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NO.2316-什麼是甜味劑
作者：筋斗雲
校稿：朝乾 / 編輯：板栗
在酸、甜、苦、咸四種基本味中，甜味可以說是人類最喜歡的味覺刺激。長期以來，人們一直通過攝入糖分來品嘗甜味。可是，過量攝入糖分，可能導致糖尿病等一系列健康問題。於是，人類發明了一系列甜味劑來代替糖。
很早以前人們就已經認識到了甜味劑的「美妙」
（1900 雷姆·弗里茨）
（圖：wiki）▼
我們在品嘗糖或其他甜味劑時，為何帶給我們的甜甜的味覺體驗呢？事實上，甜味是甜味劑與甜受體之間以一種特殊方式相互作用的結果。
其實我們品嘗到甜味的這個過程十分複雜
（參考：wiki）▼
要解釋甜味的產生，需要涉及到甜味劑、甜受體的化學結構和生理基礎，甜味劑與甜受體的相互作用機理。
與甜味有關的理論
有關感受味覺受體的生理基礎中，「舌頭味覺分布圖」是一個廣為流傳的說法，即舌頭上感受酸、甜、苦、鹹的受體位於不同的區域，舌尖對甜味最敏感，舌根對苦味最敏感，舌的兩邊則對鹹味和酸味最敏感。
現在被廣泛承認的味道除了酸、甜、苦、咸，還多了鮮味
（參考：shutterstock）▼
但實際上，這個說法是錯誤的。這一「舌頭味覺分布」起源於20世紀初發表的一篇德國論文的誤譯。德國科學家大衛·哈尼格（David Pauli Hänig）發現，舌頭周圍的四種基本口味（酸、甜、苦、咸）的閾值有微小的差異。
其實每一個味蕾都能嘗到五種味道，只是敏感度有差異
（味蕾 參考：shutterstock）▼
多年後，美國心理學家埃德溫·波林（Edwin Garrigues Boring）重新查看了哈尼格的數據，但他繪製了閾值的倒數（即1/閾值）作為敏感性的度量。結果顯示，舌尖對甜味的敏感度最大，舌根對苦味的敏感度最大。而且波林沒有在他的圖上標註縱坐標，這讓人們沒有意識到，圖中顯示的敏感性差異其實非常小。
單看埃德溫·波林的圖確實很有誤導性
（圖：Edwin Garrigues Boring）▼
後來學者重複了哈尼格閾值的測定部分並進行了擴展
繪製出來閾值的對數作為敏感性的度量的新圖表
可以看到對不同味覺的感知差異不顯著
（圖：Virginia B. Collings）▼
最終，人們誤將這細微的敏感性差異解釋為沒有感覺，於是「舌頭味覺分布圖」就誕生了。現代數據證實，在有味蕾的地方，所有四種味覺都能被感知到。
甜味劑的結構最廣泛接受的理論是AH-B理論。早在20世紀60年代，科學家提出，甜味產生的原因是甜味分子AH-B系統與甜受體的AH-B系統進行氫鍵結合，形成雙氫鍵複合結構而產生甜味刺激。
AH-B理論模型
（圖：Shallenberger R. & Acree）▼
後來的甜味劑的結構理論多是建立在AH-B理論的基礎上，如著名的多點結合甜味理論。
多點結合甜味理論認為，人體甜味蛋白受體最少包含8個基本的識別部位，這些識別部位與甜味分子相應的結合部位發生相互作用，從而產生甜味刺激。甜味劑-甜受體相互作用理論的產生，促進了甜味劑的發展。
甜味劑分子與蛋白質受體擬合得越好
相互作用越大，甜味刺激越大
（味覺受體與葡萄糖 圖：wiki）▼
自20世紀60年代發現阿斯巴甜以來，已經有大量的甜味劑已經被研發。
甜味劑的分類方法有很多：根據來源，甜味劑可以被劃分為「天然甜味劑」和「人工甜味劑」；根據可提供的熱量，甜味劑可分為「營養型甜味劑」和「非營養型甜味劑」。
人工合成的甜味劑由於甜度高，添加量極少
所以幾乎都是非營養型的▼
蔗糖屬於營養型甜味劑，現在常用的替代蔗糖的甜味劑（代糖）有糖醇、高效甜味劑等。高效甜味劑多是人工甜味劑,也被認為是非營養型甜味劑，如糖精、三氯蔗糖和阿斯巴甜等。
這些甜味劑比蔗糖、玉米糖漿和果汁等高熱量的甜味劑有更高的甜味，可在非常低的濃度下激活甜受體，因此添加量較少，幾乎不提供熱量。
阿斯巴甜比一般的糖甜約200倍，常用在無糖飲料中
與它相似的紐甜則常用在麥片中
（圖：wiki）▼
糖醇類甜味劑大多是天然甜味劑，如赤蘚糖醇、木糖醇、甘露糖醇等。糖醇類甜味劑的甜度沒有那麼高，如赤蘚糖醇的甜度為蔗糖的0.6~0.8，木糖醇的甜味也不過是和蔗糖等同。
但是，糖醇類在熱量上的表現是有區別的，如赤蘚糖醇被認為是0kcal/g，木糖醇為2.5~3kcal/g（蔗糖一般為4kcal/g），算是一種低熱量的甜味劑。
但由於糖醇甜度不高，添加量較大
其帶來的熱量還是不能算太低
（參考：wiki）▼
利用成分來改善食品的營養狀況是食品行業新產品研發的主要驅動力之一，這也為人們開發新的健康食品提供了新方向。食品企業在研發的新產品中貼上了「無糖」「不添加糖」「低熱量/零卡」等標籤，以吸引人們購買。
無糖食品是否真的那麼健康呢
（圖：flickr）▼
目前，許多食物中含有代糖，包括飲料、冰淇淋、酸奶、口香糖、巧克力、果醬和巧克力。而關於代糖對身體健康的優缺點一直有很多爭論。
代糖的爭議
目前，關於代糖優點的討論多集中於糖醇類甜味劑。
一些糖醇類甜味劑對口腔健康是有益處的，這一點已經得到了廣泛的認可。口腔微生物不能發酵這些化合物，不會導致酸性的口腔環境，因此不利於牙菌斑和齲齒產生。
很多口香糖中就添加了木糖醇
（圖：flickr）▼
糖醇類甜味劑的特點是低血糖反應和低胰島素反應，它們還與脂肪生成抑制和降低胰島素生成有關。因此，糖尿病患者可以食用含有糖醇的產品。
一些糖醇對腸道健康也是有益處的，有利於對胃腸道菌群生長。糖醇在腸道中發酵產生的丁酸，是腸黏膜的能量來源，也被認為會減緩癌細胞的生長。
腸道其實是人體最大的免疫器官
（小腸絨毛橫截面 圖：wiki）▼
而關於代糖缺點的討論大多是關於人工甜味劑。
目前，人們大攝入含人工甜味劑最多的食品是軟飲料。雖然人工甜味劑的熱量很低，但是研究表明，人工甜味劑在生理上並不是惰性的。其可能通過不同的外周和中樞機制影響進食和代謝。
應該不只有我一個人不喝白水只喝「甜水」吧
（你是否也「甜水」上癮了呢 圖：圖蟲創意）▼
一些研究表明，長期人工甜味劑攝入與體重增加、代謝綜合徵和Ⅱ型糖尿病之間呈正相關關係。
人工甜味劑對腸道微生物群也有一定的影響。人類和齧齒動物的腸道微生物群優勢和共生細菌門，只有厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門。這些腸道微生物群影響宿主的重要生理功能，特別是免疫系統和膳食營養物質的代謝。
動物研究表明，由糖精、三氯蔗糖和阿斯巴甜組成的人造甜味劑會改變腸道微生物群。食用三氯蔗糖和營養性甜味劑的混合物，減少了共生細菌的數量。這些腸道微生物群的變化與在Ⅱ型糖尿病患者、肥胖個體中的發現是一致的。
還能不能快樂了
（圖：shutterstock）▼
因此科學家認為，人工甜味劑引起的這些變化也可能與胰島素抵抗、肥胖等疾病有關。如果持續攝入人工甜味劑，就會影響腸道微生物群的組成，可能導致一些不良影響。
當然，大量研究主要是在動物模型中進行的，動物研究的發現很難推斷到人類身上。關於這些發現，在與人類有關的試驗中還沒有足夠的證據。
我的快樂又回來了？
（圖：flickr）▼
事實上，糖醇類甜味劑也會產生一些人體不適應的情況。
糖醇類甜味劑低熱量的原因是其消化吸收慢或不完全吸收。它們通過被動擴散被吸收，並且它們在小腸中的攝取速率隨著其分子質量的增加而減少，因此會升高腸道內的滲透壓，使腸道細胞內的水分因外部高滲透壓而滲出。
這些多餘的水分就會導致大便變稀，形成滲透性腹瀉。這種腹瀉方式和乳糖不耐受產生的腹瀉是類似的。
許多月餅中就有使用糖醇
腸胃不好的人吃多了容易竄稀
（圖：圖蟲創意）▼
快樂都是嘴巴的，腸道只能默默承受快樂的「副作用」
（研究糖醇導致腹瀉的動物實驗圖：shutterstock）▼
有些糖醇如甘露醇，可在腸道中發酵，會導致脹氣。這些腹瀉和脹氣等情況取決於一個人的耐受性，人們可以通過定期食用來提高耐受性。
代糖在食品工業的應用
每一種食品成分的應用，都要考慮他們的安全性、生產特性和口味。現在，糖醇類甜味劑已經成為了代糖應用方面的寵兒，尤其是赤蘚糖醇。
赤蘚糖醇甜度不低且熱量幾乎為零
算得上糖醇里的佼佼者了
（圖：wiki）▼
赤蘚糖醇在小腸內的吸收率較高。而且，赤蘚糖醇不在腸道中發酵，可在24小時內完整地通過尿液排出，也就不會有腹瀉情況的發生。
糖醇不只是賦予食品的甜味，其滲透性、體積、吸水性、結晶性等均在食品加工中有所應用。另外，其在口感上還會帶來一種清涼的感覺。
牙膏和化妝品里也有赤蘚糖醇的身影
（圖：flickr）▼
與人工甜味劑不同，所有的糖醇都可以在體積上以1:1的比例替代糖或果葡糖漿。糖醇的吸水性使其有多種應用。
例如，山梨醇或木糖醇可以幫助保持水分；而甘露醇具有很低的吸濕性，可以作為口香糖的除塵粉，防止口香糖粘在工業設備和包裝紙上；山梨醇等可溶性糖醇可防止結晶，會增加產品的光滑度，多用於糖漿和果醬中。
身兼多職的糖醇可以說是甜味劑里的多面手了
（圖：壹圖網）▼
糖醇在較大範圍的溫度和pH內是穩定的，且不會發生焦糖化或發生美拉德反應，可用於不希望產生變色反應的產品上，並提高產品的保質期。
能烤出焦黃得恰到好處的麵包的方法找到了
（圖：flickr）▼
有人總結認為，糖醇類甜味劑大概只有兩個缺點：引起腹瀉，價格昂貴。
除去營養、安全、加工特性等方面，到目前為止，人們尚未發現一種在口味上能夠完全取代蔗糖的甜味劑。
誰能拒絕這一口紅糖糍粑呢
（圖：圖蟲創意）▼
應用型學科的發展要建立在基礎學科之上。想要有更多甜味劑的發現和應用，還是要回到前文提到的甜味劑和甜受體相互作用的理論，要等到弄清楚甜受體蛋白質分子的結構才可以。
一個題外話，對於我個人來說，就喝不慣代糖的飲料，感覺有一種明顯的後甜味，口感上也差一些。不過有的人好像感受不出代糖飲料和蔗糖飲料口感上的區別。不知各位讀者對此感受是如何？
參考資料：
[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.
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[5]O'DONNELL K，KEARSLRY M W.Sweeteners and sugar alternatives in food technology[M]. Chichester：John Wiley & Sons，Ltd.，2012.
*本文內容為作者提供，不代表地球知識局立場
封面：shutterstock
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