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Aspartam
Strukturformel | |||||||
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Allgemeines | |||||||
Name | Aspartam | ||||||
Andere Namen |
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Summenformel | C14H18N2O5 | ||||||
CAS-Nummer | 22839-47-0 | ||||||
PubChem | 134601 | ||||||
Kurzbeschreibung |
farblose, süß schmeckende Kristalle[1] | ||||||
Eigenschaften | |||||||
Molare Masse | 294,31 g·mol−1 | ||||||
Aggregatzustand |
fest | ||||||
Schmelzpunkt | |||||||
Löslichkeit |
schlecht in Wasser[2] und den meisten organischen Lösemitteln[1] | ||||||
Sicherheitshinweise | |||||||
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Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. |
Aspartam ist ein synthetisch hergestellter Süßstoff. Er leitet sich von den beiden α-Aminosäuren L-Asparaginsäure und L-Phenylalanin ab, die zu einem Dipeptid verknüpft sind. Aspartam ist der Methylester des Dipeptids L-Aspartyl-L-phenylalanin.
Als Lebensmittelzusatzstoff wird es als E 951 deklariert,[7] die erlaubte Tagesdosis beträgt in der Europäischen Union 40 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht.[8] Aspartam ist ein weit verbreiteter Inhaltsstoff in vielen Produkten wie etwa Softdrinks, Süßwaren, Backwaren und Milchprodukten.[9]
Entdeckung und Zulassung
Aspartam wurde 1965 durch Zufall von James M. Schlatter, einem Chemiker des pharmazeutischen Unternehmens G.D. Searle & Company entdeckt,[10] als er an der Synthese des Peptidhormons Gastrin arbeitete.[11]
Erste Verträglichkeitsuntersuchungen führten zu mehrdeutigen Ergebnissen und mündeten in eine Debatte über eine mögliche Kanzerogenität bei Ratten. Die für die Zulassung von Lebensmittelzusatzstoffen verantwortliche US-amerikanische Behörde Food and Drug Administration (FDA) lehnte deshalb eine Zulassung von Aspartam mehrere Jahre lang ab. 1980 befasste sich ein FDA-Untersuchungsausschuss aus unabhängigen Beratern mit der Frage, ob Aspartam Gehirntumore auslösen könne. Der Ausschuss verneinte dies, lehnte jedoch eine Zulassung aufgrund der offenen Frage der Kanzerogenität bei Ratten weiterhin ab.[12]
1981 erhielt die G.D. Searle & Company von der FDA eine Zulassung für Aspartam (NutraSweet).[10] Der FDA-Vorsitzende Arthur Hull Hayes, der sich auf eine japanische Studie berief, die dem Untersuchungsausschuss noch nicht zur Verfügung gestanden hatte, sowie auf Aussagen einer Expertengruppe, erteilte die Zulassung zunächst für Trockenprodukte.[13][12] 1983 wurde Aspartam auch für kohlensäurehaltige Getränke, 1993 als Zusatzstoff bei sonstigen Getränken, Back- und Süßwaren zugelassen. Seit 1996 unterliegt es in den Vereinigten Staaten keinerlei Verwendungsbeschränkung mehr.
Searle hielt ein Patent auf Aspartam und vermarktete es unter dem Handelsnamen NutraSweet. 1985 wurde Searle von dem Unternehmen Monsanto übernommen, das die Süßstoffproduktion unter dem Namen NutraSweet Company als eigenständigen Unternehmensteil fortführte und im Jahr 2000 wieder abstieß. Die NutraSweet Company gehört heute dem privaten Investmentfonds J.W. Childs Equity Partners II L.P. Das Patent ist bereits 1992 abgelaufen, heute wird der weltweite Aspartam-Markt von verschiedenen Wettbewerbern versorgt.
In Deutschland wurde Aspartam gemäß der Zusatzstoffzulassungsverordnung am 13. Juni 1990 freigegeben.[10]
Herstellung
Es sind chemische und enzymatische Verfahren zur Herstellung von Aspartam beschrieben.[14][15] Ausgangsstoff der chemischen Synthese ist (S)-Asparaginsäure, die durch die Reaktion mit Phosphoroxychlorid in ein cyklisches Carbonsäureanhydrid überführt wird. Dessen Umsetzung mit (S)-Phenylalaninmethylester liefert dann Aspartam:
Als Nebenprodukt entstehen bei dieser Reaktionssequenz bis zu 20 Prozent des unerwünschten β-Isomers. Die Reinigung erfolgt durch fraktionierende Kristallisation.[15]
Eigenschaften
Aspartam ist eine chirale, farblose, süß schmeckende, kristalline Substanz, die bei 248−250 °C schmilzt und in Wasser und den meisten organischen Lösemitteln nur schwach löslich ist.[1] Der isomere L-Aspartyl-D-phenylalaninmethylester besitzt einen bitteren Geschmack.[16]
Aspartam hat einen mit Zucker vergleichbaren Energiegehalt von 17 kJ/g. Aufgrund seiner im Vergleich zu Zucker 200-mal höheren Süßkraft wird es in viel geringeren Mengen eingesetzt,[17] so dass mit Aspartam gesüßte Lebensmittel einen erheblich niedrigeren Energiegehalt besitzen. Daher ist es für energiearme Diäten und für die Ernährung bei Diabetes mellitus geeignet.[18] Die Bildung von Karies wird durch Zuckeraustausch- oder Süßstoffe nicht oder deutlich weniger stark gefördert.
Verwendung
Aspartam ist ein weit verbreiteter Süßstoff, der in vielen Produkten wie Backwaren und Backglasuren, Frühstückscerealien, Kaugummi, Trockenmischungen für Getränke, Instantkaffee,Softdrinks, Tee- und Milchgetränken, Pudding, Süßwaren, Milchprodukten und Fertiggerichten zum Einsatz kommt.[19] Aspartam wird unter den Handelsnamen „Canderel“, „Equal“ und „NutraSweet“ vermarktet.[20]
Verwendungseinschränkung durch Zersetzung
Aspartam ist nicht hitzebeständig und zersetzt sich im Trockenzustand bei 196 °C.[21] Bereits bei Temperaturen ab 150 °C findet ein rascher Zerfall des Aspartams statt. Der Abbau bei 105 und 120 °C verläuft demgegenüber relativ langsam.[22] In Mischungen mit einem Wassergehalt über 8 Prozent wird Aspartam wesentlich rascher abgebaut.[21]
Darüber hinaus kann sich Aspartam in seine Einzelkomponenten (L-Asparaginsäure, L-Phenylalanin und Methanol) zersetzen oder zu einem 2,5-Dioxopiperazin („Diketopiperazin“) cyklisieren,[23] was vorwiegend beim Kochen und Backen geschieht und wodurch es die Süßkraft verliert.[24]
Die Stabilität von Aspartam in Lösungen wird durch die drei Faktoren Zeit, Temperatur und pH-Wert wesentlich beeinflusst. Bei konstanter Temperatur und konstantem pH-Wert nimmt der Süßstoffgehalt langsam ab. Die optimale Stabilität wird im schwach sauren pH-Bereich, in dem sich die meisten Getränke ohnehin bewegen, erreicht. Im Bereich zwischen pH 2,5 und 5,5 kann Aspartam als relativ stabil betrachtet werden. Das Stabilitätsoptimum liegt bei pH 4,2.[22]
Metabolisierung
Der Aspartat-Phenylalanin-Methylester wird durch eine intestinale Esterase in das Dipeptid Asp-Phe und Methanol gespalten. Methanol wird direkt zu Kohlenstoffdioxid oder Formaldehyd verstoffwechselt. Das Dipeptid Asp-Phe wird von mucosaen Dipeptidasen in die natürlich vorkommenden, proteinogenen Aminosäuren Phenylalanin und Asparaginsäure zerlegt. Phenylalanin oder das durch die Phenylalaninhydroxylase daraus entstehende Tyrosin wird zum Großteil in Proteine eingebaut. Asparaginsäure wird größtenteils über eine Transaminase in Oxalacetat umgewandelt und über den TCA-Zyklus direkt im Energiestoffwechsel eingesetzt.[25]
Gesundheitsfragen
Aspartam darf von Menschen mit der angeborenen Stoffwechselerkrankung Phenylketonurie nicht konsumiert werden. Eine Studie (Screeningreport) aus dem Jahre 2004 berechnete für Deutschland eine Häufigkeit der Krankheit von etwa 1:8000, das heißt durchschnittlich liegt bei einer von 8000 Personen eine Phenylketonurie vor.[26] Daher müssen aspartamhaltige Produkte in der EU mit dem Hinweis „enthält eine Phenylalaninquelle“ oder „mit Phenylalanin“ gekennzeichnet sein.[27] Neugeborene werden routinemäßig auf Phenylketonurie getestet. Jede eiweißhaltige Ernährung (insbesondere auch Milch, einschließlich Muttermilch) kann Menschen mit Phenylketonurie schädigen.
Ein weiterer, beim Verstoffwechseln von Aspartam entstehender Metabolit ist Methanol, das auch bei der Verdauung von frischen Citrusfrüchten, Obst und Gemüsen entsteht. Eine geringe Menge kann der Organismus jedoch problemlos entgiften.[28]
Bezüglich der Auswirkungen auf Hungergefühl und Insulinausschüttung siehe den Artikel Süßstoff.
Studien
Über mögliche weitere Gesundheitsgefahren bei der Verwendung von Aspartam gibt es verschiedene kontroverse Studien:
- In einer von Schiffman und anderen[29] 1987 veröffentlichten doppelblinden Cross-Over-Studie wurde 40 Probanden, die angaben, dass Aspartamkonsum bei ihnen wiederholt Kopfschmerzen auslöste, entweder 30 Milligramm Aspartam pro Kilogramm Körpergewicht oder ein Placebo verabreicht. Während der Studie hatten aber mehr Probanden Kopfschmerzen, wenn sie das Placebo bekamen. Die Inzidenzrate von Kopfschmerzen nach Aspartameinnahme (35 %) unterschied sich nicht bedeutend von der Rate nach Placeboeinnahme (45 %) (P < 0,5). Schiffman und Kollegen folgerten daraus, dass kein Zusammenhang zwischen Kopfschmerzen und Aspartamaufnahme besteht.[29]
- J. R. Johns schilderte 1986 ein Fallbeispiel einer Frau, die nach dem Genuss von aspartam-haltigen Nahrungsmitteln Migräne bekam.[30] Eine Befragung von 171 Patienten mit Migräne im Jahr 1988 ergab, dass 8,2 Prozent der Befragten Aspartam für einen Auslöser ihrer Migräne hielten.[31] In einer Studie von Koehler und Glaros von 1988 wurde während der Aspartamaufnahme häufiger über Kopfschmerzen geklagt als während der Placebophase; allerdings beendeten nur 11 von 25 Teilnehmern diese Studie. Aufgrund der hohen Ausfallrate und des weit gefassten Versuchsaufbaus ist eine exakte Interpretation der Daten schwierig.[32]
- In einer von Ralph G. Walton und anderen 1993 mit 13 Personen durchgeführten Doppelblind-Studie[33] wurde ein Zusammenhang zwischen dem Aspartamverbrauch und Befindlichkeitsstörungen, insbesondere bei depressiven Personen, konstatiert. Danach träten bereits bei einer Gabe von 30 mg pro kg Körpergewicht signifikant häufiger Kopfschmerzen auf.
- Eine 1996 erschienene Studie von John W. Olney legte nahe, Aspartam könne einen Beitrag zur Krebsentstehung leisten oder sogar selbst krebsauslösend wirken.[34] Der wissenschaftliche Ausschuss für Lebensmittel der Europäischen Kommission kam nach der Auswertung des wissenschaftlichen Materials im Juni 1997 zu dem Schluss, dass es einen behaupteten Anstieg der Hirntumorrate nicht belege.[35]
- Im Juli 2005 veröffentlichte die in Bologna beheimatete Fondazione Europea di oncologia e scienze ambientali „Bernardino Ramazzini“ (Europäische Stiftung für Onkologie und Umweltforschung „Bernardo Ramazzini“) die Ergebnisse einer Studie mit Ratten, die offenbar einen direkten Zusammenhang zwischen der Einnahme des Süßstoffs und der Erkrankung an Krebs belegen.[36] Die EFSA bemängelte an der Studie fehlende Datensätze, Widersprüche zu vorangegangenen Studien und die Fehlinterpretation der Ergebnisse. Brustkrebs käme bei Ratten generell häufig vor. Die übrigen Tumore konnten mehrheitlich auf chronische Lungenentzündung zurückgeführt werden.[37]
- Im April 2006 veröffentlichte das US National Cancer Institute eine aktuelle Studie mit dem Ergebnis: „Die Hypothese, Leukämie oder Hirntumor fördernde Wirkung des Aspartams wird nicht bestätigt“.[38]
Offizielle Beurteilung
- Der EU-Grenzwert wurde auf 40 mg/kg Körpergewicht/Tag festgesetzt. Praktisch bedeuten 40 mg/kg Körpergewicht für einen 70 Kilogramm schweren Menschen etwa 266 Süßstofftabletten oder – für einen 60 kg schweren Menschen – teilweise mehr als 36 Dosen (à 330 ml) einer mit Aspartam gesüßten Diätlimonade, die an einem Tag eingenommen werden müssten. Bei einem Diätgetränk, das Aspartam in der zulässigen Verwendungshöchstmenge enthält, wären 12 Dosen à 330 ml nötig, um den ADI-Wert zu überschreiten. Die auf dem Lebensmittelmarkt erhältlichen Limonaden unterschreiten die zulässigen Höchstwerte jedoch deutlich.[39]
- Die FDA wertete eine große Anzahl toxikologischer und klinischer Studien zu Aspartam aus und erklärte 1981 den Gebrauch für sicher, sofern eine Tagesdosis von 50 mg/kg Körpergewicht nicht überschritten wird. Im April 2007 stellte sie auf Basis der von der Fondazione Europea di oncologia e scienze ambientali „Bernardino Ramazzini“ zur Verfügung gestellten Versuchsdaten fest, dass die Ergebnisse dieser Studie nicht bestätigt werden können. Es wurde bemängelt, dass nicht alle Daten zur Verfügung gestellt worden seien. Die FDA sah keinen Grund, die Sicherheit von Aspartam infrage zu stellen.[40]
- Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) spricht seit 2002 von einer Unbedenklichkeit von Aspartam und stellte fest, „dass es bisher keine wissenschaftliche Grundlage dafür gibt, frühere Sicherheitsbewertungen für Aspartam neu zu überdenken“[17]. Durch den Beschluss der Europäischen Kommission musste die EFSA jedoch bis 2012 das künstliche Süßungsmittel Aspartam (E 951) neu überprüfen, da 2010 zwei Studien veröffentlicht wurden, die einen Zusammenhang zwischen Aspartamkonsum und Frühgeburten (Halldorsson u. a., 2010)[41] sowie Krebserkrankungen (Soffritti u. a., 2010)[42] aufzeigten. Dies geschah im Rahmen einer vollständigen Neubewertung, der Entwurf wurde im Januar 2013 veröffentlicht[43] und konnte bis zum 15. Februar 2013 kommentiert werden.[44] Die Kommentare wurden in einer öffentlichen Veranstaltung am 9. April 2013 diskutiert, die Teilnehmer und die Präsentationen wurden veröffentlicht.[45] Die abschließende Neubewertung wurde bereits zum vierten Mal verschoben auf November 2013.[46]
- Das Bundesinstitut für Risikobewertung konnte im Jahr 2003 keinen Zusammenhang zwischen den durch Stoffwechsel aus Aspartam entstehenden Stoffen Asparaginsäure, Phenylalanin und Methanol mit unerwünschten Wirkungen wie Kopfschmerzen, Allergien, neuroendokrinen Veränderungen, Epilepsie oder Hirntumoren bestätigen.[8]
Verwandte Stoffe
Superaspartam ist ein Derivat von Aspartam, das ca. 14.000-mal süßer ist als Saccharose.[47] Bei Superaspartam ist die freie Aminogruppe durch einen (p-Cyanophenyl-)Carbamoylrest substituiert. Superaspartam wurde 1982 von Chemikern der Universität Claude Bernard Lyon bei der Suche nach Süßstoffen auf Aspartam-Basis entdeckt. Durch Austausch des Sauerstoffatoms in der Harnstoffeinheit durch ein Schwefelatom erhielten sie 1985 das Thio-Superaspartam mit einer 50.000-fachen Süßkraft. Außerdem synthetisierten sie 1991 das Neotam, ebenfalls ein Süßstoff auf Aspartam-Basis.[48] Ein weiterer verwandter Süßstoff ist Alitam, das als Dipeptidamid wesentlich hitzestabiler als die Dipeptidester vom Aspartamtyp ist.
Einzelnachweise
- ↑ 1,0 1,1 1,2 Aspartam. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 8. November 2012.
- ↑ 2,0 2,1 Datenblatt Aspartam bei Acros, abgerufen am 30. März 2007.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Datenblatt Aspartam bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 7. November 2012 (PDF).
- ↑ Eintrag zu Aspartam in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM).
- ↑ 5,0 5,1 Toksikologicheskii Vestnik. 3, 1996, S. 37
- ↑ A. Kulczycki jr.: Aspartame-induced urticaria. In: Annals of Internal Medicine. 104, 1986, S. 207, 1986, PMID 3946947.
- ↑ ZZulV – Anlage 4 (zu § 5 Abs. 1 und § 7) Begrenzt zugelassene Zusatzstoffe.
- ↑ 8,0 8,1 Bundesinstitut für Risikobewertung – Bewertung von Süßstoffen. (PDF; 20 kB) Referenzfehler: Ungültiges
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-Tag. Der Name „BfR“ wurde mehrere Male mit einem unterschiedlichen Inhalt definiert. - ↑ Anlage 2 Teil B (zu § 4 Abs. 1 und § 7) ZZulV: Zum Süßen von Lebensmitteln zugelassene Zusatzstoffe
- ↑ 10,0 10,1 10,2 Aspartam. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 28. Juni 2011.
- ↑ Wissenschaft-Online-Lexika: Eintrag zu „Aspartam“ im Lexikon der Biochemie, abgerufen am 28. Juni 2011
- ↑ 12,0 12,1 Food and Drug Administration: Food Additive Approval Process Followed for Aspartame. (PDF; 10,3 MB) HRD-87-46, 18. Juni 1987
- ↑ FDA Statement on Aspartame, 18. November 1996
- ↑ K. Oyama: The Industrial Production of Aspartam. In: A. N. Collins, G. N. Sheldrake, J. Crosby (Hrsg.): Chirality in Industry. Wiley, Chichester 1992, ISBN 0-471-93595-6, S. 237-247.
- ↑ 15,0 15,1 Axel Kleemann, Jürgen Engel, Bernd Kutscher, Dietmar Reichert: Pharmaceutical Substances. 4. Auflage. Thieme, Stuttgart 2000, ISBN 3-13-558404-6, S. 139 (2 Bände, seit 2003 online mit halbjährlichen Ergänzungen und Aktualisierungen).
- ↑ Wissenschaft-Online-Lexika: Eintrag zu „Aspartam“ im Lexikon der Biologie, abgerufen am 8. November 2012.
- ↑ 17,0 17,1 Häufig gestellte Fragen zu Aspartam bei der EFSA.
- ↑ Hellmut Mehnert u. a.: Diabetologie in Klinik und Praxis. 5. Auflage. Thieme, Stuttgart 2003, ISBN 3-13-512805-9.
- ↑ Food Additive Status List der FDA, abgerufen am 7. November 2012.
- ↑ Lesley Stanley: Review of data on the food additive aspartame. Supporting Publication 2013:EN-399 der EFSA, 2013.
- ↑ 21,0 21,1 G. G. Habermehl, P. E. Hammann, H. C. Krebs: Naturstoffchemie. Eine Einführung. 3. Auflage. Springer, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-73732-2, S. 307.
- ↑ 22,0 22,1 J. N. Bergmann, W. Vetsch: Aspartam. In: Gert-Wolfhard von Rymon Lipinski (Hrsg.): Handbuch Süßungsmittel. Eigenschaften und Anwendung. Behr, Hamburg 1991, ISBN 3-925673-77-6.
- ↑ Hans-Dieter Belitz, Werner Grosch, Peter Schieberle: Lehrbuch der Lebensmittelchemie. 6. Auflage Springer, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-73202-0, S. 453
- ↑ Käte K. Glandorf, Peter Kuhnert, E. Lück: Handbuch Lebensmittelzusatzstoffe. Behr, Hamburg 1991, ISBN 978-3-925673-89-4, S. 12
- ↑ R. E. Ranney, J. A. Oppermann, E. Muldoon, F. G. McMahon: Comparative metabolism of aspartame in experimental animals and humans. In: Journal of Toxicology and Environmental Health. 2, Nr. 2, 1976, S. 441–451, doi:10.1080/15287397609529445.
- ↑ Screeningreport der Deutschen Gesellschaft für Neugeborenenscreening
- ↑ ZZulV – Einzelnorm – § 9 Kenntlichmachung.
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- ↑ Unhee Lim u. a.: Consumption of aspartame-containing beverages and incidence of hematopoietic and brain malignancies. In: Cancer Epidemiology, Biomarkers & Prevention. 15, S. 1654–1659, PMID 16985027.
- ↑ 4. Wieviel Aspartam kann man unbedenklich verzehren? bei der EFSA, abgerufen am 6. November 2012
- ↑ FDA Statement on European Aspartame Study, vom 20. April 2007.
- ↑ Thorhallur I. Halldorsson u. a.: Intake of artificially sweetened soft drinks and risk of preterm delivery: a prospective cohort study in 59,334 Danish pregnant women. In: The American Journal of Clinical Nutrition. 92, 2010, S. 626-633, doi:10.3945/ajcn.112.042911.
- ↑ Morando Soffritti u. a.: Aspartame administered in feed, beginning prenatally through life span, induces cancers of the liver and lung in male Swiss mice. In: American Journal of Industrial Medicine. 53, 2010, S. 1197-1206, doi:10.1002/ajim.20896.
- ↑ Pressemitteilung der EFSA vom 8. Januar 2013, abgerufen am 12. Januar 2013
- ↑ Aufforderung der EFSA zur Kommentierung, vom 8. Januar 2013, abgerufen am 12. Januar 2013
- ↑ EFSA-Mitteilung vom 9. April 2013
- ↑ Aspartam-Gutachten auf November 2013 verschoben. Webnachricht der EFSA vom 8. Mai 2013.
- ↑ Hans-Dieter Belitz, Werner Grosch, Peter Schieberle: Lehrbuch der Lebensmittelchemie. 6. Auflage. Springer, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-73202-0, S. 454
- ↑ Klaus Roth, Erich Lück: Kalorienfreie Süße aus Labor und Natur. In: Chemie in unserer Zeit. 46, Nr. 3, 2012, ISSN 0009-2851, S. 186, doi:10.1002/ciuz.201200587.
Weblinks
- Entwurf einer gesundheitlichen Bewertung von Aspartam durch EFSA vom Januar 2013, abgerufen am 12. Januar 2013 (PDF-Datei, 2,9 MB)
- FAQs zu Aspartam bei der EFSA
- Material und Berichte der Ajinomoto AG, einem Hersteller des Süßstoffes
- zusatzstoffe-online.de: Aspartam
- Kritische Dokumentation des Fernsehsenders arte zu Aspartam
Acesulfam | Aspartam | Aspartam-Acesulfam-Salz | Cyclamat | Neohesperidin | Saccharin | Stevia | Sucralose | Thaumatin
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