随着食品行业不断进行创新与变革，很多创新型企业都在寻找新的成分来解决全球营养问题。来自英国、成立于2016年底的初创企业Amai Proteins，正在进行大规模甜味蛋白的生产，来冲击全球甜味市场。
神秘果是来自非洲的一种神奇的果实，它含有的神秘果蛋白本身没有甜味，但它可以在人们尝到该物质后的一段时间内，将酸味转变为甜味，它所能引起的最大甜味约等于浓度为17%的蔗糖溶液。和大多数甜味剂不同，这种蛋白质不含有卡路里，且不会引起血糖反应，能被肠道正常吸收。自然界类似神秘果蛋白的甜味蛋白还有很多种，但长期以来，甜味蛋白却没有像甜菊糖等天然甜味剂一样得到足够的开发。
潜力无限的甜味蛋白，有望成为健康甜味剂下一个市场风口
甜味蛋白的商业化应用
随着食品行业不断进行创新与变革，很多创新型企业都在寻找新的成分来解决全球营养问题。来自英国、成立于2016年底的初创企业Amai Proteins，正在进行大规模甜味蛋白的生产，来冲击全球甜味市场。
Amai Proteins首席执行官兼创始人Ilan Samish博士表示，“过高的糖摄入是当今世界对人类健康的最大挑战之一，而通过将甜味蛋白并应用于食品饮料可以大大帮助解决这一问题，自20世纪70年代以来，甜味蛋白已经在马来西亚、中国海南和西非等地被发现。这些蛋白质与糖不同，虽然口感像糖一样，但它们被肠胃消化的时候不会产生任何的血糖反应，因此是真正的零卡路里甜味剂，对人体健康非常有利。
长期以来，甜味蛋白最大的开发问题是它的不稳定性，温度、PH值、更长的余味，使它比天然甜味剂更难以利用。而Amai Proteins的团队目前已经能够利用技术来解决这些问题，在酵母或细菌中培育这些新的“超级蛋白质”，采取氨基酸序列并在DNA水平上改变其中的一些，使甜蛋白变得更加稳定，从而获得更便宜、更适用于大众食品市场的产品，足以对甜味剂市场产生极大的冲击。
目前，Amai Proteins的产品主要用于饮料和乳制品应用，使用少于2毫克的蛋白质就可以代替4克茶匙糖的甜度，这样高的强度使得甜味蛋白在某些应用中需要添加甜菊糖来作为填充剂，目前Amai Proteins已经开发了多种口味的甜蛋白苏打水，还与达能合作推出了几款饮料和乳制品应用。相信很快，甜味蛋白就会在全球范围内得到更多的开发与应用，成为健康甜味剂市场又一支新生的力量。
自然界的八种主要植物甜味蛋白
1968年，科学家从植物果实中分离得到一种能将酸味变成甜味的蛋白质，后被命名为Miraculin，引发了人们对天然甜味蛋白的研究和应用;到目前为止，已发现的植物甜味蛋白有8种。
1、Miraculin
Miraculin，中文被译为神秘果素、神秘果蛋白等，是1968年在西非植物RichardelladulcificaBaehni的浆果中发现，并分离出Miraculin，证实它是一种碱性糖蛋白。这种浆果被称为神秘果是再恰当不过了，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。神秘果素是一条由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，10－6mol/L的Miraculin可诱发0.02mo1/L的柠檬酸产生相当于0.5mol/L的蔗糖甜味，0.1mg的Miraculin即可产生持久的增甜作用。据Vicktoifa等报道，用≥0.1mol/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。
2、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PentadiplandraBrazzeanaBaillon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PentadiplandraBrazzeanaBaillon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。
3、Thaumatin
Thaumatin，又称索马甜、奇迹蛋白、沙马汀，是由西非热带雨林中的一种竹竽科多年生灌木ThaumatococcusDanielliiBenth中分离出，为淡黄褐色至灰褐色粉末，无臭，味极甜，甜味阈值为1.1mg/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1.1mg/kg的情况下，可增强食品风味，如加0.5mg/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ThaumatinⅠ和ThaumatinⅡ，提取物中ThaumatinⅠ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22kD。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ThaumatinⅡ的cDNA序列，人工合成了ThaumatinⅡ基因，在啤酒酵母(SaccharomycesCerevisiae)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ThaumatinⅡ基因转入黑曲霉(Aspergillusniger)，在每升发酵液中能提取5～7mg的ThaumatinⅡ。
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。
4、Monellin
Monellin，中文被称为莫内林、莫奈林，是在1969年从西非防己科(Menispermaceae)植物DioscoreophyllumCumminsii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10.7kD，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10mgMonellin。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。
5、Mabinlin
Mabinlin，即马槟榔甜蛋白，是中国云南等省的高海拔地区白花菜科(Cappafidaceae)植物马槟榔(CappariSrnasaikaiLevi)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280nm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。
6、Pentadin
Pentadin，被译为培它丁，是1989年从非洲热带植物PentadiplandraBrazzeana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12kDa，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。
7、Curculin
Curculin，中文名为仙茅甜蛋白、库克灵等，是在1990年从马来西亚的石蒜科仙茅属植物光叶仙茅(CurculigoLatifolia)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，0.5mol/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。
8、Neoculin
Neoculin是在研究Curculin的过程中发现的一种与Curculin同源且具有味道修饰作用的甜味蛋白。Curculin是NBS—NBS同型二聚体，而Neoculin是NAS—NBS异形二聚体，即Curculin由两个相同的含有114个氨基酸残基的亚基(NBS)组成，而Neoculin是一个由一条含有113个氨基酸残基的糖基化的酸性亚基(NAS)和一条碱性亚基(NAS)组成的异型二聚体。目前尚未有成功表达Curculin的报道，但Neoculin已被成功表达。Nakajima等人利用带有KEX2剪切位点的α-淀粉酶分别与两个蛋白亚基融合，成功获得与天然Neoculin具有同样活性的重组Neoculin。甜味蛋白具有非常高的应用价值。虽然人们对天然存在的甜味蛋白已有一定的研究，但要大批量开发和利用还有较长的路要走。因为含有甜味蛋白的天然植物资源少、产量低，且果实采摘和运输等不方便，使得从天然植物中提取甜味蛋白的大规模商业化生产难以实现。但随着生物技术和计算机科学的发展，可用X射线衍射、氨基酸测序和计算机模拟分析甜味蛋白的结构及构型，从天然植物中分离出甜味蛋白的cDNA，然后根据氨基酸序列人工合成甜味蛋白基因，再利用基因工程技术将人工合成的甜味蛋白基因转入微生物或高等植物中表达，为甜味蛋白大规模生产提供可能。