甜味蛋白质通常是从植物中提取的小分子量多肽，它们大多具有超强的甜味，其甜味度约为同摩尔蔗糖甜味的2000~3000倍。目前研究较多的有7种甜味蛋白质：Thaumatin（索马甜），Monellin（莫乃灵），Miraculin（神秘果素），Curculin（库克灵），Mabinlin（马宾灵），Brazzein（布拉齐因）以及Pentadin（培它丁）。
相比化学合成的甜味剂，它们安全无毒；相比其他的天然甜味剂，它们能量低，又因为甜度高和可以被消化降解为人体所需的天然氨基酸受到越来越多科学家的关注。2016 年，重组蛋白市场全球价值 3.472 亿美元。根据 2018 年 consistent Market Insights 公司提供的信息，2017~2025 年全球重组蛋白市场复合年增长率预计为 6.2%。
表1 不同甜味蛋白特性对比[1]
Thaumatin
Thaumatin，又称索马甜、奇迹蛋白、沙马汀。1972年，Van等人从西非热带雨林中的一种竹竿科多年生灌木Thaumatococcus Daniellii Benth中分离出Thaumatin，为淡黄褐色至灰褐色粉末，无臭，味极甜，甜味阈值为1.1 mg/kg，即在甜味阈值浓度时甜度约为蔗糖的5500 ~8000倍；在低于甜味阈值1.1 mg/kg的情况下，可增强食品风味，如加0.5 mg/kg的Thaumatin，可使薄荷类香味阈值下降1/10~1/3。
天然存在的Thaumatin由一多基因家族编码，最少存在6~7种关系相近的蛋白，主要是Thaumatin I和Thaumatin II，提取物中Thaumatin I约占96%，它们均由一条直链多肽链组成，含有氨基酸残基207个，分子量为22 kD.Thaumatin等电点为11.5~12.5，属碱性蛋白，加热可发生变性而失去甜味。在80~100 ℃条件下加热，甜感可下降50%以上；100 ℃以上短时间加热，对其甜度影响不大，但可与单宁结合而失去甜味。
晶体结构研究表明，Thaumatin由3个结构域组成，核心结构域是一个平滑的β-折叠桶，含有11个β-折叠片层，除N端和C端片层相互平行外，其他片层均为反向平行。已知的这些Thaumatin同系物仅有5个或更少的氨基酸差异，且N端均为丙氨酸。
Lee等人根据Thaumatin Ⅱ的 cDNA 序列，人工合成了 Thaumatin Ⅱ基因，在啤酒酵母（Saccharomyces Cerevisiae）中表达，获得无甜味的不溶性重组蛋白，但将其在体外经变性再复性后会产生甜味。Faus等人采用分泌型载体将人工合成的Thaumatin Ⅱ基因转入黑曲霉（Aspergillusniger），在每升发酵液中能提取5~7 mg的 Thaumatin Ⅱ。
在各种甜蛋白中，研究最多也较清楚的是Thaumatin，它甜味爽口，没有不良后味或苦涩味，且具有增强产品风味和掩盖不良味觉的作用，是一种很有发展前途的天然食品甜味剂。
世界健康组织食品添加剂专家委员会审查了其安全毒理性，同意将其作为一种安全的食品添加剂使用，并没有对其ADI 值做出限定。Thaumatin在美国、英国、日本、德国等国家已被批准应用于食品、医药和化妆品领域。Thaumatin的商品名为Talin，它在商业开发中的成功，极大地推动了甜味蛋白的研究与发展。
Miraculin
Miraculin，中文被译为奇异果素、奇果蛋白等。1968年，Kurihara等人发现西非植物 Richardelladu leifica Baehni的浆果中存在Miraculin，并分离出 Miraculin，证实它是一种碱性糖蛋白。这种浆果被称为奇异果是再恰当不过了，因其本身并没有甜味，但在人的口腔内可将酸味转变成明显的甜味，且甜味感觉可持续数小时；它还可改变产品整体的风味特性，如可将醋风味转变成葡萄酒风味、将酸柠檬汁风味转变成带来甜味的柠檬汁风味。
奇异果素是一条由 191 个氨基酸和 N 连接寡糖组成的单一多肽链，相对分子质量为24600，整个分子中碳水化合物占13.9%，肽链通过42与186位上的天冬酰胺残基与碳水化合物链以糖苷键方式结合在一起，pI约为9，由单体间以二硫键相连的两对二聚体构成。
Miraculin 甜蛋白在 100℃ 以下、PH3-12 范围内比较稳定；本身并无甜味，遇到酸性物质后可改变人的味觉，产生类似蔗糖的甜味；对于不同的酸，产生的甜度不同。据Sarroch等报道，10-mol/L的Miraculin可诱发0.02 mol/L的柠檬酸产生相当于0.5 mol/L的蔗糖甜味，0.1 mg的Miraculin即可产生持久的增甜作用。
据Vicktoifa等报道，用>0.1 mol/L的NaCl液在pH<10时提取的Miraculin可作为食品和药剂甜味蛋白质。
Miraculin作为一种天然非糖类的甜味剂，很有希望成为碳水糖类化合物的替代品，成为新型保健食品的甜味剂。基于Miraculin能变酸为甜的特殊性质，它可能是糖尿病、肥胖病人食物中理想的甜味剂。
Brazzein
Brazzein，中文被译为布拉奇因、巴西甜蛋白，是Ding 等人在 1994 年从非洲西部野生植物 Pentadiplandra Brazzeana Baillon的果实中分离提纯出的一种甜味蛋白质。Brazzein是由54个氨基酸残基组成的单链多肽，含有8个半胱氨酸，形成4对分子内二硫键。Brazzein 的相对分子质量为6500，等电点为5，甜度是等质量蔗糖的2000倍。与其他甜味蛋白相比，Brazzein的分子量最小，水溶性最好，且水溶液在80℃下经4h的热处理仍然保持甜味，有着良好的热稳定性和 pH稳定性。
自从丁鸣等人在西非热带植物Pentadiplandra Brazzeana Baillon中发现并提纯出Brazzein，人们对甜味蛋白 Brazzein 的研究陆续开始。高广华等人利用二维核磁共振技术研究Brazzein溶液的三维结构，发现该甜味蛋白分子骨架CSαβ与蝎毒、昆虫防卫素和植物抗菌蛋白γ-硫素的分子支架基本相同。
Hellekant 等人用大肠杆菌成功表达了 Brazzein。由于其独特的科研和产业应用价值，大量生产高纯度的Brazzein成为产业界的目标。
Monellin
Monellin，中文被称为莫内林、莫奈林，是Inglett等人在1969年从西非防己科（Menispermaceae）植物Dioscoreophyllum Cumminsii的浆果中分离得到的。该分子由94个氨基酸残基组成。
值得注意的是，其分子中并不含胱氨酸、组氨酸及游离的巯基，也不是一条单一的多肽链，而是由A、B两条链组成，其中A链包含44个氨基酸，B链包含50个氨基酸，这两条链通过非共价相互作用结合在一起，将Monellin分子的A、B两条肽链拆分后其甜味丧失，可见完整的天然结构是其甜味产生的必然条件。
其相对分子量为10.7 kD，等电点为9.0~9.3，甜度为等质量蔗糖的3000倍，甜味来得慢，去得也慢，持续时间较长，味觉延绵。温度和pH对其影响很大，其水溶液加热至55~60℃，甜味就会丧失；室温下 pH 小于2 或大于9，甜味也会丧失。Kondo等人将单链的 Monellin 基因克隆到假丝酵母中，得到高效表达，表达量为每克湿菌体含10 mg Monellin。
由于天然的Monellin对热和酸处理比较敏感，容易引起蛋白变性，使得Monellin的商品化生产发展缓慢。随着生物技术的飞速发展，可以将Monellin两条肽链的两个末端连接成一条稳定且具有与天然Monellin一样甜味的单链蛋白，这样可大大推进Monellin的商业化进程。
Mabinlin
Mabinlin也称马宾灵、马槟榔甜蛋白，是中国云南等省的高海拔地区白花菜科（Cappafidaceae）植物马槟榔（Cappari Srnasaikai Levi）的种子储存蛋白。马槟榔甜蛋白能引起持久甜味，相对分子质量为11700，等电点为11.8，在280 nm波长有最大吸收峰，其引起甜味感觉的最低浓度为0.1%，甜度是等质量蔗糖的100倍。
Mabinlin由A链和B链组成，A链含33个氨基酸残基，B链含72个氨基酸残基，B链含有两个分子内二硫键，并通过两个分子间的二硫键与A链相连。马槟榔的热稳定性与 B 链47位上的氨基酸有关：如是精氨酸则为热稳定型，如是谷氨酸则为热不稳定型。经进一步分离纯化，发现马槟榔有5种同工蛋白，分别为马槟榔Ⅰ、Ⅰ-1、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，其中马槟榔II的热稳定性最高，其热稳定性在所有已知甜味蛋白中也是最高的，其甜味可在80 ℃下保持48h，而其他4种在80℃下保持0.5h甜味则丧失，可见马槟榔Ⅱ具有较高的开发价值。
Pentadin
Pentadin被译为培它丁，是1989 年从非洲热带植物Pentadiplandra Brazzeana中分离出来的。Pentadin 和 Brazzein 来自同一种植物，Pentadin 是果实经热干燥后提取得到的，Brazzein是从鲜果中提取得到的。
Pentadin分子量约为12 kDa，甜度是蔗糖的500倍，整个分子是以亚结构通过二硫键相连的。Pentadin 是非天然形态的交联 Brazzein 分子，分子量约为Brazzein的2倍，且甜度明显低于Brazzein。
Curculin
Curculin，中文名为仙茅甜蛋白、库克灵等，是Yamashita 等人在 1990 年从马来西亚的石蒜科仙茅属植物光叶仙茅（Curculigo Latifolia）的果实中抽提获得的。
它是一种不含糖基的单纯蛋白，有两个亚基聚合而成的二聚体，该二聚体通过3个二硫键相连，含114个氨基酸残基，pI为7.1，和大多数蛋白质一样，对热敏感，50℃以上活性降低，甜度是蔗糖的430~2070倍。甜味在口腔内可维持几分钟；甜味在口腔内消失后若喝水，又会恢复，并可维持5min左右。
除纯水和柠檬等可诱导出甜味外，0.5 mol/L 的氯化钠水溶液也可以诱导出其甜味。可见，Curculin也是一种变味甜蛋白，Ca2+和Mg2+可能对其甜味有抑制作用，但无论是在中性溶液还是在酸性溶液中，一价离子如Na+和Cl+都不会对其甜味产生影响。
甜味蛋白具有甜度高，热量低，安全，且不会把非天然的代谢产物引入体内的优点。随着人们健康意识的增强，甜味蛋白未来将长期向好。我国目前减糖市场还属于起步探索阶段，作为功能糖和高倍甜味剂原料的主产国，国内企业发展减糖类产品具有较大的原料优势。制糖企业可参考国际减糖产品发展趋势及甜味剂的应用情况提前布局减糖市场。随着部分甜味蛋白被发达国家批准应用，未来甜味蛋白的国际需求将持续增大，关于甜味蛋白的研究也将越来越多。[2]
引用资料：
[1]王长远,郝天舒,刘婷.甜味蛋白的研究及应用进展[J].农产品加工（下）,2014(6):52-56
[2]施天元 ，曹国强. 基因工程表达甜味蛋白的研究进展 [J]. 食品工业科技，2023，44（2）：453−459. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022020262
来源：齐鲁工业大学，作者丨张志国,唐越,孙晓燕,孙迪,陈媛，转载请注明来源。封面图来源：创客贴
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