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作者：鞠鵬、張凌（中國科學(xué)院昆明植物研究所）

策劃：楊梅

文章來源于科學(xué)大院公眾號（ID：kexuedayuan）

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炎炎夏日，來一杯凍檸檬茶或是冰鎮(zhèn)可樂，帶著甜味的清涼沁人心脾，令人精神一震，爽！但你知道貪圖口舌之快喝下去的飲料需要運動多久才能消耗掉嗎？高聲吶喊“燃燒吧，我的卡路里”可是沒有作用的哦。

（圖片來源：pixabay、自制）

令人又愛又厭的甜味啊，到底源自何處？將會變成我的哪塊肥肉何往？究竟如何能既享受甜之味又不失去我的鎖骨呢？

吃起來甜的都是糖嗎？

甜味在神經(jīng)生物學(xué)中被定義為對口腔內(nèi)足夠的可溶性碳水化合物的反應(yīng)。糖則是一類化合物，是由C（碳）、H（氫）、O（氧）組成的多羥基醛或酮，以及它們的縮合物或衍生物。但并不是所有的糖都產(chǎn)生甜味，而甜味也并非一定由糖產(chǎn)生，簡言之，甜味和糖之間并不是一對一的因果關(guān)系。

甜味的感知到底是怎樣產(chǎn)生的？人類因為自己的“靈魂拷問”，竟然琢磨出了一套“呈甜理論”。揀重點說，呈現(xiàn)甜味的分子必須是一個擁有正負極的微型“電池結(jié)構(gòu)”，有提供質(zhì)子的供給基團和一個能接受質(zhì)子的接受基團，這兩個基團之間有一定距離，分子應(yīng)有一定的形狀大小——把質(zhì)子換成電子，是不是很像一節(jié)電池？當然你如果硬要繼續(xù)追問是五號電池、七號電池還是紐扣電池，我只能說，少年郎，你腦洞夠大，就靠你們的智慧去追尋這問題的答案了。

Shallenberger甜味分子機理

有了這種“粗糙”的理論，人們推測自然界中不是所有的糖都具有甜味。天然來源的糖中最廣為人知的有甜味的是葡萄糖和果糖，它們都是只有一分子基本模塊的單糖，在植物的果實中儲量豐富，是主要的甜味物質(zhì)和能量來源。我們平時吃的綿白糖、白砂糖、紅糖、冰糖等都是蔗糖這種雙糖純度或結(jié)晶方式不同的存在形式。它們是由一分子葡萄糖的半縮醛羥基與一分子果糖的半縮醛羥基脫水縮合而成。

（圖片來源：veer圖庫、pixabay）

甘蔗和甜菜中蔗糖的含量較高，因此常用作產(chǎn)糖的原料，也是世界上應(yīng)用最廣泛的天然來源的甜味劑。在古代商貿(mào)還不發(fā)達的時候，無法獲得熱帶作物甘蔗和甜菜，因此糖的來源與現(xiàn)在不同。麥芽糖，這種通過小麥、糯米等谷物制得的由兩分子葡萄糖縮合而成的二糖，成為甜味劑的重要組成部分，“甘之如飴”的“飴”指的就是麥芽糖漿了。麥芽糖的甜度約為蔗糖的三分之一，口感爽滑溫和，即使單獨食用也很美味，現(xiàn)在走街串巷的小販挑著賣的“丁丁糖”就是這種了。二糖中還有一種乳糖，是乳汁中特有的糖類物質(zhì)，甜度更低，是由半乳糖和葡萄糖縮合而成，有助于人體對鈣的吸收。一般食品工業(yè)上會選擇淀粉經(jīng)過不完全的水解制成的含有葡萄糖、麥芽糖等混合物甜味劑，也就是轉(zhuǎn)化糖漿，供大規(guī)模食品添加使用。

當然，源于蜜蜂辛勤勞動的“蜜糖（蜂蜜）”在古代也是一種重要的甜味劑，其來源植物花朵“蜜腺”分泌的蔗糖、葡萄糖、果糖等混合性糖分，經(jīng)蜜蜂采集后注入酶類分解其中蔗糖成為葡萄糖和果糖加工濃縮而成，算是一種經(jīng)過動物加工的混合甜味劑。

D-葡萄糖 D-果糖 蔗糖

中國古代制糖的記錄《糖霜譜》（左）、《天工開物》（右）

是什么讓我們愛上了甜味？

人類對甜味的需求也許源自植物對于繁衍的需求。植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲藏于體內(nèi)以維持生存必須的能耗，而這種化學(xué)能儲藏最高效、便捷、安全和通用的形式可能就是葡萄糖。葡萄糖是一種多羥基醛，它在自然界分布最廣，是生物的主要供能物質(zhì)和新陳代謝中間產(chǎn)物。當植物的繁衍和傳播無法借助外力（如風(fēng)力、水力）時，葡萄糖給了它們和動物合作的機會。動物無法直接利用太陽能，因此通過一副好“腸胃”分解索取植物中的能量物質(zhì)成為了植食動物生存的必需。

于是糖成為了動、植物交易的“貨幣”：植物付“糖”讓動物幫他們跑腿完成需要的“移動服務(wù)”，比如傳粉（培養(yǎng)更多的下一代）或者傳播種子（到新世界去搶地盤）；動物們獲得高能量的糖分可以省下覓食的時間享受生活（梳理羽毛或者談個戀愛）。

“分工改變世界，商貿(mào)改變生活”，簡直是自然版《國富論》。

食物鏈中的能量傳遞（圖片來源：veer圖庫、pixabay）

不是所有的糖類都有甜味，但一些易獲得的“甜味”糖帶來了能量；我們的祖先追求的不是“甜味”，而是這“甜味標簽”后面那令人振奮的能量。這些能量物質(zhì)給他們帶來的好處讓人們記住了這種味道，在體內(nèi)形成了正反饋，進而尋找。近期發(fā)表在Nature的研究解答了人們在糖和甜味之間的疑問?？茖W(xué)家的研究表明存在一種不同于甜味特有途徑的糖特異性途徑，能夠獨立產(chǎn)生對糖的偏好并激發(fā)糖消耗。現(xiàn)在的研究已經(jīng)證實了在動物模型中即使缺失功能性甜味傳導(dǎo)途徑，它們?nèi)匀槐憩F(xiàn)出對糖的偏好。

試圖通過喂狗喝糖水，從它搖動尾巴的頻次增多來驗證嗜糖是大家共同的愛好，卻發(fā)現(xiàn)它聞到肉味的搖尾頻次要遠高于喝糖水。當時得出的結(jié)論是這些動物的祖先發(fā)現(xiàn)了什么更好的能量獲取方式而放棄了對糖的攝取，從而走上了一條和我們祖先完全不同的發(fā)展之路。這個現(xiàn)在看來“不科學(xué)、不嚴謹”的實驗卻成了顆埋在幼小心靈的好奇種子，帶領(lǐng)著筆者一路走來，發(fā)現(xiàn)了更多關(guān)于甜味和糖的故事。

OMG，吃甜味的東西居然可以不長胖

說到這里，你可能會想：知道了這么多關(guān)于甜味的知識我還是控制不住自己啊啊啊啊我還是想吃甜甜的東西哦我的體重計可能壞了可是我停不下來啊啊啊?。。。?！

別急，我們這就給大家安利一些不會長胖的甜味擔當~

單糖中比較奇葩的是木糖，雖然其甜味與葡萄糖相當，但居然不產(chǎn)生熱量，也就是說攝入木糖有甜味的滿足感卻不需要“燃燒我的卡路里”，簡直是萬千少女的最愛，這也是木糖制品在當今社會大行其道的原因。植物中除去具有甜味并能提供能量的“糖”，還有一些天然來源的“非糖”分子雖不能提供能量卻也能提供甜味。

大名鼎鼎能“調(diào)和諸草”的豆科植物甘草，在整個中藥界可謂“一專多能”，不僅能治療多種疾病，還因為其中含有的甘草苷而具有特殊的甜味。甘草苷的甜度是蔗糖的100-300倍，還有增香的效果。甘草苷的甜味產(chǎn)生緩慢而保留時間長久，比蔗糖有更好的甜味體驗，因此常與蔗糖混合使用。

而另外一種菊科植物甜葉菊中含有甜度更高的化學(xué)成分甜菊苷，其苷元是二萜類成分甜菊醇，糖基為槐糖和葡萄糖。甜菊苷的甜度是蔗糖的200-300倍，各方面的性質(zhì)都接近于蔗糖，很適合糖尿病人作為甜味劑使用，也可以作為低能值的食品添加劑。

羅漢果作為葫蘆科植物中的另類，其果實中含有的羅漢果苷這種三萜類化學(xué)成分，甜度是蔗糖的300倍，也是一種低熱量高甜度的甜味物質(zhì)。羅漢果的氨基酸含量也比較高，是一種藥食同源的植物，常被用以治療肺熱燥咳、咽痛失音等。

鞠鵬設(shè)計（圖片來源：veer圖庫（中））

盡管植物中也有非糖的甜味物質(zhì)，但應(yīng)用最廣的還是各種糖類的甜味劑?！疤鹞丁迸c“能量”這兩種功能如一枚硬幣的兩面，在當代社會中漸成問題。如何能廉價地享受甜味帶給人類的快感而不承擔“儲能”過剩帶來的肥胖呢？人類準備使用科技將“硬幣”劈成兩半，人工合成的甜味劑由此應(yīng)運而生。

盡管人工合成的非糖甜味劑有著諸多缺點，但勝在價格便宜且熱量低。如曾經(jīng)廣為應(yīng)用的糖精，是一種鄰苯甲酰磺酰亞胺鈉鹽，其甜度為蔗糖的300-500倍，但有微苦的味道；飽受詬病的甜蜜素，叫環(huán)己基氨基磺酸鈉，甜度沒有那么高只有蔗糖的30-50倍，也是有微苦的味道；甜味素也稱阿巴斯甜，是天冬氨酰苯丙氨酸甲酯，甜度是蔗糖的100-200倍，穩(wěn)定性不高。

隨著人工合成甜味劑越來越廣泛的應(yīng)用，其爭議也越來越大。但到目前為止，沒有確切的關(guān)于人工甜味劑致癌的研究結(jié)果，因此還不能給其下定論。最新由耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院和法國國家科學(xué)研究中心的研究人員合作完成的研究表明或許有害的不是甜味劑，而是甜味劑與碳水化合物的組合。該研究中使用的甜味劑為三氯蔗糖（蔗糖素），它是由天然產(chǎn)物通過化學(xué)合成修飾形成的甜味物質(zhì)，它在天然產(chǎn)物蔗糖的母核上進行結(jié)構(gòu)修飾引入取代基氯原子，從而使其甜度增加為蔗糖的600倍，但不提供能量。眼看著人類通過科技成功地將這枚硬幣劈成兩半，拿著那“甜味”一面沾沾自喜時，卻發(fā)現(xiàn)背后隱隱出現(xiàn)了另一面——安全問題。人們似乎解決了問題，但也創(chuàng)造了新問題。

（圖片來源：香港特別行政區(qū)政府 食品安全中心）

甜味，可能隱藏著自然中更多的秘密

縱觀自然界，甜味的世界遠比我們想象的更加遼闊：如氯仿（三氯甲烷、哥羅芳）作為化學(xué)溶劑中常用而危險的“大哥”，味道是甜的，且它曾經(jīng)被當作麻醉劑使用，直到人們發(fā)現(xiàn)其會造成肝損傷；構(gòu)成物質(zhì)世界的基本元素鉛、鈹、氯的甜味也被人梳理出來；有一些礦泉水，因富含多種微量元素也顯現(xiàn)出甜味，而一旦這些游離的離子類別或比例發(fā)生變化甜味會消失；一些植物蛋白也呈現(xiàn)出甜味，和其中的糖分共存；一些動物蛋白的甜味卻和鮮味相伴……

這一枚枚“甜味”硬幣背面是什么呢？

世界那么大，時間那么長，值得我們帶著好奇的心去探索。

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