隨著食品行業(yè)的不斷創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型，許多創(chuàng)新企業(yè)正在尋找新的配料來解決全球營(yíng)養(yǎng)問題。2016年底成立的英國(guó)初創(chuàng)公司阿瑪伊蛋白質(zhì)公司(Amai proteins)正在生產(chǎn)大規(guī)模甜味蛋白質(zhì)，以沖擊全球甜味市場(chǎng)。

神秘水果是一種來自非洲的神奇水果。其中所含的神秘水果蛋白沒有甜味，但能在人們品嘗到該物質(zhì)后的一段時(shí)間內(nèi)，將酸味變?yōu)樘鹞丁Ｋ芤鸬淖畲筇鹞洞蠹s等于17%的蔗糖溶液。與大多數(shù)甜味劑不同，這種蛋白質(zhì)不含熱量，不會(huì)引起血糖反應(yīng)，可以被腸道正常吸收。自然界中有很多種類似神秘水果蛋白的甜蛋白，但長(zhǎng)期以來，甜蛋白還沒有甜菊糖等天然甜味劑開發(fā)得多。

甜蛋白的商業(yè)應(yīng)用

隨著食品行業(yè)的不斷創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型，許多創(chuàng)新企業(yè)正在尋找新的配料來解決全球營(yíng)養(yǎng)問題。2016年底成立的英國(guó)初創(chuàng)公司阿瑪伊蛋白質(zhì)公司(Amai proteins)正在生產(chǎn)大規(guī)模甜味蛋白質(zhì)，以沖擊全球甜味市場(chǎng)。

阿瑪伊蛋白質(zhì)公司的CEO和創(chuàng)始人伊蘭·薩米什博士說:“攝入過多的糖是當(dāng)今世界人類健康面臨的最大挑戰(zhàn)之一，將甜蛋白應(yīng)用于食品和飲料中可以極大地幫助解決這個(gè)問題。自20世紀(jì)70年代以來，在馬來西亞、海南、中國(guó)和西非發(fā)現(xiàn)了甜蛋白。這些蛋白質(zhì)不同于糖。雖然嘗起來像糖，但被胃消化時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何血糖反應(yīng)，所以是真正的零熱量甜味劑，對(duì)人體健康非常有益。

長(zhǎng)期以來，甜蛋白最大的發(fā)展問題是不穩(wěn)定，溫度、pH值、余味較長(zhǎng)，比天然甜味劑更難使用。目前，阿邁蛋白的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能夠利用技術(shù)來解決這些問題，在酵母或細(xì)菌中培養(yǎng)這些新的“超級(jí)蛋白”，采用氨基酸序列，并在DNA水平上改變其中的一些，使甜味蛋白變得更加穩(wěn)定，從而獲得更便宜、更適合大眾食品市場(chǎng)的產(chǎn)品，這足以對(duì)甜味劑市場(chǎng)產(chǎn)生巨大的影響。

目前，阿邁蛋白的產(chǎn)品主要用于飲料和乳制品。用不到2毫克的蛋白質(zhì)就可以代替4克茶匙糖的甜度。如此高的強(qiáng)度使得在一些應(yīng)用中有必要添加甜葉菊糖作為填料。目前，阿邁蛋白開發(fā)了各種口味的甜蛋白蘇打水，還與達(dá)能合作推出了幾款飲料和乳制品。相信甜蛋白將很快在世界范圍內(nèi)得到更多的開發(fā)和應(yīng)用，成為健康甜味劑市場(chǎng)的又一生力軍。

自然界八種主要植物的甜味蛋白質(zhì)

1968年，科學(xué)家從植物果實(shí)中分離出一種能將酸味變?yōu)樘鹞兜牡鞍踪|(zhì)，后來命名為Miraculin，引發(fā)了天然甜味蛋白質(zhì)的研究和應(yīng)用；到目前為止，已經(jīng)在植物中發(fā)現(xiàn)了8種甜味蛋白質(zhì)。

1、米拉庫(kù)林

Miraculin，中文翻譯成神秘的水果蛋白，1968年在西非植物RichardelladulcificaBaehni的漿果中發(fā)現(xiàn)。Miraculin被分離并證明是一種堿性糖蛋白。這種漿果被稱為神秘的水果，因?yàn)樗鼪]有甜味，但在人的嘴里可以把酸味變成明顯的甜味，甜味可以持續(xù)幾個(gè)小時(shí)；還可以改變產(chǎn)品的整體風(fēng)味特征，如醋味變酒味，酸檸檬汁味變甜檸檬汁味。黏液素是由191個(gè)氨基酸和N-連接寡糖組成的單個(gè)多肽鏈，相對(duì)分子量為24600。碳水化合物占總分子的13.9%。肽鏈通過糖苷鍵中42位和186位的天冬酰胺殘基與碳水化合物鏈相連，其pI約為9，由兩對(duì)單體間二硫鍵相連的二聚體組成。米拉庫(kù)林甜蛋白在100℃以下和pH3-12范圍內(nèi)穩(wěn)定。本身沒有甜味，遇到酸性物質(zhì)后能改變?nèi)说目谖?，產(chǎn)生類似蔗糖的甜味；不同的酸產(chǎn)生不同的甜味。根據(jù)Sarroch等人的研究，10-6 mol/l的米拉庫(kù)林可以誘導(dǎo)0.02mol/L/L的檸檬酸產(chǎn)生0.5mol/L的蔗糖甜味，0.1mg的米拉庫(kù)林可以產(chǎn)生持久的甜味。根據(jù)Vicktoifa等人的研究，在pH≤10的條件下，用≥0.1mol/L的NaCl溶液提取的米拉庫(kù)林可作為甜味蛋白用于食品和藥品中。米拉庫(kù)林作為一種天然的非糖類甜味劑，有望成為碳水化合物的替代品和新型保健食品的甜味劑。米拉庫(kù)林可能是糖尿病和肥胖癥患者食物中的理想甜味劑，因?yàn)樗哂袑⑺徂D(zhuǎn)化為甜的特殊性質(zhì)。

2、布拉柴維爾

Brazzein，中文譯作blatch和Brazil sweet protein，是丁等于1994年從西非野生植物pentadiplandraBrazzeanaBaillon的果實(shí)中分離純化的一種甜味蛋白。Brazzein是由54個(gè)氨基酸殘基組成的單鏈多肽，含有8個(gè)半胱氨酸，形成4對(duì)分子內(nèi)二硫鍵。布拉柴維爾蛋白的分子量為6500，等電點(diǎn)為5，甜度是同等質(zhì)量蔗糖的2000倍。與其他甜味蛋白相比，布拉柴維爾蛋白分子量最小，水溶性最好，80℃熱處理4h后水溶液仍保持甜味，具有良好的熱穩(wěn)定性和pH穩(wěn)定性。

自從丁明等人在西非熱帶植物pentadiplandraBrazzeanaBaillon中發(fā)現(xiàn)并純化出Brazzein后，人們便開始陸續(xù)研究甜味蛋白Brazzein。高光華等人利用二維核磁共振技術(shù)研究了Brazzein溶液的三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)甜味蛋白的分子骨架CSαβ與蝎毒、昆蟲防御素、植物抗菌蛋白γ-硫堇的分子骨架基本相同。Hellekant等人在大腸桿菌中成功表達(dá)了Brazzein。由于其獨(dú)特的科研和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，大規(guī)模生產(chǎn)高純度的布拉柴維爾成為工業(yè)目標(biāo)。

3、泰國(guó)素

Thaumatin，又名somatin、奇跡蛋白和shamatine，從西非熱帶雨林的多年生灌木ThaumatococcusDanielliiBenth中分離得到。為淡褐色至米黃色粉末，無(wú)嗅，極甜，甜度閾值為1.1mg/kg，即甜度閾值濃度下的甜度約為蔗糖的5500 ~ 8000倍。當(dāng)甜度閾值低于1.1mg/kg時(shí)，可以增強(qiáng)食品的風(fēng)味。比如添加0.5mg/kg的Thaumatin可以降低薄荷的風(fēng)味閾值1/10 ~ 1/3。天然存在的Thaumatin由一個(gè)多基因家族編碼，至少有6 ~ 7個(gè)蛋白質(zhì)具有相似的關(guān)系，主要是thaumatin ⅰ和thaumatin ⅱ。Thaumatin ⅰ在提取物中約占96%，均由一條直鏈多肽鏈組成，含有207個(gè)氨基酸殘基，分子量為22kD。Thaumatin的等電點(diǎn)為11.5 ~ 12.5，是一種堿性蛋白。加熱會(huì)變性，失去甜味。80 ~ 100℃加熱，甜度可降低50%以上。100℃以上短時(shí)間加熱對(duì)其甜度影響不大，但會(huì)與單寧結(jié)合，失去甜味。晶體結(jié)構(gòu)研究表明，Thaumatin由三個(gè)疇組成，核心疇是一個(gè)光滑的β折疊桶，包含11個(gè)β折疊片。除了N端和C端切片相互平行外，其他切片都是反平行的。已知的硫蛋白同源物只有5個(gè)或更少的氨基酸差異，并且氮末端是丙氨酸。Lee等人根據(jù)thaumatin ⅱ的cDNA序列人工合成了thaumatin ⅱ基因，并在啤酒酵母中表達(dá)，獲得不溶性重組蛋白，無(wú)甜味，但在體外變性復(fù)性后會(huì)產(chǎn)生甜味。Faus等人通過分泌載體將人工合成的thaumatin ⅱ基因轉(zhuǎn)入黑曲霉，每升發(fā)酵液可提取5 ~ 7 mg thaumatin ⅱ。

在各種甜蛋白中，對(duì)甜蛋白的研究最為明確，甜而爽口，無(wú)不良余味或苦味，具有增強(qiáng)產(chǎn)品風(fēng)味和掩蓋不良口感的作用。它是一種很有前途的天然食品甜味劑。世界衛(wèi)生組織食品添加劑專家委員會(huì)審查了其安全性和毒性，并同意將其用作安全的食品添加劑，而不限制其ADI值。Thaumatin在美國(guó)、英國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家已被批準(zhǔn)用于食品、藥品和化妝品。Thaumatin的商品名是Talin，它在商業(yè)開發(fā)上的成功極大地推動(dòng)了甜蛋白的研發(fā)。

4、莫奈林

Monellin，中文稱為Moneylin和Moneylin，1969年從西非防己科漿果中分離得到。該分子由94個(gè)氨基酸殘基組成。值得注意的是，它的分子中不含胱氨酸、組氨酸和游離巰基，也不是單一的多肽鏈，而是由兩條鏈組成，A鏈含44個(gè)氨基酸，B鏈含50個(gè)氨基酸，這兩條鏈通過非共價(jià)相互作用結(jié)合在一起，莫奈林分子的A、B肽鏈斷裂后失去甜味，說明完整的天然結(jié)構(gòu)是其甜味的必然條件。其相對(duì)分子量為10.7kD，等電點(diǎn)為9.0 ~ 9.3，甜度為同等品質(zhì)蔗糖的3000倍，甜度來來去去緩慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，口感延長(zhǎng)。溫度和pH值對(duì)其影響較大，其水溶液加熱到55 ~ 60℃會(huì)失去甜味，在室溫下，如果pH值小于2或大于9，也會(huì)失去甜味。

Kondo等人將單鏈莫奈林基因克隆到白色念珠菌中，并得到高表達(dá)。表達(dá)水平為每克濕細(xì)菌10毫克單核細(xì)胞趨化蛋白。由于天然莫奈林對(duì)熱處理和酸處理敏感，容易引起蛋白質(zhì)變性，使得莫奈林商業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展緩慢。隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，莫奈林的兩個(gè)肽鏈的兩端可以連接成一個(gè)穩(wěn)定的單鏈蛋白，其甜度與天然莫奈林相同，可以極大地促進(jìn)莫奈林的商業(yè)化。

5、馬本林

馬賓林是刺山柑的甜蛋白，是我國(guó)云南等省高海拔地區(qū)刺山柑的種子貯藏蛋白。檳榔甜蛋白能產(chǎn)生持久的甜味，相對(duì)分子量為11700，等電點(diǎn)為11.8，最大吸收峰在280納米。其甜度最低濃度為0.1%，甜度是同等品質(zhì)蔗糖的100倍。馬比林由A鏈和B鏈組成，A鏈含33個(gè)氨基酸殘基，B鏈含72個(gè)氨基酸殘基，B鏈含兩個(gè)分子內(nèi)二硫鍵，通過兩個(gè)分子間的二硫鍵與A鏈相連。刺山柑的熱穩(wěn)定性與B鏈47位氨基酸有關(guān):精氨酸熱穩(wěn)定，谷氨酸熱不穩(wěn)定。進(jìn)一步分離純化后，發(fā)現(xiàn)刺山柑有5種亞型，分別為刺山柑I、I-1、II、III、IV。其中，刺山柑是所有已知甜蛋白中熱穩(wěn)定性最高的，其甜度在80℃下可保持48小時(shí)，其余4種在80℃下保持0.5h后甜度喪失。因此，刺山柑II號(hào)具有較高的開發(fā)價(jià)值。

6、pentadin

噴他丁，翻譯成哌替啶，1989年從非洲熱帶植物噴他丁中分離出來。Pentadin和Brazzein是同一個(gè)植物，pentadin是從熱干燥后的水果中提取的，Brazzein是從新鮮水果中提取的。戊丁的分子量約為12kDa，甜度是蔗糖的500倍。整個(gè)分子通過亞結(jié)構(gòu)中的二硫鍵連接。噴他丁是一種非天然交聯(lián)的Brazzein分子，分子量約為Brazzein的兩倍，甜度明顯低于Brazzein。

7、姜黃素

仙茅素，中文名仙茅素、苦可靈等。，1990年從馬來西亞仙茅果實(shí)中提取。它是一種沒有糖基的簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)，是兩個(gè)亞基聚合形成的二聚體。二聚體由三個(gè)二硫鍵連接，含有114個(gè)氨基酸殘基，pI為7.1。和大多數(shù)蛋白質(zhì)一樣，對(duì)熱敏感，50℃以上活性下降，甜度是蔗糖的430 ~ 2070倍。甜味可以在口中保持幾分鐘；如果你在甜味消失在嘴里后喝水，它會(huì)恢復(fù)并持續(xù)5分鐘左右。除了純水和檸檬，0.5mol/L氯化鈉水溶液也能誘導(dǎo)其甜味。因此，仙茅素也是一種甜味蛋白，Ca2+、Mg2+可能會(huì)抑制其甜味，但在中性溶液或酸性溶液中，Na+、Cl+等單價(jià)離子不會(huì)影響其甜味。

8、新青霉素

紐蛋白是一種甜蛋白，與Curculin同源，具有味覺修飾功能。仙茅素是一種NBS—NBS同二聚體，而新眼菌素是一種NAS-NBS異二聚體，即仙茅素由兩個(gè)相同的含114個(gè)氨基酸殘基的亞基組成，而新眼菌素是由一個(gè)含113個(gè)氨基酸殘基的糖基化酸性亞基和一個(gè)堿性亞基組成的異二聚體。目前還沒有成功表達(dá)仙茅素的報(bào)道，但新仙茅素已經(jīng)成功表達(dá)。Nakajima等人通過將α-淀粉酶與具有兩個(gè)蛋白質(zhì)亞基的KEX2切割位點(diǎn)融合，成功獲得了具有與天然新眼菌素相同活性的重組新眼菌素。甜蛋白具有很高的應(yīng)用價(jià)值。雖然人們對(duì)天然甜蛋白做了一些研究，但要大量開發(fā)利用還有很長(zhǎng)的路要走。由于含有甜蛋白的天然植物資源少，產(chǎn)量低，采摘和運(yùn)輸不方便，很難實(shí)現(xiàn)從天然植物中提取甜蛋白的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。但隨著生物技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，可以通過X射線衍射、氨基酸測(cè)序和計(jì)算機(jī)模擬分析甜蛋白的結(jié)構(gòu)和構(gòu)型，從天然植物中分離出甜蛋白的cDNA，然后根據(jù)氨基酸序列人工合成甜蛋白基因，再通過基因工程技術(shù)將人工合成的甜蛋白基因轉(zhuǎn)入微生物或高等植物中表達(dá)，為大規(guī)模生產(chǎn)甜蛋白提供了可能。