甜菊糖与风味调节剂组合的神经协同效应及与蔗糖的神经反应差异研究

《NeuroImage》：Human neural synergy when combining stevia with a flavour modifier and the neural effects of sucrose vs stevia

本刊编辑推荐：为提升天然甜味剂甜菊糖（stevia）的感官接受度并掩盖其苦味，研究人员首次利用fMRI技术探究了添加风味调节剂（FMP）Proust 221对甜菊糖神经反应的影响。研究发现，甜菊糖与调节剂组合在中央后回、顶叶和枕叶区域产生超叠加神经协同效应，且下丘脑和伏隔核（NAcc）活动与口感饱满度呈正相关。该研究为通过神经调控手段改善无营养甜味剂的感官品质提供了新依据，对推动减糖健康饮食具有重要意义。

　　

随着世界卫生组织（WHO）2023年报告指出过量摄入游离糖会威胁食品营养质量并导致不健康体重增加，采用高强度无营养甜味剂（non-nutritive sweeteners）或低热量甜味剂替代蔗糖已成为食品工业减糖战略的重要方向。天然零热量甜味剂甜菊糖（stevia）虽在调节食欲和能量摄入方面具有优势，但其存在的苦味残留、口感单薄及高浓度时的草本异味等问题，严重限制了消费者接受度。风味修饰剂（flavour modifiers）的出现为改善甜菊糖的感官特性提供了新思路，这类添加剂能增强或掩盖食物的感官特征而不引入新的风味属性。然而，关于风味调节剂如何通过调控神经系统来增强甜菊糖的感官体验，特别是其与蔗糖的神经反应差异，至今尚缺乏系统研究。

为解答这一科学问题，英国雷丁大学心理学与临床语言科学学院的Hee-kyoung Ko、Ciara McCabe等研究团队在《NeuroImage》发表了最新研究成果。研究人员通过功能磁共振成像（fMRI）技术，首次探究了添加风味调节剂Proust 221对甜菊糖神经反应的影响，并直接比较了甜菊糖与蔗糖在大脑活动中的差异。该研究采用严格的感官匹配设计，确保甜味感知强度的一致性，从而将神经效应与感官差异分离开来。

研究团队招募34名健康成年人（平均年龄25.7岁）参与within-subjects（受试者内）研究设计。通过标准化禁食和进食协议控制代谢状态后，受试者在fMRI扫描过程中分别接受甜菊糖（ST）、甜菊糖+调节剂（STM）、蔗糖（S）和调节剂单独（M）四种刺激。研究采用block设计（区块设计），通过专用导管系统精准控制味觉刺激的输送时机。fMRI数据采集使用3T西门子扫描器，采用多波段序列获取全脑血氧水平依赖（BOLD）信号。数据分析不仅关注全脑水平的神经活动，还针对岛叶（insula）、中央后回（postcentral gyrus）、下丘脑（hypothalamus）、伏隔核（nucleus accumbens, NAcc）和杏仁核（amygdala）等特定脑区进行深入探究。

在关键技术创新方面，研究团队通过三角形测试筛选出对2%蔗糖溶液具有正常味觉敏感度的受试者，确保实验群体的感官一致性。刺激物配制方面，采用感官专家小组的二分强制选择法（2AFC）验证了甜度匹配效果，确认0.032%甜菊糖+调节剂与0.036%甜菊糖具有等效甜度，且调节剂本身无甜味特性。fMRI任务设计巧妙设置了无味对照溶液（25 mM KCl + 2.5 mM NaHCO₃）作为基线，有效分离了味觉特异性激活与一般口腔触觉反应。数据分析中采用超叠加性（super-additivity）对比STM > Sum(ST, M)来检测神经协同效应，并通过ROI分析探究特定脑区与主观评分（愉悦度、苦度、口感饱满度）的相关性。

3.1 感官结果

专业感官评价数据显示，甜菊糖（0.036%）与6%蔗糖在甜度上无统计学差异，甜菊糖+调节剂（0.032%）与单独甜菊糖（0.036%）的甜度等效性也得到确认。重要的是，调节剂单独与1.5%蔗糖（人类甜味感知最低浓度）比较时，显示出显著较低的甜度，证实其本身不产生甜味感知。

3.4.2 刺激物主观评分

主观评分结果显示，蔗糖在愉悦度（pleasantness）和口感饱满度（mouth fullness）上显著高于甜菊糖条件，而甜菊糖的苦度（bitterness）评分显著高于蔗糖。值得注意的是，甜菊糖与甜菊糖+调节剂之间在主观评分上无显著差异，表明调节剂的效应可能发生在潜意识水平。

3.5.2 超叠加性：STM > Sum(ST, M)

全脑分析发现，甜菊糖+调节剂组合在中央后回、顶叶皮层和枕叶回区域表现出超叠加神经协同效应（p<0.05 FWE校正）。这些区域与味觉强度感知和多感官整合密切相关，表明调节剂的添加增强了甜菊糖的神经表征丰富度。

3.5.5 蔗糖 vs 甜菊糖

蔗糖与甜菊糖直接比较显示，蔗糖在岛叶和罗兰迪克盖区（rolandic operculum）激活更强，但这些结果仅在未校正阈值（p<0.001）下显著，提示需要谨慎解读。

3.6.1 STM vs ST

ROI分析发现，甜菊糖+调节剂条件下下丘脑激活显著降低（p=0.008），左侧前岛叶活动也有减少趋势。下丘脑的活动变化与蔗糖的神经特征更为接近，提示调节剂可能使甜菊糖的神经反应更类似蔗糖。

3.6.3 蔗糖 vs 甜菊糖

右侧中央后回区域对蔗糖的反应显著强于甜菊糖（p=0.01），这与甜味强度处理相关，可能反映了蔗糖与甜味剂在体感处理上的本质差异。

3.8 参数调制分析

脑活动与主观评分的相关性分析揭示了一系列重要发现：岛叶活动与甜菊糖条件的愉悦度呈负相关，表明其对甜菊糖的不良感官特性特别敏感；杏仁核活动与甜菊糖的苦度评分正相关，但这种关联在甜菊糖+调节剂条件下不显著，提示调节剂可能潜意识层面掩盖苦味；下丘脑和伏隔核的活动与甜菊糖+调节剂的口感饱满度正相关，且这种关联强于单独甜菊糖条件，表明调节剂通过神经机制增强了口感体验。

研究结论表明，风味调节剂Proust 221与甜菊糖组合能产生显著的神经协同效应，主要体现于与味觉感知、强度处理和多感官整合相关的脑区。特别重要的是，调节剂在主观评分无显著变化的情况下，改变了甜菊糖的神经表征：降低了下丘脑反应（使其更类似蔗糖），减弱了杏仁核对苦味的反应，并增强了与口感饱满度相关的伏隔核和下丘脑活动。这些发现提示，风味调节剂可能通过潜意识神经机制提升甜菊糖的接受度，而非通过改变意识层面的感官体验。

该研究的创新性在于首次揭示了风味调节剂对天然甜味剂神经反应的调控机制，为食品工业优化低糖产品感官品质提供了神经科学依据。通过精准调控神经反应，未来可能开发出更具"糖样"特性的甜味剂解决方案，助力公共健康目标的实现而不牺牲食品享受。研究采用的严谨实验设计、感官匹配方法和多维度神经指标评估，为未来食品感官神经科学研究设立了新标准。

值得注意的是，研究发现蔗糖与甜菊糖在奖励相关脑区（如纹状体）无显著差异，这与某些早期研究结论不同，但与大样本量研究的荟萃分析结果一致，提示此前关于甜味剂奖励价值较低的结论可能源于方法学局限。此外，中央后回对蔗糖的更强反应可能反映了蔗糖特有的体感属性，这为区分营养性与非营养性甜味剂提供了潜在神经标记物。

未来研究可进一步探究风味调节剂诱导的神经变化是否能预测实际消费行为，以及长期使用调节剂对味觉偏好和饮食选择的影响。同时，结合多模态神经影像技术（如EEG-fMRI同步记录）可能更全面揭示风味调节的时间动力学机制。这些深入研究将为开发更有效的减糖策略提供重要科学支撑。