蛋白质甜味剂Thaumatin的研究进展及其应用

蛋白质甜味剂Thaumatin的研究进展及其应用
江南大学食品学院食品科学与工程6120112051 马正然
摘要：索马甜（Thaumatin）是一种天然植物蛋白质甜味剂，具有甜度高、热量低、安全性好等优点。

本文主要对索马甜的来源、结构和特点、安全性、生产，及其在食品中的应用做出概述，并对其今后的发展趋势进行了展望。

关键词：蛋白质甜味剂；索马甜；性质；应用
Research progress and applications of protein sweetener thaumatin
Jiangnan University,the School of Food Science and Technology, 6120112051, Ma Zhengran
Abstract:Thaumatin is a natural protein sweetener which has many advantages such as high sweetness intensity, low calories and no toxicity. The source, structure and properties, toxicolo- gical safety, production, as well as the applications of thaumatin were introduced. The future development trend of thaumatin is also proposed.
Keywords:protein sweetener; thaumatin; properties; applications
近年来，在我国、印度及一些西方国家中，肥胖和糖尿病的患病率显著增加。

糖尿病是由遗传性的或获得性的体内胰岛素缺乏而引起的碳水化合物、脂肪和蛋白质代谢紊乱的一种慢性疾病。

考虑到蔗糖等对糖尿病、高血脂症、龋齿和肥胖患者的影响，人工甜味剂如糖精、阿斯巴甜、甜蜜素、安赛蜜等作为一种低热量的甜味剂在世界范围内被广泛使用。

但是它们也在一定程度上产生了一些副作用，如心理问题、精神障碍、膀胱癌、心脏衰竭、脑肿瘤等。

而蛋白质甜味剂作为一种天然植物蛋白，在这些患者体内并不会触发对胰岛素的需求，具有甜度高、能量低、安全性好等优点，在可乐、零食、巧克力，以及低热量甜味剂行业等食品工业中具有潜在的应用价值。

索马甜（Thaumatin）是一种天然植物蛋白质甜味剂，目前已经作为新型高倍甜味剂在国外食品中应用，其优点满足了当今消费者对健康食品的需求，是食品甜味剂发展的新趋势，但我国尚未批准其在食品中使用。

本文主要对索马甜的基本性质及其在食品中的应用做出综述，为国内研究和市场引入提供积极参考。

1 蛋白质甜味剂简介
目前，已发现7种蛋白质能引起甜味，即Miraculin（奇异果素），Thaumatin（索马甜），Monelin（莫奈林），Mabinlin（马槟榔），Pentadin（潘塔亭），Curculin（仙茅素）和Brazzein（布拉齐因）。

这些蛋白质除Miraculin外，本身都有甜味，属于甜蛋白。

Miraculin和Curculin能将酸味变为甜味，属于甜味诱发蛋白。

它们的来源及基本性质见表1[1]。

表1 蛋白质甜味剂的来源及基本性质
种类来源地理分布甜度分子量（kDa）味觉活性完成提纯鉴定的年代
Miraculin （奇异果素）Richadella
dulcifica
西非- 98.4 酸—甜1968
Thaumatin （索马甜）Thaumatococcus
danielliBenth
西非3000 22.2 甜1972
Monelin （莫奈林）Dioscoreophyllum
cumminsii Diels
西非3000 10.7 甜1972
Mabinlin （马槟榔）
Capparis
masakaiLevl
中国100 12.4 甜1983
Pentadin （潘塔亭）Pentadiplandrabrazze
anaBaillon
西非500 12.0 甜1989
Curculin （仙茅素）Curculingo
latifolia
马来西亚550 24.9
甜（水—甜，
酸—甜）
1990
Brazzein （布拉齐因）Pentadiplandrabrazze
anaBaillon
西非2000 6.5 甜1994
2 索马甜的简介
2.1 索马甜的来源
索马甜（Thaumatin），商品名Talin，是由西非植物ThaumatococcusdanielliBenth果实中提取出来的一种天然蛋白质。

它于18世纪50年代首次被Daniell发现，被当地人用来改良酸味的水果和低等的棕榈酒，已有百年的历史。

1972年，荷兰科学家V an der Wel等首先从果实的假种皮中分离出ThaumatinⅠ，Ⅱ，Ⅲ；随后，Thaumatin b，c也被分离出来；1979年，Lyengar等测定了ThaumatinⅠ的氨基酸序列；1982年，Edens测定了ThaumatinⅡ的核苷酸序列；1988年，Lee等从果实的叶片中分离出Thaumatin A，B；这些蛋白质由一个多基因家族编码，具有相似的性质[2]。

2.2 索马甜的结构和性质
天然的Thaumatin蛋白由一个多基因家族编码，最少存在6~7种不同结构，其中最主要的是Thaumatin Ⅰ和Ⅱ。

它由207个氨基酸残基与8个分子内二硫键组成，且没有游离的半胱氨酸残基[2]。

在索马甜的氨基酸序列中，4个赖氨酸残基（K49，K67，K106，K163）和3个精氨酸残基（R76，R79，R82）对其甜味发挥着重要的作用，其中K67和R82对其甜味的诱发极其关键[3]。

索马甜的甜度相当于8%至10%蔗糖溶液的2000至2500倍，其甜味阈值极低，即使稀释至10-8mlo/L 仍可感知其甜味。

因一般用量很小，所以可以不考虑其发热量，对肥胖者或糖尿病人很有利。

索马甜的稳定性主要受pH、温度和溶液中其它物质（氧、离子和酸）的影响索马甜分子可以在煮沸的去离子水中稳定几个小数，在酸性条件下的热稳定性比在碱性或中性条件下强。

ThaumatinⅠ和Ⅱ在水和稀释乙醇溶液中溶解性很好，不易溶于有机溶剂。

在酒石酸根离子存在的条件下，索马甜能够迅速结晶。

NeerAsherie等[4]（2008）测定了L、D两种酒石酸根离子异构体对索马甜溶解度的影响，结果发现，在L-酒石酸盐中，其溶解度随着温度的增加而增加，而在D-酒石酸盐中，其溶解度随着温度而降低。

索马甜加工稳定性较好，在巴氏杀菌、焙烤食品中稳定，常用防腐剂对其没有影响，食品和饮料配方中使用稳定。

它可以和其它甜味剂共同使用，以减少其它甜味剂的使用浓度。

如与糖精共用，可以遮掩糖精的金属苦味；如与味精共用，还能增强味精的鲜味。

2.3 索马甜的安全性
早在1983年，Higginbotham JD等[5]已对索马甜的安全性进行了评价。

结果表明，索马甜在大鼠体内很容易被消化和代谢，甚至比鸡蛋清消化还要快；以0%、0.3%、1.0%和3.0%剂量的索马甜持续口服喂养大鼠和狗13周，没有不良影响产生；大鼠妊娠6~15天内，以不同剂量口服喂养，没有产生致畸；以每天200和2000mg/kg的剂量持续喂养雄性小鼠5天，没有发生致死突变；以细菌基因致突变试验进一步证明了索马甜不具致突变性；但是，大鼠试验中，索马甜具有微弱的致过敏性，类似于蛋清；对人体的点刺试验中，有人提对索马甜出现过敏，但低于人体对屋尘螨的过敏率。

非洲西部当地人食用ThaumatococcusdanielliBenth果实已有几百年的历史，并没有食用后危害人体的报告。

美国FDA与FEMA 已将索马甜列为GRAS（generally recognized as safe），即一般认为是安全的物质，日本及西欧一些国家也允许使用索马甜。

2.4 索马甜的生产
索马甜传统的提取工艺流程为：假种皮破碎，水溶液提取（pH2.0~4.5），分离（超滤），干燥（冻干或喷雾干燥）。

但是，此方法得到的索马甜中含有一些植物组分，如阿拉伯-半乳聚糖等物质，如需更高的纯度，可以通过体积排阻色谱[4]、离子交换色谱[2]、吸附树脂等方法继续纯化。

此外，研究人员也在不断尝试使用转基因微生物或高等植物来生产大量的重组索马甜蛋白。

KeisukeOhta等[3]（2008）曾修改了毕赤酵母的表达系统，通过引入前序列提高了索马甜的产率（约为30~50mg/L），并且使用正确的末端序列得到了重组的索马甜分子。

此后，TetsuyaMasuda等[6]以三个含有22-氨基酸前序列的索马甜基因为表达载体，在毕赤酵母体内获得了重组的ThaumatinⅠ，其表达产率约为100mg/L；并且圆二色谱和色氨酸的荧光色谱显示，重组的索马甜与天然索马甜几乎是一样的。

随着分子生物学技术的不断发展，人们把索马甜基因转入不同的宿主中，包括大肠杆菌、真菌、黄瓜、草莓、番茄、玉米等，希望获得大量重组的具有活性的索马甜，但是结果并不理想。

要实现工业化生产，基因重组后的索马甜产量必须达到1g/L才可行，目前尚未发现以重组基因方式实现工业生产的报道。

3 索马甜的应用现状
索马甜是一种低能量的天然蛋白质，通过与舌头上的味蕾相作用，可以改变食品给人的味觉，进而改善和增强食品风味，掩盖苦味和羞涩感。

索马甜还可以降低很多芳香物质的感觉阈值，如薄荷、咖啡、姜、巧克力、草莓、苹果、柠檬、橘子等，在食品工业中用作甜味剂、风味改善和增强剂。

低浓度的索马甜即可有效地增强食品风味，适用于咖啡、茶、酒精饮料、糖果、冰淇淋、食品增补剂，以及基于微生物和矿物质的膳食补充饮品或咀嚼片。

在低脂肪乳制品中，添加少量的索马甜，可以产生一种丰富的奶油风味，改善因脱脂而失去的风味。

索马甜与其它高倍甜味剂（如糖精、安赛蜜和阿巴斯甜）复配使用有协同作用，且能够掩盖金属味和其他甜味剂带来的苦味，并提供更接近蔗糖的口感，增进甜味和延长甜味感。

索马甜在稍高浓度下使用时，可以掩盖苦味。

这一功能已成功应用于制药中，添加在抗生素、止痛药、止咳糖浆、感冒药和增补剂中。

此外，索马甜用在化妆品行业中，图牙膏和漱口水中，可以改善和延长其风味和凉爽感；用作动物饲料添加剂时，果实种皮可以直接添加，不需干燥和提取。

在基因工程中，索马甜基因的导入使一些植物果实的口感和品质得到了提高。

ThaumatinⅡ转基因表达的黄瓜、梨、马铃薯、草莓和番茄等，口感和味道都有所提高，其中转基因黄瓜不仅耐致病性菌的能力
提高，而且产生了甜味，可接受的香味程度也有所增强[7]。

4 展望
目前，索马甜生产上面临的主要问题是种植面积有限、产量低，非洲西部地区原料供给不稳定，基因工程生产尚处于研究阶段。

在我国，尚没有正式批准索马甜在食品中使用，国内也没有索马甜的生产商，市场上的产品主要从美国等地进口，产品混杂，标准不一。

未来可以适当的开拓索马甜在食品中的应用研究，开展索马甜作为国内食品添加剂新品种的审批工作，制定相关的行业或国家标准，以促进索马甜在国内市场的推广和发展，规范管理其在食品中的合理应用。

参考文献
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[3]Keisuke Ohta, Tetsuya Masuda et al. Critical molecular regions for elicitation of the sweet- ness of the
sweet-tasting protein, thaumatinI[J].The FEBS Journal,2008,275(14):3644-3652.
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[5]Higginbotham JD, Snodin DJ et al. Safety evaluation of thaumatin (Talin protein)[J]. Food and Chemical
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