Aspartaam
Van Wikipedia
| Aspartaam | |
|---|---|
|
|
|
 Structuur van aspartaam |
|
|
|
|
| Molecuulformule | C14H18N2O5 |
| Smiles | [NH3+][C@@H](CC([O-])=O)C(N[C@@H] (CC1=CC=CC=C1)C(OC)=O)=O |
| IUPAC | |
| Andere namen | E951, 'N-L-a-aspartyl-L-phenylalanine 1-methyl ester |
| CAS-nummer | 22839-47-0 |
| EINECS-nummer | 245 - 261 - 3 |
| EG-nummer | |
| VN-nummer | |
| Beschrijving | kunstmatige zoetstof |
| Vergelijkbaar met | sucrose |
|
|
|
| Carcinogeen | |
| Hygroscopisch | |
| Risico (R) en veiligheid (S) |
R-zinnen: geen |
| Omgang | |
| Opslag | |
| ADR-klasse | |
| MAC-waarde | |
| LD50 (ratten) | > 10 g/kg mg/kg |
| LD50 (konijnen) | mg/kg |
| MSDS-fiches | |
|
|
|
| Aggregatietoestand | vast |
| Kleur | |
| Dichtheid | 1,3 g/cm³ |
| Molmassa | 294,30 g/mol |
| Smeltpunt | 240 - 247 °C |
| Kookpunt | °C |
| Vlampunt | °C |
| Zelfontbrandingstemperatuur | °C |
| Dampdruk | Pa |
|
|
|
| Oplosbaarheid in water | 1% (20°C) g/L |
| Goed oplosbaar in | |
| Slecht oplosbaar in | |
| Onoplosbaar in | |
| Dipoolmoment | D |
| Viscositeit | Pa·S |
| Kristalstructuur | |
| ΔfG |
kJ/mol |
| ΔfG |
kJ/mol |
| ΔfG |
kJ/mol |
| ΔfH |
kJ/mol |
| ΔfH |
kJ/mol |
| ΔfH |
kJ/mol |
| S |
J/mol·K |
| S |
J/mol·K |
| S |
J/mol·K |
| C |
J/mol·K |
| Evenwichtsconstanten | |
| Klassieke analyse | |
| Spectra | |
|
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaard omstandigheden gebruikt (298,15K of 25°C, 1 bar) |
|
Aspartaam is een kunstmatige zoetstof die 160 tot 200 maal zoeter is dan suiker, en die ook wel bekend staat als E951.
Inhoud |
[bewerk] Chemische samenstelling
Chemisch gezien is aspartaam de methylester van de dipeptide die 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, beiden 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.
[bewerk] Ontdekking
De zoetstof werd in 1965 ontdekt door James Schlatter, die bij G.D. Searle & Co, in Stokie, Illinois, Verenigde Staten, werkte. Hij deed onderzoek naar het ontwikkelen van een medicijnen tegen maagzweren en maakte daartoe een reeks van verbindingen die telkens uit 2 aminozuren bestonden. Een van de ontwikkelde verbindingen bestond uit asparaginezuur en fenylalanine. Schlatter ontdekte de zoetheid van aspartaam toen hij aan een vinger likte, omdat hij een stuk papier wilde oppakken. Het bleek dat zijn vinger vervuild was met de door hem gesynthetiseerde stof aspartaam. De stof werkte weliswaar niet zoals eigenlijk 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.
[bewerk] Producenten
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). De prijserosie 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 en daardoor is de verkoopprijs sterk omlaag gegaan.
[bewerk] Enzymatische productie
Bij de enzymatische productie[1] wordt gebruik gemaakt van het enzym thermolysine die 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 zoutzuur oplossing. 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%.
[bewerk] Chemische productie
Het lijkt makkelijk om twee aminozuren met elkaar te verbinden via een chemische weg[2] [3]. 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 een 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 2 vormen. De combinatie van 2 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 2 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.
- De methanol kan reageren met 3 ter beschikking staanden zuurgroepen (2 bij asparaginezuur en 1 bij fenylalanine) en maar 1 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.
[bewerk] Gebruik
Aspartaam wordt vooral gebruikt voor het zoeten van 'light' frisdranken en andere voedingsmiddelen die koud bereid kunnen worden.
Aspartaam valt al bij licht verhoogde temperaturen boven kamertemperatuur uit elkaar en verliest daardoor zijn zoete smaak. Hierdoor is aspartaam niet geschik 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 onstane 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's en andere koolzuurhoudende en zure frisdranken is de stof tot een half jaar houdbaar.
Aspartaam is een zoetstof, die qua smaak zeer dichtbij 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.[4]
[bewerk] Metabolisme
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[4].
Bij de afbraak ontstaan ook geringe hoeveelheden methanol, dat geoxideerd wordt eerst tot formaldehyde en dat weer tot mierenzuur.
[bewerk] Afbraakproducten
Aspartaam is niet een 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 nitrosoamine kunnen worden omgezet, hetgeen een kankerverwekkend product zou kunnen opleveren. DKP heeft een ADI van 7,5 mg/kg.
[bewerk] Toelating door de FDA
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.
[bewerk] Vermeende risico's
In 1984 werd het eerste kritiek geluid. Door het Amerikaanse burgerinitiatief Common Cause werd beweerd dat de testen die voor de toelating werden gebruikt, vol fouten zaten. In 1983 werd door de Britse krant The Guardian bij toelating in Groot-Brittannië een hele serie artikelen tegen de zoetstof geplaatst. Zo zou onder andere zou aspartaam het hongergevoel bevorderen, de bloeddruk verhogen, de pijngevoeligheid van het lichaam beïnvloeden, en zou het slapeloosheid veroorzaken.
Aan het eind van de tachtiger jaren werd beweerd dat het oogziekten en psychiatrische ziekten zou veroorzaken. In 1990 werd door The Guardian beweerd dat testen door de producent van NutraSweet waren vervalst.
In 2002 had de EFSA (Europese autoriteit voor voedselveiligheid) een evaluatie[4] gedaan van alle tot op dat moment verrichte wetenschappelijke onderzoeken en had toen geen reden gezien om haar aanbeveling van een toelaatbare dagelijkse inname van maximaal 40 mg per kilogram lichaamsgewicht te wijzigen.
Desondanks was nog steeds niet iedereen overtuigd van de veiligheid van Aspartaam. Toen een onderzoek[5] in het Italiaanse Bologna suggereerde dat er toch een verhoogd risico op kanker aanwezig was, verzocht de EFSA in 2005 inzage in de primaire onderzoeksgegevens, om de resultaten te kunnen controleren. Vooruitlopend op die controle gaf de EFSA het advies aan gebruikers om hun voedingsgewoonten vooralsnog niet te wijzigen. De nieuwe evaluatie is inmiddels afgerond. Het panel vond belangrijke methodologische fouten en onjuiste analysetechnieken in het onderzoek uit Bologna. Er waren diverse factoren aanwezig die de resultaten vertekenden. In mei 2006 publiceerde de EFSA de volgende bevindingen: "Samenvattend concludeert het panel dat er op basis van alle beschikbare onderzoeksgegevens van het ERF onderzoek (dat uit Bologna), andere recente onderzoeken, en eerdere evaluaties geen reden is om de al eerder gestelde ADI van 40 mg/kg lichaamsgewicht aspartaam te herzien"[6] [7].
De Ramazzini foundation heeft in maart 2006 nogmaals een onderzoek gepubliceerd over het verband van langtijdig gebruik van aspartaam en de ontwikkeling van kanker in de lever en het perifeer zenuwstelsel [8]. Dit is dezelfde groep onderzoekers wiens werk door de EU-onderzoeksgroep al eerder als onnauwkeurig en onbetrouwbaar werd verworpen.
[bewerk] Giftigheid door methanol
Zowel formaldehyde als mierenzuur, dat bij de metabolisering van methanol ontstaat, zijn giftig voor het lichaam. Formaldehyde omdat het reageert met de aminozuren in eiwitten en mierenzuur omdat het de functie van mitochondriën in de cel verstoort. 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 light-producten met aspartaam worden geconsumeerd (>50 mg/kg aspartaam) is een effect op de methanolconcentratie in bloed waarneembaar[4]. Methanol komt ook voor in vruchtensappen (via pectine[9]) en in alcoholische dranken zoals bier en wijn (in combinatie met ethanol welke de giftige werking van het methanol blokkeert, doordat methanol niet wordt gemetaboliseerd in aanwezigheid van voldoende ethanol) [10][11]).
[bewerk] Verhoogde concentratie van fenylalanine en aspartaat in het bloed
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.
[bewerk] Neuroendocriene concentratieveranderingen in de hersenen
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 fenylalanine.
[bewerk] Epilepsie, hoofdpijn en hersentumoren
Het ontstaan van tumoren, epilepsie en hoofdpijn zou kunnen ontstaan door de bij de afbraak ontstane methanol en het in het afbraakproces ontstane formaldehyde en mierenzuur, of door de giftigheid van aspartaam zelf.
[bewerk] Mogelijke voordelen
Wetenschappers van de Universiteit van Illinois beweerden dat het gebruik van aspartaam het ontstaan van cariës tegenwerkt [12]. Wetenschappers van de Universiteit van Leeds beweerden dat aspartaam het hongergevoel juist vermindert, hetgeen van pas komt bij het afvallen.
[bewerk] Contra-indicaties
Fenylalanine is voor de mens een essentieel aminozuur, dat wil zeggen zonder dit aminozuur kan men niet leven. Het voorkomen van fenylalanine maakt de zoetstof echter niet geschikt voor lijders aan de stofwisselingsziekte fenylketonurie (FKU); voor hen (ongeveer 1 op 15.000 mensen lijdt aan deze ziekte) staat altijd de waarschuwing "bevat een bron van fenylalanine" op de verpakking van voedingsmiddelen die met aspartaam gezoet zijn.
Ook is voor een kleine minderheid de smaak van aspartaam niet zoet maar zeer onaangenaam. De oorzaak hiervan is waarschijnlijk genetisch, maar is nog niet verder onderzocht.
[bewerk] New Mexico
Op 19 januari 2006 dienden 16 Senatoren in New Mexico een wetsvoorstel[13] in om de toepassing van aspartaam te verbieden, per 1 juli 2006. Dit wetsvoorstel heeft het niet gehaald mede omdat onduidelijk was of dit op federaal niveau wel mogelijk was.
In februari 2007 is het wetsvoorstel aangepast en opnieuw ingediend in de senaat[14] en in het huis van afgevaardigden[15] in een poging om aspartaam per juli 2007 alsnog te verbieden.
[bewerk] Mediavermeldingen
Aspartaam is een controversieel onderwerp en wordt als geen ander product bediscusseerd. Er zijn ontelbare websites die de onderzoeken naar de veiligheid van aspartaam door zowel de FDA als de producenten van aspartaam in twijfel trekken of ronduit vermelden dat ze vervalst zijn. Er zijn ook verschillende onderzoeken van met name universitaire kringen die proberen aspartaam vanuit een neutraal standpunt te beschrijven. Er bestaan eveneens een aantal websites van met name de producenten van aspartaam, die de door de tegenstanders gemelde negatieve effecten aan de hand van onderzoeken van overheidsinstellingen proberen te ontzenuwen.
Hier volgt een overzicht van de belangrijkste vermeldingen van beide kanten:
[bewerk] Argumenten van de tegenstanders
- Aspartaam zou kankerverwekkend zijn. De balans van het wetenschappelijk onderzoek tot nu toe spreekt dit tegen.
- Aspartaam is gevaarlijk voor lijders aan de ziekte fenylketonurie (FKU). Dit is waar, maar mensen met deze zeer zeldzame ziekte hebben sowieso een speciaal dieet.
- Er zijn meer dan 90 verschillende bijwerkingen van aspartaam gemeld bij de FDA, zoals hoofdpijn en migraine, duizeligheid, aanvallen, misselijkheid, gevoelloosheid, krampachtige bewegingen van de spieren, gewichtstoename, uitslag, depressie, vermoeidheid, irritatie, hartkloppingen, slapeloosheid, gezichtsproblemen, gehoorverlies, harttrillingen, ademhalingsmoeilijkheden, ongerustheidaanvallen, onduidelijk spraakvermogen, smaakverlies, oorsuizingen, duizelingen, geheugenverlies en gewrichtspijn. Daarnaast zouden volgende chronische ziekten door aspartaam kunnen worden verergerd: hersentumoren, multiple sclerose, epilepsie, het chronische vermoeidheidssyndroom, Parkinson, Alzheimer, verstandelijke achteruitgang, lymfoom, geboortebeschadigingen, fibromyalgie en suikerziekte. Het gros van deze bijwerkingen wordt bij objectief wetenschappelijk onderzoek echter niet bevestigd.
- Methanol is minder gevaarlijk als het in combinatie met ethanol (alcohol) wordt opgenomen in het lichaam. Hierbij komt dat methanol in vruchten gebonden is aan pectine. De vergelijking die door de voorstanders wordt gemaakt, dat vruchtensappen meer methanol bevatten dan een vergelijkbare hoeveelheid light-frisdrank gaat dan ook niet op.
[bewerk] Argumenten van de voorstanders
- De methanol in het lichaam die 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
- Het product is goed voor de lijn, omdat het weinig calorieën bevat
- De acceptabele dagelijkse inname (40 mg/kg) is zo hoog, dat het vrij onwaarschijnlijk is dat het wordt bereikt (alleen in extreme gevallen)
- Onderzoeken hebben aangetoond dat zelfs bij een inname van 75 mg/kg geen negatieve effecten vastgesteld konden worden
- Phenylalanine en asparaginezuur die in het lichaam worden gevormd uit aspartaam zijn onmisbare aminozuren
- Aspartaam leidt niet tot cariës in tegenstelling tot suiker
- Aspartaam kan worden gebruikt door mensen die diabetes hebben
