阿斯巴甜 阿斯巴甜結(jié)構(gòu)式
阿斯巴甜(英語 :Aspartame,簡稱APM),有機(jī)化合物,其分子式為C??H??N?O?,是一種人工合成的氨基酸甜味劑 。阿斯巴甜又叫作蛋白糖、 甜味素 和天冬甜母等,其化學(xué)名為N-L-α- 天門冬 氨酰- L-苯丙氨酸 甲酯(L-α-Asp-Phe-OMe),相對分子質(zhì)量為294.30。常溫下,阿斯巴甜外觀呈白色無味的結(jié)晶粉末,且干燥環(huán)境下非常穩(wěn)定 ,能夠微溶于水和 乙醇 ,其雙熔點約為190℃和245℃。阿斯巴甜沒有氣味,本身具有強(qiáng)烈甜味 ,其甜度是 蔗糖 的180~200倍,具有高甜 度、低熱量、無副作用和易被機(jī)體吸收利用等優(yōu)點 。因此,阿斯巴甜常作為甜味劑和風(fēng)味增效劑在食品行業(yè)有廣泛應(yīng)用,常用于各種甜品、零食、飲料、乳制品、甜點和醫(yī)藥用品中 。自然界中無天然的阿斯巴甜,它是由L-天冬氨酸和L-苯丙氨酸通過縮合反應(yīng)人工合成的二肽衍生物 ,可通過 酸酐 法、內(nèi)酯法和生物合成法等制備。阿斯巴甜沒有遺傳毒性、生殖毒性、神經(jīng)毒性、慢性毒性和致癌性,可作為食品添加劑安全使用,但最近幾年有動物試驗和流行病學(xué)研究結(jié)果顯示,大劑量阿斯巴甜可能會誘發(fā)神經(jīng)中毒癥狀和腦瘤 。
發(fā)現(xiàn)歷史 阿斯巴甜是研究人員在實驗中不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)的。二十世紀(jì)60年代中期,美國G.D.Searle實驗室的J.M.Schlatter在合成供生物分析用的四肽化合物促胃液激素時,有一部分中間產(chǎn)物不小心濺到了 他的手上,因為在此實驗過程中并不會產(chǎn)生對人體有害的混合物,J.M.Schlatter也就沒有立即洗手而是選擇 繼續(xù)實驗。在后面的實驗中,他需要取一張稱量紙,就在取紙前舔了一下沾有阿斯巴甜的那個手指時,立刻感受到這種二肽化合物具有和蔗糖一樣的甜味,J.M.Schlatter也因此發(fā)現(xiàn)了阿斯巴甜。 。
物質(zhì)結(jié)構(gòu) 阿斯巴甜分子包含了L-苯丙氨酸和L-天冬氨酸兩個氨基酸,其中,L-天冬氨酸是親水性的氨基酸,而L-苯丙氨酸則是疏水性的氨基酸 ,這兩個氨基酸分別給予了阿斯巴甜疏水性和親水性 。
根據(jù)分子中結(jié)合水的含量不同,阿斯巴甜共有4種晶體結(jié)構(gòu),分別為富水形態(tài)(water-richest form)晶體ⅠA(結(jié)合水14%),晶體ⅠB(結(jié)合水3.6%),半結(jié)合水形態(tài)(hemi-hydrate form)晶體ⅡA和無水形(anhydrate form)晶體ⅡB 。晶體結(jié)構(gòu)比較如圖所示。
阿斯巴甜晶體結(jié)構(gòu):(a)半水合態(tài)ⅡA(黑色)和無水合態(tài)ⅡB(紅色)
(b)水合態(tài)ⅠA(黑色)和水合態(tài)ⅠB(紅色)
特性
理化性質(zhì) 阿斯巴甜外觀為白色結(jié)晶粉末 ,其 摩爾質(zhì)量 為294.30g/mol,它在水中溶解度10.20mg/mL(25℃,pH=7),乙醇中為2.6μg/mL 。阿斯巴甜的含熱量為4kcal/g,與蔗糖類似,但獲得相同的甜度其需要量僅約為蔗糖的1/200 。阿斯巴甜的穩(wěn)定性與溫度有關(guān),當(dāng)溫度升高時,阿斯巴甜的穩(wěn)定性會降低 ,若阿斯巴甜長時間被加熱或處于高溫環(huán)境中,可導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)破壞,且阿斯巴甜在潮濕環(huán)境中容易引起水解和環(huán)化成非甜味物質(zhì),從而使甜度降低 ;阿斯巴甜的穩(wěn)定性也受pH的影響,當(dāng)pH為3~5時阿斯巴甜較為穩(wěn)定,而強(qiáng)酸強(qiáng)堿會使其穩(wěn)定性降低 ,并在溶液中發(fā)生水解反應(yīng),生成苯丙氨酸或二嗪哌酮,其水解產(chǎn)物均含有苦味 。
甜度高 阿斯巴甜擁有非常濃郁的甜度,其甜度是蔗糖的200倍左右 。與一般人造甜味劑不同,阿斯巴甜在食用后不會產(chǎn)生化學(xué)味、苦味或金屬的后味 。此外,阿斯巴甜具有甜度增效功能,當(dāng)與其他甜味劑混合時,能夠大大增強(qiáng)其甜味,其增強(qiáng)甜度的效果高于兩種甜味劑單獨使用時的甜度之和,并且還能掩蓋其他甜味劑的異味。除了對甜味的增效作用,阿斯巴甜還能增強(qiáng)一些食品的口感和風(fēng)味,例如當(dāng)含有酸味和水果等風(fēng)味的食品中添加阿斯巴甜時,會產(chǎn)生明顯的風(fēng)味增效作用 。
熱量低 阿斯巴甜所含的熱量極低,僅為4kcal/g,當(dāng)制造與使用蔗糖且甜度相同的食品時,阿斯巴甜的發(fā)熱量僅為使用蔗糖時的1/200 。根據(jù)阿斯巴甜具有熱量低的特點,其食品的適用范圍也得到擴(kuò)大,例如糖尿病、肥胖病、高血壓和心血管疾病等患者也適合食用以阿斯巴甜作為甜味劑的產(chǎn)品 。
安全性 阿斯巴甜分子主要由兩個氨基酸構(gòu)成,分別是 天冬氨酸 和苯丙氨酸 。當(dāng)阿斯巴甜進(jìn)入人體后,其在體內(nèi)的代謝過程不需要胰島素的參與,并能很快消化為天冬氨酸、苯丙氨酸和甲酯 。因此阿斯巴甜在人體內(nèi)可以像蛋白質(zhì)一樣很快被吸收,而不會積蓄在體內(nèi) 。與其他高熱量甜味劑不同,常食用阿斯巴甜不會產(chǎn)生齲齒,不影響血糖,也不會引起肥胖、糖尿病、高血壓和 冠心病 等。聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)對阿斯巴甜的評價認(rèn)為在一定范圍內(nèi)使用阿斯巴甜是安全可靠的,成人每天按40mg/kg攝入是安全的,這個用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常的食糖量 。我國在1986年正式批準(zhǔn)阿斯巴甜在食品中使用 。
制備方法
化學(xué)合成法
酸酐法 酸酐法合成阿斯巴甜是化學(xué)合成法的一種,主要是通過先保護(hù)L-天冬氨酸(L-Asp)和L-苯丙氨酸(L-Phe)的官能團(tuán),以防止阿斯巴甜自身發(fā)生?;磻?yīng)產(chǎn)生較多副產(chǎn)物,在形成肽鍵后再將保護(hù)基脫去 。酸酐法根據(jù)合成路徑不同可分為兩種,一種是用 芐氧羰基 作為保護(hù)基,先反應(yīng)形成保護(hù)基后脫水形成內(nèi)酐的方法,也可稱為內(nèi)酐法;另一種是在甲酸、醋酸酐混合溶液中一步形成甲?;扉T冬氨酸酐的方法 。在內(nèi)酐法中,常用芐氧羰基和甲?;鳛長-天冬氨酸和L-苯丙氨酸的保護(hù)基,這也是最早期合成阿斯巴甜的方法 ,此方法具有反應(yīng)步驟短和成本低等優(yōu)點,但由于所形成的酸酐內(nèi)存在兩個可?;聂驶邗0坊瘯r可生成兩種不同的異構(gòu)體 ,因此也具有目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率低下和反應(yīng)選擇性差等缺點 。反應(yīng)過程如下:
內(nèi)酯法 阿斯巴甜合成的內(nèi)酯法是天門冬氨酸以內(nèi)酯的形式參與縮合反應(yīng)的方法,在此縮合反應(yīng)中,不會產(chǎn)生其他副反應(yīng)產(chǎn)物,只會生成阿斯巴甜α-異構(gòu)體一種產(chǎn)物,且收率高,具有一定的優(yōu)越性。但是由于在制備阿斯巴甜的過程中需要用到含有劇毒的原料,且原材料的供應(yīng)較為困難,使內(nèi)酯法合成阿斯巴甜在工業(yè)中的應(yīng)用受到了限制 。
根據(jù)合成時中間產(chǎn)物的不同,內(nèi)酯法又分為噁唑烷酮法、N-羰基酸酐法和活化酯法,其反應(yīng)過程如下 :
生物合成法 生物合成法制備阿斯巴甜主要是指酶法合成,通過選擇合適的蛋白酶,將已保護(hù)或未保護(hù)的L-天冬氨酸與L-苯丙氨酸甲酯縮合在一起,酶法合成能夠控制異構(gòu)體的生成只產(chǎn)生阿斯巴甜的α異構(gòu)體,從而提高阿斯巴甜的產(chǎn)率,此方法最關(guān)鍵的地方是控制反應(yīng)中肽鍵的形成,并能夠簡化后續(xù)分離和提純的步驟 。具有此功能且適合參與阿斯巴甜合成反應(yīng)的蛋白酶有嗜熱蛋白酶、 木瓜蛋白酶 、內(nèi)肽酶、氨肽酶、阿斯巴甜水解酶和嗜熱脂肪芽胞桿菌中性蛋白酶等 。
應(yīng)用領(lǐng)域
飲料 阿斯巴甜可用于各種不同的飲料中,包括碳酸飲料、果汁、運(yùn)動飲料、 乳酸菌飲料 、牛奶、酸奶和粉末固體飲料混合物等 。碳酸飲料是阿斯巴甜應(yīng)用最多的飲料,如可口可樂等汽水產(chǎn)品 ,在果汁飲料中,也可用阿斯巴甜來取代糖 ,一般阿斯巴甜在果汁中的用量極少,僅為0.03%~0.04%。阿斯巴甜不僅可以降低產(chǎn)品的熱量,預(yù)防齲齒,同時可以增強(qiáng)果汁的風(fēng)味 ,有助于降低成本 。阿斯巴甜對天然風(fēng)味有較明顯的協(xié)同增效作用,可以賦予酸乳制品一定的甜味,使之有酸甜感以適應(yīng) 人們的口味 ,使用阿斯巴甜的酸奶在保存期間,粘度降低和汁液分泌等現(xiàn)象均比使用砂糖的酸奶少 。此外,阿斯巴甜在茶和含酒精的飲料中也均有應(yīng)用 。
食品 阿斯巴甜常作為甜味劑用于食品行業(yè),根據(jù)其熱量低、甜度高和能增強(qiáng)風(fēng)味等特點,在各種食品行業(yè)中應(yīng)用廣泛。在冰淇淋行業(yè),由于冰淇淋屬高糖高油產(chǎn)品,其含熱量值高,而阿斯巴甜含熱量值極低,因此,通過使用阿斯巴甜及其它食品添加劑,可制作高纖維低卡路里冰淇淋和無糖低卡路里冰淇淋等產(chǎn)品 。
利用阿斯巴甜高甜度和低熱量的特點,可以作為甜味劑代替部分嬰幼兒食品中的糖類,這是因為在嬰幼兒食品、奶粉、 豆奶粉 等產(chǎn)品中,為了增加其甜味一般都使用了較大量的蔗糖,而嬰幼兒攝入過多蔗糖會產(chǎn)生肥胖等健康隱患,不利于嬰幼兒發(fā)育。此外,阿斯巴甜還具有預(yù)防齲齒的作用,因此在 糖果 、巧克力、蛋糕及各種甜點零食中被廣泛的應(yīng)用 。 阿斯巴甜還可用于咸菜的腌制。以阿斯巴甜為甜味劑腌制的咸菜可以呈現(xiàn)出與蔬菜原有甜味所相同的甜質(zhì),而且不會損失蔬菜原有的顏色、鮮明感、風(fēng)味和新鮮感,能夠有效地發(fā)揮原料具有的味道,其制成的咸菜具有口感圓潤,質(zhì)地柔軟等特點。 。
藥制劑 阿斯巴甜在藥物制劑,如某些藥物泡騰片、維生素C、鈣片等產(chǎn)品中也有應(yīng)用 。阿斯巴甜在藥制劑中可以改善味道,便于病人服用。在使用阿斯巴甜后,由于它對血糖值沒有影響,糖尿病人和肥胖者也可服用,擴(kuò)大了藥品的使用范圍。阿斯巴甜比較經(jīng)濟(jì),能降低藥物制劑的生產(chǎn)成本。此外,使用阿斯巴甜還能降低部分口服液的粘度,使液體易于過濾且成品澄清度提高,從而改變了藥品的外觀性狀 。
安全事宜
健康相關(guān) 阿斯巴甜經(jīng)口進(jìn)入人體后,在腸道酯酶和肽酶的作用下產(chǎn)生3種常見的代謝產(chǎn)物包括天門冬氨酸、苯丙氨酸和 甲醇 。阿斯巴甜的氨基酸產(chǎn)物可參與正常氨基酸代謝 ,甲醇雖有毒性,能對人的眼睛造成傷害 ,但生成量甚微 ,通常在攝入阿斯巴甜后,血液中基本檢測不到 。阿斯巴甜毒理學(xué)實驗已證明,大鼠、小鼠和犬經(jīng)口急性毒性LD??>5000mg/kg,按照 急性毒性分級 標(biāo)準(zhǔn)屬實際無毒物,大部分關(guān)于阿斯巴甜對動物遺傳毒性、生殖毒性、神經(jīng)毒性、慢性毒性和致癌性的研究中,均未發(fā)現(xiàn)阿斯巴甜有相關(guān)影響 。 聯(lián)合國糧農(nóng)組織/世衛(wèi)組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會(JointFAO/WHO Expert Committee on Food Additives,JECFA)對阿斯巴甜安全性評估為:每日允許攝入量( ADI )為0-40mg/kg 。在允許攝入量內(nèi),安全可靠 。但必須注意的是,因為阿斯巴甜代謝產(chǎn)物中含有苯丙氨酸,須基于苯丙酮尿癥(PKU)患者代謝苯丙氨酸的能力而控制阿斯巴甜的攝入量。標(biāo)簽必須注明:“可導(dǎo)致 苯丙酮尿癥 :含有苯丙氨酸” 。 但是,阿斯巴甜的安全性存在一些爭議,有部分研究報道阿斯巴甜導(dǎo)致嚙齒動物多個器官惡性腫瘤的發(fā)病率增加。在較低劑量的產(chǎn)前暴露下,嚙齒動物后代患有惡性腫瘤的風(fēng)險增加。即使在接近可接受每日攝入量(ADI)的低暴露水平上,癌癥風(fēng)險也會增加。根據(jù)調(diào)查,有相當(dāng)數(shù)量的人經(jīng)常攝入超過ADIs水平的食品成分,包括阿斯巴甜。這種超標(biāo)在嬰兒和幼兒中尤其常見。故有研究者 認(rèn)為阿斯巴甜的ADI水平可能設(shè)置得過高,可能不能提供足夠的預(yù)防癌癥的保護(hù),并呼吁所有國家和國際公共衛(wèi)生機(jī)構(gòu)重新評估阿斯巴甜的ADI水平,特別是對于孕婦和幼兒 。
急救措施 如果患者沒有呼吸,應(yīng)根據(jù)要求使用按需閥復(fù)蘇器、面罩活瓣呼吸裝置或袖珍面罩,如有必要,進(jìn)行心肺復(fù)蘇術(shù)。當(dāng)進(jìn)入眼睛是,可立即用水徹底沖洗受污染的眼睛。不要催吐。如果發(fā)生嘔吐,將患者向前傾斜或放置在左側(cè)(頭朝下的位置),以保持氣道暢通并防止誤吸。保持患者安靜并保持 正常體溫 。進(jìn)行以上處理后,立即就醫(yī) 。