CC BY
30
УДК 664.162.81 (045) DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10111
вкусовой профиль сладких минорных гликозидов стевии ребаудиана и их модифицированных производных
К.В. Чхан, аспирант; М.Б. Мойсеяк, канд. техн. наук московский государственный университет пищевых производств В.А. Абелян, д-р биол. наук, профессор HB-Natural Ingredients, Гонконг
Реферат
Синтетические или натуральные некалорийные (высокоинтенсивные) подсластители, включая гликозиды растения Stevia rebaudiana Bertoni (стевиа), проявляют сладкий вкус, который отличается от вкусов углеводных подсластителей. Качество и сила сладости гликозидов стевии зависят от их строения, и особенно от типа и количества углеводных единиц в их структуре, а также от характера и конфигурации связей. Минорные сладкие гликозиды стевии РебаудиосидD (РебD) и РебаудиозидМ (РебМ) являются более эффективными в отношении максимального отклика, для которых функция концентрация/отклик равняется 10.1 и 14.2 соответственно. Подслащивающий профиль РебМ очень похож на аспартам, но имеет более интенсивное сладкое послевкусие. Вкусовые характеристики фруктозилированного РебА (РебА-F) также превосходят таковые для РебА и сопоставимы с моно- и ди-глюкозилированными производными. Также рассмотрен темпоральный и адаптационный профили различных подсластителей. Посторонние привкусы являются главными недостатками некалорийных подсластителей. Реалистично чистые высокоинтенсивные подсластители без сочетания с другими подслащивающими веществами обычно находятся в пределах 4-8% эквивалента сахарозы (ЭС). Следовательно, 6% ЭС представляет собой разумное среднее значение, с которым можно сравнить сладость высокоинтенсивных подсластителей. При этой концентрации сладость РебА в 200 раз выше, чем у сахарозы. Сахароза обладает сладким вкусом, в котором максимальная сладость чувствуется сразу, а затем исчезает относительно быстро при глотании продуктов или напитков. Сладкий вкус практически всех высокоэффективных подсластителей достигает своего максимума медленнее, и длинная продолжительность сладости является существенной проблемой использования высокоинтенсивных подсластителей, включая гликозиды стевии. Это можно преодолеть приготовлением оптимизированных смесей и /или модификацией молекулы гликозидов.
Ключевые слова
адаптационный профиль, вкусовые качества Ребаудиозида D, вкусовые характеристики производных, вкусовой профиль стевии, гликозиды стевии, стевия, стевиол, некалорийные подсластители, Ребаудиозида M, Ребаудиозида A (Re6A), темпоральный, фруктозилированный РебА (РебА-F)
Цитирование
Чхан К.В., Мойсеяк М.Б., Абелян В.А. (2019) Вкусовой профиль сладких минорных гликозидов стевии ребаудиана и их модифицированных производных // Пищевая промышленность. 2019. № 7. С. 41-45.
Taste profile of sweet minor glycosides of stevia rebaudiana and modified derivatives
K.V. Chkhan, graduate student; M.B. Moiseyak, Candidate of Technical Sciences Moscow State University of Food Production V.H. Abelyan, Doctor of Biological Sciences, Professor HB-Natural Ingredients, Hong Kong
Abstract
Synthetic and natural non-caloric (high-intensity) sweeteners, including steviol glycosides, exhibit a sweet taste that is different from the tastes of carbohydrate sweeteners. The quality and sweetness intensity of the glycosides of stevia depend on their structure and, in particular, the type and amount of carbohydrate units in their structure, as well as the nature and configuration of the bonds. RebaudiosdeD (RebD) and RebaudiosideM (RebM) are more effective with respect to Maximum Sweetness Response, for which the concentration/response factor is 10.1 and 14.2, respectively. Sweetness profile of RebM is very similar to that of aspartame, but RebM has more intense sweet aftertaste. Taste characteristics of fructosylated RebA (RebA-F) are also superior to those of RebA and are comparable to mono- and di-glucosylated derivatives. The temporal and adaptive profile of various sweeteners is also studied. Foreign flavours are the main disadvantages of non-nutritive sweeteners. Pure high-intensity sweeteners without combination with other sweeteners are usually within 4-8% of sucrose equivalent (ES). Therefore, 6% ES is an average which we can compare the sweetness of high intensity sweeteners. At this concentration, the sweetness of RebA is 200 times higher than that of sucrose. Sucrose has a sweet taste, and then the sweetness disappears relatively quickly when you swallow food or drink. The sweet taste of almost all high-performance sweeteners reaches its maximum more slowly and the long duration of sweetness is a significant problem with the use of high-intensity sweeteners, including steviol glycosides of stevia. This can be overcome by preparing optimized mixtures and/or modifying the molecule of the glycoside.
Key words
stevia, steviol glycosides, non-caloric sweeteners, taste characteristics of RebaudiosideD, RebaudiosideM, RebaudiosideA (RebA), fructosilated RebA (RebA-F), taste profile of stevia, taste characteristics of the derivatives, temporal, adaptive profile
Citation
Chkhan K. V., Moiseyak M.B., Abelyan V.H. (2019) Taste profile of sweet minorglycosides of stevia rebaudiana and their modified derivatives // Food processing industry = Pischevaya promyshlennost. 2019. № 7. P. 41-45.
their
issn 0235-2486 пищевая промышленность 7/2019
41
Введение. Лист растения Stevia rebaudiana (стевия) имеет естественную сладость благодаря накоплению сладких гликозидов. Экстракт стевии содержит смесь различных дитерпеновых гликозидов, которые имеют единую основу - сте-виол и отличаются содержанием углеводных остатков в положении С-13 и С-19.
Многие соединения проявляют сладкий вкус, однако углеводные подсластители, встречающиеся обычно во фруктах и овощах, и в частности сахароза, являются стандартами сладкого вкуса. Синтетические и натуральные некалорийные (высокоинтенсивные) подсластители, включая гликозиды стевии, проявляют сладкий вкус, который отличается от вкусов углеводных подсластителей, а именно:
- функцией концентрации/ отклика или максимального отклика;
- вкусовым профилем;
- временным (темпоральным) профилем;
- адаптационным профилем.
Для использования в пищевых продуктах или напитках подсластитель должен быть безопасным, достаточно стабильным, достаточно растворимым, экономичным и патентоспособным. «Качество вкуса» является абсолютно критичным для подсластителей. [1].
Цель работы - сравнительная характеристика вкусового профиля минорных компонентов стевии и их ферментативно-модифицированных производных.
Изучение взаимосвязи между строением и вкусовыми характеристиками для Ре-баудиозида А (РебА), Ребаудиозида D (РебD), Ребаудиозида М (РебМ), РебА-Фруктозила (РебА-Фру) и их модифицированных производных.
Методика. Проводили исследования по характеристике минорных гликози-дов стевии, обладающих более приемлемыми вкусовыми качествами. Проведены тестовый анализ и сравнительная характеристика вкусового профиля указанных гликозидов стевии и их производных.
Результаты и их обсуждение. Функция концентрации/ отклик или максимальный отклик
интенсивность сладости высокоинтенсивных подсластителей зависит от системы и ингредиентов, где используются
подсластители. Например, их сладость выше в солевых растворах. Это очень важно, поскольку обычные сладкие продукты и напитки, как правило, содержат 10-15% сахарозы. Поэтому альтернативные системы подсластителей должны обеспечить такую же сладость. Однако высокоэффективные подсластители проявляют более низкий и изменчивый максимальный отклик.
Таблица 2
Максимальная сладость высокоинтенсивных подсластителей в воде при комнатной температуре в эквивалентах сахара (% ЭС)
Подсластитель % ЭС
Аспартам 16,0
Ацесульфам-К 11,6
Сукралоза 13,0
Неотам 15,1
Цикламат-№ 15,2
Сахарин-№ 10,1
Тауматин 10,1
Неогесперидин дигидрохалкон 9,8
Глицирризинат моноаммония 7,3
Стевиозид 9,1
РебА 8,5
РебР 10,1
РебМ 14,2
Искусственные высокоактивные подсластители имеют высокие значения максимального отклика и могут обеспечить сладость 10-15% сахара, в то время как стевиозид и РебА могут заменить всего 9,1 и 8,5-8,7 % сладости сахара соответственно. В этом отношении РебD
и РебМ являются более эффективными, для них функция С^ равняется 10,1 и 14,2 соответственно (табл. 2).
Например, если из аспартама, сукра-лозы и неотама можно приготовить раствор со сладостью 16,0%, 13,0% и 15,1% соответственно, то из коммерчески доступных гликозидов стевии только РебD и Ребм способны обеспечить сладость больше 10% сахара. Следовательно, РебА
Таблица 3
Максимальный отклик гликозидов
стевии в воде при разных температурах
Подсластитель Функция С^
22 °С 5 °С
Стевиозид 9,1 15,2
РебА 8,5 16,3
РебР 10,1 17,8
РебМ 14,2 14,2 (4 °С)
Смесь гликозидов (95%) 8,1 14,2
и стевиозид не могут быть использованы в качестве единственного подсластителя для замены сахара в напитках, где используется более 10% сахара.
При низких температурах гликозиды стевии проявляют более высокую сладость (табл. 3).
Очень важно чтобы смеси или производные гликозидов стевии обладали не только низкой горечью, но и способностью обеспечить более высокую сладость. В этом отношении было обнаружено, что гликозилированные производные РебА, РебD и РебМ обладают более вы-
Таблица 1
Интенсивность сладости различных подсластителей в зависимости от контрольной концентрации сахарозы в воде
Интенсивность сладости подсластителя, %
Подсластитель 2,0% сахароза 3,0% сахароза 5,0% сахароза 8,0% сахароза 10,0% сахароза
Сахароза 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Фруктоза 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3
Глюкоза 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
Стевиозид 280 270 250 220 180
РебА 400 350 270 230 210
РебР 420 410 350 240 220
РебМ 521 - 380 295 237
РебА^1 - - - 190 -
РебР^1 - - - 200 -
РебМ^1 - - - 230 -
РебА^ - - - 280 -
Смесь РебА^1у - - - 150 -
Смесь РебР^1у - - - 150 -
Смесь РебМ^1у - - - 170 -
42 7/2019 ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ^ 0235-2486
Таблица 4
Максимальная сладость различных гликозидов стевии и их производных в воде при комнатной температуре в эквивалентах сахара (% ЭС)
Подсластитель % ЭС
Стевиозид 9,1
РебА 8,5
РебР 10,1
РебМ 14,2
РебА-в1 10,4
РебР-в1 11,3
РебМ-в1 14,9
РебА-Р 10,7
Смесь РебА-в1у 10,8
Смесь РебР-в1у 11,6
Смесь РебМ-в1у 15,4
Посторонний привкус
Общая сладость „3
Общая приемлемость
Горечь
Сладкое послевкусие
Горькое послевкусие Рис. 3. Сравнительный вкусовой профиль РебМ и его глюкозилированных производных: 1 - РебМ; 2 - РебМ^1; 3 - РебМ^2; 4 - РебМ^З
Общая сладость
Посторонний
привкус ! Горечь
Общая
приемлемость Сладкое
послевкусие
Горькое послевкусие
Рис. 1. Сравнительный вкусовой профиль РебА и его глюкозилированных производных: 1 - РебА; 2 - РебА^1; 3 - РебА^2; 4 - РебА^З
Общая сладость
Посторонний привкус Ф Горечь
Общая приемлемость Сладкое послевкусие
Горькое послевкусие
Рис. 2. Сравнительный вкусовой профиль РебР и его глюкозилированных производных: 1 - РебР; 2 - РебР^1; 3 - РебР-в2; 4 - РебD-G3
Общая сладость 10
Посторонний привкус
Горечь
Общая приемлемость
Сладкое послевкусие
Горькое послевкусие Рис. 4. Сравнительный вкусовой профиль РебА, его ди-глюкозилированного (РебА-G2) и р-2.6-фруктозилированного (РебА-F) производных:
1 - РебА; 2 - РебА^2; 3 - РебА-F
соким значением максимального отклика, высокой растворимости и низкой горечи. Все полученные и указанные выше производные могут быть использованы в качестве единственного подсластителя в пищевых продуктах и напитках, в оригинале содержащих более 10% сахара (табл. 4).
Вкусовой профиль/ Вкусовой профиль подсластителя представляет собой совокупность количественных характеристик интенсивности всех атрибутов вкуса.
Чистый сладкий вкус является исключением, а не правилом для подсластителя, в то время как горький привкус - обычное явление. Например, сахарин проявляет как горькое, так и металлическое послевкусие, цикламат натрия имеет горький и соленый привкусы, эрнандульцин -горький привкус. Другие вкусовые признаки, обычно наблюдаемые у высокоэффективных подсластителей, включают мятный (охлаждающий), лакричный и вяжущий привкусы.
Посторонние привкусы являются главными недостатками некалорийных подсластителей. Реалистично чистые высокоинтенсивные подсластители без сочетания с другими подслащивающими веществами обычно находятся в пределах 4-8 % эквивалента сахарозы (ЭС). Следовательно, 6% ЭС представляет собой среднее значение, с которым можно сравнить потенции высокоинтенсивных подсластителей. При этой концентрации
сладость РебА в 200 раз выше, чем у сахарозы.
При низких значениях ЭС РебА проявляет чистую сладость, в то время как при более высоких концентрациях (ЭС<6) проявляются другие атрибуты вкуса (например, горечь и неприятный лакричный привкус), а иногда и преобладают. Однако кислые, соленые, умами («приятный вкус»), металлические или другие атрибуты вкуса не обнаружены.
Вкусовые характеристики РебМ являются более приемлемыми. В отличие от других коммерческих гликозидов стевии, для РебМ не обнаружено значительных нежелательных привкусов в водных растворах при значении около 8 % ЭС. У РебМ немного более интенсивное сладкое послевкусие, чем аспартам. Подслащивающий профиль РебМ очень похож на аспартам, но имеет более интенсивное сладкое послевкусие. Качество вкуса РебМ существенно лучше, чем у РебА или РебD. RebM не проявляет чистого сахароподоб-ного вкусового профиля, скорее сладость более жироподобную с более широким темпоральным профилем сладости. Подобно РебD, RebM не обладает терпким, вяжущим привкусом.
Выявлено, что трансгликозилирование РебА, РебD и РебМ с помощью ЦГТаз приводит к существенному улучшению вкусовых качеств, в том числе снижаются горечь и посторонний привкус, а также горькое послевкусие (рис. 1, 3).
Вкусовые характеристики фруктозили-рованного РебА (РебА-Р) также превосходят таковые для РебА и сопоставимы с моно- и ди-глюкозилированными производными (рис. 4). Следует отметить, что данный продукт обладает пониженной стабильностью в кислых средах из-за лабильности связи между глюкозой и фруктозой. Вероятно, это производное не может быть использовано в напитках типа колы и фруктовых соках. Однако, обладая отменными характеристиками сладости, вполне пригодно для использования в качестве настольного подсластителя, а также в хлебопекарных продуктах и кондитерских изделиях.
Временной (темпоральный) профиль. Является одним из ключевых при использовании подсластителя в пищевых продуктах и напитках. Сахароза обладает сладким вкусом, в котором максимальная сладость чувствуется сразу,
^ 0235-2486 ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 7/2019
43
Рис. 7. Адаптационный профиль различных подсластителей в воде: 1 - Сахар, 2 - Сукралоза, 3 - Аспартам, 4 - ЯеЬР, 5 - РебР/ЯеЬА (1:1), 6 - ЭС95 РебА
Время, сек
Рис. 6. Характер темпорального профиля ребаудиозидов и их производных
Время, сек
Рис. 8. Характер адаптационного профиля гликозидов Стевии и их производных в воде: 1 - Сахар, 2 - РебMG2, 3 - РебDG2, 4 - RebD, 5 - RebAG2, 6 - РебА, 7 - РебМ
а затем исчезает относительно быстро. Напротив, сладкий вкус практически всех высокоэффективных подсластителей достигает своего максимума несколько медленнее, а интенсивность восприятия уменьшается медленнее, чем у сахарозы, то есть большинство высокоэффективных подсластителей демонстрируют продолжительное ЕТ, в отличие от углеводных подсластителей. Это может быть полезно в некоторых продуктах, например в жевательной резинке, где желательна продолжительная сладость, но не для обычных напитков и пищевых продуктов.
Таким образом, длинная продолжительность сладости является существенной проблемой использования высокоинтенсивных подсластителей, включая гликозиды стевии. Вероятно, это можно преодолеть приготовлением оптимизированных смесей и /или модификацией молекулы гликозидов.
Значение АТ и ЕТ для РебА было длиннее, чем для аспартама и сахарозы в эквиваленте с 8%-ной сахарозой [2], однако лучше, чем у сукралозы и неотама. В этом отношении РебР и РебМ являются более близкими к аспартаму, хотя обе в вы-сокоочищенном виде все же обладают большими значениями АТ и ЕТ (рис. 5)
[3].
В настоящее время существуют два подхода для модуляции нетипичных временных профилей высокоинтенсивных подсластителей, а именно: (0 ингибирование неспецифического связывания высокоинтенсивного подсластителя со вкусовыми рецепторами языка и эпителиальными клетками и (и) ингибирование скорости выхода высокоинтенсивного подсластителя из вкусовых рецепторов и эпителиальных клеток и их мембран [4].
Например, темпоральный профиль может быть улучшен с помощью состава с использованием некоторых добавок для уменьшения или устранения связывания с нерецепторными участками, что было показано на примере гипертонических добавок, таких как хлорид натрия, хлорид калия, эритритол или глицирри-зиновая кислота [5, 6]. В присутствии этих осмолитов темпоральный профиль РебА вполне сравним с сахарозой [7].
Сравнение РебА, РебР и РебМ и их а-1.4-ди-глюкозилированных производных с 8%-ным раствором сахарозы выявило, что ферментативная модифика-
44 7/2019 ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ISSN 0235-2486
ция приводит к сокращению характеров АТ и ЕТ и они становятся ближе к сахару. Максимальная сладость у них ощущается быстрее, чем у интактных гликозидов, которая постепенно исчезает, но опять быстрее, чем это наблюдалось у исходных подсластителей (рис. 6).
Адаптационный профиль. Десенсибилизация (или профиль адаптации) варьируется от подсластителя до подсластителя. Десенсибилизация представляет собой проблему также для гликозидов стевии, которые могут быть преодолены с помощью технологий формулирования. Высокоэффективные подсластители должны иметь константы скорости высвобождения из рецептора, которые ниже, чем у слабо действующих углеводных подсластителей, и поэтому представляется разумным, что десенсибилизация рецептора подсластителя может коррелировать со сладостью [1].
Степень десенситизации выше для вы-сокоочищенной смеси экстракта Стевии (ЭС95). RebD и его смеси с RebA показывают лучший профиль адаптации. Очень низкая десенсибилизация в случае сукра-лозы может быть связана с длительным, затяжным послевкусием этого подсластителя (рис. 7) [7].
Ферментативное трансгликозилирова-ние приводит к некоторому улучшению эффекта десенсибилизации. Адаптационный профиль РебМ превосходит таковой для РебР, однако гликозилиро-ванные формы являются ближе к сахару и аспартаму (рис. 8). Гликозилирование может быть эффективным инструментом для модулирования вкусовых атрибутов и, таким образом, общего вкусового профиля гликозидов стевии. Взаимосвязь между строением гликозидов и вкусовыми характеристиками соединений может
служить основой для создания новых оптимизированных смесей гликозидов стевии с улучшенными вкусовыми характеристиками, позволяющих заменить максимальное количество сахара в пищевых продуктах без горечи и нежелательного послевкусия.
ЛИТЕРАТУРА
1. DuBois, G.E. Sweeteners and sweetness modulators: requirements for commercial viability. In: Sweetness and sweeteners: biology, chemistry and psychophysics / G.E. DuBois, D.K. Weerasinghe // American Chemical Society. - 2008. - P. 444-462.
2. Prakash, I. Development of rebiana, a natural, non-caloric sweetener / I. Prakash [et all.] // Food and Chemical Toxicology. -2008. - V. 46. - P. 75-82.
3. Prakash, I. Methods for purifying steviol glycosides and uses of the same / I. Prakash [et all.] // PCT Patent Application WO 2013 / 096420. - 2013.
4. Prakash,I. Natural high-potency sweetener compositions with improved temporal profile and / or flavor profile, methods for their formulation, and uses / Prakash, I. [et all.] // US Patent Appl. 0128311. - 2007a.
5. Crammer, B. Progress in the chemistry and properties of the rebaudiosides. In: Developments in sweeteners-3 / B. Crammer, R. Ikan. // Elsevier, Applied Science. - London, 1987. - P. 45-64.
6. DuBois, G.E. Validity of early indirect models of taste active sites and advances in new taste technologies enabled by improved models / G. E. DuBois // Flavour and Fragrance Journal. - 2011. - V. 26. - № 4. - P. 239253.
7. Abelyan, V.H. The Art of Stevia / V.H. Abelyan, L.A. Abelyan // PureCircle. -Kuala Lumpur. - 2012. - 876 p.
REFERENCES
1. DuBois, G.E. Sweeteners and sweetness modulators: requirements for commercial viability. In: Sweetness and sweeteners: biology, chemistry and psychophysics / G.E. DuBois, D.K. Weerasinghe / American Chemical Society. - 2008. - P. 444-462.
2. Prakash, I. Development of rebiana, a natural, non-caloric sweetener / I. Prakash [et all.] / Food and Chemical Toxicology. - 2008. -V. 46. - P. 75-82.
3. Prakash, I. Methods for purifying steviol glycosides and uses of the same / I. Prakash [et all.] / PCT Patent Application WO 2013 / 096420. - 2013.
4. Prakash, I. Natural high-potency sweetener compositions with improved temporal profile and / or flavor profile, methods for their formulation, and uses / Prakash, I. [et all.] / US Patent Appl. 0128311. - 2007a.
5. Crammer, B. Progress in the chemistry and properties of the rebaudiosides. In: Developments in sweeteners-3 / B. Crammer, R. Ikan. / Elsevier, Applied Science. - London, 1987. -P. 45-64.
6. DuBois, G.E. Validity of early indirect models of taste active sites and advances in new taste technologies enabled by improved models / G.E. DuBois / Flavour and Fragrance Journal. -2011. - V. 26. - № 4. - P. 239-253.
7. Abelyan, V.H. The Art of Stevia / V.H. Abelyan, L.A. Abelyan / PureCircle. - Kuala Lumpur. - 2012. - 876 p.
Авторы
Чхан Кристина Викторовна, аспирант,
Мойсеяк Марина Борисовна, канд. техн. наук
Московский государственный университет пищевых производств,
125080, Россия, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11,
ch. kristina84@gmaiL.com,
marina - mgupp@maiL.ru
Абелян Варужан Амаякович, д-р биол. наук, профессор HB-Natural Ingredients, Гонконг
HD Natural Ingredients USA, 910, пр-т Кармана, 18301, v.abelyan@hbnaturalingredients.com
Authors
Kristina V. Chkhan, graduate student,
Marina B. Moiseyak, Candidate of Technical Sciences
Moscow State University of Food Production, 11, Volokolamskoe highway,
Moscow, Russia, 125080, ch. kristina84@gmai1.com,
marina - mgupp@mai1.ru
Varuzhan A. Abelyan, Doctor of Biological Sciences, Professor HB-Natural Ingredients, Hong Kong HD Natural Ingredients USA, suite 910, von Karman avenue, 18301 v.abe1yan@hbnatura1ingredients.com
ISSN 0235-2486 ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 7/2019
45
