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有关人造甜味剂阿斯巴甜的知识

发布日期:2016/3/23 10:58:42

阿斯巴甜具有清爽、类似蔗糖的甜味,它没有人工甜味剂通常具有的苦涩味或金属后味,这是它的一个很重要的优点。

【发现历史】
1965年12月,美国Schlatte在合成供生物分析用的四肽化合物促胃液激素时,阿斯巴甜这个中间产物溅到Schlatter的手上,因他知道这种氨基酸混合物无毒,所以就不忙于立即洗手。后来当他为取一张称量纸而舔了一下那个手指时,顿时感到这种二肽酯具有糖一样的甜味。阿斯巴甜就这样被发现了。
在历经了16年的风风雨雨之后,1981年美国FDA终于确认了它的食品甜味剂地位,并确定其最大日摄入量ADI值为50mg/kg。1981年,世界食品添加剂联合专家委员会 (JECFA) 批准的ADI值为40mg/kg。目前,全世界共有100多个国家允许使用,是允许使用国家最多的一种强力甜味剂。在美国,阿斯巴甜是惟一的一种被 FDA批准使用的营养型强力甜味剂。在我国,阿斯巴甜是惟一的一个没有限量使用的强力甜味剂。

【稳定性】
阿斯巴甜水溶液在一定的温度和酸性pH条件下,其酯键能被水解而生成天冬氨酰苯丙氨酸 (Asp-Phe) 和甲醇。在中性、碱性 (pH>7) 或受热条件下,或经环化作用消去甲醇形成环天冬氨酰苯丙氨酸,即二酮基哌嗪 (DKP)。最终,天冬氨酰苯丙氨酸还会继续水解生成两个单独的氨基酸——天冬氨酸和苯丙氨酸。

在固体粉末饮料和什锦点心之类干燥产品中,阿斯巴甜的稳定性很好,整体稳定性类似于纯阿斯巴甜。高温环境中阿斯巴甜会发生水解和环化作用,这就限制了它在焙烤、油炸类需高温长时处理食品中的应用。但若处理得当,阿斯巴甜也可用在那些需某种程度热处理的食品中,如可应用在需经高温短时杀菌的食品中 (132~138℃, 1min)。在其他极限条件下,如冰冻或速冻食品中,直接变化的阿斯巴甜数量很少。

【风味增强特性】
阿斯巴甜对某些食品、饮料风味具有增效作用,特别是对酸型水果风味。感观评定认为,它对天然香料的增效作用要比对合成香料好。应用在某些食品上,这种风味增效特性可使阿斯巴甜的使用量减少,还可满足口香糖之类产品的某些特殊需要。使用阿斯巴甜的口香糖,其甜味持续时间要比使用蔗糖的长4倍。阿斯巴甜与某些甜度稍低的甜味剂或一些盐类混合使用时,易改变其缠绵的甜味特性和口感,在配制食品时必须注意这一点。

【协同增效作用】
阿斯巴甜可与强力甜味剂或碳水化合物型甜味剂混合使用,这就进一步扩大了它的应用范围。当阿斯巴甜与碳水化合物型甜味剂 (如蔗糖、果糖或葡萄糖) 混合时,产品能量下降不少而甜味却没有变化。当阿斯巴甜与强力甜味剂 (如糖精、甜蜜素、安赛蜜或甜菊糖) 混合使用时,产品有时略带有苦涩味,这可通过加大混合物中阿斯巴甜的比例来改善,改善程度随阿斯巴甜的比例增大而增大。混合甜味剂协同增效作用与各组成甜味剂所占的比例及食品配料系统有关。

【代谢】
通过放射元素标记技术在小鼠、大鼠、狗或猴子身上,对阿斯巴甜的吸收、分配、代谢和排泄情况作了专门的研究,用以观察阿斯巴甜可能的代谢特性。所有的试验结果一致表明,如图3-20所示,阿斯巴甜很快就分解成三个部分: 苯丙氨酸 (Phe)、天冬氨酸 (Asp) 和甲醇,之后经吸收代谢并通过正常途径排出体外。这三种成分与日常食品中的有关成分没有任何区别。

阿斯巴甜的药理学研究是在所有主要的生理系统中进行的,结果表明它完全没有药理活性。只有一个例外,那就是当断乳小鼠摄入相当数量的阿斯巴甜时,会出现苯丙氨酸超负荷效应。这种情况是在断乳小鼠摄取量高达11g/kg持续13周后出现的。这样大的剂量本身就有毒性,因此不能用来说明问题。

【生产方法】
阿斯巴甜的生产方法有三种: 化学合成法、酶合成法和基因工程法。总的说来,已有的生产公司多采用化学合成法,酶法较少使用。至于基因工程法,仅在理论上作了分析。

化学合成法
阿斯巴甜的合成原料有两种: L-天冬氨酸 (L-Asp) 和L-苯丙氨酸 (L-Phe)。这两种氨基酸分子中的功能团较多,若不对部分基团进行保护,在缩合反应时会出现自身酰化和交叉酰化,生成6种二肽混合物。它们分别是: α-Asp-Asp、β-Asp-Asp、PheOMePheOMe、α-Asp-PheOMe、β-Asp-PheOMe和PheOMe-Asp。为减少副反应,在两种氨基酸缩合之前需对某些功能基团进行保护,缩合后再将之脱除。总的说来,化学法合成阿斯巴甜一般包括以下五个步骤:
①先将L-Asp的氨基或羧基保护起来,其中选择保护氨基的方法还需再转变成LAsp酸酐,或是保护氨基与生成酸酐两步同时进行。
②L-Phe酯化成L-PheOMe。
③使已保护基团的L-Asp与L-PheOMe缩合生成带保护基的α-Asp-PheOMe(无甜味),同时还有少量β-异构体等副产物生成。
④脱除保护基生成有甜味的α-Asp-PheOMe (阿斯巴甜)。
⑤提纯与精制。

酶合成法
由于化学合成法专一性差,得率较低,故人们又致力于酶合成法的研究,以期提高得率并降低生产成本。酶合成法是使用合适的蛋白酶,将L-天冬氨酸 (氨基团已保护或未保护) 与L-苯丙氨酸甲酯缩合在一起。除此之外的反应操作,与化学合成法一样。

已研究过可实现缩合反应的蛋白酶主要有以下几种: 
1、嗜热菌蛋白酶 (Thermolysin): 可在pH6.0~6.5缓冲液中将氨基团已保护的LAsp与L-PheOMe缩合生成带保护基的α-Asp-PheOMe,没有β-异构体副产物。
2、内肽酶 (Endopeptidas): 可将N-苯甲酰-L-天冬氨酸-α-甲酯与L-苯丙氨酸甲酯缩合生成带苯甲酰基的α-Asp-PheOMe。
3、木瓜蛋白酶: 在乙酸乙酯溶液中将苄氧羰基L-天冬氨酸与苯丙氨酸甲酯缩合生成带苄氧羰基的阿斯巴甜。木瓜蛋白酶甚至可用外消旋的DL-苯丙氨酸甲酯起反应,而只生成L-型产物。
4、嗜热脂肪芽孢杆菌 (Bacillus stearothermophilus) 的中性蛋白酶: 可将苄氧羰基-L-天冬氨酸与苯丙氨酸甲酯盐酸化物缩合生成带保护基的阿斯巴甜。
5、金黄色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus) 的蛋白酶: 可用不带保护基的L-天冬氨酸-α-甲酯或α-酰胺与L-苯丙氨酸甲酯缩合生成阿斯巴甜。
6、得自溶乳酪小球菌 (Micrococcus caseolyticus) 的阿斯巴甜水解酶: 能在与水混溶的有机溶剂中将不带保护基的L-天冬氨酸与苯丙氨酸甲酯缩合生成阿斯巴甜。
7、氨肽酶 (Aminopeptidase): 也曾用来合成阿斯巴甜。
另外,也可将微生物菌丝体直接加到含底物的反应体系中,进行催化缩合反应。经研究认为有效的微生物包括: 无色杆菌 (Achromabacter)、产碱杆菌 (Alcalicigenes)、扩展短杆菌 (Brevibacterium)、节杆菌 (Arthrobacter)、假丝酵母 (Candida)、棒状杆菌 (Corynebacterium)、黄杆菌 (Flavobacterium)、纤维单胞菌 (Cellulomonas)、八叠菌 (Sarcina)、假单胞菌 (Pseudomonas) 和掷孢酵母 (Sporobolomyces) 等。它们的作用底物除了常用的苯丙氨酸甲酯和带保护基的天冬氨酸衍生物外,还可直接用两种氨基酸为原料合成阿斯巴甜或其前体化合物。

酶合成法的转化率通常达95%以上,比化学合成法的 (一般仅70%) 高很多,且酶法只生成α-型产物一种,没有β-异构体生成,由此显示出其比化学法的优越性。由于酶催化的专一性,对原料的纯度要求不高,反应体系中有不溶物生成使生产自动趋于完成,并提供了一个极好的纯化阶段。所有这些,都是酶合成法的优点。

但是,酶合成法的投料浓度与产物浓度一般都很低,生产强度低,物料处理量大,能耗大。而且,酶法尚无法独立完成阿斯巴甜合成的全过程,比如甲酯化仍需用化学法,在生产过程需兼具化学法和酶法两套工艺。由于酶法的这些不足之处,导致其整体优势不大,实用性较小。所以酶法的研究尽管较早,但实现产业化的例子并不多见。

另一方面,天冬氨酸和苯丙氨酸的化学性质相当稳定,易于从化学反应后的母液中回收。扣除回收后,可提高化学合成法的整体得率,使其能与酶合成法相匹配。

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