作者:朱鹏、张玲(昆明植物研究所)
策划：杨梅
文章来源于科学院公众号（ID：kexuedayuan）
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在炎热的夏天，喝一杯冷冻柠檬茶或冰可乐，带着甜味清凉爽口，令人震惊，清爽！但你知道喝饮料需要多长时间吗？大声喊燃烧，我的卡路里，但没有效果。
(图片来源:pixabay、自制）
又爱又厌倦的甜味从何而来？会变成我的哪块肥肉？怎样才能既享受甜味又不失锁骨？
甜的是糖吗？
甜味在神经生物学中被定义为对口腔中足够可溶性碳水化合物的反应。糖是一种由C（碳）、H（氢）、O(氧)多羟基醛或酮，以及它们的缩合物或衍生物。但并不是所有的糖都产生甜味，甜味也不一定是由糖产生的。简而言之，甜和糖之间不是一对一的因果关系。
甜味的感知是如何产生的？人类因为自己的灵魂折磨，竟然想出了一套甜蜜理论。重点是，甜分子必须是一个具有正负极的微型电池结构，一个提供质子的供应基团和一个可接受质子的接受基团。这两个基团之间有一定的距离。分子应该有一定的形状和大小——用电子代替质子。它很像电池吗？当然，如果你坚持问是5号电池、7号电池还是纽扣电池，我只能说，年轻人，你有足够的想象力，依靠你的智慧来追求这个问题的答案。
Shallenberger甜分子机制
有了这种粗糙的理论，人们推测自然界中并非所有的糖都是甜的。葡萄糖和果糖是天然糖中最著名的甜味。它们都是单糖，只有一个分子基本模块。它们富含植物果实储量，是甜味物质和能量的主要来源。绵白糖、白砂糖、红糖、冰糖等。我们通常吃蔗糖，这是双糖纯度或结晶方法的不同形式。它们由一分子葡萄糖的半缩醛羟基和一分子果糖的半缩醛羟基脱水而成。
(图片来源:veer图库、pixabay）
蔗糖含量高于甘蔗和甜菜，因此常用作糖的原料，也是世界上应用最广泛的天然甜味剂。热带作物甘蔗和甜菜在古代作物甘蔗和甜菜是无法获得的，所以糖的来源与现在不同。麦芽糖，一种由小麦、糯米和其他谷物制成的两分子葡萄糖，已经成为甜味剂的重要组成部分，甜是指麦芽糖浆。麦芽糖的甜度约为蔗糖的三分之一，口感光滑温和，即使单独食用也很美味。这就是街头小贩卖的丁丁糖。二糖中还有一种乳糖，是乳汁中特有的糖，甜度较低，由半乳糖和葡萄糖缩合而成，有助于人体吸收钙。一般食品行业会选择含有葡萄糖、麦芽糖等混合物甜味剂的淀粉，即转化糖浆供大规模食品添加。
当然，蜜蜂辛勤工作的蜂蜜（蜂蜜）在古代也是一种重要的甜味剂。它来自蔗糖、葡萄糖分泌的蔗糖、葡萄糖、果糖等混合糖。蜜蜂采集后，注入酶分解蔗糖，成为葡萄糖和果糖的加工和浓缩，可视为动物加工的混合甜味剂。
D-葡萄糖 D-果糖 蔗糖
《糖霜谱》(左)和《天工开物》(右)在中国古代制糖记录
是什么让我们爱上了甜味？
人类对甜味的需求可能来自植物对繁殖的需求。植物通过光合作用将太阳能转化为储存在体内的化学能，以维持必要的能耗，葡萄糖可能是储存最高效、方便、安全和通用的形式。葡萄糖是自然界中分布最广泛的多羟基醛，是生物的主要能量供应物质和代谢中间产物。葡萄糖给了植物在外力(如风力和水力)的帮助下繁殖和传播的机会。动物不能直接利用太阳能，因此植物中的能量物质通过良好的胃分解成为植物生存的必要条件。
因此，糖成为动植物交易的货币：植物支付糖，让动物帮助他们跑腿完成所需的移动服务，如粉末传播（培养更多的下一代）或种子传播（在新世界抢占领土）；动物可以节省觅食时间（梳理羽毛或坠入爱河）。
分工改变世界，商业改变生活简直就是国富论的自然版。
食物链中的能量传递(图片来源:veer图库、pixabay）
并不是所有的糖都是甜的，但一些容易获得的甜糖带来了能量；我们的祖先追求的不是甜，而是甜标签背后令人兴奋的能量。这些能量物质的好处让人们记住了味道，在体内形成了积极的反馈，然后寻找它们。近期发表在Nature研究回答了糖和甜之间的问题。科学家的研究表明，有一种糖特异性方法不同于甜味的独特方法，它可以独立产生对糖的偏好，刺激糖的消耗。现在的研究证实，即使动物模型中缺乏功能性甜味传导，它们仍然对糖表现出偏好。
试着通过喂狗喝糖水来验证嗜糖是每个人的共同爱好，从它摇尾巴的频率来看，但发现它闻到肉味的摇尾巴的频率远高于喝糖水。当时得出的结论是，这些动物的祖先发现了更好的能量获取方法，放弃了糖的摄入，从而走上了与我们祖先完全不同的发展道路。这个看似不科学、不严谨的实验，成了埋在幼小心灵里的好奇种子，带领笔者一路走来，发现了更多关于甜和糖的故事。
OMG，吃甜的东西不会长胖
说到这里，你可能会想:知道了这么多关于甜味的知识，我还是控制不住自己。我还是想吃甜食。我的体重计可能坏了，但我停不下来！
别担心，我们给你一些安利不会长胖的甜味~
木糖是单糖中最美妙的。虽然它的甜味相当于葡萄糖，但它不会产生热量。也就是说，木糖的摄入有一种甜味的满足感，但它不需要燃烧我的卡路里。是成千上万女孩的最爱，这也是木糖制品在当今社会流行的原因。除了甜味和能量的糖外，一些天然来源的非糖分子也可以提供甜味，尽管它们不能提供能量。
著名的豆科植物甘草可以混合草，在整个中药行业可以说是一种特殊的多功能，不仅可以治疗各种疾病，而且因为它含有甘草苷和特殊的甜味。甘草苷的甜度是蔗糖的100-300倍，具有增加香味的作用。甘草苷的甜味产生缓慢，保留时间长，比蔗糖有更好的甜味体验，经常与蔗糖混合。
另一种菊科植物甜叶菊含有甜度较高的化学成分甜菊苷，其苷是二萜甜菊醇，以槐糖和葡萄糖为基础。甜菊苷的甜度是蔗糖的200-300倍，各方面的性质都接近蔗糖，非常适合糖尿病患者作为甜味剂或低能量食品添加剂。
罗汉果作为葫芦科植物的替代品，含有三萜类化学成分，甜度是蔗糖的300倍，也是一种低热量、高甜度的甜味物质。罗汉果的氨基酸含量也相对较高，常用于治疗肺热干咳、咽痛失音等。
(图片来源:veer图库(中)
虽然植物中也有非糖的甜味物质，但最广泛使用的是各种糖的甜味剂。甜和能量这两个功能就像一枚硬币的两面，在当代社会逐渐成为一个问题。如何在不承担储能过剩带来的肥胖的情况下，廉价享受甜味带来的乐趣？人类准备利用技术将硬币分成两半，合成的甜味剂应运而生。
人工合成的非糖甜味剂虽然有很多缺点，但价格便宜，热量低。例如，曾经广泛使用的糖精是一种邻苯甲酰磺酰亚胺钠盐，甜度是蔗糖的300-500倍，但有轻微的苦味；被批评的甜味素称为环己基氨基磺酸钠，甜度不高，只有蔗糖的30-50倍，也有轻微的苦味；甜味素又称阿巴斯甜，是冬季氨酰苯丙氨酸甲酯，甜度是蔗糖的100-200倍，稳定性不高。
随着合成甜味剂的广泛应用，其争议也越来越大。但到目前为止，还没有关于人工甜味剂致癌的确切研究结果，因此无法给出结论。耶鲁大学医学院和法国国家科学研究中心的最新研究表明，甜味剂和碳水化合物的组合可能不是有害的。本研究中使用的甜味剂是三氯蔗糖(蔗糖素)，是天然产品通过化学合成修饰形成的甜味物质。它在天然产品蔗糖的母核上进行结构修饰，引入替代基氯原子，使其甜度到蔗糖的600倍，但不提供能量。看到人类通过科学技术成功地将硬币分成两半，自满地拿着甜味的一面，他们发现另一面是安全问题。人们似乎解决了问题，但也创造了新的问题。
(图片来源:香港特别行政区政府 食品安全中心)
甜味可能会隐藏大自然中更多的秘密
在自然界中，甜蜜的世界比我们想象的要广阔得多：如氯仿（三氯甲烷、哥罗芳）作为化学溶剂中常用的危险老大哥，味道甜，一旦被用作麻醉剂，直到人们发现它会造成肝损伤；铅、铍、氯的甜味也被梳理出来；一些矿泉水富含各种微量元素，一旦这些游离离子类别或比例发生变化，甜味就会消失；一些植物蛋白也表现出甜味，与糖分共存；一些动物蛋白的甜味伴随着美味……
这枚甜硬币背面是什么？
世界那么大，时间那么长，值得用好奇心去探索。