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阿斯巴甜的应用

发布日期:2018/9/29 17:54:25

【背景及概述】[1][2]

随着工业生产技术的发展及人民生活水平的提高,一方面食糖的生产量已满足不了不断增长的市场需要;另一方面人们认识到食糖摄入过多对人体健康有着不良的影响。因此,20世纪70 年代以后,用生物技术或化学合成法开发出一系列甜味物质,成为食品添加剂的一个主要门类。甜味剂按其性质可分为两大类: 1类是提供热量,参加新陈代谢的营养性甜味剂,如大豆低聚糖、木糖醇、麦芽糖醇、和氢化淀粉水解物等等。另1 类是具有甜味,但不参加新陈代谢,不提供热量的非营养性甜味剂。上述几种营养性甜味剂的甜度都不及蔗糖,因此尽管味质较好,但使用时会增加产品的成本,国内推广存在一定的困难,仅在糖尿病患者专用食品及防龋食品中得到应用。对于非营养性甜味剂,早期的产品有甜度为蔗糖25 。倍的甜精或称乙氧苯服,甜度为蔗糖40倍的赛克来美脱或称环己磺酸钠或钙,以及甜度为蔗搪300 ~ 650 倍的搪精或称邻磺酞苯酞亚胺。但甜精和赛克来美脱由于安全性方面的原因退出甜味剂市场,而糖精也先后在加拿大、美国等一些国家被禁用,在我国也受到限制。目前,新一代强力甜味剂正受到食品生产者和消费者的青睐,主要包括安赛蜜、阿斯巴甜、三氯蔗糖,尤其是阿斯巴甜和三氯蔗糖以其口味好、安全性高而被认为是最有发展前途的强力甜味剂。

阿斯巴甜(Aspartame ,阿斯巴甜,C14 H18 N2O5),化学名称为N-α-L-天冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯,由美国G .D.Searle公司的研究人员在合成促胃液分泌激素时偶然发现其甜味,成为二肽类中第一个被发现有甜味的物质。它在水中溶解度约为1%,乙醇中为0 .26 mg/dL。可作为非营养型甜味剂。在常温、弱酸(pH 为3 ~ 5)条件下十分稳定,在长时间高温强碱条件下会分解为无毒、无味的二酮哌嗪。阿斯巴甜在体内能很快消化成3 个组分:天冬氨酸、苯丙氨酸和甲酯,然后被吸收。自1981 年美国食品和药品管理局核准通过使用后,目前,该甜味剂已经在100个国家及多个权威机构认可,我国于1986 年正式批准其在食品中使用。目前,阿斯巴甜已经发展成为国际市场上的主导强力甜味剂。

【特性】[3]

1.安全性

阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸构成,可以像蛋白质一样在体内被快速吸收,不会积蓄在体内,根据联合国粮农组织(FAO)对其的评价认为阿斯巴甜是安全可靠的,成人每天按40 mg/kg 摄入是安全的,这个用量远远大于正常的食糖量,常食用不产生龋齿,不影响血糖,不会引起肥胖、高血压和冠心病等。

2.低热量、高甜度、甜味纯

阿斯巴甜的热值仅为4186 kJ/kg,是蔗糖的1/200。尤其适用于糖尿病、肥胖病、高血压和心血管疾病患者食用。联合国食品添加剂联席委员会(JECFA)确定阿斯巴甜为A(I)级甜味剂。阿斯巴甜可感知的甜度为2 .8 mg/dL,而蔗糖仅为0 .636 mg/dL。阿斯巴甜的甜味带有凉爽感、没有苦涩、甘草和金属味,可增加饮料的水果风味。

【应用】[3]

阿斯巴甜可作为强力甜味剂和风味增效剂广泛应用在各种食品、饮料或医药品中。根据食品工业的实际情况以及阿斯巴甜的独特性质,在应用研究方面,主要有以下几个方面的应用。

1. 饮料工业:碳酸饮料是阿斯巴甜应用最多的饮料,如可口可了。在软饮料家族中,除了碳酸饮料外,果蔬汁、茶饮料等对阿斯巴甜的需求量、使用量也逐渐增大。同时,果汁、含乳饮料也可以使用阿斯巴甜。另外,阿斯巴甜对天然风味有较明显的协同增效使用,由于阿斯巴甜可加强果汁饮料、果酒的风味浓性,阿斯巴甜在饮料工业的应用范围越来越广。

2. 冰淇淋、冰冻甜点:由于冰淇淋属高糖高油产品,热量值高,导致很多

人对之望而却步。冰淇淋工业迫切需要通过技术改新求得产品的更新换代,以加强市场竞争力。由于APM属于低热能甜味剂,因此,通过使用阿斯巴甜及其它填充料,开发出高纤维低热量冰淇淋、无糖低热量冰淇淋等产品,以解决此类问题。

3. 婴幼儿食品、奶粉、豆奶粉:在婴幼儿食品、奶粉、豆奶粉中大都使用了较大量的蔗糖,过多蔗糖的摄入会导致婴幼儿过于肥胖,不利于婴幼儿发育,因此,利用阿斯巴甜高甜度低热量的特可以替换此类食品中的蔗糖。

4. 糖果、药制剂:由于阿斯巴甜不但热量低,而且有预防龋齿的作用,因此,在糖果、巧克力等产品中被广泛的应用。而且近年来,在某些药物制剂,如某些药物泡腾片、维生素C 、钙片等产品对阿斯巴甜的需求也在逐渐增大。

【制备】[4]

1. 化学合成法

1)内酐法:一种是用苄氧羰基为保护基,先上保护基后脱水形成的内酐的方法;另一种是在甲酸、醋酸酐混合溶液中一步形成甲酰基天门冬氨酸酐的方法。后者在工业化生产中最为常见。内酐法是最早期的方法,反应中不可避免会产生β- 异构体,收率低。但近十年来,在反应体系、β- 异构体回收工艺方面有了较大的改进,加上辅助原料价廉易购,因此仍具有工业生产价值。内酐法可分为先酯化和后酯化两种方法。内酐法的缩合反应通常在EtOAc/HAc 有机溶剂中进行,内酐中两个羰基的存在,会产生α、β 两种异构体,其中β- 异构体有苦味。两种异构体的盐酸盐在水中溶解度相差90 倍以上,利用这个性质很容易将β- 异构体除去,再用弱碱调pH 至4.5-5.5,就得到α-APM。

2) 内酯法:天门冬氨酸以内酯的形式参与缩合反应的方法称为内酯法,这种缩合反应只生成α- 异构体一种产物,具有很大的优越性。常见的内酯主要有:由L-Asp与Ac2O、HCOOH、Br3CCHO、HAc一锅法合成的2- 三溴甲基-3-甲酰基-5- 氧-4- 噁唑乙酸;由N-Z-Asp、(-CHO-)n 合成的3-苄氧羰基-5 氧-4 噁唑乙酸;由N-Z-Asp、甲基乙基磺原酸酯、PBr3 合成的L-天冬氨酸硫代羰基酸酐(L-Asp-NTA),其中以L-Asp-NTA最具有代表性。合成时,首先将N-Z-Asp、甲基乙基磺原酸酯在45-50 ℃下于NaOH-CH3OH,介质中反应生成硫羰氧基甲酸乙酯,后者于25 ℃下与PBr3 反应得到稳定的衍生物L-Asp-NTA 晶体,得率高达90%,将L-Asp-NTA 与L-Phe·OMe·HCl 在25 ℃特定pH 值条件下缩合成高含量的α-APM,得率为63%

2. 酶合成法

酶合成法是使用合适的蛋白酶,将L-Asp(氨基已保护或未保护)与L-Phe·OMe 缩合在一起。除此之外的反应操作与化学合成法一样。1979 年Isowa Y. 等用嗜热菌蛋白酶(Thermolysinthermoase)成功地将L- 苯丙氨酸甲酯和N- 被护L- 天门冬氨酸合成α-阿斯巴甜前体,从此之后人们陆续开发出多种具有该功能的酶。木瓜蛋白酶在乙酸乙酯和水组成的两相溶剂中催化N-苄氧羰基-L-天门冬氨酸-α-甲酯。内酞酶(Endepeptidase)可催化N- 苯甲酰基-L-天门冬氨酸-α- 甲酯与N- 苯丙氨酸甲酯反应,生成苯甲酰基-L-天门冬酰-L-苯丙氨酸甲酯。嗜热脂肪芽胞杆菌(Bacillussteaarothermophilus)的中性蛋白酶在pH为6.4水溶液中将苄氧羰基-L-天门冬氨酸同苯丙氨酸甲酯盐酸盐反应生成N-苄氧羰基-L-天门冬酰-L-苯丙氨酸甲酯。

3.基因工程法

通过重组技术,前体化合物天门冬酰可以合成具有(L-天冬氨酸-L-苯丙氨酰)n 密码的多聚体双链DNA,在Hind Ⅲ限制性内切酶的切口处连接到pWT121 质粒上或用Eco RI 酶连接至pBGp120 质粒上,再转入大肠杆菌K12 中,从寄主中获得含有这一重复序列的大分子肽,提取后用胰凝蛋白酶或枯草杆菌蛋白酶切开得到Asp- Phe,再甲酯化合成α-APM。该方法目前还处于实验阶段。

【主要参考资料】

[1] 周力. 阿斯巴甜的生产与应用[J]. 食品科学, 1997, 18(7): 18-21.

[2] 陈伯适, 欧阳贻德. 新型甜味剂阿斯巴甜[J]. 化工时刊, 2001, 15(12): 59-61.

[3] 吴璞强, 赵桂霞, 张亚楠, 等. 阿斯巴甜的合成和应用研究进展[J]. 中国调味品, 2010 (1): 30-32.

[4] 钱亚杰, 钱志伟. 阿斯巴甜的合成研究[J]. 河北化工, 2007, 30(11): 38-40.

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