CC BY
32
УДК 663./664:664.1:/14(045) DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10094
Взаимосвязь между вкусовыми характеристиками и структурой сладких гликозидов стевии ребаудиана
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
Stevia rebaudiana, многолетнее растение семейства Астровые, имеет естественную сладость благодаря накоплению сладких гликозидов. Экстракт стевии содержит смесь различных дитерпеновых гликозидов. Качество и интенсивность сладости гликозидов стевии зависят от их строения, типа и количества углеводных единиц в структуре, а также от характера и конфигурации связей. Гликозиды стевии характеризуются структурно одним основанием - стевиолом, отличающимся наличием карбогидратных остатков в положениях C-l3 и C-I9. Выделены и идентифицированы стевиозид, РебА, B, С, D и Е, дулкозид А, рубузозид и стевиолбиозид. Основными компонентами среди них являются стевиозид, РебА, РебС и дулькозид А. Все они обладают повышенной сладостью и в среднем в 30-450 раз слаще чем сахар, но обладают остаточными горечью и послевкусием, которые лимитируют сферы их применения и делают затруднительным создание рецептур пищевых продуктов и напитков. Замена 19-О-глюкозильной группы стевиозида и рубузозида с |в-галактозильным остатком приводит к существенному ухудшению вкусовых качеств. Удлинение цепочки на позиции 13-О-гликозильных единиц до четырех остатков существенно улучшило качество сладости. Замена глюкозы на другие сахара приводит к изменению как силы сладости, так и вкусового профиля. Взаимосвязь между строением и вкусовыми характеристиками изучали для гликозидов, содержащихся в листе Stevia rebaudiana, РебА, РебЭ, РебМ и их ферментативно-модифицированных производных. Гликозиды стевии проявляют сладкий вкус, который отличается от вкусов углеводных подсластителей и зависит от системы и ингредиентов, где используются подсластители.
Ключевые слова
вкусовые качества Ребаудиозида D (Pe6D), вкусовой профиль гликозидов стевии, гликозиды стевии, стевия, стевиол, строение стевиолгликозидов, Ребаудиозида M (РебМ), Ребаудиозида A (Re6A)
Цитирование
Чхан К.В., Мойсеяк М.Б., Абелян В.А. (2019) Взаимосвязь между вкусовыми характеристиками и структурой сладких гликозидов стевии ребаудиана // Пищевая промышленность. 2019. № 6. С. 74-78.
Interrelation between taste characteristics and glycosides of stevia rebaudiana
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
Stevia rebaudiana is a perennial herb of the as Asteraceae family has a natural sweetness due to the accumulation of sweet glycosides. Stevia extract contains a mixture of various diterpene glycosides. 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. Steviol glycosides are characterized structurally by having steviol as a common base and are differentiated from one another by the presence of various characterized residues at the positions C-l3 and C-l9. Stevioside, RebA, B, C, D, E and Dulcoside A, Rubusoside and Steviolbioside were isolated and identified. The main components are Stevioside, RebA, RebC and DulcosideA, they are on average 30-450 times sweeter than sugar, but have residual bitterness and aftertaste that limits their uses in food and beverage formulations. Replacement of the 19-O-glucosyl group of stevioside and rubusoside with the p-galactosyl residue results in a significant degradation in the quality of the taste. Extension of the chain at 13-O-glycosyl position to four units significantly improved the quality of sweetness. Replacing glucose with other sugars also leads to a change in both the sweetness intensity and the flavor profile. The relationship between the structure and taste characteristics was studied for the glycosides contained in Stevia rebaudiana RebA, RebD, RebM and their enzymatically modified derivatives. Stevia glycosides show a sweet taste that is differs from of carbohydrate sweeteners and depends on the system and ingredients where sweeteners are used.
Key words
stevia, steviol glycosides, taste characteristics of Rebaudioside D (RebD), Rebaudioside M (RebM), Rebaudioside A (RebA), molecular structure of steviolglycosides, taste profile of steviol glycosides
Citation
Chkhan K.V., Moiseyak M.B., Abelyan V. A (2019) Interrelation between taste characteristics and structure of steviol glycosides of stevia rebaudiana // Food processing industry = Pischevaya promyshlennost. 2019. № 6. P. 74-78.
structure of steviol
Стевиолгликозиды растения стевия ребаудиана Бертони характеризуются структурно одним основанием - стевио-лом, отличающимся наличием карбоги-дратных остатков в положениях С-13 и С-19. Они накапливаются в листьях стевии, составляя примерно 10-20 % от сухого веса. Как природный высокоинтенсивный подсластитель сладкие гликозиды Stevia геЬаи^апа в среднем в 30-450 раз слаще, чем обычный сахар. Они некалорийные и в основном используются в продуктах диетических и с пониженной калорийностью, включая продукты питания и напитки. Высокоинтенсивные подсластители не вызывают гликемиче-ского ответа, что делает их пригодными для использования в продуктах, предназначенных для диабетиков и других, заинтересованных в контроле за потреблением
углеводов. Однако сладкие стевиолгликозиды стевии обладают остаточными горечью и послевкусием, которые влияют на вкусовые качества конечных продуктов и делают несколько сложным их применение. Эти недостатки можно устранить модификацией исходных соединений с помощью реакции межмолекулярного трансгликозилирования под действием различных ферментов. При этом происходит присоединение других углеводов в соответствующих положениях стевиола.
Цель работы - изучение взаимосвязи между строением и вкусовыми характеристиками для Ребаудиозида А (РебА), Ребаудиозида D (РебD), Ребаудиозида М (РебМ) и их ферментативно-модифицированных производных.
Методика. Проводили исследования по идентификации и характеристике новых гликозидов стевии, присутствующих в очень незначительных количествах, но обладающих более приемлемыми вкусовыми качествами.
Проведен тестовый анализ вкусового профиля указанных гликозидов стевии и их производных.
Результаты и их обсуждение. Качество и интенсивность сладости гликозидов стевии зависят от их строения, и в особенности от типа и количества углеводных единиц в их структуре, а также от характера и конфигурации связей. Известные в настоящее время гликозиды приведены в таблице.
Взаимосвязь между структурой и качеством сладости была изучена для не-
Строение и некоторые характеристики природных гликозидов стевии
Соединение 19-О-гликозил (R2) 13-О-гликозил (R1) Растворимость в воде, % Сладость к сахару Качество вкуса
Глюкозные остатки отсутствуют на C-19
Стевиол H H 0.02 НО Горький
Стевиол-монозид H ß-Glu НО НО Горький
Стевиол-биозид H ß-Glu(2,1)- ß-Glu 0.03 90 горький
РебВ H ß-Glu(2,1)- ß-Glu ß-Glu(3,1) 0.03 150 Горький
Дулкозид-B H ß-Glu(2,1)- a-Rha ß-Glu(3,1) 0.58 30 Горький
Один глюкозный остаток на C-19
Стевиол-19-О-глюкозид ß-Glu H НИ НИ НИ
Рубузозид ß-Glu ß-Glu 110 Горький
Стевиозид ß-Glu ß-Glu(2,1)- ß-Glu 0.13 210 Менее горький
РебА ß-Glu ß-Glu(2,1)- ß-Glu ß-Glu(3,1) 0.80 210 Лучше стевиозида
РебА2 ß-Glu ß-Glu(2,1)-ß-Glu ß-Glu(6,1)
РебС ß-Glu ß-Glu(2,1)- a-Rha ß-Glu(3,1) 0.21 30 Горький
РебF (Ксилозил) ß-Glu ß-Glu(2,1)- ß-Xyl ß-Glu(3,1) 200 Менее горький (более сбалансированный)
РебF2 (Ксилозил) ß-Glu ß-Glu (1,2)-[ß-Xyl (1,3)] Glu(ß- НИ НИ похож на РебF
РебR ß-Glu ß-Xyl(3,1)-ß-Glu 1' ß-Glu(2,1) НИ НИ Похож на РебF
Дилкозид-А ß-Glu ß-Glu(2,1)- a-Rha 0.5 30 горький
РебG ß-Glu ß-Glu(3,1)-ß-Glu НИ НИ Сладкий
РебН ß-Glu ß-Glu(2,1)- a-Rha(3,1)- ß-Glu ß-Glu(3,1) НИ НИ Сладкий
РебQ ß-Glu a-Glu(1,4)-ß-Glu(1,2) [Glc(ß-1,3)]Glc(ß1- НИ 300-350 Сладкий
РебQ3 ß-Glu a-Glu(1,4)-ß-Glu(1,3) [Glc(ß-1,2)]Glc(ß 1- НИ НИ Сладкий
Продолжение таблицы
Соединение 19-О-гликозил ^2) 13-О-гликозил (R1) Растворимость в воде, % Сладость к сахару Качество вкуса
Реб12 а-01и(1,3)-Р-а1и(1,2)| [ а1о(Р-1,3)]а1с(Р1- НИ НИ Сладкий
РебL Р-01и(1,б)-Р-а1и(1,2) | [ а1с(Р-1,3)]а1с(Р1- НИ НИ Сладкий
РебАЗ в-а1и(1,2)- [ в-Гги(2,3)]а1с(р1- НИ НИ Сладкий
Стевиозид D (Куиновозидил) p-Qui(1,2)-p-Glu НИ НИ Горький
Stevioside Е (Куиновозидил) Стевиозид Е2 (Куиновозидил) Stevioside F (Ксилозил) р^1и p-Qui p-Glu p-Qui(1,2)-[B-Glu(1,3)] Glu(p-p-Glu (1,2)-[p-Glu(1,3)] Glu(p- Р-ХУ! (1,2)-p-Glu НИ НИ НИ НИ НИ НИ Горький Горький Похож на стевиозид
Два р-1,2-глюкозных остатка на С-19
РебКА (Стевиозид-А) Р-а1и(2,1)- p-Glu p-Glu НО НО НО
РебЕ р-а1и(2,1)- р-а1и р-а1и(2,1)- р-а1и 1.70 170 Слегка горький, лучше РебА
РебV P-Glu(2,1)- р-а1и p-Glu(3,1)-p-Glu
РебD р-а1и(2,1)- р-а1и р-01и(2,1)- р-01и 1 р-01и(3,1) 0.03 220 Слегка горький, лучше РебА
РебК р-а1и(2,1)- р-а1и р-01и(2,1)- а-ЯЬя 1 Р-01и(3,1) НО НО НО
РебС (изомер) Р-01и(2Д)- р-а1и p-Glu(3,1)-p-Glu НО НО НО
РебS р-а1и(2,1)- р-а1и p-Glu(2,1)-p-Glu НО НО НО
РебJ (Рамнозил) р-а1и(2,1)- р-а1и Р-01и(2,1)- р-01и 1 Р-01и(3,1) НО НО НО
РебF3 (Ксилозил) Нет тривиального названия (Куиновозил) Два р-1,3-глюкозных о p-Xyl(1,6)-p-Glu p-Qui(1,2)-p-Glu статка на С-19 p-Glu(1,2)-p-Glu 0^^(1,2)-[p-Glu (1,3)] Glu(p- НО НО НО НО НО НО
Стевиозид В Р-01и(3,1)- р-С1и Glu НО НО НО
Реб1 р-а1и(э,1)- р-а1и в-а1и(2,1)- в-а1и 1 в-а1и(3,1) НО НО Горечь очень низкая
Реби p-Glu(1.6)-p-Ara в-а1и(2,1)- в-а1и 1 в-а1и(3,1) НО НО НО
Три глюкозных остатка на С-19
РебW р-01и(2,1)- р-01и 1 Р-а1и(3,1) p-Glu(3,1)-p-Glu НО НО НО
РебМ р-а1и(2,1)- р-а1и 1 в-а1и(з,1) р-а1и(2,1)-р-а1и 1 р-а1и(3,1) 0.1 250 Близко к сахару, очень низкая горечь
РебQ2 а-а1и(1,2)-а-| а1и(1,4)]а1о(р1- p-Glu(2,1)-p-Glu НО НО НО
Реб13 р-01и(1,2)-1р-а1и(1,б)]а1с(р1- p-Glu(2,1)-p-Glu НО НО НО
РебТ 0^^(1,2)-[p-Glu (1,3)^^(0- р-а1и(3,1)-р-а1и 1 Р-Ху1(1,2) НО НО НО
РебN р-01и(2,1)- а-ЯЬа 1 р-01и(3,1) р-а1и(2,1)- р-а1и 1 р-а1и(3,1) 300-350 Похож на РебD
РебО р-а1и(з,1)- р-а1и(2,1) а-Мы(3,1)-р-а1и р-а1и(2,1)- р-а1и 1 р-а1и(3,1) НО НО Похож на РебN
Нет тривиального названия (Куиновозил) Нет тривиального названия (Ксилизил) 0^^(1,2)-[p-Glu (1,3)^^(0- р-Ху!(1,2)-[3^^(1,3)^^(3- р^ш(1,2)-[p-Glu (1,3)^^(0-p-Glu(1,2)-[p-Glu(1,3)] Glu(p- НО НО НО НО НО НО
N - кличество глюкозкык единиц на II}-0.
- сладость по отношению к сахарозе ОТ - качество сладости, (+) - лучше; (-), -хуже
Рис. 1. Продукты трансгликозилирования стевиозида и рубузозида [2]
2
Сладость Горечь Сладкое послевкусие Горькое послевкусие
Рис. 2. Вкусовой профиль РебА, РебD, РебМ, аспартама и сахарозыI (8%) в воде: 1 - РебА, 2 -РебМ, 3 - Аспартам, 4 - РебD, 5 - Сахар
которых производных гликозидов сте-вии [1]. Было выявлено, что замена 19-О-глюкозильной группы стевиозида и рубузозида с р-галактозильным остатком (галактозил-стевиозиде; БСа!, галактозил-рубузозиде; RGal) приводит к существенному ухудшению вкусовых качеств. Удлинение цепочки на позиции 13-О-гликозильных единиц в SGal и RGal до четырех остатков существенно улучшает качество сладости (SGa!-1 и -2; RGa!-1, -2 и -3), в то время как более глубокое трансгликозилирование приводит к ухудшению вкусовых характеристик (рис. 1). Обработкой с помощью р-амилазы были получены продукты с высоким содержанием SGal-1 и -2, а также RGa!-1 и -2, обладающие более тонким вкусом сладости.
Замена глюкозы на другие сахара также приводит к изменению как силы сладости, так и вкусового профиля (рис. 2) [1, 2].
Таким образом, количество и тип сахаров на позициях С-13 и С-19 являются определяющими для сладости и ее качества, каждая часть молекулы стевиола является необходимой для обладания сладким вкусом
Химическое производное стевиола, стевиозид 19-р-й-О-глюкозид, также обладает сладким вкусом и примерно в 50 раз более сладкий, чем сахароза, но сопровождается горечью. Гидрирование двойной связи (С-15) вызывает значительное снижение сладости и горечи полученной смеси 16а- и р-метил-производных и дигидро-рубузозида. Та же тенденция наблюдалась в случае с дигидро-стевиозидом, сладость которого существенно ниже исходного гликозида [3].
Взаимосвязь между строением и вкусовыми характеристиками изучали для РебА, Ребй, РебМ и их ферментативно-модифицированных производных. Выявлено, что трансгликозилирование РебА, Ребй и РебМ с помощью ЦГТаз приводит к существенному улучшению вкусовых качеств, в том числе снижаются горечь и посторонний привкус, а также горькое послевкусие [4].
Многие соединения проявляют сладкий вкус, однако углеводные подсластители, встречающиеся обычно во фруктах и овощах, и в частности сахароза, являются стандартами сладкого вкуса. Гликозиды стевии проявляют сладкий вкус, который отличается от вкусов углеводных подсластителей.
Интенсивность сладости высокоинтенсивных подсластителей зависит от системы и ингредиентов, где используются подсластители. «Качество вкуса» является абсолютно критичным для подсластителей.
Таким образом, подобно другим высокоинтенсивным подсластителям, гликозиды стевии имеют некоторые проблемы со вкусообразующими атрибутами, которые необходимо преодолеть. Наиболее распространенными проблемами подсластителей являются задержка макси-
мального восприятия сладости, затяжная сладость, горькое послевкусие, нелинейная концентрация подсластителя к ко-
эффициенту эквивалентности сладости, адаптация или десенсибилизация, а также отсутствие полноты ощущения. Кроме
того, подобно многим высокоинтенсивным подсластителям, экстрагированным из растений, экстракт стевии низкого сорта имеет аромат травяного или лакричного типа.
Выявленная нами взаимосвязь между структурными особенностями и качеством вкуса в дальнейшем позволит разработать оптимизированные смеси гликозидов стевии и их производных, имеющие лучшие вкусовые характеристики и позволяющие заменить максимальное количество сахара в пищевых продуктах без горечи и нежелательного послевкусия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Esaki, S. Synthesis and taste of certain steviol glycosides/ S. Esaki, R. Tanaka,
S. Kamiya // Agricultural and Biological Chemistry. - 1984. - V. 48. - № 7. - P. 18311834.
2. Ohtani, K. Methods to improve the taste of the sweet principles of Stevia rebaudiana / K. Ohtani, K. Yamasaki // Stevia: the Genus Stevia, A. D. Kinghorn. -London: Taylor and Francis, 2002. - P. 138159.
3. Kasai, R. Sweet diterpene-glycosides of leaves of Stevia rebaudiana Bertoni. Synthesis and structure-sweetness relationship of rebaudiosides A, D, E and their related glycosides / R. Kasai [et al.] // Nippon Kagaku kaishi. - 1981. - V. 5. - P. 726735.
4. Abelyan, V.H. The Art of Stevia. PureCircle / V.H. Abelyan, L.A. Abelyan. - Kuala Lumpur. -2012. - 876 p.
REFERENCES
1. Esaki, S. Synthesis and taste of certain ste-viol glycosides/S. Esaki, R. Tanaka, S. Kamiya // Agricultural and Biological Chemistry. - 1984. -V. 48. - № 7. - P. 1831-1834.
2. Ohtani, K. Methods to improve the taste of the sweet principles of Stevia rebaudiana/ K. Ohtani, K. Yamasaki // Stevia: the Genus Stevia, A.D. Kinghorn. - London: Taylor and Francis, 2002. - P. 138- - 159.
3. Kasai, R. Sweet diterpene-glycosides of leaves of Stevia rebaudiana Bertoni. Synthesis and structure-sweetness relationship of rebaudiosides A, D, E and their related glycosides / R. Kasai [et al.] // Nippon Kagaku kaishi. - 1981. - V. 5. - P. 726-735.
4. Abelyan, V.H. The Art of Stevia. Pure-Circle / V.H. Abelyan, L.A. Abelyan. - Kuala Lumpur. - 2012. - 876 p.
Авторы
Чхан Кристина Викторовна, аспирант,
Мойсеяк Марина Борисовна, канд. техн. наук
Московский государственный университет пищевых производств,
125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11,
Абелян Варужан Амаякович, д-р биол. наук, профессор
HB-Natural Ingredients, Гонконг
HD Natural Ingredients USA, 910, пр-т Кармана, 18301, marina - [email protected], ch. [email protected], [email protected],
Authors
Chkhan Kristina Viktorovna, graduate student,
Moiseyak Marina Borisovna, Candidate of Technical Sciences
Moscow State University of Food Production, 11, Volokolamskoe
highway, Moscow, 125080, Abelyan Varuzhan Amayakovich, Doctor of
Biological Sciences, Professor
HB-Natural Ingredients, Гонконг
HD Natural Ingredients USA, suite 910, von Karmana avenue, 18301 marina - [email protected], ch. [email protected], [email protected]
