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作者：鞠鹏、张凌（中国科学院昆明植物研究所）

策划：杨梅

文章来源于科学大院公众号（ID：kexuedayuan）

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炎炎夏日，来一杯冻柠檬茶或是冰镇可乐，带着甜味的清凉沁人心脾，令人精神一震，爽！但你知道贪图口舌之快喝下去的饮料需要运动多久才能消耗掉吗？高声呐喊“燃烧吧，我的卡路里”可是没有作用的哦。

（图片来源：pixabay、自制）

令人又爱又厌的甜味啊，到底源自何处？将会变成我的哪块肥肉何往？究竟如何能既享受甜之味又不失去我的锁骨呢？

吃起来甜的都是糖吗？

甜味在神经生物学中被定义为对口腔内足够的可溶性碳水化合物的反应。糖则是一类化合物，是由C（碳）、H（氢）、O（氧）组成的多羟基醛或酮，以及它们的缩合物或衍生物。但并不是所有的糖都产生甜味，而甜味也并非一定由糖产生，简言之，甜味和糖之间并不是一对一的因果关系。

甜味的感知到底是怎样产生的？人类因为自己的“灵魂拷问”，竟然琢磨出了一套“呈甜理论”。拣重点说，呈现甜味的分子必须是一个拥有正负极的微型“电池结构”，有提供质子的供给基团和一个能接受质子的接受基团，这两个基团之间有一定距离，分子应有一定的形状大小——把质子换成电子，是不是很像一节电池？当然你如果硬要继续追问是五号电池、七号电池还是纽扣电池，我只能说，少年郎，你脑洞够大，就靠你们的智慧去追寻这问题的答案了。

Shallenberger甜味分子机理

有了这种“粗糙”的理论，人们推测自然界中不是所有的糖都具有甜味。天然来源的糖中最广为人知的有甜味的是葡萄糖和果糖，它们都是只有一分子基本模块的单糖，在植物的果实中储量丰富，是主要的甜味物质和能量来源。我们平时吃的绵白糖、白砂糖、红糖、冰糖等都是蔗糖这种双糖纯度或结晶方式不同的存在形式。它们是由一分子葡萄糖的半缩醛羟基与一分子果糖的半缩醛羟基脱水缩合而成。

（图片来源：veer图库、pixabay）

甘蔗和甜菜中蔗糖的含量较高，因此常用作产糖的原料，也是世界上应用最广泛的天然来源的甜味剂。在古代商贸还不发达的时候，无法获得热带作物甘蔗和甜菜，因此糖的来源与现在不同。麦芽糖，这种通过小麦、糯米等谷物制得的由两分子葡萄糖缩合而成的二糖，成为甜味剂的重要组成部分，“甘之如饴”的“饴”指的就是麦芽糖浆了。麦芽糖的甜度约为蔗糖的三分之一，口感爽滑温和，即使单独食用也很美味，现在走街串巷的小贩挑着卖的“丁丁糖”就是这种了。二糖中还有一种乳糖，是乳汁中特有的糖类物质，甜度更低，是由半乳糖和葡萄糖缩合而成，有助于人体对钙的吸收。一般食品工业上会选择淀粉经过不完全的水解制成的含有葡萄糖、麦芽糖等混合物甜味剂，也就是转化糖浆，供大规模食品添加使用。

当然，源于蜜蜂辛勤劳动的“蜜糖（蜂蜜）”在古代也是一种重要的甜味剂，其来源植物花朵“蜜腺”分泌的蔗糖、葡萄糖、果糖等混合性糖分，经蜜蜂采集后注入酶类分解其中蔗糖成为葡萄糖和果糖加工浓缩而成，算是一种经过动物加工的混合甜味剂。

D-葡萄糖 D-果糖 蔗糖

中国古代制糖的记录《糖霜谱》（左）、《天工开物》（右）

是什么让我们爱上了甜味？

人类对甜味的需求也许源自植物对于繁衍的需求。植物通过光合作用将太阳能转化为化学能储藏于体内以维持生存必须的能耗，而这种化学能储藏最高效、便捷、安全和通用的形式可能就是葡萄糖。葡萄糖是一种多羟基醛，它在自然界分布最广，是生物的主要供能物质和新陈代谢中间产物。当植物的繁衍和传播无法借助外力（如风力、水力）时，葡萄糖给了它们和动物合作的机会。动物无法直接利用太阳能，因此通过一副好“肠胃”分解索取植物中的能量物质成为了植食动物生存的必需。

于是糖成为了动、植物交易的“货币”：植物付“糖”让动物帮他们跑腿完成需要的“移动服务”，比如传粉（培养更多的下一代）或者传播种子（到新世界去抢地盘）；动物们获得高能量的糖分可以省下觅食的时间享受生活（梳理羽毛或者谈个恋爱）。

“分工改变世界，商贸改变生活”，简直是自然版《国富论》。

食物链中的能量传递（图片来源：veer图库、pixabay）

不是所有的糖类都有甜味，但一些易获得的“甜味”糖带来了能量；我们的祖先追求的不是“甜味”，而是这“甜味标签”后面那令人振奋的能量。这些能量物质给他们带来的好处让人们记住了这种味道，在体内形成了正反馈，进而寻找。近期发表在Nature的研究解答了人们在糖和甜味之间的疑问。科学家的研究表明存在一种不同于甜味特有途径的糖特异性途径，能够独立产生对糖的偏好并激发糖消耗。现在的研究已经证实了在动物模型中即使缺失功能性甜味传导途径，它们仍然表现出对糖的偏好。

试图通过喂狗喝糖水，从它摇动尾巴的频次增多来验证嗜糖是大家共同的爱好，却发现它闻到肉味的摇尾频次要远高于喝糖水。当时得出的结论是这些动物的祖先发现了什么更好的能量获取方式而放弃了对糖的摄取，从而走上了一条和我们祖先完全不同的发展之路。这个现在看来“不科学、不严谨”的实验却成了颗埋在幼小心灵的好奇种子，带领着笔者一路走来，发现了更多关于甜味和糖的故事。

OMG，吃甜味的东西居然可以不长胖

说到这里，你可能会想：知道了这么多关于甜味的知识我还是控制不住自己啊啊啊啊我还是想吃甜甜的东西哦我的体重计可能坏了可是我停不下来啊啊啊啊！！！！

别急，我们这就给大家安利一些不会长胖的甜味担当~

单糖中比较奇葩的是木糖，虽然其甜味与葡萄糖相当，但居然不产生热量，也就是说摄入木糖有甜味的满足感却不需要“燃烧我的卡路里”，简直是万千少女的最爱，这也是木糖制品在当今社会大行其道的原因。植物中除去具有甜味并能提供能量的“糖”，还有一些天然来源的“非糖”分子虽不能提供能量却也能提供甜味。

大名鼎鼎能“调和诸草”的豆科植物甘草，在整个中药界可谓“一专多能”，不仅能治疗多种疾病，还因为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，还有增香的效果。甘草苷的甜味产生缓慢而保留时间长久，比蔗糖有更好的甜味体验，因此常与蔗糖混合使用。

而另外一种菊科植物甜叶菊中含有甜度更高的化学成分甜菊苷，其苷元是二萜类成分甜菊醇，糖基为槐糖和葡萄糖。甜菊苷的甜度是蔗糖的200-300倍，各方面的性质都接近于蔗糖，很适合糖尿病人作为甜味剂使用，也可以作为低能值的食品添加剂。

罗汉果作为葫芦科植物中的另类，其果实中含有的罗汉果苷这种三萜类化学成分，甜度是蔗糖的300倍，也是一种低热量高甜度的甜味物质。罗汉果的氨基酸含量也比较高，是一种药食同源的植物，常被用以治疗肺热燥咳、咽痛失音等。

鞠鹏设计（图片来源：veer图库（中））

尽管植物中也有非糖的甜味物质，但应用最广的还是各种糖类的甜味剂。“甜味”与“能量”这两种功能如一枚硬币的两面，在当代社会中渐成问题。如何能廉价地享受甜味带给人类的快感而不承担“储能”过剩带来的肥胖呢？人类准备使用科技将“硬币”劈成两半，人工合成的甜味剂由此应运而生。

尽管人工合成的非糖甜味剂有着诸多缺点，但胜在价格便宜且热量低。如曾经广为应用的糖精，是一种邻苯甲酰磺酰亚胺钠盐，其甜度为蔗糖的300-500倍，但有微苦的味道；饱受诟病的甜蜜素，叫环己基氨基磺酸钠，甜度没有那么高只有蔗糖的30-50倍，也是有微苦的味道；甜味素也称阿巴斯甜，是天冬氨酰苯丙氨酸甲酯，甜度是蔗糖的100-200倍，稳定性不高。

随着人工合成甜味剂越来越广泛的应用，其争议也越来越大。但到目前为止，没有确切的关于人工甜味剂致癌的研究结果，因此还不能给其下定论。最新由耶鲁大学医学院和法国国家科学研究中心的研究人员合作完成的研究表明或许有害的不是甜味剂，而是甜味剂与碳水化合物的组合。该研究中使用的甜味剂为三氯蔗糖（蔗糖素），它是由天然产物通过化学合成修饰形成的甜味物质，它在天然产物蔗糖的母核上进行结构修饰引入取代基氯原子，从而使其甜度增加为蔗糖的600倍，但不提供能量。眼看着人类通过科技成功地将这枚硬币劈成两半，拿着那“甜味”一面沾沾自喜时，却发现背后隐隐出现了另一面——安全问题。人们似乎解决了问题，但也创造了新问题。

（图片来源：香港特别行政区政府 食品安全中心）

甜味，可能隐藏着自然中更多的秘密

纵观自然界，甜味的世界远比我们想象的更加辽阔：如氯仿（三氯甲烷、哥罗芳）作为化学溶剂中常用而危险的“大哥”，味道是甜的，且它曾经被当作麻醉剂使用，直到人们发现其会造成肝损伤；构成物质世界的基本元素铅、铍、氯的甜味也被人梳理出来；有一些矿泉水，因富含多种微量元素也显现出甜味，而一旦这些游离的离子类别或比例发生变化甜味会消失；一些植物蛋白也呈现出甜味，和其中的糖分共存；一些动物蛋白的甜味却和鲜味相伴……

这一枚枚“甜味”硬币背面是什么呢？

世界那么大，时间那么长，值得我们带着好奇的心去探索。

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