天冬氨酰苯丙氨酸甲酯

研究歷史

天冬氨酰苯丙氨酸甲酯為JamesM.Schlatter于1965年發(fā)現(xiàn)。這名化學家在G.D.Searle&Company工作。在合成制作抑制潰瘍藥物時，他無意間舔到手指，發(fā)現(xiàn)其具有甜味。后由美國Seark公司開發(fā)并取得專利，1974年美國食品藥品管理局(FDA)批準用作食品添加劑，天冬氨酰苯丙氨酸甲酯以其無毒、低熱、高甜、不致肥胖、不引起齲齒，不致心血管疾病等優(yōu)點而被廣為使用，并被收入美國藥典22版及美國食品化學藥典（1983)，其合成路線簡單明了。

分子結(jié)構(gòu)

天冬氨酰苯丙氨酸甲酯由L-苯丙氨酸（或L-甲基苯丙氨酸酯）與L-天冬氨酸以化學或酶催化反應制得1?；瘜W反應產(chǎn)生有甜味的α-天冬氨酰苯丙氨酸甲酯和無甜味的β-天冬氨酰苯丙氨酸甲酯；酶促過程只產(chǎn)生有甜味的α-天冬氨酰苯丙氨酸甲酯，俗稱阿斯巴甜，甜味素。

物理性質(zhì)

熔點：248-250 °C ，雙熔點約190℃和245℃；

比光旋度：12.5°；

狀態(tài)：白色結(jié)晶性粉末；

雙熔點：約190℃和245℃；

溶解度：微溶于水（約1%）和乙醇（0.26mg/100ml）；

氣味：無臭、有強烈甜味，其稀溶液的甜度約為蔗糖的100-200倍；其甜味與砂糖十分相似，并有清涼感； 水溶液的pH值：0.8%水溶液的pH值為4-6.5；

穩(wěn)定性：在水溶液中不穩(wěn)定，易分解而失去甜味， 低溫時和pH值3-5時較穩(wěn)定。1

化學性質(zhì)

天冬氨酰苯丙氨酸甲酯在高溫或高pH值情形下會水解，因此不適用需用高溫烘焙的食品。不過可藉由與脂肪或麥芽糊精化合提高耐熱度。

天冬氨酰苯丙氨酸甲酯在水中的穩(wěn)定性主要由pH值決定。在室溫下，當pH值為4.3時最為穩(wěn)定，半衰期約為300天。當pH值為7的環(huán)境下，其半衰期則僅有數(shù)天。然而大部分飲料的pH值都介于3至5間，所以添加在飲料中的阿斯巴甜均很穩(wěn)定。但當需要較長保存期限時，像是自動飲料機的糖漿。

天冬氨酰苯丙氨酸甲酯會和其他較為穩(wěn)定的甜味劑混合使用，例如糖精。用于粉狀沖泡飲料時，天冬氨酰苯丙氨酸甲酯的氨基會和某些香料化合物上的醛基進行梅勒反應，導致同時失去甜味和香味。可以縮醛來保護醛基避免此狀況發(fā)生。

計算化學數(shù)據(jù)

1、疏水參數(shù)計算參考值（XlogP）:-2.7

2、氫鍵供體數(shù)量：3

3、氫鍵受體數(shù)量：6

4、可旋轉(zhuǎn)化學鍵數(shù)量:8

5、互變異構(gòu)體數(shù)量：2

6、拓撲分子極性表面積（TPSA）:119

7、重原子數(shù)量：21

8、表面電荷：0

9、復雜度：380

10、同位素原子數(shù)量：0

11、確定原子立構(gòu)中心數(shù)量：2

12、不確定原子立構(gòu)中心數(shù)量：0

13、確定化學鍵立構(gòu)中心數(shù)量：0

14、不確定化學鍵立構(gòu)中心數(shù)量：0

15、共價鍵單元數(shù)量：1

制備方法

取13.38 g(0.1mol/L)天門冬氨酸，加入適量氧化鎂、甲酸和乙酸酐，溶解攪拌5小時后加異丙醇，繼續(xù)攪拌1小時后加入乙酸乙酯和冰醋酸、14.9 g(0．09mol/L)苯丙氨酸。攪拌6小時，得產(chǎn)品I 20.9g，收率75.2%。I中加入適量稀鹽酸水解，在60℃反應4.5小時，用稀氫氧化鈉中和，過濾水洗，得Ⅱ 16.2g，收率35.5%。將適量稀鹽酸，甲醇和六水氯化鎂加入Ⅱ中，室溫下攪拌反應72小時，過濾，用鹽酸洗．得Ⅲ 13.4g，收率79.2%。將Ⅲ加入適量水中溶解，用氨水調(diào)PH4.5，過濾水洗，干燥，得Ⅳ(甜味素)11.9g。將Ⅳ用50%甲醇重結(jié)晶得白色針狀結(jié)晶11.7g，總收率為44.2%（以苯丙氨酸計)。所得甜味素經(jīng)TLC及HPLC檢測，確證結(jié)構(gòu)，質(zhì)量符合美國藥典22版標準。

毒理學特性

毒性：LD50（小鼠，經(jīng)口）2.2g/kg（bw）。AD:10~15mg/kg（bw）（FAO/WHO，1994）。

天冬氨酰苯丙氨酸甲酯在體內(nèi)迅速代謝為天冬氨酸、苯丙氨酸和甲醇。即使大量攝入天冬氨酰苯丙氨酸甲酯（200毫克每千克體重），在血液內(nèi)也不能檢測到天冬氨酰苯丙氨酸甲酯2。

由天冬氨酰苯丙氨酸甲酯提供的天冬氨酸僅占人體每日所攝入量的1-2%。雖然天冬氨酸和一些氨基酸（如谷氨酸）聯(lián)合作用可能對神經(jīng)細胞造成損傷，但研究表明天冬氨酰苯丙氨酸甲酯并無神經(jīng)毒性，而通過天冬氨酰苯丙氨酸甲酯攝入的天冬氨酸無法達到足夠產(chǎn)生毒性的劑量。

甲醇在體內(nèi)代謝為甲醛，進而氧化為甲酸，以甲酸形態(tài)在體內(nèi)停留時間最長，因此被認為是甲醇毒性的作用機理。但由天冬氨酰苯丙氨酸甲酯提供的甲醇不會引起嚴重健康問題。首先，天冬氨酰苯丙氨酸甲酯提供的甲醇少于果汁和柑橘類水果，而啤酒等發(fā)酵類飲品中甲醇含量更高。然后，天冬氨酰苯丙氨酸甲酯產(chǎn)生的甲醛量遠遠小于人體正常飲食產(chǎn)生的甲醛量，哪怕以最大劑量攝入天冬氨酰苯丙氨酸甲酯，在血液中甲醛和甲酸濃度并無明顯升高。

另外，有人懷疑阿斯巴甜中的天門冬氨酸是否會造成腦部傷害、內(nèi)分泌失調(diào)或腫瘤。事實上從一般飲食中會攝取到更多的天門冬氨酸。所以雖有質(zhì)疑，但也因為天冬氨酰苯丙氨酸甲酯的攝取量低，一般還是認為不會造成大害。

中國衛(wèi)生部、歐洲食品安全局（EFSA）和美國食品藥品監(jiān)督管理局等對天冬氨酰苯丙氨酸甲酯的安全性進行了反復檢測，全面證實了它的食用安全性。美國食品藥品監(jiān)督管理局添加劑安全辦公室主任Tarantino博士曾明確表示：“到目前為止，我們認為阿斯巴甜是安全的這一結(jié)論是經(jīng)過對100多次實驗和臨床安全研究的詳細檢查才得出的?！?/p>

東北俄亥俄醫(yī)學院的心理醫(yī)生拉爾夫·沃頓（RalphWalton）于1996年發(fā)布一項獨立調(diào)查稱工業(yè)資助的研究顯示天冬氨酰苯丙氨酸甲酯無健康風險，而92項獨立研究中的84項顯示其有健康風險。這項研究遞交給60分鐘欄目并在網(wǎng)絡上引起廣泛關(guān)注。然而分析發(fā)現(xiàn)，拉爾夫·沃頓忽略了至少50份經(jīng)過同行評議的安全調(diào)查報告，而他聲稱的“獨立研究”實際上是寄給編者的來信、案例報道、綜述文章、書籍章節(jié)而非公開發(fā)表的論文。而由Ajinomoto（阿斯巴甜主要生產(chǎn)、供貨商）資助的阿斯巴甜信息服務機構(gòu)反駁道，沃頓引用的批評阿斯巴甜的出版物中大多數(shù)都沒有涉及到阿斯巴甜或者沒有得出負面結(jié)論，有些沒有經(jīng)過同行評議，有些則是小道消息或復制品。

網(wǎng)上曾經(jīng)傳言像天冬氨酰苯丙氨酸甲酯這樣低熱量的甜味劑會導致癌變，對人體健康產(chǎn)生威脅。但據(jù)美國國家癌癥研究所稱，暫時沒有證據(jù)表明甜味劑與人類癌癥之間存在任何關(guān)系，美國糖尿病學會也表示可以放心食用高熱量、低熱量或不含熱量的甜味劑產(chǎn)品。

低熱量或不含熱量的甜味劑其實還有助于控制并保持體重。有這么一項針對1000多位成年人進行的試驗表明，食用低熱量無糖食品及飲料的人其膳食更有質(zhì)量，他們在攝入較少熱量的同時，獲得了更多的維生素及礦物質(zhì)，飲食也更為健康。

低熱量或不含熱量的甜味劑有助于控制并保持體重。針對1000多位成年人進行的一項試驗表明，食用低熱量無糖食品及飲料的人其膳食更有質(zhì)量。天冬氨酰苯丙氨酸甲酯歷經(jīng)200余次科學試驗，被證明是食用非常安全的低熱量甜味劑。該甜味劑已有20余年的使用歷史，在全球100多個國家中獲準使用。經(jīng)過歐洲食品安全局（EFSA）對其安全性的全面檢測，再次證實了阿斯巴甜的食用安全性。只不過阿斯巴甜中含有苯丙氨酸，因此患有苯丙酮酸尿癥的人不宜食用該甜味劑，而這種疾病并不多見。

主要應用

1981年經(jīng)美國FDA批準用于干撒食品、1983年允許配制軟飲料后在全球100余個國家和地區(qū)被批準使用，甜度為蔗糖的180倍。天冬氨酰苯丙氨酸甲酯的優(yōu)點如下3：

（1）安全性明確，被所謂的聯(lián)合國食品添加劑委員會列為GRAS級(一般公認為安全的），為所有代糖中對人體安全研究最為徹底的產(chǎn)品，至今已有世界各地100多個國家的6000多種產(chǎn)品中19年的成功使用經(jīng)驗。

（2）甜味純正，具有和蔗糖極其近似的清爽甜味，無苦澀后味和金屬味，是迄今開發(fā)成功的甜味最接近蔗糖的甜味劑。阿斯巴甜的甜度是蔗糖的180倍，在應用中僅需少量就可達到希望的甜度，所以在食品和飲料中使用天冬氨酰苯丙氨酸甲酯替代糖，可顯著降低熱量并不會造成齲齒。

（3）與蔗糖或其他甜味劑混合使用有協(xié)同效應，如加2%～3%于糖精中，可明顯掩蓋糖精的不良口感。

（4）與香精混合，具有極佳的增效性，尤其是對酸性的柑桔、檸檬、柚子等，能使香味持久、減少芳香劑用量。

（5）蛋白質(zhì)成分，可被人體自然吸收分解。

因此，天冬氨酰苯丙氨酸甲酯是一種天然功能性低聚糖，不致齲齒、甜味純正、吸濕性低，沒有發(fā)黏現(xiàn)象。不會引起血糖的明顯升高，適合糖尿病患者食用。我國規(guī)定可用于糕點、餅干、面包、配制酒、雪糕、冰棍、飲料、糖果、用量按正常生產(chǎn)需要。

配伍禁忌

與一些直接壓片的輔料混合進行的差示掃描量熱法測試表明，阿斯巴甜與磷酸氫鈣和硬脂酸鎂有配伍禁忌。天冬氨酰苯丙氨酸甲酯和糖醇有相互反應。

規(guī)定用量

歐盟食品科學委員會限定天冬氨酰苯丙氨酸甲酯日容許攝入量為40毫克每千克體重，美國疾病控制與預防中心則限定為50毫克每千克體重。一罐355毫升無糖可樂約含180毫克，對于一個體重75公斤的成年男性而言需要飲用大約21罐（7.3升）無糖可樂才能達到FDA規(guī)定的50毫克每千克體重的攝入上限。

爭議

全球有超過十億人口攝取含有天冬氨酰苯丙氨酸甲酯的飲食，并相信這種成分不具危險性，但是這些人可能不知道，美國食物及藥物治理局(FDA)在過去4年接獲的不良反應投訴中，超過75%的副作用是由天冬氨酰苯丙氨酸甲酯所引起。很多正視健康的國家禁止使用這種成分，特別是設有國家保健系統(tǒng)的國家。

天冬氨酰苯丙氨酸甲酯所含的三種成分各有其危險性，而且每一種都會造成很多副作用及有害的健康題目，特別留意乙醯磺胺酸鉀(AcesulfamePotassium)實在是天冬氨酰苯丙氨酸甲酯的別稱。

苯丙氨酸：即使只有一點阿斯巴甜也會進步血液中的苯丙氨酸含量。血液中大量的苯丙氨酸可能會集中在大腦的某些部位，對幼兒及胎兒特別有害。大腦中含有過量的苯丙氨酸會造成血清素含量減少，導致憂郁癥等情緒障礙。

天門冬胺酸：天門冬胺酸被認為是一種神經(jīng)高興毒素(excitotoxin)，也就是說這種成分會過度刺激某些神經(jīng)，直到神經(jīng)死亡。猶如硝酸鹽及味精，天門冬胺酸可造成體內(nèi)胺基酸失衡，并干擾大腦神經(jīng)遞質(zhì)代謝。

甲醇形成甲醛：阿斯巴甜最大的危害是甲醇(木醇)會輪回至全身(包括大腦、肌肉、脂肪及神經(jīng)組織)，接著代謝成為甲醛(進入細胞和蛋白質(zhì)及遺傳物質(zhì)結(jié)合)。甲醇是一種危險的神經(jīng)毒素，而且也是已知的致癌物質(zhì)，可能造成視網(wǎng)膜受損、干擾DNA并導致先天缺陷。

為阿斯巴甜辯護的人說：阿斯巴甜主要是由天門冬氨酸和苯丙氨酸合成的。而這兩種氨基酸是人體必需的要素，天冬氨酰苯丙氨酸甲酯的苯丙氨酸含量少之又少，若要產(chǎn)生先天性代謝異常疾病如苯酮尿癥所造成的智能障礙，那種程度是喝再多加阿斯巴甜飲料都不可能達到的。

雖說日常食物中也合有此兩種氨基酸，但它們并非呈游離狀態(tài)，而是依附其他蛋白質(zhì)，經(jīng)身體消化后，互相制衡，影響較溫和，但代糖中它們以添加劑的游離狀態(tài)進入人體時，都會嚴重刺激神經(jīng)元，造成破壞。

而根據(jù)研究指出苯丙氨酸不管是缺乏或者過多，對腦部化學環(huán)境都會產(chǎn)生負面影響，所以不需要太高的濃度，就能夠造成腦部功能障礙。苯丙氨酸在血液和腦部里的濃度，可能只需達到遠低于與苯酮尿癥相關(guān)的程度，就能夠產(chǎn)生神經(jīng)性影響。這個假設的根據(jù)是，提升的苯丙氨酸濃度會減少正常神經(jīng)傳導物質(zhì)（血清素）的濃度，影響行為和情緒，甚至造成痙攣。常見與攝取阿斯巴甜有關(guān)的痙攣和其他心理癥狀，其肇因不在于攝取過多苯丙胺酸所造成的高濃度苯丙氨酸，而在于其所造成的血清素降低。有些人可能對于這種腦部營養(yǎng)的細微變化敏感，更容易發(fā)生強烈反應。

阿斯巴甜的另一個成分“天門冬氨酸”，是一種由麩氨酸合成的非必需氨基酸，而麩氨酸是腦中主要的興奮傳導物質(zhì)。苯丙氨酸會降低安撫性神經(jīng)傳導物質(zhì)“血清素”的濃度，而天門冬氨酸則火上加油，進一步刺激腦部。

而另一問題是阿斯巴甜會被小腸內(nèi)的胰凝乳蛋白酶分解產(chǎn)生甲醇、苯丙氨酸和天冬氨酸，繼續(xù)代謝則得到甲醛、甲酸和一種二酮哌嗪類物質(zhì)。1000ml的阿斯巴甜飲料，可產(chǎn)生約56mg的甲醇，而1罐罐裝的阿斯巴甜飲料，可產(chǎn)生約22.4mg的甲醇。甲醇是一種有毒物質(zhì)，而且它是容易被吸收，但難以排出體外，環(huán)境保護局建議每日不可攝取超過7.8mg。而且阿斯巴甜的產(chǎn)品因不當儲存或被加熱，被加熱到30攝氏度，都會導致更多的甲醇產(chǎn)生。

阿斯巴甜引起的傷害多數(shù)不是即時的，可能需時一年、五年或十年才會產(chǎn)生這些暫時性或永久性傷害。