Аспартам (), L-Аспартил-L-фенилаланина метиловый эфир — искусственный подсластитель, используемый в качестве заменителя сахара, известен как пищевая добавка E951. Аспартам имеет ту же калорийность, что и сахар, при этом имеет сладость в 200 раз больше привычной сахарозы. Он был синтезирован в 1965 году, его срок патента закончился в 1987 году в Европе и в 1992 году в США.
Аспартам является одним из наиболее тщательно проверенных пищевых ингредиентов. Обзоры исследований, проведённые более чем 100 государственными регулирующими органами, показали, что ингредиент безопасен для здоровья человека при соблюдении адекватных норм потребления.
Открытие Аспартам был открыт в 1965 году Джеймсом М. Шлаттером, химиком, работавшим в GD Searle & Company, дочерней компании Pfizer. Шлаттер синтезировал аспартам в качестве промежуточного этапа в создании — гормона гастрина для использования в качестве кандидата на противоязвенное лекарство. Он обнаружил его сладкий вкус, когда лизнул палец, на который попал аспартам.
Описание
Свойства Аспартам — это метиловый эфир L-аспартил-L-фенилаланина; представляет собой дипептид полученный путём формальной конденсации альфа-карбоксильной группы L-аспарагиновой кислоты с аминогруппой метилового эфира L-фенилаланина. Соответсвенно этому, полное название аспартама по номенклатуре ИЮПАК — N-L-a-аспартил-L-фенилаланина 1-метиловый эфир, используется также название L-Аспартил-L-фенилаланина метиловый эфир; химическая формула аспартама — C14H18N2O5.
Аспартам примерно в 180—200 раз слаще сахарозы (столового сахара), представляет собой бесцветные кристаллы, хорошо растворим в воде, не имеет запаха. Несмотря на то, что этот подсластитель, как углеводы и белки, имеет калорийность 4 ккал/г, для создания сладкого вкуса необходимо настолько малое количество аспартама, что он относится к низкокалорийным («непитательным») подсластителям.
Вкус аспартама и других искусственных подсластителей отличается от вкуса столового сахара длительностью сладости и временем до ощущения сладкого вкуса, хотя аспартам ближе всего подходит по вкусовым характеристикам к сахару среди прочих одобренных искусственных подсластителей (после сукралозы). Аспартам часто смешивают с другими искусственными подсластителями, такими как ацесульфам калия для получения общего вкуса, более похожего на вкус сахара. Описательный метод растворов, содержащих аспартам, сообщает о сладком послевкусии, а также о горьком и неприятном послевкусии.
Стабильность Как и многие другие пептиды, аспартам может гидролизоваться (расщепляться) на составляющие его аминокислоты в условиях повышенной температуры или высокой кислотности. Это делает аспартам нежелательным в качестве подсластителя для выпечки и для продуктов с высоким pH. Стабильность аспартама при нагревании можно в некоторой степени улучшить, добавив его в жиры или мальтодекстрин. При комнатной температуре аспартам наиболее стабилен при рН 4,3. Однако при рН 7 он может распасться в течение относительно короткого времени (дни, недели). Большинство безалкогольных напитков имеют рН от 3 до 5, где аспартам достаточно стабилен и не разлагается. Аспартам иногда смешивают с другим, , подсластителем, таким как сахарин .
В сильнокислых или щёлочных условиях аспартам может образовывать метанол путём гидролиза. В более жёстких условиях пептидные связи также гидролизуются, в результате чего образуются свободные аминокислоты.
Аспартам существует как полугидрат при обычных температурах, при нагревании до 130° он становится безводным (anhydrate). При дальнейшем нагревании до 180 °C он разлагается с образованием производного ; этот же дикетопиперазин образуется при деградации аспартама под действием света или кислотной среды.
В таких продуктах, как порошкообразные напитки, амин в аспартаме может вступать в реакцию Майяра с альдегидными группами, присутствующими в некоторых ароматических соединениях. Последующую потерю как вкуса, так и сладости можно предотвратить, защищая альдегид в виде ацеталя.
Синтез
В настоящее время используются два подхода к синтезу аспартама в коммерческих целях. В химическом синтезе две карбоксильные группы аспарагиновой кислоты соединяются в ангидрид, а аминогруппа представляет собой защищённую формильную группу. Фенилаланин превращается в его метиловый эфир и соединяется с ангидридом N-формиласпарагиновой кислоты; затем защищённая группа удаляется . Недостатком этого метода является тот факт, что может образоваться β-форма, горькая на вкус, когда неправильная карбоксильная группа из ангидрида аспарагиновой кислоты связывается с фенилаланином, при этом желаемый и нежелательный изомер образуется в соотношении 4:1.
Другой подход использует фермент из Bacillus thermoproteolyticus для катализа конденсации химически изменённых аминокислот, который будет давать высокие без побочного продукта β-формы, тем самым получая идеальный вкус аспартама. Этот метод раннее не использовался в коммерческих целях, поскольку давал низкие выходы. Методы прямого получения аспартилфенилаланина ферментативными средствами с последующим химическим метилированием также были опробованы, но в настоящее время не используются в промышленном производстве.
Механизм действия Воспринимаемая людьми сладость аспартама (и других сладких веществ, таких как ацесульфам калия) у людей обусловлена его связыванием с рецепторами и , связанными с гетеродимерным G-белком. Аспартам не распознаётся грызунами из-за различий во вкусовых рецепторах.
Метаболизм В желудочно-кишечном тракте человека аспартам под влиянием ферментов пищеварения метаболизируется в аспарагиновую кислоту (40 % массы), фенилаланин (50 %) и метанол (10 %). Аспартам может гидролизироваться (распадаться) на эти три компонента полностью в просвете кишечника, либо же гидролизироваться на метанол и дипептид аспартилфенилаланин, который затем расщепляются на составляющие аминокислоты клетками слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. Даже при приёме внутрь очень высоких доз аспартама (более 200 мг/кг), аспартам не обнаруживается в крови, поскольку полностью перерабатывается в пищеварительной системе и не поступает в кровь напрямую.
Все три метаболита аспартама включаются в процесс пищеварения и утилизации точно так же, как те же вещества, полученные с пищей, поступление этих метаболитов с обычными пищевыми продуктами превышает их поступление, которого можно было бы ожидать от потребления аспартама Так, аспарагиновая кислота является одной из наиболее распространённых аминокислот в обычном рационе, и при 90-м процентиле потребления аспартама, он обеспечивает только от 1 % до 2 % суточного потребления аспарагиновой кислоты.
Безопасность Безопасность аспартама изучалась с момента его открытия, и это один из наиболее тщательно изученных пищевых ингредиентов. Большое количество токсикологических и клинических исследований аспартама подтверждают его безвредность при потреблении в пределах допустимой дозы и выше (допустимая дневная доза устанавливается со 100-кратным запасом). Аспартам признан безопасным подсластителем и пищевой добавкой для человеческого здоровья более чем 100 регулирующими органами в своих странах, включая Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) и Европейское агентство по безопасности продуктов питания (EFSA).
Учитывая результаты большого количества исследований по безопасности аспартама, в том числе пяти ранее проведённых негативных продолжительных исследований канцерогенности, недавно опубликованного крупного исследования эпидемиологии с отрицательной взаимосвязью между использованием аспартама и возникновением опухолей, отрицательные результаты серии из трёх исследований на трансгенных мышах, FDA не находит оснований изменить своё предыдущее заключение, что аспартам безопасен в качестве подсластителя пищи общего назначения.
История исследований В 1975 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) рассмотрело 11 исследований, представленных производителем аспартама для его одобрения в качестве пищевой добавки. Команда FDA сообщила о «серьёзных недостатках в предоставленных работах». FDA стремилось подтвердить подлинность представленных исследований по подтверждающим данным. В 1979 году пришёл к выводу, что, поскольку многие проблемы с исследованиями аспартама были незначительными и не влияли на общие выводы, их можно было использовать для оценки безопасности аспартама.
В 1980 году FDA созвало Общественный совет по расследованию, состоящий из независимых консультантов, которым было поручено изучить предполагаемую связь между аспартамом и раком мозга. Совет пришёл к выводу, что аспартам не вызывает повреждения головного мозга, но рекомендовал не одобрять аспартам как пищевую добавку, сославшись на оставшиеся без ответа вопросы о раке у лабораторных крыс.
В 1983 году FDA одобрило использование аспартама в газированных напитках, а в 1993 году — в других напитках, выпечке и кондитерских изделиях. В 1996 году FDA сняло все ограничения с аспартама, разрешив использовать его во всех продуктах питания.
Несколько стран Европейского союза одобрили аспартам в 1980-х годах, а в 1994 году он был одобрен во всём Европейском союзе. Европейское агентство по безопасности продуктов питания (EFSA) рассмотрело последующие исследования безопасности и впоследствии в 2002 году одобрило аспартам как безопасный пищевой ингредиент. В 2006 году EFSA вновь рассмотрело ряд исследований аспартама, в очередной раз объявив его безопасной пищевой добавкой. Аналогичный вывод вновь был сделан при рассмотрении всех имеющихся исследований EFSA в 2013 году.
Допустимая дневная доза Как и для других пищевых добавок, перед одобрением на использование аспартама в пищу была установлена допустимая дневная доза (ДДД), которая определяется как «количество пищевой добавки, выраженное в пересчёте на массу тела, которое можно употреблять ежедневно в течение жизни без какого-либо риска для здоровья». Объединённый экспертный комитет ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (JECFA) и Европейское агентство по безопасности продуктов питания (EFSA) на основании проведённых исследований определили, что уровень, не вызывающий видимых отрицательных эффектов (УНВОЭ) аспартама составляет 400 мг/кг массы тела, в то время как Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) определило УНВОЭ 500 мг/кг соответственно. Поскольку ДДД — это показатель со стократным запасом по безопасности, ДДД аспартама составляет 40 мг/кг (по данным JECFA и EFSA) и 50 мг/кг (по данным FDA) массы тела соответственно.
В обзорах были проанализированы исследования, в которых изучалось потребление аспартама в странах по всему миру, включая Соединённые Штаты, страны Европы и Австралию, среди прочих. Эти обзоры показали, что даже высокие уровни потребления аспартама, изученные во многих странах и различными методами измерения потребления аспартама, значительно ниже уровня ДДД. В обзорах также было обнаружено, что группы населения, которые, как считается, являются особенно высокими потребителями аспартама, такие как дети и диабетики, находятся ниже ДДД для безопасного потребления, даже с учётом расчётов потребления по наихудшему сценарию.
В отчёте, опубликованном 10 декабря 2013 года, EFSA сообщило, что после тщательного изучения доказательств оно исключило «потенциальный риск того, что аспартам может повредить гены и вызвать рак» и сочло количество, содержащееся в диетических газированных напитках, безопасным для употребления. В 2023 году, в ходе очередного пересмотра безопасных норм потребления аспартама, эксперты JECFA пришли к выводу, что аспартам по-прежнему считается безопасной пищевой добавкой и подсластителем в рамках установленных доз потребления.
Общий метаболизм