索馬甜（Thaumatin）又名非洲竹芋甜、沙馬汀，是從竹芋中提取的一種天然甜味蛋白。竹芋屬竹芋科多年生植物，生長于西非象牙海岸、蘇丹附近熱帶雨林森林地帶，其果實呈紅褐色三角錐形，內(nèi)有黑色種子2～3粒，種子頭部有黏液狀白至淡黃色假種皮覆蓋，假種皮中含有強烈甜味的蛋白質(zhì)索馬甜，西非自古就將其作為發(fā)酵過頭的酸味酒和面包之類的甜味劑。

索馬甜家族包含索馬甜Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及索馬甜b和c，五種索馬甜均由多肽鏈組成，其氨基酸組成相似，含有207個氨基酸殘基，在這些蛋白質(zhì)中，最主要的兩種是Thaumatin Ⅰ和Ⅱ，通常占假種皮干重的20%以上。Thaumatin Ⅰ和Ⅱ由3個結(jié)構(gòu)域構(gòu)成，最大的結(jié)構(gòu)域包括11段反平行的折疊結(jié)構(gòu)，每段的平均長度為6個氨基殘基。在與這個大結(jié)構(gòu)域相連的地方，存在著兩個較小的相連“手指域”，每個“手指域”都包含著幾個通過二硫鍵連接的環(huán)，8個這種二硫鍵構(gòu)成了一個穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使得整個蛋白質(zhì)具有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性和抗壓性，甚至能承受100 ℃以上的高溫。

索馬甜呈粉末狀，具有無定形、無臭的特點，顏色通常為白色至奶油色。分子量22 KD，等電點在11.5～12.5之間，280nm處有最大吸收峰，極易溶于水，不易溶于有機溶劑，尤其不溶于丙酮，其穩(wěn)定性主要受到pH、溫度和溶液中氧、離子的影響。

索馬甜的甜味極強，是蔗糖的1600倍，且甜味闕值極低，即使稀釋至10-8 mol/L 仍可感知其甜味；索馬甜甜味爽口、無異味、持續(xù)時間長，pH在1.8～10范圍穩(wěn)定，因?qū)俚鞍踪|(zhì)，加熱可發(fā)生變性失去甜味；索馬甜與丹寧結(jié)合后會失去甜味，在高濃度的食鹽溶液中甜度會降低，與糖類甜味劑共用有協(xié)同效應(yīng)和改善風(fēng)味作用。此外，索馬甜加工穩(wěn)定性好，在巴氏殺菌、焙烤食品中穩(wěn)定，常用防腐劑對其沒有影響，在食品和飲料配方中使用穩(wěn)定，干燥產(chǎn)品貨架期在兩年以上。

索馬甜生產(chǎn)工藝

竹芋在非洲西部地區(qū)已形成商業(yè)化的種植和采摘，主要提取纖維素和索馬甜。目前，全球有英國、德國和日本等幾家公司生產(chǎn)高純度索馬甜，生產(chǎn)工藝均以傳統(tǒng)提取工藝為基礎(chǔ)，產(chǎn)品主要在歐洲、美國和日本銷售。

新鮮采摘的竹芋果實需-20℃保存，索馬甜提取工藝為切開果實，棄種子，得到果肉和假種皮混合物。蒸餾水浸泡混合物30 min，打漿得到混合物勻漿，勻漿后于4 ℃攪拌提取1h，過濾棄殘渣，此過程重復(fù)兩次。然后超濾、濃縮、純化萃取液，最后凍干得索馬甜粗提物。如需更高純度的索馬甜，可以繼續(xù)純化，比如離子交換色譜、吸附樹脂、排阻色譜等。

竹芋對生長環(huán)境要求極為苛刻，世界各地的研究人員對其進行引種，均未成功。為了滿足市場要求，研究人員不斷采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將索馬甜基因轉(zhuǎn)入不同宿主，如微生物和高等植物，以期獲得大量重組的具有活性的索馬甜蛋白，但重組索馬甜蛋白不是產(chǎn)量低就是沒有甜味，結(jié)果并不理想。研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)量較高的是將索馬甜基因轉(zhuǎn)入番茄中，新鮮番茄中索馬甜的產(chǎn)量達50 mg/kg，產(chǎn)量較之前的研究有很大提高。

2007年公布的一篇專利稱，將索馬甜基因轉(zhuǎn)入大麥，1 kg大麥中索馬甜含量可達2 g，其產(chǎn)量相比前人已經(jīng)有了很大的提升，而需要實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)化，基因工程改造獲得的索馬甜需要大于1 g/L。2021年研究報道，有學(xué)者進行工藝設(shè)計、工藝模擬和經(jīng)濟分析，他們或?qū)⒗枚喾N農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)重組索馬甜蛋白，未來預(yù)計采用分子手段進行量產(chǎn)，產(chǎn)量達到每年50噸。因此，研究發(fā)現(xiàn)高活性、高產(chǎn)量的索馬甜轉(zhuǎn)基因生物具有非常大的市場前景。

索馬甜的審批及其應(yīng)用現(xiàn)狀

1979年，日本第一次批準將索馬甜作為一種天然食品添加劑投放市場；1981 年，英國通過了索馬甜的藥物認證，1986年通過了索馬甜的食品認證；自1994年以來，歐洲已批準將其用作一種甜味劑和風(fēng)味增強劑；隨后，美國食品和藥品管理局（FDA）及美國食品香料和萃取物制造協(xié)會（FEMA）均確認索馬甜安全，并同意將其用于食品中。2014年，索馬甜在我國被正式批準為食品添加劑，其中冷凍飲品（食用冰除外）、加工堅果和籽類、焙烤食品、餐桌甜味料、飲料類（除包裝飲用水）的最大用量為0.025 g/kg，并于2021 年開始推行相關(guān)國家標(biāo)準《GB 1886.321-2021 食品安全國家標(biāo)準 食品添加劑 索馬甜》，極大促進了索馬甜在我國食品工業(yè)中的應(yīng)用。

索馬甜是一種低能量約4.2 kcal/g的天然甜味蛋白，可以改善和增強食品風(fēng)味，掩蓋苦味和澀感。還可以降低很多芳香物質(zhì)的感覺闕值。比如薄荷醇、咖啡、姜、巧克力、草莓、蘋果、檸檬、橘子等。在食品工業(yè)中用作甜味劑、風(fēng)味改善和增強劑。

低濃度的索馬甜可以有效地增強食品風(fēng)味，即使使用量10-6 w/w，效果也很顯著，適用于飲料、牛奶制品、果醬、果膠、糖果、冰激凌、調(diào)味品和食品增補劑，以及基于微生物和礦物質(zhì)的膳食補充飲品或咀嚼片。索馬甜在低脂肪乳制品中，添加2 mg/kg可以產(chǎn)生一種豐富的奶油風(fēng)味，改善其因脫脂而失去的風(fēng)味。索馬甜與糖精、安賽蜜和阿斯巴甜等甜味劑復(fù)配使用有協(xié)同效果，可提高一般高倍甜味劑甜感，且能夠掩蓋金屬味和其他甜味劑帶來的苦味，提供更接近蔗糖的口感，增進甜味和延長甜味感。這種天然的風(fēng)味改善和增強劑，實際使用量小，在人體內(nèi)基本不會產(chǎn)生能量。

索馬甜在稍高濃度下使用時，由于其分子帶有高電荷，可掩蓋苦味改善口感，已經(jīng)成功用于制藥，添加在抗生素、止痛藥、止咳糖漿、一般感冒藥、藥物膠囊和增補劑中。索馬甜用在化妝品工業(yè)，如在牙膏和漱口水中，可延長其風(fēng)味和涼爽感；將其加入口香糖，咀嚼時甜味和香味更持久，在無糖口香糖中，可促進填充料的甜味，以免加進致齲物質(zhì)和增加熱值；將其加入咖啡提取物中，不僅可以增加咖啡的香味、苦味和酸度，還讓其聞起來更有烤咖啡的味道；索馬甜加到香煙的濾嘴中，可以使煙味平和而淳厚，這種效果已由日本許多煙草公司實踐證實。

參考資料：

[1]吳晶晶,高彥祥.索馬甜研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國食品添加劑,2024,35(05):317-323.

[2]張澤生,李雨蒙,孫明哲,等.天然甜味蛋白索馬甜的研究進展[J].中國食品添加劑,2018,(05):186-189.

作者簡介：

小泥沙，食品科技工作者，現(xiàn)就職于國內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事營養(yǎng)食品及功能性食品的開發(fā)與研究。