Aspartaam
| Aspartaam | ||||
| Structuurformule en molecuulmodel | ||||
 |
||||
| Structuurformule van aspartaam | ||||
| Algemeen | ||||
| Molecuulformule (uitleg) |
C14H18N2O5 | |||
| IUPAC-naam | 3-amino-4-[(1-methoxy-1-oxo-3-fenylpropan-2-yl)amino]-4-oxobutaanzuur | |||
| Andere namen | E951, N-L-a-aspartyl-L-fenylalanine-1-methylester | |||
| Molmassa | 294,30 g/mol | |||
| SMILES |
COC(=O)C(CC1=CC=CC=C1) NC(=O)C(CC(=O)O)N
|
|||
| InChI |
1/C14H18N2O5/c1-21-14(20)11 (7-9-5-3-2-4-6-9) 16-13(19)10(15)8-12(17)18/h2-6, 10-11H, 7-8,15H2,1H3,(H,16,19)(H,17,18)/f/h16-17H
|
|||
| CAS-nummer | 22839-47-0 | |||
| EG-nummer | 245-261-3 | |||
| PubChem | 2242 | |||
| Beschrijving | Kunstmatige zoetstof | |||
| LD50 (ratten) | > 10000 mg/kg | |||
| Fysische eigenschappen | ||||
| Aggregatietoestand | vast | |||
| Dichtheid | 1,3 g/cm³ | |||
| Smeltpunt | 240 - 247 °C | |||
| Oplosbaarheid in water | 1% (20°C) g/L | |||
| Nutritionele eigenschappen | ||||
| ADI | 40 mg/kg lichaamsgewicht | |||
| Type additief | zoetstof | |||
| E-nummer | E951 | |||
| Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar) | ||||
|
||||
Aspartaam is een kunstmatige zoetstof die 160 tot 200 maal [bron?]zo zoet is als suiker, die ook wel bekendstaat als E951. Door deze grote zoetkracht en de lage energetische waarde voor het lichaam wordt het veel gebruikt in zoete lightproducten als frisdranken. Sinds de introductie van de zoetstof begin jaren tachtig circuleren er negatieve berichten rondom de effecten op de gezondheid.
Inhoud |
Chemische samenstelling [bewerken]
Chemisch gezien is aspartaam de methylester van het dipeptide dat bestaat uit de aminozuren asparaginezuur en fenylalanine, aangevuld met methanol. De zoetstof heeft de stereo-isomeer L-fenylalanine. De variant met D-fenylalanine smaakt niet zoet, omdat het door zijn structuur niet kan binden aan de smaakpapillen voor zoetheid op de tong. Zowel asparaginezuur als fenylalanine zijn normaal in onze voeding voorkomende aminozuren, beide voorkomend in de groep van de twintig aminozuren waaruit alle menselijke en dierlijke eiwitten zijn opgebouwd, en die beide 5 à 10 procent daarvan uitmaken, afhankelijk van de bron van het eiwit.
Ontdekking [bewerken]
De zoetstof werd in 1965 ontdekt door James Schlatter, die bij G.D. Searle & Co, in Skokie, Illinois, Verenigde Staten, werkte. Hij deed onderzoek voor het ontwikkelen van een medicijn tegen maagzweren en maakte daartoe een reeks van verbindingen die telkens uit twee aminozuren bestonden. Een van de ontwikkelde verbindingen bestond uit asparaginezuur en fenylalanine. Schlatter ontdekte de zoetheid van aspartaam toen hij aan een vinger likte, om een stuk papier op te pakken. Het bleek dat zijn vinger vervuild was met de door hem gesynthetiseerde stof aspartaam. De stof werkte weliswaar niet zoals bedoeld was, maar het leidde wel tot een groot commercieel succes voor de firma.
In de tijd dat aspartaam nog beschermd was kon de firma hoge prijzen verlangen voor de zoetstof, die opliepen tot 100 dollar per kilogram. Om een zelfde zoetkracht te bereiken als met suiker, was zo weinig nodig, dat de kosten voor het zoeten met aspartaam nog altijd lager waren dan de kosten voor het verbruik van suiker.
G.D. Searle & Co werd in 1987 voor 2,7 miljard dollar overgenomen door Monsanto. In 2000 werd het onderdeel NutraSweet Company doorverkocht aan J.W. Childs voor 440 miljoen dollar.
Producenten [bewerken]
Aspartaam wordt in de handel gebracht onder de namen Nutrasweet en Canderel, daarnaast is er nog de merknaam Equal, dat voornamelijk in de VS op de markt is. Aspartaam werd onder andere geproduceerd door HSC (Holland Sweetener Company) in Geleen, een joint venture van DSM en Tosoh uit Japan. Het door HSC gebruikte productieproces maakte gebruik van biotechnologie, waardoor de opbrengst van de zoete variant optimaal is. In 2005 produceerde HSC 3000 ton aspartaam en een afgeleid product genaamd Twinsweet (een combinatie van aspartaam en acesulfaam). Verminderde winstgevendheid heeft ertoe geleid dat HSC in 2006 met de productie van aspartaam gestopt is.
Aspartaam wordt ook door NutraSweet Company (als NutraSweet), een onderdeel van J.W. Childs, door Ajinomoto uit Japan en door Merisant (als Candarel en Equal) gemaakt.
In 1992 verliep het patent op aspartaam, zodat het tegenwoordig vrij door eenieder kan worden geproduceerd, daardoor is de verkoopprijs sterk omlaag gegaan.
Per 2007 wordt 18.000 ton aspartaam per jaar geproduceerd en groeit de productie van aspartaam 5% per jaar[1].
Enzymatische productie [bewerken]
Bij de enzymatische productie[2] wordt gebruikgemaakt van het enzym thermolysine dat verkregen wordt uit de bacterie Bacillus proteolicus of thermoproteolyticus, die voorkomt in de warme zee rondom Japan. Het enzym is stabiel tot 60 °C. Het enzym werkt stereoselectief, waardoor alleen het werkzame L-isomeer wordt geproduceerd. De biotechnologische reactie wordt uitgevoerd in een waterig milieu bij 50 °C. Deze reactie wordt gevolgd door een chemische reactie, waarbij bij het tussenproduct een methylestergroep wordt gehydrolyseerd met een zoutzuuroplossing. Gevolgd door een behandeling met waterstof in aanwezigheid van een palladium-katalysator en methanol zal aspartaam in de oplossing neerslaan (aspartaam is namelijk slecht oplosbaar). De opbrengst uit deze reactie is 99,99%.
Chemische productie [bewerken]
Het lijkt makkelijk om twee aminozuren met elkaar te verbinden via een chemische weg[3][4]. In dit geval zijn er echter een aantal storende factoren, wanneer de uitgangstoffen worden genomen en deze bij elkaar worden gevoegd.
- Aspartaam werkt alleen met één van de enantiomeren van fenylalanine (de L-vorm). Indien de reactie niet wordt gecontroleerd zal een racemisch mengsel ontstaan en is de opbrengst van aspartaam laag.
- Ook asparaginezuur bestaat in twee vormen. De combinatie van twee racemische mengsels van zowel de fenyalanine en asparaginezuur maakt de opbrengst nog lager.
- Ook wanneer asparaginezuur en fenylalanine in de juiste enantiomeren met methanol worden gecombineerd, is de opbrengst van aspartaam laag. Asparaginezuur heeft twee zuurgroepen, waarmee de aminogroep van fenylalanine zou kunnen reageren (een condensatie, waarbij een watermolecule vrijkomt).
- Fenylalanine heeft zowel een aminogroep als een zuurgroep en zou dus ook een condensatie reactie kunnen aangaan met een andere fenylalanine.
- Methanol kan reageren met drie ter beschikking staanden zuurgroepen (twee bij asparaginezuur en een bij fenylalanine) en maar een groep is de juiste.
Daarom moeten de reacties in een speciale volgorde verlopen:
- Men werkt alleen met de juiste enantiomeren van zowel asparaginezuur als fenylalanine.
- In een voorreactie wordt eerst het methanol in een condensatiereactie verbonden aan fenylalanine.
-
- Bij asparaginezuur wordt de aminogroep beschermd door er een carbobenzyloxy-groep (Cbz) aan te hangen en de zuurgroep het dichtst bij de aminogroep wordt beschermd door er een benzyl-groep aan te hangen, zodat alleen de juiste zuurgroep kan reageren met de fenylalanine.
- De zuurgroep van asparaginezuur die moet reageren met fenylalanine wordt geactiveerd met BOP (benzotriazol-1-yloxytris(dimethylamino)phosphonium hexafluorofosfaat), ook wel bekend als Castro's reagens.
- Nu kunnen de ontstane stoffen bij elkaar worden gevoegd. De fenylalanine vervangt de BOP op het asparaginezuur-derivaat.
- De beschermde groepen, de carbobenzyloxy-groep en de benzyl-groep, moeten weer worden verwijderd, waarna het aspartaam is ontstaan.
Toepassingen [bewerken]
Aspartaam wordt vooral gebruikt voor het zoeten van 'light' frisdranken en andere voedingsmiddelen die koud bereid kunnen worden.
Aspartaam valt al bij temperaturen die licht boven kamertemperatuur liggen uit elkaar en verliest daardoor zijn zoete smaak. Hierdoor is aspartaam niet geschikt voor voedingsmiddelen die na toevoeging verhit moeten worden.
Daarnaast verliest de stof zijn zoetheid na verloop van tijd doordat de stof niet stabiel is. De bij het verval ontstane stoffen zijn smaakloos en beïnvloeden de smaak van het product niet. De stoffen die daarbij ontstaan kunnen echter wel andere gevolgen hebben voor het menselijk lichaam; zie daarvoor verder onder metabolisme. In dranken zoals cola en andere koolzuurhoudende en zure frisdranken is de stof tot een half jaar houdbaar.
Aspartaam is een zoetstof, die qua smaak zeer dicht bij suiker komt.
De FDA heeft een aanvaardbare dagelijkse inname (ADI) van 50 mg/kg lichaamsgewicht bepaald. Dat komt overeen met 22 blikjes light (7 liter) frisdrank per dag voor een man van 80 kg en met 15 blikjes (5 liter) voor een vrouw van 55 kg. De Europese Unie heeft een ADI van 40 mg/kg lichaamsgewicht vastgelegd.
Onderzoeken in verschillende landen hebben aangetoond dat gemiddeld 2 tot 4 mg/kg aspartaam per persoon wordt ingenomen in Europese landen. Een hoge inname van meer dan 10 mg/kg treedt op bij 2,5% van de onderzochte personen.[5]
Metabolisme [bewerken]
Aspartaam is een dipeptide en wordt, net als andere eiwitten, door de spijsverteringsenzymen (peptidase en esterase) afgebroken. Het wordt in de aminozuren asparaginezuur en fenylalanine omgezet. Deze aminozuren komen ook in eiwitten in het dagelijks voedsel voor in combinatie met andere aminozuren. Het aspartaat (de geïoniseerde vorm van asparaginezuur) wordt snel gemetaboliseerd, zodat deze stof niet in verhoogde niveaus in het bloed wordt aangetroffen, ook niet bij een excessief gebruik van aspartaam. De verhoging van de concentratie van fenylalanine in het bloed, als gevolg van een hoge dosis aspartaam, is weliswaar meetbaar maar komt niet boven gemeten concentraties na een maaltijd[5].
Bij de afbraak ontstaat ook een geringe hoeveelheid methanol, dat eerst oxideert tot formaldehyde, dat weer oxideert tot mierenzuur.
Afbraakproducten [bewerken]
Aspartaam is geen stabiel product, het wordt afgebroken. Na langere aanwezigheid in een 'light' frisdrank is een gedeelte van de aspartaam afgebroken tot aspartylfenylalanine diketopiperazin (DKP) en ook fenylalanine wordt aangetoond. DKP zou onder bepaalde omstandigheden in de darmen tot een nitrosamine kunnen worden omgezet, hetgeen een kankerverwekkend product zou kunnen opleveren. DKP heeft een ADI van 7,5 mg/kg.[bron?]
Toelating door de FDA [bewerken]
De toelating van aspartaam in de Verenigde Staten door de Food and Drug Administration verliep niet geheel zonder problemen, aanvankelijk was er een vermoeden dat aspartaam de kans op ontstaan van hersentumoren bij laboratoriumratten vergrootte. In 1974 werd de stof door de FDA in eerste instantie vrijgegeven, maar de FDA herriep die beslissing en verlangde in 1975 nog verdere tests. Uiteindelijk werd op grond van de testen de stof in 1981 toegelaten voor het gebruik in droge voedingsmiddelen op voorwaarde dat op het etiket werd vermeld: bevat fenylalanine. Daarna volgde in 1983 de toelating voor koolzuurhoudende dranken; voor overige voedingsmiddelen in 1993. Donald Rumsfeld, van 1977 tot 1985 CEO van G.D. Searle, heeft veel bijgedragen aan de toelating van aspartaam.
Bij later uitgebreid onderzoek is echter geen verband onomstotelijk aangetoond, en werd aspartaam ook in de Verenigde Staten toegelaten voor menselijke consumptie. Hierdoor is aspartaam één van de meest geteste stoffen die ooit door de FDA zijn toegelaten.
Vermeende risico's [bewerken]
In 1983 worden voor het eerst kritische kanttekeningen geplaatst bij het gebruik van aspartaam. De Britse krant The Guardian plaatst rond de toelating in Groot-Brittannië een hele serie artikelen tegen de zoetstof. Zo zou aspartaam onder andere het hongergevoel bevorderen, de bloeddruk verhogen, de pijngevoeligheid van het lichaam beïnvloeden, en zou het slapeloosheid veroorzaken. In 1984 beweerde het Amerikaanse burgerinitiatief Common Cause dat de testen die voor de toelating werden gebruikt, vol fouten zitten.
Aan het eind van de jaren tachtig wordt beweerd dat het oogziekten en psychiatrische ziekten zou veroorzaken. In 1990 wordt door The Guardian beweerd dat testen door de producent van NutraSweet waren vervalst.
In 2002 evalueerde de EFSA (Europese autoriteit voor voedselveiligheid) alle tot op dat moment verrichte wetenschappelijke onderzoeken.[5] Zij zag daarbij geen reden om haar aanbeveling van een toelaatbare dagelijkse inname van maximaal 40 mg per kilogram lichaamsgewicht te wijzigen. In 2013 werd aspartaam door de EFSA als veilig bestempeld bij matig gebruik, behalve voor mensen met fenylketonurie.[6]
Giftigheid door methanol [bewerken]
De concentratie van methanol in het bloed als gevolg van het gebruik van aspartaam wordt niet verhoogd, wanneer aspartaam met gebruikelijke mate (4 mg/kg tot 10 mg/kg) wordt ingenomen. Slechts bij een dosis waarbij uitzonderlijk veel lightproducten met aspartaam worden geconsumeerd (>50 mg/kg aspartaam) is een effect op de methanolconcentratie in bloed waarneembaar.[5] Methanol komt ook voor in vruchtensappen (via pectine[7]) en in alcoholische dranken zoals bier en wijn (in combinatie met ethanol, dat de giftige werking van het methanol blokkeert, doordat methanol niet wordt gemetaboliseerd in aanwezigheid van voldoende ethanol). [8][9] Bij de afbraak van methanol in het lichaam kunnen formaldehyde en mierenzuur ontstaan, beide kunnen giftig voor het lichaam zijn. Formaldehyde is giftig, doordat het reageert met de aminozuren in eiwitten; mierenzuur doordat het de functie van mitochondriën in de cel verstoort.[bron?]
Verhoogde concentratie van fenylalanine en asparaginezuur in het bloed [bewerken]
De bedenkingen richten zich hier op het verschil tussen opname van deze aminozuren in combinatie met andere aminozuren (zoals het geval is bij normaal eten) en de geïsoleerde inname als gevolg van het gebruik van aspartaam.
Neuro-endocriene concentratieveranderingen in de hersenen [bewerken]
De bedenkingen richten zich hier op veranderde concentraties van dopamine, serotonine en noradrenaline (neurotransmitters) in de hersenen, die ertoe zouden kunnen leiden dat signalenoverdracht in de hersenen wordt gestoord. De afwezigheid van overige aminozuren wanneer aspartaam wordt ingenomen, kan leiden tot een lokale overconcentratie van fenylalanine.
Controverse [bewerken]
Aspartaam is een controversieel onderwerp. Er zijn vele websites waarop de onderzoeken naar de veiligheid van aspartaam door zowel de FDA als de producenten van aspartaam in twijfel wordt getrokken, of ronduit wordt gesteld dat deze onderzoeken vervalst zijn. Er zijn ook verschillende onderzoeken uit universitaire hoek waarin geprobeerd wordt aspartaam vanuit een neutraal standpunt te beschrijven. Op diverse websites van met name de producenten van aspartaam wordt gepoogd de door tegenstanders gemelde negatieve effecten te ontzenuwen, aan de hand van onderzoek door overheidsinstellingen .
Hier volgt een overzicht van de belangrijkste vermeldingen van beide kanten. Vast staat dat aspartaam ongeschikt is voor mensen die aan fenylketonurie lijden. De argumenten hieronder gaan over de gevaren voor normale gebruikers.
Argumenten van de tegenstanders [bewerken]
- Aspartaam zou mogelijk kankerverwekkend zijn. In verschillende rattenstudies is getracht dit aan te tonen maar de conclusie is nog niet definitief [10][11][12], aangezien er (nog) geen effecten bij mensen zijn beschreven.
- Er worden een groot aantal bijwerkingen van aspartaam door consumenten gemeld bij de FDA, zoals hoofdpijn en migraine, smaakverlies, oorsuizingen, duizelingen, misselijkheid en vele andere.[13] Dit kan te wijten zijn aan de grote persaandacht met betrekking tot mogelijke gevaren van aspartaam.
- In aspartaam zitten de aminozuren fenylalanine en asparaginezuur in geïsoleerde vorm. Alhoewel alleen fenylalanine een essentieel aminozuur is en het in voedsel aanwezig is als eiwit (een eiwit is een aaneenschakeling van aminozuren met een specifieke ruimtelijke structuur), zijn er vragen over de risico's van inname van geïsoleerde aminozuren.[14]
- Uit aspartaam kan methanol gevormd worden.
- Aspartaamzuur is slecht voor het glazuur van tanden.
- Het product leidt niet tot gewenst gewichtsverlies: er zijn integendeel sterke indicaties dat het gewicht toeneemt.[15]
- Er zijn plantaardige zoetstoffen die volledig natuurlijk zijn, zoals steviolglycosides.
Argumenten van de voorstanders [bewerken]
- Het methanol dat in het lichaam ontstaat door de metabolisering van aspartaam na het drinken van een glas 'light' frisdrank is minder dan de hoeveelheid die ingenomen wordt bij het drinken van een glas vruchtensap of melk.[16]
- De acceptabele dagelijkse inname (40 mg/kg) is zo hoog, dat het vrij onwaarschijnlijk is dat het wordt bereikt, alleen in extreme gevallen.[17] Onderzoeken hebben aangetoond dat zelfs bij een verhoogde inname van 75 mg/kg geen negatieve effecten vastgesteld konden worden.[bron?]
- Fenylalanine dat in het lichaam worden gevormd uit aspartaam is een onmisbaar aminozuur.
- Wetenschappers van de Universiteit van Illinois beweerden dat het gebruik van aspartaam het ontstaan van cariës tegenwerkt.[18]
- Wetenschappers van de Universiteit van Leeds beweerden dat aspartaam goed is voor de lijn, omdat het weinig calorieën bevat. Daarnaast vermindert het het hongergevoel, hetgeen van pas komt bij het afvallen.
- Volgens Martijn Katan "zijn [er] weinig onderdelen van uw voeding zo grondig onderzocht als aspartaam of cyclamaat".[19] Er is dus niets mis met aspartaam.[19] Hij beweert dat de slechte naam van aspartaam heeft te maken met roddelen via het internet.[19]
Fenylketonurie [bewerken]
Fenylalanine is voor de mens een essentieel aminozuur, dat wil zeggen dat men dit aminozuur niet zelf kan aanmaken, zodat het uit de voeding dient opgenomen te worden. Het voorkomen van fenylalanine maakt de zoetstof echter ongeschikt voor lijders aan de stofwisselingsziekte fenylketonurie (PKU); voor hen (ongeveer 1 op 18.000 mensen lijdt aan deze ziekte) staat altijd de waarschuwing "bevat een bron van fenylalanine" op de verpakking van voedingsmiddelen die met aspartaam gezoet zijn.
