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人造甜味剂,真的可以吃么?

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NO.2316-什么是甜味剂

作者:筋斗云

校稿:朝乾 / 编辑:板栗


在酸、甜、苦、咸四种基本味中,甜味可以说是人类最喜欢的味觉刺激。长期以来,人们一直通过摄入糖分来品尝甜味。可是,过量摄入糖分,可能导致糖尿病等一系列健康问题。于是,人类发明了一系列甜味剂来代替糖。


很早以前人们就已经认识到了甜味剂的“美妙”

(1900 雷姆·弗里茨)

(图:wiki)▼


我们在品尝糖或其他甜味剂时,为何带给我们的甜甜的味觉体验呢?事实上,甜味是甜味剂甜受体之间以一种特殊方式相互作用的结果。


其实我们品尝到甜味的这个过程十分复杂

(参考:wiki)▼


要解释甜味的产生,需要涉及到甜味剂、甜受体的化学结构和生理基础,甜味剂与甜受体的相互作用机理。



有关感受味觉受体的生理基础中,舌头味觉分布图”是一个广为流传的说法,即舌头上感受酸、甜、苦、咸的受体位于不同的区域,舌尖对甜味最敏感,舌根对苦味最敏感,舌的两边则对咸味和酸味最敏感。


现在被广泛承认的味道除了酸、甜、苦、咸,还多了鲜味

(参考:shutterstock)▼


但实际上,这个说法是错误的。这一“舌头味觉分布”起源于20世纪初发表的一篇德国论文的误译。德国科学家大卫·哈尼格(David Pauli H?nig)发现,舌头周围的四种基本口味(酸、甜、苦、咸)的阈值微小的差异


其实每一个味蕾都能尝到五种味道,只是敏感度有差异

(味蕾 参考:shutterstock)▼

多年后,美国心理学家埃德温·波林(Edwin Garrigues Boring)重新查看了哈尼格的数据,但他绘制了阈值的倒数(即1/阈值)作为敏感性的度量。结果显示,舌尖对甜味的敏感度最大,舌根对苦味的敏感度最大。而且波林没有在他的图上标注纵坐标,这让人们没有意识到,图中显示的敏感性差异其实非常小


单看埃德温·波林的图确实很有误导性

(图:Edwin Garrigues Boring)▼


后来学者重复了哈尼格阈值的测定部分并进行了扩展

绘制出来阈值的对数作为敏感性的度量的新图表

可以看到对不同味觉的感知差异不显著

(图:Virginia B. Collings)▼


最终,人们误将这细微的敏感性差异解释为没有感觉,于是“舌头味觉分布图”就诞生了。现代数据证实,在有味蕾的地方,所有四种味觉都能被感知到。


甜味剂的结构最广泛接受的理论是AH-B理论。早在20世纪60年代,科学家提出,甜味产生的原因是甜味分子AH-B系统与甜受体的AH-B系统进行氢键结合,形成双氢键复合结构而产生甜味刺激。


AH-B理论模型

(图:Shallenberger R. & Acree)▼


后来的甜味剂的结构理论多是建立在AH-B理论的基础上,如著名的多点结合甜味理论


多点结合甜味理论认为,人体甜味蛋白受体最少包含8个基本的识别部位,这些识别部位与甜味分子相应的结合部位发生相互作用,从而产生甜味刺激。甜味剂-甜受体相互作用理论的产生,促进了甜味剂的发展。

甜味剂分子与蛋白质受体拟合得越好

相互作用越大,甜味刺激越大

(味觉受体与葡萄糖 图:wiki)▼


自20世纪60年代发现阿斯巴甜以来,已经有大量的甜味剂已经被研发。


甜味剂的分类方法有很多:根据来源,甜味剂可以被划分为“天然甜味剂”和“人工甜味剂”;根据可提供的热量,甜味剂可分为“营养型甜味剂”和“非营养型甜味剂”


人工合成的甜味剂由于甜度高,添加量极少

所以几乎都是非营养型的▼

蔗糖属于营养型甜味剂,现在常用的替代蔗糖的甜味剂(代糖)有糖醇、高效甜味剂等。高效甜味剂多是人工甜味剂,也被认为是非营养型甜味剂,如糖精、三氯蔗糖和阿斯巴甜等。


这些甜味剂比蔗糖、玉米糖浆和果汁等高热量的甜味剂有更高的甜味,可在非常低的浓度下激活甜受体,因此添加量较少,几乎不提供热量。


阿斯巴甜比一般的糖甜约200倍,常用在无糖饮料中

与它相似的纽甜则常用在麦片中

(图:wiki)▼

糖醇类甜味剂大多是天然甜味剂,如赤藓糖醇、木糖醇、甘露糖醇等。糖醇类甜味剂的甜度没有那么高,如赤藓糖醇的甜度为蔗糖的0.6~0.8,木糖醇的甜味也不过是和蔗糖等同。


但是,糖醇类在热量上的表现是有区别的,如赤藓糖醇被认为是0kcal/g,木糖醇为2.5~3kcal/g(蔗糖一般为4kcal/g),算是一种低热量的甜味剂。


但由于糖醇甜度不高,添加量较大

其带来的热量还是不能算太低

(参考:wiki)▼


利用成分来改善食品的营养状况是食品行业新产品研发的主要驱动力之一,这也为人们开发新的健康食品提供了新方向。食品企业在研发的新产品中贴上了“无糖”“不添加糖”“低热量/零卡”等标签,以吸引人们购买。


无糖食品是否真的那么健康呢

(图:flickr)▼


目前,许多食物中含有代糖,包括饮料、冰淇淋、酸奶、口香糖、巧克力、果酱和巧克力。而关于代糖对身体健康的优缺点一直有很多争论。



目前,关于代糖优点的讨论多集中于糖醇类甜味剂。


一些糖醇类甜味剂对口腔健康是有益处的,这一点已经得到了广泛的认可。口腔微生物不能发酵这些化合物,不会导致酸性的口腔环境,因此不利于牙菌斑和龋齿产生。


很多口香糖中就添加了木糖醇

(图:flickr)▼


糖醇类甜味剂的特点是低血糖反应和低胰岛素反应,它们还与脂肪生成抑制降低胰岛素生成有关。因此,糖尿病患者可以食用含有糖醇的产品。


一些糖醇对肠道健康也是有益处的,有利于对胃肠道菌群生长。糖醇在肠道中发酵产生的丁酸,是肠黏膜的能量来源,也被认为会减缓癌细胞的生长。


肠道其实是人体最大的免疫器官

(小肠绒毛横截面 图:wiki)▼


而关于代糖缺点的讨论大多是关于人工甜味剂。


目前,人们大摄入含人工甜味剂最多的食品是软饮料。虽然人工甜味剂的热量很低,但是研究表明,人工甜味剂在生理上并不是惰性。其可能通过不同的外周和中枢机制影响进食和代谢。


应该不只有我一个人不喝白水只喝“甜水”吧

(你是否也“甜水”上瘾了呢 图:图虫创意)▼


一些研究表明,长期人工甜味剂摄入与体重增加、代谢综合征和Ⅱ型糖尿病之间呈正相关关系。


人工甜味剂对肠道微生物群也有一定的影响。人类和啮齿动物的肠道微生物群优势和共生细菌门,只有厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和变形菌门。这些肠道微生物群影响宿主的重要生理功能,特别是免疫系统和膳食营养物质的代谢。


动物研究表明,由糖精、三氯蔗糖和阿斯巴甜组成的人造甜味剂会改变肠道微生物群。食用三氯蔗糖和营养性甜味剂的混合物,减少了共生细菌的数量。这些肠道微生物群的变化与在Ⅱ型糖尿病患者、肥胖个体中的发现是一致的。


还能不能快乐了

(图:shutterstock)▼


因此科学家认为,人工甜味剂引起的这些变化也可能与胰岛素抵抗、肥胖等疾病有关。如果持续摄入人工甜味剂,就会影响肠道微生物群的组成,可能导致一些不良影响


当然,大量研究主要是在动物模型中进行的,动物研究的发现很难推断到人类身上。关于这些发现,在与人类有关的试验中还没有足够的证据。


我的快乐又回来了?

(图:flickr)▼

事实上,糖醇类甜味剂也会产生一些人体不适应的情况。


糖醇类甜味剂低热量的原因是其消化吸收慢或不完全吸收。它们通过被动扩散被吸收,并且它们在小肠中的摄取速率随着其分子质量的增加而减少,因此会升高肠道内的渗透压,使肠道细胞内的水分因外部高渗透压而渗出。


这些多余的水分就会导致大便变稀,形成渗透性腹泻。这种腹泻方式和乳糖不耐受产生的腹泻是类似的。


许多月饼中就有使用糖醇

肠胃不好的人吃多了容易窜稀

(图:图虫创意)▼


快乐都是嘴巴的,肠道只能默默承受快乐的“副作用”

研究糖醇导致腹泻的动物实验图:shutterstock)▼


有些糖醇如甘露醇,可在肠道中发酵,会导致胀气。这些腹泻和胀气等情况取决于一个人的耐受性,人们可以通过定期食用来提高耐受性。



每一种食品成分的应用,都要考虑他们的安全性、生产特性和口味。现在,糖醇类甜味剂已经成为了代糖应用方面的宠儿,尤其是赤藓糖醇。


赤藓糖醇甜度不低且热量几乎为零

算得上糖醇里的佼佼者了

(图:wiki)▼


赤藓糖醇在小肠内的吸收率较高。而且,赤藓糖醇不在肠道中发酵,可在24小时内完整地通过尿液排出,也就不会有腹泻情况的发生。


糖醇不只是赋予食品的甜味,其渗透性、体积、吸水性、结晶性等均在食品加工中有所应用。另外,其在口感上还会带来一种清凉的感觉。


牙膏和化妆品里也有赤藓糖醇的身影

(图:flickr)▼


与人工甜味剂不同,所有的糖醇都可以在体积上以1:1的比例替代糖或果葡糖浆。糖醇的吸水性使其有多种应用。


例如,山梨醇或木糖醇可以帮助保持水分;而甘露醇具有很低的吸湿性,可以作为口香糖的除尘粉,防止口香糖粘在工业设备和包装纸上;山梨醇等可溶性糖醇可防止结晶,会增加产品的光滑度,多用于糖浆和果酱中。


身兼多职的糖醇可以说是甜味剂里的多面手了

(图:壹图网)▼


糖醇在较大范围的温度和pH内是稳定的,且不会发生焦糖化或发生美拉德反应,可用于不希望产生变色反应的产品上,并提高产品的保质期。


能烤出焦黄得恰到好处的面包的方法找到了

(图:flickr)▼


有人总结认为,糖醇类甜味剂大概只有两个缺点:引起腹泻,价格昂贵


除去营养、安全、加工特性等方面,到目前为止,人们尚未发现一种在口味上能够完全取代蔗糖的甜味剂。


谁能拒绝这一口红糖糍粑呢

(图:图虫创意)▼


应用型学科的发展要建立在基础学科之上。想要有更多甜味剂的发现和应用,还是要回到前文提到的甜味剂和甜受体相互作用的理论,要等到弄清楚甜受体蛋白质分子的结构才可以。


一个题外话,对于我个人来说,就喝不惯代糖的饮料,感觉有一种明显的后甜味,口感上也差一些。不过有的人好像感受不出代糖饮料和蔗糖饮料口感上的区别。不知各位读者对此感受是如何?


参考资料:

[1]LYN O’BRIEN.Alternative Sweeteners,Fourth Edition[M].Winnipeg:CRC Press,2011.

[2]JM MERILLON,RAMAWAT K G.Sweeteners Pharmacology,Biotechnology,and Applications:Pharmacology,Biotechnology,and Applications[M].Cham:Springer International Publishing,2018.

[3]WEERASINGHE D K,DUBOIS G E.Sweetness and sweeteners:biology,chemistry,and psychophysics[M].Georgia:American Chemical Society,2008.

[4]郑建仙. 高效甜味剂[M].北京:中国轻工业出版社,2009.

[5]O'DONNELL K,KEARSLRY M W.Sweeteners and sugar alternatives in food technology[M]. Chichester:John Wiley & Sons,Ltd.,2012.


*本文内容为作者提供,不代表地球知识局立场

封面:shutterstock


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