近年来，流行病的频发与糖分摄入的增加呈现出明显的关联，诸如肥胖、糖尿病、高血糖症及龋齿等问题层出不穷，据2023年3月世界肥胖联盟公布的《世界肥胖地图》显示，预计到2035年，全球将有超过40亿人处于超重或肥胖状态，占全球总人口比例将超过一半。肥胖可导致机体内分泌和代谢异常，常常伴随着多种疾病。糖尿病作为一个全球公共卫生问题，在中国尤为棘手。随着物质生活水平的提高，糖尿病渐成我国一种常发性的疾病，中国20-79岁人群糖尿病患病人数从2000年的2000多万人增至2021年的1.4亿多人。

 

随着人民对健康饮食的日益关注和对减少糖分摄入的需求增加，无糖食品因其低糖、低卡的特性受到了广大消费者的青睐。根据Mordor Intelligence公司发布的《无糖食品和饮料市场规模和份额分析——增长趋势与预测(2024 - 2029)》报告显示，无糖食品和饮料市场规模预计将从 2023 年的 191.7 亿美元增长到 2028 年的 233 亿美元，预测2023-2028 年期内复合年增长率为 3.98%。

 

在食品行业日新月异的发展中，众多创新型企业正致力于探索新的成分以应对全球营养挑战。在中国，无糖食品行业的发展尤为引人注目。随着居民健康意识的提升和减糖需求的增强，无糖食品市场需求逐年攀升。无糖饮料、无糖糕点、无糖零食等产品受到广大消费者的青睐。同时，中国无糖食品企业也在不断创新，提升产品质量和口感，满足消费者的多样化需求。甜味蛋白质作为一种新型甜味化合物，以其天然、低热量的特性脱颖而出。与蔗糖不同，甜味蛋白质不会引发体内胰岛素的波动。因此，它们有望成为人工甜味剂、食品和饮料行业中糖类的理想替代品。

 

目前研究较多的有7种甜味蛋白质：Thaumatin(索马甜)、Monellin(莫奈林)、Miraculin(奇异果)、Curculin(仙茅甜蛋白)、Mabinlin(马槟榔),、Brazzein(巴西甜蛋白)以及 Pentadin(培它汀)。相比化学合成的甜味剂，它们安全无毒;相比其他的天然甜味剂，它们能量低。作为蔗糖替代品，它们不会引起高血压、高血脂、糖尿病等疾病，在食品和制药等行业有着潜在的应用价值。其中巴西甜蛋白是一种极具应用潜力天然来源的高倍甜味剂，因其良好的溶解性、热稳定性等独特优势而备受关注。

 

 

 

图示：甜蛋白的氨基酸、功能特性和生物宿主

 

巴西甜蛋白是从非洲西部野生植物Pentadiplandra Brazzeana Baillon的果实中分离提纯得到的一种甜味蛋白，分子量为6.5 KDa，甜度是等质量蔗糖的2000倍。相较于其他几种甜蛋白其优势非常明显，包括：

 

1.具有非常强烈的甜味，且其甜度持久、口感纯净，没有金属味或其他不良口感;

2.热稳定性和pH稳定性高，可以在不同的温度和pH值条件下保持其甜味特性;

3.分子量小，水溶性好，且水溶液在80℃下经4h的热处理仍然保持甜味;

4.消化后对血糖影响较小，不会引发龋齿，显示出良好的安全性;

5.可以与其他甜味剂协同作用，以改善食品的整体口感和风味。

 

这使得它在食品工业中具有潜在的应用价值，特别是在开发低糖或无糖食品时。此外，巴西甜蛋白还可以与其他甜味剂协同作用，以改善食品的整体口感和风味，可用于制造各种饮料、糖果、糕点等食品，为消费者提供更多健康美味的选择。

因此，实现巴西甜蛋白的商业化生产尤为重要，以便可以大规模将这种甜味剂用于食品和饮料工业。

 

 

图示：野生型Brazzein骨干功能区图

 

然而，巴西甜蛋白是从热带植物中分离得到的，但是这种热带植物在其他的环境很难结出果实，从而限制了它的开发和应用，利用化学合成方法成本又是一个关键性问题;其次就是巴西甜蛋白在表达过程中所要面临的技术难题;迄今为止，Brazzein已在微生物、真菌、植物和哺乳动物中进行了表达，表达产物或产量低，或没有甜味，尚达不到理想的效果。此外，巴西甜蛋白的稳定性和生产工艺等方面也需要进一步研究和优化。因此，迫切需要一种可以大规模生产甜蛋白的工艺。

 

无细胞蛋白表达技术因其独特的优势脱颖而出，它是一种在体外环境中，利用细胞裂解物中的蛋白合成必需组分(如核糖体、转运RNA、氨酰合成酶等)进行蛋白质合成的方法。与传统的基于活细胞的蛋白表达系统相比，无细胞蛋白表达技术具有多个显著的优势：

 

1.表达水平高：无细胞系统不受细胞生长和复制的限制，因此可以充分利用所有添加的底物，实现高度的蛋白表达。这种高效性使得无细胞蛋白表达技术在短时间内能够产生大量的目标蛋白;

2.纯化过程简单：由于无细胞系统中没有其他细胞成分，避免了细胞裂解和细胞内组分分离的复杂步骤，从而简化了整个工作流程;

3.灵活性：CFPS系统有良好的条件适应性，能够在多种温度和pH环境下稳定进行反应。此外，可通过调整添加的底物和辅因子浓度，优化蛋白表达过程，以满足不同的实验需求;

4.表达周期短：无细胞系统省去了细胞生长和蛋白表达周期的时间，因此更加迅速。这种快速性使得无细胞蛋白表达技术适用于需要快速获得实验结果的研究和应用场景;

5.适用于特殊蛋白的表达：无细胞蛋白表达技术特别适用于制备各种类型的蛋白质，包括难表达蛋白质、毒性蛋白质、复杂蛋白质等。

 

近年来，随着无细胞蛋白表达(CFPS)技术的进步，已经逐渐应用于食品行业。这使得巴西甜蛋白的大规模生产成为可能，使其在食品、饮料等行业中的应用更加广泛。珀罗汀生物一直致力于无细胞蛋白表达技术的研发和商业应用，深耕于该行业多年，以自主研发、独具特色的无细胞蛋白表达技术平台为依托，已经成功开发出巴西甜蛋白的制备工艺，可以实现巴西甜蛋白的大规模生产。

 

参考文献：

Novik TS, Koveshnikova EI, Kotlobay AA, et al. Sweet-Tasting Natural Proteins Brazzein and Monellin: Safe Sugar Substitutes for the Food Industry. Foods. 2023;12(22):4065. Published 2023 Nov 8. doi:10.3390/foods12224065.

Kazemi-Nasab A, Shahpiri A. Expression of Brazzein, a Small Sweet-Tasting Protein in Saccharomyces cerevisiae: An Introduction for Production of Sweet Yeasts. Protein Pept Lett. 2020;27(10):945-952. doi:10.2174/0929866527666200331134431.

施天元，曹国强. 基因工程表达甜味蛋白的研究进展[J]. 食品工业科技，2023，44(2)：453−459. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022020262.

Saraiva A, Carrascosa C, Ramos F, et al. Brazzein and Monellin: Chemical Analysis, Food Industry Applications, Safety and Quality Control, Nutritional Profile and Health Impacts. Foods. 2023;12(10):1943. Published 2023 May 10. doi:10.3390/foods12101943

Assadi-Porter FM, Abildgaard F, Blad H, Cornilescu CC, Markley JL. Brazzein, a small, sweet protein: effects of mutations on its structure, dynamics and functional properties. Chem Senses. 2005;30 Suppl 1:i90-i91. doi:10.1093/chemse/bjh128