上官海燕 宋亞青 朱妙飛 戴晶晶 毛岳忠

一、甜味劑的分類

甜味劑是賦予人類甜味感受并能夠被味覺感受器感知的一類物質(zhì)，它一直伴隨著人類的發(fā)展歷程。隨著時(shí)代的發(fā)展，甜味劑有了不同的呈現(xiàn)形式，目前最常見的分類方法是根據(jù)來源和營養(yǎng)價(jià)值來分類。

按照來源分類，甜味劑可以分為天然甜味劑和人工甜味劑（如圖1所示）。天然甜味劑包括天然糖類、糖醇類、糖苷類和其他甜味劑。人工甜味劑通過化學(xué)方法修飾天然甜味劑或直接由化學(xué)合成獲得，具有高甜度、低熱量且在人體內(nèi)不被代謝吸收的特點(diǎn)，可分為蔗糖衍生物類（三氯蔗糖等）、磺胺類（糖精鈉、甜蜜素等）、二氫茶耳酮類（油皮苷、新橙皮苷、洋李苷等）和氨基酸及二肽類（阿斯巴甜、紐甜等）。

按照營養(yǎng)價(jià)值分類，甜味劑可以分為營養(yǎng)性甜味劑和非營養(yǎng)性甜味劑（如圖2所示）。營養(yǎng)性甜味劑含有碳水化合物并提供能量，可以進(jìn)一步分為單糖、雙糖（每糖4 kcal/g）和糖醇/多元醇（每糖2kcal/g）等。非營養(yǎng)性甜味劑又被稱為高倍甜味劑，雖然其提供的能量微乎其微，但帶給人類的甜味感受強(qiáng)度（甜度）卻是蔗糖的許多倍。

二、甜味感受的生物學(xué)基礎(chǔ)

1.味覺感受器。味覺是味覺感受器與味覺物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的結(jié)果，味覺的產(chǎn)生要依靠神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)，即味蕾和傳入神經(jīng)纖維。味蕾是由遍布整個(gè)口腔的50-100個(gè)神經(jīng)上皮細(xì)胞組成的簇，負(fù)責(zé)味覺開始的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，最終產(chǎn)生苦味、酸味、咸味、甜味和鮮味的感覺。味蕾存在于味覺乳頭上，而舌頭上遍布味覺乳頭。下面就從舌頭、味覺乳頭、味蕾、味覺神經(jīng)與神經(jīng)因子等幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

（1）舌頭。舌頭包含不同類型的化學(xué)感應(yīng)、觸覺細(xì)胞和神經(jīng)區(qū)域結(jié)構(gòu)。出生時(shí)，人的舌頭占口腔的空間相對較大，隨著面部骨骼的增長，相對占比會(huì)逐步減少。舌頭前部區(qū)域在8-10歲時(shí)達(dá)到成人大小，而后部區(qū)域持續(xù)增長至15-16歲時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）味覺乳頭。出生后，前舌、外側(cè)舌和后舌區(qū)域均有味覺乳頭，且充滿了味蕾。味覺乳頭主要有四種類型：輪廓乳頭、葉狀乳頭、絲狀乳頭和菌狀（蕈狀）乳頭。①輪廓乳頭最大，排列在界溝的前方，乳頭頂端特別膨大，呈圓盤狀，周圍有環(huán)狀溝環(huán)繞。②絲狀乳頭分布最廣，主要分布在舌背面中、后2/3處，鏡下觀察到形成舌苔的絲狀乳頭角化樹主要由其角化層細(xì)胞構(gòu)成，舌背表面的黏膜上皮層從下往上依次為基底層、棘細(xì)胞層、顆粒層、角化層。③葉狀乳頭被認(rèn)為是位于舌側(cè)緣后部、腭舌弓附著處前方、呈4-8條并列的葉片狀黏膜皺襞，內(nèi)有味蕾，但人類此部位已逐漸退化。④味蕾含量最多的是菌狀（蕈狀）乳頭，主要存在于人的背前舌，代表著味覺乳頭的成熟度。馬里亞姆用數(shù)碼相機(jī)對菌狀（蕈狀）乳頭進(jìn)行拍照和分析，結(jié)果表明，乳頭數(shù)目在9-10歲時(shí)趨于穩(wěn)定，而乳頭的分布和生長在11-12歲時(shí)趨于穩(wěn)定?？傮w而言，菌狀（蕈狀）乳頭的數(shù)量、大小和分布穩(wěn)定在11-12歲，這與前舌停止生長的年齡非常接近。由于乳頭上的味覺孔與功能性味覺細(xì)胞的存在具有關(guān)聯(lián)性，所以舌頭特定區(qū)域的味覺孔數(shù)量表明了該區(qū)域的味覺敏感性，兒童的前舌菌狀（蕈狀）乳頭密度和味覺孔密度明顯高于成人，這可能與兒童具有較高的味覺敏感性有關(guān)。

（3）味蕾。味蕾存在于味覺乳頭上，每個(gè)味蕾有單一的頂端孔，味蕾內(nèi)的味覺細(xì)胞通過這個(gè)孔延伸微絨毛，為味覺物質(zhì)提供一個(gè)連接面，將化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)換為電信號以激活味覺細(xì)胞。根據(jù)形態(tài)和功能分類，單個(gè)味蕾中有四種主要的味覺細(xì)胞類型。其中，I型是未分化的未成熟味覺細(xì)胞，大多數(shù)是包裹在其它細(xì)胞類型周圍的支持細(xì)胞或膠質(zhì)樣細(xì)胞，主要作用是維持整體味蕾結(jié)構(gòu)。II型細(xì)胞表達(dá)G蛋白偶聯(lián)的味覺受體，感知甜味、鮮味和苦味信號，通常不與味蕾中的神經(jīng)末梢形成常規(guī)突觸。III型味覺細(xì)胞負(fù)責(zé)鹽和酸味刺激的轉(zhuǎn)導(dǎo)，并在傳入神經(jīng)纖維上進(jìn)行常規(guī)的突觸接觸。IV型細(xì)胞（也稱為“基礎(chǔ)細(xì)胞”）是可以分化為其他三種味覺細(xì)胞的祖細(xì)胞。

研究發(fā)現(xiàn)，人類胚胎在6-7周時(shí)，早期味蕾尚未形成，舌部有2-3層上皮細(xì)胞。胚胎在8周左右時(shí)，早期味蕾開始在上皮細(xì)胞內(nèi)發(fā)育，但味覺乳頭尚未形成，即人類味蕾的形態(tài)發(fā)育先于功能發(fā)育。胚胎期結(jié)束，胎兒在9-11周時(shí)，舌部有3-4層上皮細(xì)胞，即早期味蕾原基，原基頂端尚無味孔，真皮乳頭初步形成。胎兒在12-13周時(shí)，舌部已有4層上皮細(xì)胞，味蕾原基擴(kuò)大并分布于味覺乳頭的頂部，味蕾原基的頂端出現(xiàn)小而淺的味孔，神經(jīng)纖維在味蕾原基的基部形成一個(gè)類似網(wǎng)狀組織的結(jié)構(gòu)。胎兒在14-15周時(shí)，味蕾尚未完全成熟，但味蕾原基細(xì)胞之間的突觸連接已完全發(fā)育，可接受化學(xué)刺激。圍產(chǎn)期期間乳頭內(nèi)形成味蕾，在嬰兒出生后味蕾成熟。

L.H.Cheng研究發(fā)現(xiàn)，人舌的菌狀乳突上平均有193個(gè)味蕾，其中87%位于前2cm。在17-59歲之間，菌狀乳頭和味蕾的總數(shù)保持不變，且菌狀乳頭密度和味蕾在舌部的分布也與年紀(jì)沒有相關(guān)性。Beidler用秋水仙堿阻斷大鼠舌味蕾周圍上皮細(xì)胞的有絲分裂，記錄味覺神經(jīng)束的電活動(dòng)，結(jié)果顯示，味蕾變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程，且味蕾特定時(shí)間的生長階段差異導(dǎo)致了不同細(xì)胞形態(tài)的差異。

R Hamamichi通過大鼠實(shí)驗(yàn)觀察味蕾細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，短壽細(xì)胞約占味蕾中細(xì)胞的60%，平均壽命為2天；長壽細(xì)胞約占味蕾中細(xì)胞的40%，平均壽命為13天。另外，通過整合短壽或長壽細(xì)胞來估算在單個(gè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)觀察到的表觀比率，發(fā)現(xiàn)在任何時(shí)間內(nèi)觀測長壽細(xì)胞均占據(jù)了超過90%的表觀味蕾細(xì)胞。短壽細(xì)胞的壽命與周圍上皮細(xì)胞的壽命相似，因此它們可能既不接收生存信號，也不具有味蕾特有的功能（如味覺信號）。換而言之，只有長壽細(xì)胞才能分化為功能性味蕾細(xì)胞。

（4）味覺神經(jīng)與神經(jīng)因子。味蕾由膝狀神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)元支配，這些神經(jīng)元將味覺信息傳遞到大腦，神經(jīng)分布如圖4所示。成年大鼠舌前部的味蕾體積與支配膝狀神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的數(shù)量相匹配，味蕾越大，支配它的膝狀神經(jīng)節(jié)細(xì)胞越多。支配神經(jīng)元的數(shù)量決定了味蕾細(xì)胞數(shù)量的上限，一旦達(dá)到限制數(shù)量，味蕾就開始增加周轉(zhuǎn)率。

大多數(shù)進(jìn)入菌狀乳頭的神經(jīng)纖維是三叉神經(jīng)，而少數(shù)纖維來源于鼓索三叉神經(jīng)纖維，通過舌神經(jīng)從舌向三叉腦干核傳遞體感和內(nèi)臟。為了傳遞味覺信號，味蕾細(xì)胞將幾種遞質(zhì)釋放到味覺神經(jīng)纖維上，如：5-羥色胺（5-HT）、谷氨酸、乙酰膽堿、神經(jīng)肽、GABA和三磷酸腺苷（ATP）。味蕾細(xì)胞通過接受味覺刺激產(chǎn)生動(dòng)作電位，從而向味覺神經(jīng)纖維傳遞味覺信息。然而，只有一部分味蕾細(xì)胞具有常規(guī)的突觸結(jié)構(gòu)，增加了味蕾細(xì)胞和味覺神經(jīng)纖維之間發(fā)生某些非突觸通信的可能性。

2.甜味劑的甜味感受機(jī)制。甜味劑的甜味感受

機(jī)制是甜味分子與位于口腔味蕾受體細(xì)胞細(xì)胞膜上的甜味受體（taste receptor 2 and 3，Tas1R2/3）相互作用并激活受體，進(jìn)而引起胞內(nèi)與甜味受體互作的G蛋白激活。G蛋白隨后激活磷脂酶Cβ2，后者催化4，5-二磷酸磷脂酰肌醇水解為三磷酸肌醇和二脂酰甘油，三磷酸肌醇進(jìn)一步誘發(fā)胞內(nèi)鈣釋放、細(xì)胞的去極化以及神經(jīng)突觸的激活等一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)反應(yīng)，并最終引起甜味覺感知的產(chǎn)生。

Shallenberger提出的甜味物質(zhì)AH-B甜基學(xué)說是第一個(gè)系統(tǒng)解釋甜味產(chǎn)生機(jī)理的學(xué)說，以此為基礎(chǔ)，一些高甜度的人工甜味劑在此學(xué)說的指導(dǎo)下被發(fā)現(xiàn)及合成。Shallenberger認(rèn)為，所有甜味化合物具有相同的結(jié)構(gòu)特征，且?guī)喾措姾傻膬蓚€(gè)原子A和B。其中，A與帶正電的質(zhì)子結(jié)合成為AH，在整體上認(rèn)為是酸；B被認(rèn)為是質(zhì)子受體，也可當(dāng)作是堿。一個(gè)甜味分子中的AH-B基團(tuán)可和位于甜味受體蛋白上適合的AH-B基團(tuán)互補(bǔ)進(jìn)行氫鍵結(jié)合，形成雙氫鍵復(fù)合結(jié)構(gòu)。甜味劑分子的氫鍵和味蕾上的受體位點(diǎn)由于互補(bǔ)特性，形成了一個(gè)短暫存在的絡(luò)合物，從而產(chǎn)生一個(gè)信號并通過神經(jīng)系統(tǒng)傳輸?shù)酱竽X側(cè)，兩分子間復(fù)合強(qiáng)度決定了甜感強(qiáng)度。

然而，AH-B系統(tǒng)理論仍具有明顯的局限性，即許多擁有AH-B系統(tǒng)的化合物并不甜。Kier在AH-B體系中又引進(jìn)親脂的第三結(jié)合點(diǎn)，即X疏水部位。疏水結(jié)合基團(tuán)X的引入成功解釋了強(qiáng)力甜味劑的強(qiáng)力效應(yīng)，即所有未被取代的糖分子都是親水性的，與甜味蛋白受體的結(jié)合力較弱，所以不會(huì)太甜；而通過在適當(dāng)位置引入合適的疏水基團(tuán)，可有效增加糖分子的疏水性，從而顯著增強(qiáng)糖分子與甜味蛋白受體的作用力，使甜度大大提高。

三、甜味的味覺閾值

1.覺察閾。美國材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)將感官覺察閾定義為：存在一個(gè)濃度范圍，在此范圍內(nèi)，任何實(shí)際情況下都無法檢測到一種物質(zhì)的氣味或味道；而在此范圍外，具有正常嗅覺或味覺的人很容易檢測到該物質(zhì)的存在。幾種常見甜味劑的覺察閾值如下：蔗糖為0.424%、葡萄糖為0.675%、果糖為0.324%、乳糖為1.125%、麥芽糖為1.025%。

2.識別閾。識別閾值被認(rèn)為是一個(gè)人可以描述刺激的最低水平，通常比覺察閾值高一點(diǎn)。

3.差別閾。差別閾限表示的是差別感受性，一個(gè)人能覺察到的差別越小，其差別感受性就越高。差別感覺刺激的增量與原刺激量之間存在著某種關(guān)系，這種關(guān)系可用公式K=ΔI/I來表示，其中I為物理刺激的增加，ΔI為引起差別感覺的物理刺激的增加量，K為一個(gè)常數(shù)。上述公式叫韋伯定律，它提供了感覺系統(tǒng)的第一個(gè)定量操作特性。幾種常見甜味劑的韋伯分?jǐn)?shù)如下：蔗糖為0.189、葡萄糖為0.189、果糖為0.191、乳糖為0.193、麥芽糖為0.197。

4.極限閾。極限閾值是指在感覺閾內(nèi)，當(dāng)味物質(zhì)濃度高于該閾值時(shí)，人無法對該物質(zhì)的濃度差異進(jìn)行辨識。幾種常見甜味劑的極限閾值如下：蔗糖為813mM、甜蜜素為25.7mM、安賽蜜為4.3mM、三氯蔗糖為1.2mM。

四、甜味對兒童發(fā)育的影響

研究結(jié)果顯示，6-10歲兒童對于蔗糖的甜味覺察閾值和差別閾值要明顯小于成人，說明兒童對于甜味劑的甜味具有更高的敏感性，同時(shí)提示甜味對于兒童可能有更顯著的影響。

1.兒童對甜味的偏好。研究表明，嬰兒對甜味的喜好是與生俱來的，與喂養(yǎng)方式無關(guān)。在六個(gè)月到六歲中，接觸甜食可能影響兒童對甜食的偏好，甜度（40%）是4歲兒童喜好食物的第一維度，熟悉度（27%）是3歲兒童喜好食物的第一維度。而在一項(xiàng)橫向研究中，世界衛(wèi)生組織發(fā)現(xiàn)，6-11歲兒童對甜食的偏好受到反復(fù)接觸的影響而提高，8-9歲兒童和成年人對蔗糖的反應(yīng)功能相似，可以使用幅度估計(jì)和類別縮放程序進(jìn)行測量，結(jié)果表明童年中期對超閾值甜味刺激的感知已達(dá)到了成熟的感覺。

2.過量攝糖對兒童的生理影響。經(jīng)常攝入甜食、含糖飲料的兒童出現(xiàn)齲齒的概率很高。隨著逐漸增加的甜食攝入量，口腔牙菌斑導(dǎo)致齲齒，內(nèi)部細(xì)菌酵解后產(chǎn)生有機(jī)酸，使患兒口腔內(nèi)pH值降低，促使患兒牙軸質(zhì)被侵蝕，齲齒會(huì)越來越嚴(yán)重。

2011年，我國兒童青少年的超重和肥胖率分別為10.52%和9.49%，較2004年的7.31%和2.88%均有明顯增加，而含糖飲料消費(fèi)頻率和消費(fèi)量與兒童青少年的超重/肥胖之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)聯(lián)。正是這些肥胖的因素，導(dǎo)致越來越多的兒童和青少年出現(xiàn)了糖尿病。日常生活中的含糖飲料和油炸食品是糖尿病的誘因之一，肥胖程度與糖尿病的發(fā)病率成正比。過量食用甜食對兒童的危害已經(jīng)從蛀牙轉(zhuǎn)變成糖尿病，而糖尿病會(huì)引起其他并發(fā)癥，威脅生命健康。因此，為了兒童健康，控糖需要引起家長的注意。

3.過量攝糖對兒童的心理影響。目前較為認(rèn)可的理論認(rèn)為，糖消耗涉及多巴胺的大量釋放，并與大腦的獎(jiǎng)賞系統(tǒng)有關(guān)。因此，從長期作用來看，糖的過度消耗會(huì)導(dǎo)致多巴胺受體的脫敏，作為一種補(bǔ)償機(jī)制，為獲得同樣程度的滿足感，將導(dǎo)致糖攝入量增加。

BiancaDel-Ponte等人研究了攝入蔗糖與兒童多動(dòng)癥之間的相互關(guān)系，結(jié)果表明，攝入蔗糖與6歲男孩的多動(dòng)癥患病率有關(guān)。江蘇省疾病預(yù)防控制中心調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中國青少年的軟飲料、甜食消費(fèi)和失眠、自殺計(jì)劃和自殺企圖的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)性呈正相關(guān)。研究顯示，在每天至少喝三次軟飲料的人中，自殺計(jì)劃的發(fā)生率約為13%，而在不喝任何軟飲料的人中，自殺計(jì)劃的發(fā)生率約為6%；在多變量分析中，調(diào)整社會(huì)人口和生活方式因素后，與每天飲用少于一次軟飲料的青少年相比，每天至少飲用三次軟飲料的青少年的自殺計(jì)劃風(fēng)險(xiǎn)增加80%，自殺未遂風(fēng)險(xiǎn)增加3.5倍以上。

五、總結(jié)

適量的甜味劑攝入能夠給人類帶來舒適的愉悅感，但過量的甜味劑攝入可能會(huì)引發(fā)肥胖、高血糖、糖尿病等風(fēng)險(xiǎn)。相較于成人，兒童對甜味更為敏感，且由于兒童天生對甜味偏好，可能導(dǎo)致過量攝入甜味劑，對兒童的生理和心理造成諸多不良影響。因此，通過引導(dǎo)兒童樹立正確的甜食觀、開發(fā)適合中國兒童甜度偏好的產(chǎn)品等途徑，降低甜食對兒童的身心危害至關(guān)重要。

作者簡介：上官海燕，女，1984年出生，碩士研究生。