你有沒(méi)有想過(guò)，如果有一種既甜又健康、還不容易長(zhǎng)胖的糖，那該多好？如今，科學(xué)家們真的從植物中發(fā)現(xiàn)了這樣的“天然超級(jí)甜味劑”，而且他們還找到了一種特別的量產(chǎn)方法——用酵母來(lái)“造糖”。

“人工VS天然”：

甜味劑最好還是天然的

我們都知道，吃太多糖有損身體健康，比如容易長(zhǎng)胖、得糖尿病，還可能損害牙齒。但甜味是人類(lèi)最喜歡的味覺(jué)之一，很多人離不開(kāi)它。為了滿(mǎn)足人們對(duì)甜味的需求，同時(shí)又減少糖的攝入，科學(xué)家們一直在尋找更健康的甜味劑。

目前已經(jīng)有一些人工合成的甜味劑，比如阿斯巴甜、糖精鈉等，它們的甜度很高，熱量卻很低。然而，這些人工甜味劑的安全性一直受到質(zhì)疑，很多人擔(dān)心它們可能會(huì)對(duì)身體產(chǎn)生不良影響。相比之下，天然的甜味劑更受歡迎。

甜味劑的分類(lèi) 表格來(lái)源：作者整理

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，甜茶苷（rubusoside）和萊鮑迪苷（rebaudiosides）是兩種非常有潛力的天然甜味劑。這兩種甜味劑都來(lái)自植物，甜茶苷主要存在于中國(guó)甜茶中，而萊鮑迪苷則來(lái)自甜葉菊。它們都是天然的甜味劑，符合人們對(duì)健康食品的需求。

甜茶苷的甜度是蔗糖的 114 倍，而萊鮑迪苷的甜度更是高達(dá)蔗糖的 200-350 倍。這些甜味劑幾乎不含熱量，非常適合減肥人士和糖尿病患者食用。對(duì)于那些既想享受甜味又想控制熱量攝入的人來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是一個(gè)巨大的福音。這些甜味劑還具有其他優(yōu)點(diǎn)，部分萊鮑迪苷的甜味更加純粹，沒(méi)有傳統(tǒng)人工甜味劑常見(jiàn)的苦澀余味。這使得它們?cè)诳诟猩细咏咏崽?，能夠?yàn)橄M(fèi)者提供更好的食用體驗(yàn)。

不過(guò)，天然甜味劑在自然界中的含量很低，主要存在于植物中，傳統(tǒng)的提取方法不僅成本高，而且對(duì)環(huán)境不友好，產(chǎn)量也很有限。為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家們嘗試了一種新方法：用酵母來(lái)合成這些甜味劑。

搭建“酵母工廠(chǎng)”：

為合成天然甜味劑尋找最佳工具

科學(xué)家們選擇了一種常見(jiàn)的釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）作為“工廠(chǎng)”，通過(guò)基因工程的手段，讓酵母能夠生產(chǎn)甜茶苷和萊鮑迪苷。

酵母是一種單細(xì)胞真菌，廣泛存在于自然界中。它們不僅在釀酒、烘焙等傳統(tǒng)食品工業(yè)中有著悠久的應(yīng)用歷史，而且在現(xiàn)代生物技術(shù)中也扮演著重要角色。酵母之所以能成為生產(chǎn)甜味劑的“工廠(chǎng)”，主要有以下幾個(gè)原因：

1.基因組簡(jiǎn)單

酵母的基因組相對(duì)簡(jiǎn)單，科學(xué)家可以通過(guò)基因工程手段，精準(zhǔn)地改造它們的代謝途徑，讓它們生產(chǎn)出特定的物質(zhì)。這種精準(zhǔn)性就像在微觀世界里進(jìn)行一場(chǎng)精密的手術(shù)，每一個(gè)基因的修改都可能帶來(lái)巨大的變化。

2.生長(zhǎng)速度快

酵母在合適的條件下能夠快速繁殖，使得其能夠在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的高效積累。想象一下，一個(gè)小小的酵母細(xì)胞在適宜的溫度、營(yíng)養(yǎng)條件下，幾天內(nèi)就能繁殖成千上萬(wàn)倍，這種強(qiáng)大的繁殖能力為大規(guī)模生產(chǎn)提供了可能。

3.代謝途徑豐富

酵母本身的代謝途徑非常復(fù)雜且靈活，科學(xué)家可以通過(guò)調(diào)整這些途徑，引入新的代謝功能。就像一個(gè)擁有多個(gè)環(huán)節(jié)、不同功能生產(chǎn)線(xiàn)的工廠(chǎng)，只要調(diào)整生產(chǎn)線(xiàn)的流程，就能生產(chǎn)出不同的產(chǎn)品。

4.安全可靠

酵母被認(rèn)為是“公認(rèn)安全”（Generally Recognized As Safe, GRAS）的微生物，這意味著它們?cè)谑称飞a(chǎn)和工業(yè)應(yīng)用中相對(duì)安全。人們食用酵母制品已經(jīng)有幾千年的歷史，這為酵母作為生產(chǎn)工具的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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化身“工廠(chǎng)負(fù)責(zé)人”：

保證甜味劑的正常生產(chǎn)與增量

制造天然甜味劑的過(guò)程就像搭建一條復(fù)雜的生產(chǎn)線(xiàn)。如何生產(chǎn)出甜味劑？如何提高甜味劑的產(chǎn)量？這需要科學(xué)家們運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)，通過(guò)增加生產(chǎn)線(xiàn)、調(diào)動(dòng)高效勞動(dòng)力等一系列操作，才能保證工廠(chǎng)的正常運(yùn)行。

1.搭建生產(chǎn)線(xiàn)，構(gòu)建代謝途徑

科學(xué)家將甜味劑的合成途徑分解成幾個(gè)模塊，逐步引入酵母中。例如，他們將生產(chǎn)甜茶苷所需的多個(gè)基因，如貝殼杉烯合成酶 kaurene synthase(KS)、對(duì)映-貝殼杉烯氧化酶 ent-kaurene oxidase(KO)、異貝殼杉烯酸 13α-羥化酶 kaurenoic acid 13α-hydroxylase(KAH)等，整合到酵母的基因組中，形成一個(gè)完整的代謝網(wǎng)絡(luò)。這就像在酵母這個(gè)“工廠(chǎng)”里搭建一條新的生產(chǎn)線(xiàn)，每一個(gè)基因都代表著一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，只有將這些環(huán)節(jié)全部打通，才能最終生產(chǎn)出甜茶苷和萊鮑迪苷。

2.升級(jí)設(shè)備，減少代謝產(chǎn)物積累

在生產(chǎn)過(guò)程中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一些限制甜味劑產(chǎn)量的“瓶頸”，比如某些酶的活性不足或代謝中間產(chǎn)物的積累對(duì)酵母有毒性?？茖W(xué)家們通過(guò)蛋白融合和截短策略，提高 P450s 酶的催化效率，從而減少代謝中間產(chǎn)物的積累，提高甜味劑的產(chǎn)量。這就像對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)上的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化，減少浪費(fèi)，讓它們能夠更高效地完成任務(wù)。

3.增設(shè)排污系統(tǒng)，提高酵母適應(yīng)性

甜味劑的積累可能會(huì)對(duì)酵母產(chǎn)生毒性，影響其生長(zhǎng)。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種主動(dòng)運(yùn)輸機(jī)制——可以將甜味劑排出酵母細(xì)胞，減少了對(duì)酵母的傷害，同時(shí)也有助于提高甜味劑的產(chǎn)量。這就像在工廠(chǎng)里安裝了排污系統(tǒng)，及時(shí)排出有害物質(zhì)，保證工廠(chǎng)的正常運(yùn)行。

4.調(diào)動(dòng)高效勞動(dòng)力，集中資源提高產(chǎn)量

通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，科學(xué)家們找到了一些關(guān)鍵的代謝節(jié)點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整這些節(jié)點(diǎn)的代謝流量，表達(dá)某些基因，增加關(guān)鍵酶的數(shù)量和活性，從而提高甜味劑的產(chǎn)量。這些“關(guān)鍵酶”如同生產(chǎn)線(xiàn)上的高效工人，讓整個(gè)生產(chǎn)效率得到提升。通過(guò)基因敲除，減少與甜味劑生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)的代謝途徑，讓更多的資源流向甜味劑的合成途徑，就像在工廠(chǎng)里關(guān)閉一些不重要的生產(chǎn)線(xiàn)，把資源集中到主要的產(chǎn)品生產(chǎn)上。

從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)：

為消費(fèi)者提供更多甜味選擇

目前，利用酵母生產(chǎn)甜茶苷和萊鮑迪苷的研究已經(jīng)取得了顯著的成果。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們已經(jīng)能夠生產(chǎn)出高濃度的甜味劑。通過(guò)優(yōu)化酵母的代謝網(wǎng)絡(luò)和工程化 P450s 酶，甜茶苷的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了 1368.6 mg/L，萊鮑迪苷的產(chǎn)量也達(dá)到了 132.7 mg/L。這些成果表明，酵母生產(chǎn)甜味劑的技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向了產(chǎn)業(yè)化。一些公司已經(jīng)開(kāi)始利用這種技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

此外，科學(xué)家們還在不斷探索和優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。例如，通過(guò)進(jìn)一步的基因工程改造和發(fā)酵工藝優(yōu)化，甜味劑的產(chǎn)量和純度都在不斷提高。同時(shí)，研究人員也在開(kāi)發(fā)新的甜味劑品種，以滿(mǎn)足不同消費(fèi)者的需求。

甜蜜的未來(lái)：

“綠色工廠(chǎng)”還將持續(xù)推廣

這項(xiàng)研究的成果令人興奮?？茖W(xué)家們不僅成功地用酵母生產(chǎn)了甜茶苷和萊鮑迪苷，還為未來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)這些甜味劑奠定了基礎(chǔ)。這項(xiàng)研究的意義不僅在于它為低熱量甜味劑的生產(chǎn)提供了一種新的方法，更在于它展示了酵母作為一種“綠色工廠(chǎng)”的巨大潛力。這意味著，我們有望在市場(chǎng)上看到更多健康的甜味劑產(chǎn)品。

更重要的是，這種方法還可以應(yīng)用于其他天然產(chǎn)物的生產(chǎn)，比如藥物、香料等。酵母作為一種“綠色工廠(chǎng)”，可以為我們提供更多可持續(xù)的、環(huán)保的生產(chǎn)方式。未來(lái)，我們可能會(huì)看到更多由酵母生產(chǎn)的健康、環(huán)保的產(chǎn)品，不僅能改善我們的生活質(zhì)量，還能減少我們對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和工業(yè)的依賴(lài)。想象一下，一個(gè)由微小酵母細(xì)胞構(gòu)成的巨大“綠色工廠(chǎng)”，在可持續(xù)的資源利用下，為我們生產(chǎn)出各種各樣的必需品，這將是多么令人興奮的場(chǎng)景。

所以，下次當(dāng)你享受一塊低熱量的甜點(diǎn)時(shí)，也許應(yīng)該感謝這些小小的酵母，它們正在為我們的健康和甜蜜生活努力工作！

參考文獻(xiàn)

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作者丨李卓洋 中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所

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