ステビオール配糖体とは何か、その用途は何か。

ステビアis a perennial herb in the Asteraceae family とthe genus Stevia. It is considered the world'の甘味の3番目に大きい源。現在、中国はステビア栽培、ステビオシド生産、ステビオシド輸出で世界1位を占めている[1]。ステビオール配糖体(steviolグリコシド)は、ステビアの葉から抽出される天然甘味料である。欧州食品安全機関(efsa)とコーデックス委員会(codex)はともに2011年にステビオール配糖体を食品添加物として承認した。ステビオール配糖体は、食品、医薬品、化粧品、家庭用化学製品などの幅広い用途で使用されている天然、安全、低カロリー、高強度の甘味料である[2]。

国際市場分析研究コンサルティンググループ(imarc)のデータによると、2024年までにステビアの世界市場価値は約818万ドルに達すると予想されています[3]。研究によると、ステビオール配糖体は甘味料として使用されるだけでなく、抗酸化、抗炎症、血糖や血圧の改善、抗菌、抗腫瘍、抗下痢、利尿、免疫調節など、さまざまな生理機能を持っている[4]。近年の研究によると、家畜や家禽の飼料に適切なステビオール配糖体を添加すると、生産能力の向上[5-6]、飼料利用率の向上[7-8]、腸内微生物叢の調節[9]に役立つことが示されており、ステビオール配糖体が家畜や家禽の生産に大きな可能性を秘めていることが示されている。そこで、本稿では主にステビオールグリコシドの消化、代謝、生物学的機能をまとめ、家畜や家禽の生産におけるステビオシドの合理的な開発と応用のための参考資料を提供することを目的としている。

1 .ステビオール配糖体の化学構造、抽出法および味の評価

ステビオール配糖体(steviolglycoside, c38h60o18)は、ステビアの主要な甘味成分である。これは、四環式ジテルペン配糖体の一種である白い粉状物質です[10]。主にステビアの根、茎、葉に分布し、葉中の含有量が最も高い(最大14%)。研究によると、ステビオール配糖体はさまざまな加工や保存条件で安定しており、水溶性ビタミン、有機酸、甘味料、コーヒー酸と反応しない。熱的に安定で、メイラード反応に関与しません;長期保存でも発酵しない[11]。ステビオール配糖体は、吸湿性、低熱、非常に甘い、安定性、非毒性の利点を有する。その甘さはスクロースの50 ~ 300倍であり、スクロースの代用として使用することができます[1,12]。

Sixty-four steviol glycosideshave been identified from the leaves のStevia rebaudiana, including stevioside, rebaudioside A, rebaudioside B, rebaudioside C, rebaudioside D , Rebaudioside E, Rebaudioside F, Stevioside, D-Glucopyranosyl-alpha-L-fucopyranoside, and Rebaudioside M, etc. 11 kinds のrelatively high content [13]. The main difference in the chemical structure of different types of stevioside lies in the difference between the R1 and R2 groups (Table 1), with the R1 and R2 groups attached to the C13-hydroxy and C19-carboxyl groups, respectively [14].

現在、ステビオール配糖体を抽出する主な方法は、お湯抽出と溶媒抽出である[15-17]。その中でも、現在では、湯浸法がステビオール配糖体の工業生産における主要な抽出法となっている。このプロセスは、高い機器や技術的要件を必要とせず、産業化が容易です。しかし、この方法は時間と労力がかかり、また、ステビオール配糖体の収率が低く、タンパク質、ポリフェノール、有機酸などの不純物を多く含むため、その後の除染が困難になる[18]。そのため、その後の除染工程を継続的に最適化し、より効率的な糖鎖抽出を行うことが重要な課題となっている。

zhang menglei[19]では、キトサンの凝集と沈殿を逆相クロマトグラフィーと組み合わせて熱湯抽出物から不純物を除去した。既存の工業生産プロセスと比較して、プロセス時間が短く、環境に優しく、低コストであるという利点があります。利点がある。bursa kovaeviら[15]は、加圧された熱湯抽出の最適化によって、ステビア葉から熱的に不安定で、非極性から極性の成分を効果的に回収した。

また、溶媒抽出法では水とエタノールを抽出剤として用いることが多く、浸漬法と煎じ法が主に用いられる。浸漬法はステビオシド抽出に有効であるが,生産サイクルが長く,工程も複雑である。これに対して、煎じ方がより簡潔で、生産サイクルが短く、高品質のステビオール配糖体が得られる[20]。chen huら[21]は、プレス抽出法を用いてステビオール配糖体を得ているが、抽出時間が短く効率が高いという利点がある。抽出プロセス最適化技術の進歩により、ステビオール配糖体の工業化・大量生産への応用が期待される。

新しいタイプの糖の代替としてのステビオール配糖体味覚受容体によって、甘い味とわずかな苦味を持つと認識される。研究によると、ステビオシドは人間の味覚受容体t1r2とt1r3を活性化して甘味を知覚し、また味覚受容体t2r4とt2r14を活性化して苦味を知覚することがわかっている[26]。ステビオール配糖体の認識は、糖鎖の長さ、ピラノース置換、c16二重結合などの構造的特徴に関連している。炭素骨格中のcのグルコースの単位が少ないほど、苦味の後味が長くなります。一方、cのグルコースの単位が多いほど、甘味が早くなり、甘味が強くなります。例えば、ステビアの自然成分は非常に少ないが、甘味が強く苦味が強いレボオーディサイドaやレボオーディサイドcに比べ、甘味が強く苦味が弱いレボオーディサイドmやレボオーディサイドdは、甘味が強く苦味が弱い。しかし、ステビオシドやレボオーディシドの後味は苦味が強く、甘みは弱い[27]。

研究によるとthe most direct way to eliminate or reduce the bitter taste of stevioside is to add flavor enhancers or taste modifiers to the product to mask its bitterness, such as erythritol, maltitol and xylitol [28], or spray drying technology can be used to encapsulate maltodextrin and inulin to minimize the bitter taste of steviol glycosides [29], or the hydrophilicity of steviol glycosides can be enhanced through enzymatic reactions to mask their bitter taste [30]. Studies have found that modifying the stevioside backbone structure directly with the Kamiya⁃8 group can also improve the affinity of stevioside for sweet taste receptors T1R2 and T1R3 and reduce its affinity for bitter taste receptors T2R4 and T2R14, thereby improving the palatability of stevioside [3].

2体内におけるステビオール配糖体の加水分解代謝

現在の研究では、加水分解代謝部位とステビオール配糖体の代謝過程が示されている ヒトとラットでは同じではありませんヒトとラットの両方で(図1)、ステビオール配糖体 経口投与後に消化管に入ります。胃液や消化酵素によって分解されないため、通常は加水分解して腸で吸収することができない[31-32]。

大腸菌群はステビオール配糖体の加水分解と吸収に関与しており、バクテリオイド属はステビオシドをステビオールに加水分解することができる[32-34]。体内に入った後、ステビオシドはまず腸内微生物によってステビオールに分解され、その後胆汁と腎臓で腸肝サイクルを経て代謝される。腎臓に入った後、ステビオールはシトクロムp450酵素によって代謝され、モノヒドロキシおよびジヒドロキシ代謝物を生成する[32]。研究では、ラットの血液中のステビオールのピーク濃度は経口投与15分後に発生することが確認されています。caco細胞モデルを用いたさらなる研究では、腸上皮細胞によるステビオールの吸収と輸送が迅速であることがわかり、これはラットの体モデルの結果と一致している[34]。また、3日間の連続経口投与では、排泄物からステビオシドは検出されず、ステビオールのみが検出された[35-36]。

cardosoらは[37]、wistarの雄ラットに131 i標識ステビオシドを静脈注射することにより、in vivoでのステビオシドの分布と代謝を調べた。その結果、ラットの肝臓と小腸に最も高い濃度の放射性物質が注入後10分と120分後に検出された。消化器系の違いのために、ステビオシドの代謝過程も動物によって異なり、腎臓での有機アニオン輸送を伴うことがある[38]。ラットにおけるステビオシドの主な代謝物は、胆汁を介して糞中に排泄されることが研究によって示されています[39]。

ステビオール配糖体は主に腎臓で代謝され、尿中に排泄される。72時間後には、62%のステビオシドがステビオールグルクロンの形で尿中に検出されます[35-36,40],これは、有機アニオンの排泄の違いに関連しています。の分子量steviol glucuronideには494 u。有機分子重量600とイオンをu以下腎臓は主に排出されるの人体のために利用する事で分子量と有機イオン中、男の6 u以上は主に排泄胆汁に伝って全身に。[41];一方、ラットでは分子量325 u以上の化合物は主に胆汁を介して体外に排出されます。[41]。しかし、家畜や家禽におけるステビオシドの代謝パターンに関する研究は、現在は比較的少ない。

3つの生物学的機能 steviol glycoside

3.1抗酸化作用

研究では、ステビオール配糖体に強い抗酸化活性があることが確認されています。ステビオシドは、糖尿病ラットの肝臓でスーパーオキシドジスムターゼ(sod)およびカタラーゼ(cat)の活性を有意に増加させ、酸化的損傷に対する有意な保護効果を有する[42]。酸化Stevioside抑えられるストレスマウスの腎臓を抑えることでタンパク質キナーゼ1/2 (erk 1/2)規制細胞外あるのです信号トランスデューサと押し書写の3 (STAT3)と核要因-κB (NF -κB)、有毒効果を低減フリーラジカル様々な二次反応[43]市において製造されている。

試験管内での実験でも確認されたstevia and its extracts have good antioxidant activity. Jahan et al. [44] measured the maximum absorbance of the 80% ethanol extract of stevia to be 1.0 71 nm, while the maximum absorbance of ascorbic acid as a standard substance was 1.374 nm, indicating that stevia ethanol extract has a higher reducing power than ascorbic acid (vitamin C). The aqueous extract of Stevia rebaudiana Bertonileaves has a strong scavenging effect on superoxide anions, hydroxyl radicals and 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) [45]. Studies have also found that treating streptozotocin-induced diabetic mice with stevia leaves can significantly increase glutathione peroxidase (GSH-Px) activity and reduced glutathione (GSH) levels [46]. In addition, the addition of 200 mg/kg stevia residue extract can significantly improve the antioxidant status and liver fat accumulation of mice induced by high-fat high-fructose diet (HFFD) [47], while the addition of 200 and 400 mg/kg stevia residue extract can also improve the intestinal structure and intestinal antioxidant status of mice with hyperuricemia [48]. Studies have shown that the good antioxidant activity of stevia extract makes it possible to use it as a preservative in salmon pastes and other seafood products [49].

3.2消炎効果

Studies have shown that organic solvent extracts of stevia have good anti-inflammatory effects. For example, ethanol extracts of stevia leaves can effectively relieve ear edema inflammation in the CF⁃ 1 mouse model of inflammation induced by arachidonic acid (AA) and furobol 12 - myristate 13 acetate (TPA) [50]. Both the chloroform extract and the methanol extract of stevia significantly inhibited carrageenan-induced rat foot swelling [51].

Steviosideはdownregulate toll様受容体2 (TLR2)—成NF—κBとmitogen-activated质蛋白キナーゼ(MAPK)経路のレベルのpro-inflammatory要因を減らしたことが腫瘍壊死要因αなど(TNF -α)、interleukin-1β(IL-1β)とインターロイキン- 6 (IL-6) -ネズミファッションモデルmastitis[52]ですα)、interleukin-1β(IL-1β)とインターロイキン- 6 (IL-6) proinflammatory呼吸が、マウス[52]mastitisで専属モデルを務めました。ステビアglycosidesも著しく改善さTNF -αのレベルを抑え、IL-6大腸炎感を持つモデル达にマウスし、表情を抑えるcyclooxygenase-2(剤)inducibleの一酸化窒素が皮膚からシンターゼ[53]タンパク質(iNOS)します。同様に、研究結果によると、steviosideの表現downregulate proinflammatory IL-6などTNF -αIL-1β、剤、高机动群箱1タンパク質(HMGB1) inducibleの一酸化窒素が皮膚から一酸化窒素シンターゼ/一酸化窒素(iNOS / NO)などのproinflammatory要因とupregulates消炎の表情要素をトランスフォーミング成長因子-β1(出発-β1)interleukin-10 (IL-10)[54]。などの情報技術(It)のもだったことstevioside steviolに毒性黄砂⁃2細胞避けることができ核因子剤タンパク质α/核因子κB (IκBα/ NF⁃κB)シグナリング経路、誘発型はリポ多糖類生産に繋がるTNF⁃α、⁃の写真⁃1β正日総6[55]。

3. 3. 低血糖および降圧効果

Steviol glycosides, as a low-calorie, high-sweetness sugar substitute血糖値を上げることができますShivannaら[42]ステビアが葉の粉末をインスリンの分泌を定量ネズミ型糖尿病の上の膵臓βた細胞はとインスリン感度とブドウ糖寛容ネズミの2型糖尿病もを高めることができる。

さらに、ステビオシドは、糖尿病ラットにおいてインスリンおよびグリコーゲン濃度を有意に改善し、空腹時の血糖値およびグリコシル化ヘモグロビン濃度を有意に低下させることが明らかにされている[56-57]。血糖値が高い場合、インスリン分泌とレボオーディサイドaとの間には直接の用量反応関係がある[58]。向上させることSteviosideできる血糖が蘇っカルシウムイオン(Ca2 +)活性化さやピリッおよび第四級チャネル(TRPM5)味膵臓β細胞インスリン分泌glucose-induced[発刊]めて。いくつかの研究研究は、ステビオールが大幅に腸内のグルコース蓄積を減らすことができることを発見しました,これはステビオールによるものです'の能力は、腸粘膜のアデノシン三リン酸(atp)含有量を減少させ、腸の形態や構造を変化させることによって、グルコースの腸吸収を阻害する[61]。

いくつかの研究500 mg/dステビオシドを2年間服用した後、女性高血圧患者の収縮期血圧および拡張期血圧が有意に低下したことが研究によって示されている[62]。[63]ほかにも、28 ~ 75歳の女性高血圧患者で1日3回0.25 gのステビオシドを服用した場合、わずか7日後に収縮期血圧および拡張期血圧が有意に低下したことが明らかになった。研究は、ステビオシドの良好な血圧低下効果は、アンジオテンシン変換酵素活性の強力な阻害に関連している可能性があると結論付けました[64]。

3. 4. 抗菌・抗がん効果があります

puriら[65]は、エタノール、メタノール、クロロホルムなどの有機溶媒を用いた抽出によって精製されたステビオシドが、クレブシエラ・ニューモニエ、bacillus cereus、pseudomonas aeruginosa、bacillus subtilis、bacillus subtilis、salmonella typhimuriumの成長を阻害することを発見した。サルモネラ属菌typhimurium。特に、枯草菌、肺炎桿菌、緑膿菌に対する抗菌活性は、用量依存的に有意な変化を示しました。それは、レボオーディサイドうがいをした成人の口腔内に蓄積されるプラークの量が、ショ糖うがいをした成人のそれより82%も少なかったこと[66]であり、ステビオシドはその抗菌性のために口腔潰瘍や歯茎疾患の伝統的治療に広く用いられている[67]。

研究を通じて、ステビオシドはまた、選択的に増殖を阻害し、アポトーシスを誘導することによって、膀胱がん細胞の増殖を阻害することができることを発見しました[68]。

ステビオシド糖体はまた、乳がん細胞の移動と転移の可能性を減少させることができますmda mb 231[69]、侵襲性を低下させ、ステビオシドの主成分であるステビオールは、mcf乳がん細胞に強い細胞毒性作用を持ち、g2 / m周期停止によってmcf細胞の増殖を阻害することができます[70]。chenら[71]は、ステビオールがヒト胃mkn-45、mgc-803およびhcg-27、および大腸hct116、hct-8およびcaco-2を含む6つのがん細胞株に対して抗増殖効果を有することを示した。細胞生存率の阻害は用量依存的であり、胃がん細胞は大腸がん細胞よりも感受性が高かった。細胞周期のさらなる分析により、steviolは、g1期ではmkn、hgc、27、hct、116、caco細胞をブロックし、mgc、hct、8細胞はg2期でブロックすることが確認されました。

4ステビオシド動物生産におけるステビオシドの応用

4.1家畜生産におけるステビオシドの応用

研究では、ステビオシドは、豚などの味に敏感な家畜の生産能力に影響を与えることができることがわかりました,牛,羊,毎日の体重増加を増加させます,若い家畜の下痢を減らすのに役立ちます[5,72]。研究は、離乳の2週間後に飼料に167 mg/kgのステビオシドを追加すると、離乳子の毎日の体重増加が有意に増加したことを示しました,しかし、異なる割合を追加します(0 .083 3%,0。167%または0。334%)ステビオシドの離乳子の飼料摂取量と飼料転換率に有意な効果はありませんでした[72]。

300 mg/kgのステビオシドを飼料に添加した場合、28日齢の離乳子の1日平均体重増加率が最も高く、1日平均飼料摂取量が直線的に増加し、飼料転換率が直線的に減少した。さらに、飼料に0.3%のステビオシドを添加すると、デュロック豚の毎日の体重増加と飼料利用率が大幅に増加し、免疫力が強化され、背脂の厚さなどの肉質の特性が改善されます[7]。一般的に、飼料へのステビオシドの添加は、飼料の利用率を高め、免疫力を高めることによってブタの成長性能を改善するのに役立つ可能性がある。

 家畜の腸内フローラの変化にステビオシドがどのように影響するのかについては、現時点ではあまり研究されておらず、ブタの成長性能の向上が腸内フローラの調節に関係しているのかどうかについては、今後の研究が期待されます。残ステビアだがそれに加えて、鉄道省が確認され(steviosideを含む、クロロゲン酸、フラボノイドなど物質)妊娠した雌豚の飼料にするフローラできれば腸の構図を調節することを大幅に促進相対豊かな肠内细菌から有益(Fusobacteriaceae家などRuminococcaceae家、減らす親戚であるクロストリジウムなどの有害細菌perfringens余裕です。それはまた、授乳雌豚の1日平均飼料摂取量を有意に増加させることができる[73]。

Currently there is relatively little research on the use of stevioside as a feed additive in cattle and sheep diets。hanらは[74]、山東黒ヤギの餌に400 ~ 800 mg/kgのステビオシドを加えると、乾燥飼料の摂取量と飼料の総摂取量が有意に増加することを発見した。飼料0.3%では、飼料中のステビオシドは、漢牛の死骸の最終重量、体重増加および粗タンパク質含有量を改善することができ、大幅に点滴損失およびせん断力を低減し、背長節筋肉の肉の色赤み値を増加させ、それによって死骸の品質を向上させる[75]。しかし、牛や羊の生産能力を調節するために飼料に添加されるステビオシドの具体的なメカニズムについては、さらなる研究が必要とされている。

4. 2. Steviolグリコシド 養鶏への応用

研究では、ステビオシドは、鶏肉の生産性能と免疫機能を向上させる効果があることがわかりました。しかし、t1r2受容体を持たない鳥類は甘味に敏感ではないため、主にt1r2に依存しない経路を介して鳥類の生産能力に影響を与えている[6]。

For example , for example, the addition of 0.3% stevia extract can significantly increase the daily weight gain and feed utilization of 3-week-old green-footed chickens, increase serum albumin levels, and improve organ indices such as the bursa of Fabricius, spleen and thymus [8, 76]. Jiang et al. [6] also found that adding 250 mg/kg stevioside to the feed of Ross 308 broilers significantly increased their body weight, average daily weight gain and average daily feed intake. Recent research shows that stevioside may promote the increase in broiler feed intake by regulating the hypothalamic neuroactive ligand-receptor interaction pathway and changing the intestinal microbial composition [9].

抗酸化、消炎作用があるとによりsteviosideの相乗効果で、steviosideな抗酸化力が著しく向上し、鶏血清や空腸等のmRNA表情を大幅に減らしてNF -回腸粘膜のκ重複部BとmRNA傾向減らさざるを表情IL-1β空腸でγ-interferon (IFN -γ)の表情mRNA、減少傾向と大きくmRNA Nrf2の表現が増大し、猫とSOD1回腸の粘膜を空腸で農場の鶏は[77]。さらに、飼料に80 mg/kgのステビア甘味料(0.5%のステビオシドを含む)を添加すると、実験42日目以降のコブブロイラーの体重と毎日の体重増加が有意に増加する可能性があります[78]。

以上の結果は、養鶏飼料にステビオシドを添加すると、飼料の利用率、抗酸化能力、免疫機能を改善し、腸内微生物の組成を調節し、それによって養鶏の成長性能を向上させるのに役立つことを示しています。しかし、667 mg/kgのステビオシドの添加は、ブロイラー鶏の飼料摂取量、体重増加および飼料転換率に有意な影響を及ぼさないことも判明している[79]。なおれるの初回化学stevioside (3200 mg / kg)効果がなかった平均体重増加、日平均飼料供給量の転換率および免疫器官インデックス情報を植樹エーカー農場の鶏は、しかし血糖値を大幅に下げレベル、合成抑制されるブドウ糖、増やしカルシウムリンなど[80]消化に表面化。上記のように、異なる研究で報告された結果にはいくつかの違いがあり、動物の品種、ステビオシドの有効活性と添加量、治療時間、摂食管理などの要因が関係している可能性があります。

The addition of stevioside to the feed may also have a maternal and intergenerational effect. Jiang et al. [81] found that the addition of 250 mg/kg stevioside to the feed of broiler breeders improved the development of their chicken embryos development and improved intestinal morphological integrity and intestinal immune function in the offspring broilers. It was also found that stevioside can also alleviate the damage to the intestinal mucosa of the offspring broilers caused by lipopolysaccharides by regulating the intestinal microbiota [82]. In addition , feeding laying hens a diet supplemented with 1% stevia extract can not only increase daily weight gain and feed efficiency, improve gastrointestinal function, enhance immunity, but also enhance the yolk color of eggs and the total amount of essential amino acids and protein in eggs [83]. At present , and there have been many reports on the application of stevioside as a feed additive in broilers and laying hens, while there have been relatively few studies on its application in other poultry.

5まとめと展望

In summary, stevioside, as a natural sweetener, has good biological functions such as anti-oxidation, anti-inflammation, improving blood sugar and blood pressure, antibacterial, anticancer and immune regulation. Research have shown that the addition of stevioside to the feed has the effect of increasing feed intake and promoting growth in livestock and poultry, as well as improving the antioxidant capacity of livestock and poultry, regulating the immune function of the body and intestines, and having a certain effect on improving the quality of livestock and poultry meat and eggs. Therefore, stevioside has broad application prospects as a new feed additive in livestock and poultry production. However,  

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