¿Cuáles son los métodos para mejorar el Steviol glicósido sabor amargo?

Stevia (also known as stevioside) is a natural sweetener extracted yrefined from stevia. It is known for its high sweetness (200-300 times that of sucrose), low calorie (1/300 of sucrose), zero calories and stability under light, heat and acid-base conditions, it is well known and has become the third largest sugar source after sucrose and beetsugar [1]. Stevia is a white crystal or powder that is easily soluble in water and is widely used in the food and beverage industries [2]. Stevia is not easily absorbed by the human body after consumption, so it can be used as a sweetener for people with diabetes or obesity.

También tiene las características de anti-hipertensión, anti-oxid, anti-cáncer, anti-inflamatorio, antibacteriano y mejorar la función renal [3], y puede ser utilizado como un sustituade productos para la salud y medicamentos, con buenas perspectivas de aplicación. Sin embargo, el ligero regusto de amargor y el sabor de regaliz de la stevia se han convertido en factores limitpara su posterior desarrollo [4]. Por lo tanto, se analizaron las causas del sabor indeseable de la stevia y se propusieron soluciones, con el objetivo de proporcionar una referencia para resolver el problema del sabor indeseable de la stevia.

1 causas del sabor indeseable de la stevia

1.1 el proceso de extracción inmadura de la stevia

La Stevia se utiliza a menudo como materia prima para la extracción de Glucósido de estevi. . El proceso de extracción incluye pasos tales como adsory concentración de la resina, lavado del solvente, recristalización y purificación con resinas de intercambio iónico, y finalmente se obtiene estvia pura por secado por pulveri[5]. Sin embargo, además del componente dulce steviside, stevia también contiene componentes amargos como taninos, flavonoides y aceites volátiles. Estos componentes amargos no se eliminan por completo durante el proceso de extracción y purificación, lo que puede dar lugar a que queden impurezas amargas en el producto de stevia y afectar al sabor del producto final.

Hay varias razones para la amargura producida durante la extracción de stevia [6-7]. Primero, durante la etapa de adsory concentración de la resina, si la resina no es seleccionada y usada correctamente, la stevia no puede ser adsorefectivamente, y los componentes amargos correspondientes también serán reten. En segundo lugar, el prop ã ³ sito de la limpieza con disolventes es eliminar la grasa y algunas sustancias amargas. Si el disolvente se selecciona incorrectamente, los componentes amargos no se pueden eliminar eficazmente. En tercer lugar, la recristalización es un paso clave en la mejora de la pureza de la estevia, y si este paso no se realiza correctamente, puede conducir a la concentración de los componentes amargos en lugar de su eliminación; En cuarto lugar, las resinas de intercambio iónico se utilizan para eliminar impurezas solubles, y si la resina no es de alta calidad o las condiciones de funcionamiento no son adecuadas, los componentes amargos pueden no ser eliminados eficazmente. En quinto lugar, aunque el secado por pulverización es el último paso, si las condiciones de funcionamiento (como temperatura, presión, etc.) no se controlan adecuadamente, también puede afectar el sabor del producto.

Para reducir la amargura de la stevia, el proceso de extracción debe ser cuidadosamente optimi, incluyendo la mejora de la adsorde la resina y los procesos de lavado de disolventes, la optimización de las condiciones de recristalización, la selección de la resina de intercambio iónico adecuada, y el ajuste de los parámetros de secado por pulveri.

1.2 diferencias estructurales en los glucósidos de esteviol

Siguiendo stevia, otrosviolglycosides have been isolated from stevia, with 10 common types. They have a similar tetracyclic diterpene chemical skeleton, all with steviol as the aglycone (Figure 1), with the R1 and R2 positions being substituted with glucose, xylose or rhamnose groups of different lengths, thus forming various glycosides with very different organoleptic and physicochemical properties (Table 1). In this structure, steviol itself has strong hydrophobicity and exhibits a certain bitterness; in taste perception, bitterness comes slightly after sweetness, so as the concentration increases, the aftertaste of bitterness is also enhanced. On the other On the other hand, the slight structural changes of stevioside affect its sweetness and taste quality. The difference in the C-13 (R1) position, the substitution of pyranose, and the length of the substituent group at the c-c-19 (R2) position are the key factors affecting the bitterness of stevioside. It is speculated that this phenomenon may be related to the activation of bitter taste receptors hT2R4 and hT2R14 [8].

Tabla 1 estructura, dulzura y sensación bucal de los glucósidos de esteviol

− N/A indica que no es aplicable.

2 soluciones para mejorar el sabor indeseable de la stevia

2.1 optimización del proceso de producción de stevia

2.1. 1 Emerging Extracción de extraccióntechnologies In order to further improve the extraction efficiency of stevia, many studies on the extraction of glycosides have been carried out at home and abroad, including hot water extraction, enzyme-assisted extraction, ultrasonic extraction and other emerging extraction technologies [6]. The development of these results provides ideas for process optimization of the stevia production line, which can improve the total stevioside content (usually greater than 95%) while reducing the residual bitter components such as tannins, flavonoids and volatile oils, thereby improving the aftertaste of stevia.

En la producción tradicional, la extracción con agua caliente se utiliza comúnmente para extraer stevioside. Este método es de gran consumo de energía, consume mucho tiempo, tiene una baja tasa total de extracción de esteviosida, y el producto terminado tiene un color oscuro. Durante el proceso de extracción, el agua actúa como medio para disolimpurezas como ácidos orgánicos, proteínas y polifenoles. Por lo tanto, la principal mejora de este método se dirige a la eliminación posterior de impurezas. Zhang Menglei et Al.[9] utilizaron la floración y precipitación de quitosano combinado con cromatode fase inversa para eliminar impurezas, reduciendo costos y acortando el tiempo requerido para la eliminación de impurezas. Kovacevic et al. [10] utilizaron agua caliente presurizada para extraer y recuperar eficazmente impurezas termicamente inestables y polares en las hojas de estevia, lo que proporciona buenas perspectivas para la producción industrial.

La extracción asistida por enzima mejora la eficiencia de extracción de la steviosida a bajas temperaturas mediante la adición de celulasa para romper las paredes celulares y reducir el consumo de energía. Sin embargo, las enzimas son caras de usar, y las enzimas existentes no pueden romper completamente las paredes celulares. Puri et al. [11] optimilas condiciones de extracción utilizando un método de superficie de respuesta y demostró que la extracción asistida por enzima es más eficiente que la extracción con solvente tradicional. Se puede observar que se espera que la extracción asistida por enzimas se convierta en una alternativa efectiva a la extracción por solvente para la extracción de esteviosida.

La extracción ultrasónica utiliza el efecto cavitación del ultrasonido para romper rápidamente las paredes celulares de las plantas y acelerar la liberación de sustancias bioactivas. Este método tiene una alta eficiencia de extracción, corto tiempo de extracción, bajo consumo de disolvente y es fácil de operar. Sin embargo, la extracción ultrasónica puede causar impurezas desconocidas que se mezclan en la solución, lo que traerá desafíos para el proceso de separación posterior. La optimización posterior del proceso implica ajustar múltiples parámetros experimentales [12], como la frecuencia ultrasónica, la potencia, el tiempo de procesamiento, el tipo y la concentración del solvente, y la relación sólido-líquido, para encontrar las condiciones óptimas de extracción. Mediante la optimización de estos parámetros, la eficiencia de extracción se puede maximizar mientras se minimiel consumo de energía y la degradación química potencial.

Además de los métodos tradicionales de extracción mencionados anteriormente, han surgido algunas nuevas tecnologías de extracción. Por ejemplo, Miao Qing et al. [13] utilizaron disolventes eutécnaturales (NADES) en lugar de disolventes tradicionales, lo cual no solo es amigable con el medio ambiente sino también altamente eficiente. Jentzer et al. [14] optimilas condiciones de extracción automática de la stevia utilizando la extracción por solvente acelerada. Estas nuevas tecnologías ofrecen nuevas perspectivas y posibilidades para la extracción de glucósidos de estevia.

2.1.2 mezclar con otros edulcorantes

El método de mezcla sinergiza la stevia con otros edulcorantes. El sabor del edulcorcompuesto es más cercano al de la sacarosa, y el regusto de la stevia es eliminado. Por ejemplo, la combinación de stevia y eritritol en una mezcla eutéctica puede retener las funciones y características originales de ambos, mientras que eritritol puede cambiar la curva de inicio dulzor de la stevia y eliminar algo del ligero regusto.

La combinación de stevia con allulose y Monk se puede combinar para promover el bronceado causado por la reacción de Maillard entre las tres, y se añade a menudo a las bebidas carbonatadas; La combinación de stevia, eritritol, allulose y edulcorde de fruta monje puede sacar las ventajas de los cuatro edulcorantes y neutralizar sus respectivos defectos. El sabor refrescde la allulosa y eritritol puede mejorar el sabor desagradable de la stevia y los edulcorantes de la fruta monje, mientras que la allulosa puede reducir la cristalinidad del eritritol y le permite participar en la reacción de Maillard [15]. Esta solución es fácil de operar, puede restaurar el dulzor natural, y al mismo tiempo, la cantidad total de edulcorutilizado es relativamente pequeña, lo que es menos costoso. Sin embargo, la stevia todavía no puede igualar a la sacarosa en términos de múltiples sentidos como dulzura y aroma, sólo por confiar en la ayuda de otros edulcorantes.

2.1.3 modificación química y enzimática

Algunos estudios han demostrado que cuando la estevia se hidroliza, produce glicósidos de esteviol, que tienen una menor dulzura y un regusto más débil. Inspirado en esto, la parte de carbohidratos puede ser modificada química o enzimáticamente [16] para reducir el regusto correspondiente de la estevia. La modificación química se refiere a cambiar la calidad del sabor de la stevia por reaccionar químicamente para alterar el grupo de azúcar unido al glucósido de steviol.

However, due to the complicated and demanding chemical modification process, few people currently use this method. Enzyme modification technology refers to the hydrolysis of the acceptor substrate into glucose or other sugar ligands with different chains under the catalytic action of an enzyme. These products are further catalyzed by enzymes to transfer the C-13 or C-19 of the sugar ligand to the acceptor, thereby forming a variety of stevioside derivatives [17].

La enzima comúnmente utilizada es la ciclodextrina glucanotransferasa (cgtasa), que cataliza la transferencia de los grupos de glucosa desde el almidón y la ciclodextrina a los grupos de azúcar de los glicósidos de estevera, introduciendo así nuevas fracciones de azúcar a los glicósidos de estevera [18] para formar glicósidos de estevera a base de glucosa. Este producto puede reducir el amargor, aumentar la solubilidad, mejorar la dulzura de la stevia, y tiene las características de un buen regusto y un sabor suave. A menudo se utiliza en combinación con alcohode azúcar en yogur bajo en azúcar, donde los sabores se complementan entre sí. Ha sido aprobado para su uso como un sabor a comida. Sin embargo, las enzimas anteriores son relativamente caras, y el uso de los donantes de azúcar correspondientes también aumenta los costos. Se necesita más investigación para desarrollar y filtrar estevisiótidos con mejor costo, rendimiento y sabor.

2.2 desarrollo de una nueva generación de Reb Dy Reb M de alto rendimiento

Además de la stevia, la segunda generación del glucósido de steviol Reb A tiene el contenido más alto. El Reb A de alta pureza tiene una dulzura similar A la sacarosa, pero su posterior amargor sigue siendo evidente [19]. La tercera generación de glucóside esteverol Reb D y Reb M han surgido a través de la mejora continua y la optimización. En comparación con Reb A, Reb D y Reb M muestran excelentes propiedades. Tienen una mayor dulzura y sabor, sin regusto y un sabor similar al de la licori. Han atraído la atención general como una nueva generación ideal de edulcorantes. Sin embargo, Reb D y Reb M son raros y de bajo rendimiento, y sólo una pequeña cantidad se contiene en las plantas de stevia convencionales, haciendo difícil la producción comercial a gran escala. Por lo tanto, el desarrollo de nuevos métodos para aislar y preparar Reb D y Reb M de alta pureza es actualmente un hotspot de investigación en el campo de la stevia.

2.2.1 método de cría

El método de mejoramiento se refiere al uso de tecnología agrícola para cultivar y cultivar plantas científicamente, optimizar las mejores condiciones de crecimiento, y así cultivar variedades de alto rendimiento de Reb D y Reb M. comparado con la stevia ordinaria, su rendimiento se incrementa casi a la mitad [20]. La ventaja de este método es que puede cultivar glicósidos naturales de esteviol, que mantienen la dulzura sin un regusto amargo. Sin embargo, requiere más recursos humanos y materiales, y es necesario optimizar el ambiente y las condiciones de plantación, lo que puede requerir mucha investigación y experimentación.

2.2.2 método de bioconversión

The biotransformation method involves starting with the most abundant component, Reb A, and using specific biological enzymes to convert it into Reb D and Reb M [21]. However, this method requires specific enzymes, which are relatively expensive, which increases production costs. The availability of enzymes is also a consideration.

2.2.3 método de fermentación

Fermentation refers to the use of enzymes produced by genetically engineered yeast to ferment Extracto de esteviointo Reb D and Reb M [22]. Steviol glycosides fermented in this way have a similar texture to sucrose and a refreshing taste, without changing the original texture of the food. The main raw materials are glucose and sucrose, which can ensure mass production, with the advantages of low cost and scalability. Although the initial research and development costs are high, large-scale production can be carried out when conditions are ripe, reducing costs. It is currently the best performing, most popular and most promising solution.

3 conclusión

En resumen, como people's aumento de la demanda de su propia salud, la reducción del azúcar se ha convertido en una tendencia y tendencia en el desarrollo social actual. Las personas prestan más atención a la dieta y la salud física, por lo que es necesario desarrollar una nueva generación de sustitutos del azúcar perfectos que sean equivalentes en dulzor, tengan cero calorías y no afecten el azúcar en la sangre. Actualmente, hay relativamente pocos conocidosEdulcorantes naturales, and stevia itself meets the above conditions, so the demand for stevia has increased dramatically. However, its subsequent bitter and licorice-like taste limits its large-scale use.

Por lo tanto, la optimización del proceso de extracción de estevia y el desarrollo de una nueva generación de glicósidos de esteviol son urgentes. Se analizaron las causas del regusto ligeramente amargo de la stevia y se resumieron las soluciones existentes, a saber, el desarrollo de nuevos procesos de extracción y la construcción de una nueva generación de glicósidos de stevia de alto rendimiento sin regusto. El desarrollo de nuevos métodos de extracción se ha convertido en la corriente principal de la investigación actual sobre la optimización de las tasas de extracción. Entre ellos, los métodos de extracción asistida por enzimas tienen buenas perspectivas, pero también hay retos con altas barreras técnicas.

Otros métodos de optimización de condiciones de extracción, como la extracción ultrasónica, son relativamente fáciles de lograr en el nivel actual de la tecnología y tienen grandes ventajas para la producción industrial. Sin embargo, el desarrollo de una nueva generación de edulcorantes requiere evaluaciones rigurosas de la seguridad alimentaria y la aprobación reglamentaria, lo que puede llevar mucho tiempo. Mantener la estabilidad de Reb D y Reb M durante el procesamiento y almacenamiento de alimentos, así como garantizar la vida útil del producto final, son también cuestiones técnicas que deben abordarse durante el proceso de desarrollo. Estos retos deben superarse mediante la investigación y la colaboración interdisciplinarias, combinadas con métodos modernos de biotecnología e ingeniería. En desarrollos futuros, estos enfoques pueden combinarse, por ejemplo, utilizando ingeniería genética para ayudar en el mejoramiento y promover la producción en masa de nuevas cepas de alto rendimiento. Cuando las deficiencias de la stevia se remedi, está obligado a iniciar una nueva ola de investigación y aplicaciones.

Referencia:

[1]PETELIUK V, RYBCHUK L, BAYLIAK M, et al. Edulcornatural Stevia rebaudiana: funcionalidades, beneficios para la salud y riesgos potenciales [J].  Exc. los demás: 1412- 1430.

[2]Chen Nuan Nuan. Aplicación y progreso de la investigación de stevia [J]. Food Safety Guide, 2022 (18): 172-174.

[3]MOMTAZI -BOROJENI A, ESMAEILI S A, ABDOL- LAHI E,et al. A review on the pharmacology and toxi- cology De steviolglucósidosStevia rebaudi- Ana [J] (en inglés).  Curr Pharm Des, 2017, 23(11): 1616-1622.

[4] Wan Huida, Cai Ya, Xiao Qiuyan, et al. Progresos de la investigación sobre la modificación enzimde la esteviosida y su actividad biológica [J]. China Food Additives, 2011 (5): 188-196.

[5] Lv Aidi. Optimización del proceso de extracto de Stevia rebaudiana [D]. Tianjin: universidad de Tianjin de ciencia y tecnología, 2016.

[6] Shi Shilei. Progreso en el proceso de extracción de stevioside [J]. Food Industry, 2023, 44(6): 157-159.

[7] Ling Lixin, Zhang Guofen, Chen Fengming. Estudio sobre el proceso de extracción del steviol de stevia [J]. Ciencia y tecnología de la industria alimentaria, 2013, 34(6): 257-261.

[8] Li Wenjia, Mu Feng, Jiang Haitao, et al. Diseño estructural de resinas macroporosas polares de alta superficie y su aplicación en la separación de glucósid [J]. Intercambio iónico y adsor, 2022, 38(1): 60-70.

[9] Zhang Menglei. Mejora del proceso de purificación del extracto acuoso de esteviosida [D]. Wuxi: universidad Jiangnan, 2021.

[10] KOVACEVI C D  B, BARBA F J,GRANATO D, et al. Extracción de agua caliente a presión (PHWE) para la recuperación en verde biobio Compuestos compuestos compuestos compuestos compuestos compuestos compuestos compuestos compuestos compuestos compuestos compuestos compuestos and  steviol  Glucóside de Stevia rebaudiana Bertoni leaves[J].  Food Chemistry. 2018, 254: 150-157.

[11] PURI M, SHARMA D, BARROW C J, et al. Optimización de un nuevo método para la extracción de esteviósidos de las hojas de estevia rebaudiana [J].  Food Chemistry, 2012, 132: 1113-1120.

[12] Chen Hu, Hou Lijuan, Lu Fuyong, et al. Método de superficie de respuesta para optimizar el proceso ultrasónico de extracción por solvente de stevioside [J]. Food Industry, 2022, 43(5): 6-9.

[13] Q. Miao, S. Pahlehtyn, S. Zeng, et al. A green method for the extraction of stevioside from Stevia rebaudiana Bertoni based on natural eutectic Solvents and ITS optimization (en inglés). Acta Botanica Sinica, 2021, 56(6): 722-731.

[14] JENTZER J B, ALIGNAN M, VACA-GARCIA C, et al.Response superficie metodología to  optimizar Disolvente acelerado extraction  of steviol  glycosides from  Stevia re - baudiana Bertoni leaves[J]. Food Chemistry, 2015, 166: 561-567.

[15] Hu Guohua. Estado de desarrollo y perspectivas de los edulcorantes funcionales de alta potencia en China [J]. Ciencia y tecnología de la industria alimentaria, 2008(6): 28; 30; 32.

[16] YANG Y, ZHAO L, WANG T, et al. Actividad biológica y modificación estructural del isosteviol en los últimos 15 años [J].  Bioorg Chem,2024, 143: 107074.

[17] Li Le, Yuan Ying, Ma Shuang. Modificación de la − -amilasa catcatde esteviósido [J]. Ciencia y tecnología alimentaria moderna, 2019, 35(2): 202-208.

[18] POL POL J,  VARADOVA OSTRA E,  KARASEK P, et  al.  Comparación de dos disolventes diferentes empleados para la extracción por fluido presurizado de esteviosida de la estevia rebaudiana: metanversus agua [J].  Anal Bioanal Chem,  2007, 388(8): 1847-1857.

[19] Liu J. Study on Rebaudioside A in Stevioside [D]. Wuxi: universidad Jiangnan, 2010.

[20] Yu B Y, Wang N L, Li G J, et al. Progreso en la aplicación de ingeniería genética e ingeniería metabólica en la producción de estevia [J]. Biotechnology Bulletin, 2015, 31(9): 8-14.

[21] Wu ZD, Ma LB, Zhou YL, et al. Biosíntesis, conversión y glicosilación de stevioside. China Cane, 2018, 40(2): 58-60.

[22] Yu Xuejian. Mecanismo del ácido húmico que regula la síntesis de esteviosido y la conversión enzimde esteviosido [D]. Beijing: China Agricultural University, 2016.