
通过专家们的感官鉴定 ,甜菊甙 -呋喃果糖产物在甜度、味质方面都明显好于甜菊甙和莱鲍迪
甙 A,可与天冬糖媲美。
此外 ,日本学者 Kaneda等人 [13 ]用高峰淀粉酶 ( Takadiast Y)对甜菊甙糖基部分α葡萄糖 -β -葡
萄糖甙的末端葡萄糖基进行选择性水解 ,然后经过一系列有机合成反应可将甜菊甙转化成莱鲍迪
甙 A。 类似的研究工作还有 , Hi to shi等人 [14 ]将筛选且纯化好的酶固定在 DEAE-琼脂糖凝胶柱上 ,
使甜叶菊萃取液循环流过柱子 , 24h后 50%的甜菊甙可转化成莱鲍迪甙 A,从而达到了改善味质的
目的。
2. 2　酯化法
Koyama等人 [15 ]认为苦味是由于具有甜味的分子受到一定阻隔不能通过味觉细胞膜造成的 ,
甜度同分子的亲水性有直接的关系。
斯替维伯甙的 19-位所连酯基容易发生酯交换反应 ,如果引入一系列酯基调节分子的亲水性 ,
再通过甜度的比较 ,应该能够找到甜度和亲水性之间的关系。
在这个思想指导下 , Grant等人 [ 16]合成了 13种具有与甜菊甙相同甙元的化合物 ,它们的结构
和甜度分别如图 3和表 3所示 ,其中以 11、 13两种产物的味质最好。
分子极性大小可用色谱分析中的容量因子 K′来定性表示 [17 ]。该实验分析选用 C-18反向色谱
柱 ,分子极性越大 , K′越小。从表 3中可以看出 ,对斯替维伯甙的酯类如 1, 2, 5～ 11苦味随着 K′值
的减小而减少 ,到极性最大的分子 11(K′= 5. 5)时 ,苦味最小。这就验证了 koyama等人的理论 ,苦
味随分子的亲水性增强而减弱。对莱鲍迪甙 B的酯类 ( 13)而言 ,它的甜度远远优于甜菊甙 ,同天冬
糖接近 ,基本上没有苦味。
·14· 化学通报　 1998年 第 6期
　　 1. ( steviosid e) , R1= β -D-glucosyl , R2= β -D-sophoros yl
2. R1= ( CH2) 3 SO 3Na, R2= β -D-sophoros yl
3. ( rebaudiosid e A) , R1= β -D-glucosyl
R2= 3-O-β -D-glucos yl-β -D-sophoros yl
4. ( steviobioside) , R1= H; R2= β -D-sophorosyl
5. R1= CH2COO H; R2= β -D-sopho ros yl
6. R1= ( CH2) 3 SO 3Na; R2= β -D-sophoros yl
7. R1= CH( COO H) CH2CH2COO H; R2= β -D-sopho ros yl
8. R1= ( CH2) 2CH( N H2) COO H; R2= β -D-sopho ros yl
9. R1= CH( COO H) CH2CH2N H2; R2= β -D-soph oros yl
10. R1= ( CH2) PO( OH) ( OHa) ; R2= β -D-sopho ros yl
11. R1= ( CH2) 2CH( SO3Na) 2; R2= β -D-sophoros yl
12. ( rebaudiosid e B) R1= H, R2= 3-O-β-D-glucosyl-β-D-sophoros yl
13. R1= ( CH2) 2 SO 3Na; R2= 3-O-β-D-glucosyl-β-D-soph orosyl
表 3　各种合成甜味剂的味质分析
化合物 甜味含量 苦味含量 K′
1 62 30 6. 6
2 92 4 5. 9
3 85 12 6. 6
4 65 35 7. 6
5. 81 19 7. 4
6. 79 17 6. 2
7. 84 2 7. 0
8. 60 35 7. 5
9. 79 18 5. 6
10. 87 8 5. 8
11. 96 0 5. 5
12. 88 4 7. 7
13. 96 1 6. 6
蔗糖 100 0
天冬糖 100 0
　　K′:容量因子。
2. 3　微生物糖基化法
用微生物的代谢使甜叶菊糖的糖基发生转化或
偶联上更多的糖基 ,近几年被用来改进甜叶菊糖的
味质。
2. 3. 1　放线菌类微生物法　 Kusakabe等人 [18 ]使
用放线菌 ( Actinomycete)在甜菊甙的 13位碳上 2-
葡萄糖 -β -葡萄糖苷的中间位置转移上一个葡萄糖
基 ,使甜菊甙转化成莱鲍迪甙 A,这一方法有着极好
的工业应用前景。
2. 3. 2　 微生物 菌类—— β -呋 喃果 糖酶 法　
Ishakawa等人 [19 ]将 β -呋喃果糖酶 ( FTase )与细菌
结合使用 ,在甜菊甙和莱鲍迪甙 A的 13位碳上转
接 β -呋喃果糖 ,这类糖基化产物的味质和甜度均有
较大的改善。
2. 4　掺杂法
有研究发现 [ 20] ,甜叶菊糖与其它一些人工合成
的甜味剂一样 ,其甜度随浓度的变化而变化 ,它在低浓度时的相对甜度 ( ES值 )较高 ,而且口感及味
质也较高浓度好。 因此 ,人们将甜叶菊糖与其它食用糖类、乳类、有机酸、食盐及常用调味品混合使
用 ,使其在低浓度下发挥作用 ,以达到最佳味质效果 ,这就是掺杂法改进甜叶菊糖味质的实质。 例
如 ,日本学者 [21 ]曾将蜂蜜和食糖 (如蔗糖、果糖等 )在 35℃混合放置两到 3d,然后将甜叶菊糖混入
上述已发酵的糖中使用 ,没有发现后苦味道。还有人发现 [22, 23 ]将甜菊糖用于制作腌菜及酱制品等 ,
可显著抑制其余苦味道 ,得到口感较好的食品。
近年来 ,甜叶菊叶片提取物中的甜叶菊糖被用作代替蔗糖的天然甜味剂在国际市场上倍受重
视 ,国内甜菊糖的提取及分离技术也有了很大的进步。相信随着甜叶菊载培技术及其分离提取工艺
的不断成熟 ,甜叶菊糖味质的不断改进 ,解决“糖害”这一世人瞩目的问题已为时不远。
参 考 文 献
1　 Bridel M , Lavieil le R. Compt. Rend. , 1931, 192: 1123
·15·化学通报　 1998年 第 6期
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谭国洪　男 ,副研究员 ,从事含能材料合成及火炸药信息资料研究工作。
1997-05-15收稿 , 1997-09-12修回
1, 3, 3-三硝基氮杂环丁烷合成研究的现状与进展
谭国洪
(西安近代化学研究所　 710065)
关键词　高能量密度材料　 TNAZ　炸药　合成
摘要　叙述近年来国外对新的高能量密度材料 1, 3, 3-三硝基氮杂环丁烷 ( TN AZ)合成研究的情况
与进展 ,介绍了六种新的合成路线并进行了评论。
当前 ,在火炸药领域合成高能量密度材料是人们关注的热门课题。而研制多硝基紧凑张力环化
合物是达到这一目的的有效途径和发展方向之一。 TN AZ是这类材料中的新成员 , 80年代初由美
国加利福尼亚氟化学研究所及华盛顿海军研究室物质结构实验室的 Arichibald, Baum等人首先
合成并确认结构 [1 ]。 这个化合物熔点低 ( 101℃ ) ,密度大 ( 1. 84g /cm3 ) ,感度低 ( 44% ) ,热安定性好
(> 240℃ )。并且 ,由于其四元环结构含有张力能 ( 154. 8K J/mol) ,它的能量水平高于 HMX,单元比
冲比 HMX高 2% ,其炸药配方的威力大于 Octol。特别是它的熔铸性好 ,能与别的炸药形成低共熔
混合物 ,适于铸装成型 ,在武器上的应用前景十分广阔 [1～ 4 ]。美国 90年代将它与另外几种高能化合
·16· 化学通报　 1998年 第 6期