甜味和甜味物质

二、甜味和甜味物质

（一）甜味理论

甜味（sweet taste）是最受人类欢迎的滋味，食品的甜味不但可以满足人们的爱好，同时也能改进食品的可口性和某些食用性质，并且可供给人体热能。

具有甜味的物质分天然甜味剂和合成甜味剂两大类，其中前者较多，主要是几种单糖和低聚糖、糖醇等，俗称为糖，以蔗糖为典型代表物。合成甜味剂较少，只有几种人工合成甜味剂允许在食品加工中使用。最早使用的是天然甜味剂，对它们的研究也进行得较早。Shallenberger和Acree等人认为，有甜味的化合物都具有一个电负性原子A（通常是N、O）并以共价键连接氢，即存在一个—OH，—NH2或═NH基团，它们为质子供给基；同时具有甜味的化合物还具有另外一个电负性原子B（通常是N、O），它与AH基团的距离大约在0.25～0.4nm，为质子接受基；而在人体的味蕾内，也存在着类似的AH-B结构单元。当甜味化合物的AH-B结构单元通过氢键与味蕾中的AH-B单元结合时，便对味觉神经产生刺激，从而产生了甜味。氯仿、糖精、葡萄糖等结构不同的化合物的AH-B结构，可以用图10-4所示来形象地表示。

但是，这个理论不能解释一些化合物的结构稍有差别时，为什么甜度有很大差异的现象。为此，1977年有人提出新的假设：甜味物质与味蕾受体作用，还有第三个疏水性质的结合部位，它和质子供给基、质子接受基的距离分别为0.35nm和0.55nm。这个疏水基团（X）的不同结构产生了甜度的差别。

（二）甜味物质的甜度及影响因素

甜味的强弱称作甜度。现在甜度只能靠人的感官品尝进行评定，这样得到的甜度称为相对甜度。一般是以蔗糖溶液为甜度的参比标准。将一定质量分数的蔗糖溶液的甜度定为1（或100），其他甜味物质的甜度与它比较，得出相对甜度。评定甜度的方法有极限法和相对法。前者是品尝出各种物质的阈值浓度，与蔗糖的阈值浓度相比较，得出相对甜度；后者是选择蔗糖的适当浓度（10%），品尝出其他甜味物质在该相同的甜味下的浓度，根据浓度大小求出相对甜度。常见的甜味物质的相对甜度见表10-3。

表10-3　一些甜味物质的相对甜度

影响甜味物质甜度的因素主要有以下几种：

1.糖的结构对甜度的影响

（1）聚合度的影响　单糖和低聚糖都具有甜味，其甜度顺序是：葡萄糖＞麦芽糖＞麦芽三糖，而淀粉和纤维素虽然基本构成单位都是葡萄糖，但无甜味。

（2）糖异构体的影响　异构体之间的甜度不同，如α-D-葡萄糖＞β-D-葡萄糖。

（3）糖环大小的影响　如结晶的β-D-吡喃果糖（五元环）的甜度是蔗糖的2倍，溶于水后，向β-D-呋喃（六元环）果糖转化，甜度降低。

（4）糖苷键的影响　如麦芽糖是由两个葡萄糖通过α-1，4糖苷键形成的，有甜味；同样由两个葡萄糖组成而以β-1，6糖苷键形成的龙胆二糖，不但无甜味，而且还有苦味。

2.温度对甜度的影响

温度对甜味剂甜度的影响表现在两方面：一是对味觉器官的影响，二是对化合物结构的影响。在较低温度范围内，温度对蔗糖和葡萄糖的影响很小，但果糖的甜度受温度的影响却十分显著，这是因为在果糖的平衡体系中，随着温度升高，甜度大的β-D-吡喃果糖的百分含量下降，而不甜的β-D-呋喃果糖含量升高。

3.结晶颗粒对甜度的影响

商品蔗糖有大小不同的结晶颗粒，可分成细砂糖、粗砂糖，还有绵白糖。一般认为绵白糖的甜度比白砂糖甜，细砂糖又比粗砂糖甜，实际上这些糖成分相同，甜度都一样。感觉甜度上的差异是因为蔗糖的结晶颗粒大小对溶解速度的影响造成的。糖与唾液接触，晶体越小，表面积越大，与舌的接触面积越大，溶解速度越快，能很快达到甜度高峰，所以绵白糖给人的感觉甜度大。因为只有溶解状态的糖才能刺激味蕾，因此，糖溶液的质量分数越高，甜度越大。

4.质量分数对甜度的影响

糖类的甜度一般随着糖质量分数的增加各种糖的甜度都增加。在相等的甜度下，几种糖的质量分数从小到大的顺序是：果糖、蔗糖、葡萄糖、乳糖、麦芽糖。

将各种糖类混合使用时，均能相互提高糖之间的甜度，表现有相乘现象，如将26.7%的蔗糖溶液和13.3%的42DE淀粉糖浆组成的混合糖溶液，尽管糖浆的甜度远低于相同质量分数的蔗糖溶液，但混合糖溶液的甜度与40%的蔗糖溶液相当。同时，在天然果品或加工食品中，与其共存的成分也影响它的甜度，但无一定规律。

（三）甜味物质

1.糖醇

糖醇是世界上广泛使用的甜味剂之一，它可由相应的糖加氢还原制得。这类甜味剂口感好，化学性质稳定，对微生物的稳定性好，不易引起龋齿，可调理肠胃。现在所有发达国家都使用它，往往是多种糖醇混用，代替部分或全部蔗糖。糖醇产品形态有三种：糖浆、结晶、溶液。糖醇类甜味剂有一个共同的特点，即摄入过多时有引起腹泻的作用，在适度摄入的情况下有通便作用。(https://www.daowen.com)

（1）山梨糖醇　又名山梨醇，为白色吸湿性粉末或晶状粉末、片状或颗粒，无臭。易溶于水（1g溶于约0.45mL水中），微溶于乙醇和乙酸。耐酸、耐热性能好，与氨基酸、蛋白质等不发生美拉德反应。山梨醇有清凉的甜味，甜度约为蔗糖的一半，热值与蔗糖相近。食用后在血液内不转化为葡萄糖，也不受胰岛素影响，适宜做糖尿病、肝病、胆囊炎患者的甜味剂。它还有保湿性，可维持一定的水分，防止食品干燥。

（2）麦芽糖醇　又名氢化麦芽糖，白色结晶性粉末或无色透明的中性黏稠液体，易溶于水，不溶于甲醇和乙醇。吸湿性很强，一般商品化的是麦芽糖醇糖浆。麦芽糖醇的甜度约为蔗糖的85%～95%，具有耐热性、耐酸性、保湿性和非发酵性等特点，基本上不参与美拉德反应。在体内不被消化吸收，热值仅为蔗糖的5%，不使血糖升高，不增加胆固醇，为保健食品的理想甜味剂。用于儿童食品，可防龋齿。

（3）木糖醇　为白色结晶或结晶性粉末，极易溶于水，微溶于乙醇和甲醇。木糖醇甜度与蔗糖相当，溶于水时可吸收大量热量，是所有糖醇甜味剂中吸热值最大的一种，故以固体形式食用时，会在口中产生愉快的清凉感。木糖醇不致龋且有防龋齿的作用。木糖醇代谢不受胰岛素调节，在人体内代谢完全，可作为糖尿病人的热能源。木糖醇的许多性质与山梨醇相同，在应用方面与山梨醇相似。

2.非糖天然甜味剂

非糖天然甜味剂是从一些植物的果实、叶、根等提取的物质，是当前食品科学研究中正在极力开发的甜味剂。它们的甜味一般为蔗糖的几十倍，是低热量甜味剂，甜味物质多为萜类。

（1）甘草苷　甘草是多年生豆科植物，产于欧、亚各地。甘草中的甜味成分是由甘草酸与两个葡萄糖醛酸脱水而成的甘草苷（图10-5），甜度为蔗糖的100～500倍。甘草苷的甜味特点是缓慢而存留时间长，很少单独使用。它具有很强的增香效果，对乳制品、蛋制品、巧克力及饮料类的增香效果很好。因它可缓和盐的咸性，在我国民间习惯用于酱、酱制品和腌制食品中。

（2）甜菊糖　甜菊糖是从多年生草本植物甜叶菊的叶中提取的，以相同的双萜配基构成的8种配糖体的混合物，主要组分甜菊糖苷（图10-6）。甜菊糖的甜味纯正，残留时间长，后味可口，有轻快凉爽感，对其他甜味剂有改善和增强作用，具有非发酵性，仅有少数几种酶能使其水解，不使食物着色。由于食用后不被人体吸收，不能产生能量，故是糖尿病、肥胖患者的天然甜味剂，并具有降低血压、促进代谢、防止胃酸过多等功能作用。

3.天然物的衍生物甜味剂

这一类甜味剂是由一些天然物经过合成制成的高甜度的安全甜味剂，主要有二肽衍生物、二氢查耳酮衍生物等。

（1）二肽衍生物　这类甜味剂甜度是蔗糖的几十倍至数百倍，分子大则甜味弱，而且甜味的强弱与酯基相对分子质量有关，酯基相对分子质量小的甜味强。食用后在体内分解为相应的氨基酸，是一种营养型的非糖甜味剂，且无致龋性。热稳定性差，不宜直接用于烘烤与高温烹制的食品，使用时有一定的pH范围，否则它们的甜味下降或消失。最具有代表性的是天冬酰苯丙氨酸甲酯。

天冬酰苯丙氨酸甲酯又名阿斯巴甜、甜味素，市场上所售的蛋白糖的主要成分也是该物质。白色结晶粉末，无臭，可溶于水，易水解。有强甜味，其稀溶液的甜度为蔗糖的150～200倍，甜味近似蔗糖，有凉爽感。耐受高温，结构发生破坏会使甜度下降，甚至甜味完全消失。阿斯巴甜不产生热量，故适合作糖尿病、肥胖症等病人的甜味剂。

（2）二氢查耳酮衍生物　二氢查耳酮种类众多，各种柑橘中所含的柚苷、橙皮苷等黄酮类糖苷在碱性条件下还原可得二氢查耳酮衍生物（DHC），其结构通式见图10-7。

柚皮苷二氢查耳酮为白色针状晶体粉末，无吸湿性，微溶于水；新橙皮苷二氢查耳酮为白色针状晶体粉末，微溶于水，对热稳定性差，溶于稀碱，不溶于乙醚和无机酸。二氢查耳酮具有很强的甜味，甜度最高为蔗糖的20倍，且回味时无苦味，为理想的甜味剂，可直接用于食品，特别适用于低pH的和低温加热食品，也可用于制药。

（3）三氯蔗糖　又名三氯半乳蔗糖、蔗糖素，为白色至近白色结晶性粉末，实际无臭。不吸湿，稳定性高。极易溶于水、乙醇和甲醇，微溶于乙醚。甜味与蔗糖相似，甜度为蔗糖的600倍（400～800倍）。在人体内吸收率很低，对代谢无不良影响，大部分能排出体外。无热值，不致龋，不与食品中其他成分相互作用。

4.合成甜味剂

（1）糖精及糖精钠　糖精，又名邻磺酰苯甲酰，是世界各国广泛使用的一种人工合成甜味剂，由于其在水中的溶解度低，实际使用的是其钠盐（糖精钠）。

已经研究或合成出的糖精衍生物很多（图10-8），但不是所有的都具有甜味。在苯环上引入吸电子基团后衍生物为苦味，而将—NH结构上的H由烷基取代，则衍生物无味，由此显示出—NH结构对甜味的重要性。

糖精钠为无色至白色的结晶或结晶性粉末，无臭，微有芳香气。味浓甜带苦，在空气中缓慢风化，失去约一半结晶水而成为白色粉末。甜度为蔗糖的200～500倍，一般为300倍。易溶于水，微溶于乙醇。糖精钠在水中离解出来的阴离子有极强的甜味，但分子状态却无甜味而反有苦味，故高浓度的水溶液亦有苦味。使用时浓度应低于0.02%。在酸性介质中加热，甜味消失并可形成邻氨基磺酰苯甲酸而呈苦味。

糖精钠与酸味并用，有爽快的甜味，适用于清凉饮料。糖精钠经煮沸会缓慢分解，如以适当比例与其他甜味料并用更可接近蔗糖甜味。糖精钠不参与体内代谢，不产生热量，适合用作糖尿病患者、心脏病患者、肥胖者等的甜味剂，以及用于低热量食品生产。在食品生产中不会引起食品染色和发酵，但不得用于婴幼儿食品。

（2）环己基氨基磺酸钠　又名甜蜜素，为白色结晶或结晶性粉末，无臭。易溶于水，水溶液呈中性，几乎不溶于乙醇等有机溶剂，对热、酸、碱稳定。甜度为蔗糖的30～50倍，为无营养甜味剂，其浓度大于0.4%时带苦味。甜蜜素有一定的后苦味，与糖精以9:1或10:1的比例混合使用，可使味口感提高。与天冬酰苯丙氨酸甲酯混合使用，也有增强甜度、改善味质的效果。甜蜜素不参与体内代谢，摄入后由尿（40%）和粪便（60%）排出，无营养作用，可供糖尿病人食用。

（3）乙酰磺胺酸钾　又名安赛蜜、双氧嗯噻嗪钾或A-K糖，为白色结晶状粉末，易溶于水，难溶于乙醇等有机溶剂，对热、酸均很稳定。甜度约为蔗糖的200倍，味质较好，没有不愉快的后味。安赛蜜不参与任何代谢作用。在动物或人体内很快被吸收，但很快会通过尿排出体外，不提供热量，可供糖尿病人食用。