化学性质

天门冬酰苯丙胺酸甲酯俗称阿斯巴甜,化学式为C14H18N2O5,在室温下以白色粉末的状态存在,是一种天然功能性低聚糖,甜度高、不易潮解、不致龋齿,糖尿病患者可食用。阿斯巴甜因其热量极低,又具有较高的甜度,可添加于饮料、药制品或无糖口香糖中作为糖替代品。1 g的阿斯巴甜大约可释放约 4186 kJ/kg的热量,而且2.8 mg/dl的阿斯巴甜就可以让人感觉到甜味,故可以忽略少量阿斯巴甜所产生热量。 

稳定性

阿斯巴甜水溶液在一定的温度和酸性pH条件下,其酯键能被水解生成天冬氨酰苯丙氨酸和甲醇。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。最终,天冬氨酰苯丙氨酸还会继续水解生成2个单独的氨基酸-天冬氨酸和苯丙氨酸。 

阿斯巴甜半衰期可达300d,在pH为3~5的环境中最为稳定;当pH为7时,半衰期仅有几天。阿斯巴甜的甜味特性与蔗糖有所不同,比蔗糖的甜味更为持久,且食用后不会有苦后味或金属异味,而且阿斯巴甜在人体内可迅速代谢分解为天冬氨酸、苯丙氨酸和甲酯,甲酯含量极低,代谢快,可被人体快速吸收,不易检测。 

在食品饮料中的稳定性

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。 

由于水分、pH和温度的综合影响导致阿斯巴甜的分解,会引起甜味的逐渐丧失。但这不会产生怪味,因为其转化物均无味。 

溶解度

阿斯巴甜的溶解度是个重要参数,当应用于液体食品时更要考虑到这一点。就阿斯巴甜本身,其溶解度是pH与温度的函数。在配制餐桌甜味剂、饮料和甜什锦点心时,必须充分考虑到这几个因素的综合影响。 

阿斯巴甜在其等电点(pH为5.2)的水中溶解度最小,其溶解度随温度升高而增大。在等电点下,温度与溶解度之间呈直线关系。在低于阿斯巴甜等电点情况下形成盐溶液的趋势,有助于改善溶解速率与溶解程度,这可通过先往系统中溶解一种食用酸(柠檬酸、苹果酸等),然后再加入阿斯巴甜,或者同时加入两者而得以实现。

甜味特性

甜度

阿斯巴甜具有清爽、类似蔗糖一样的甜感,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。 

在食品和软饮料中,通常情况下阿斯巴甜的甜度是蔗糖的180~220倍。总的说来,阿斯巴甜的相对甜度与对照物蔗糖浓度呈负相关,并随不同的香味系统、pH、品尝温度和蔗糖或其他糖的浓度而发生变化。 

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小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。 

发现

1965年12月,美国 Schlatter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,因此就不忙于立即洗手。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。

毒性

致癌性

20世纪70年代到20世纪90年代间,美国人群脑瘤发病率明显升高,有学者通过美国流行病学资料得出阿斯巴甜会增加脑瘤的发生率的结论,认为美国人群脑瘤发生率显著增高与美国FDA批准阿斯巴甜进入市场直接相关。此结论受到了很多科学家的质疑,有研究人员将脑瘤患者和正常人群进行病例对照研究,发现阿斯巴甜与脑瘤发病率无关。在法国,阿斯巴甜进入市场后,研究者对在1980至1997年的人群脑瘤的发病情况进行分析,并未发现阿斯巴甜可导致脑瘤增加的趋势。在1991至2004年通过采集病例,进行各种数据之间的对照与分析,得出阿斯巴甜的摄入量与其脑癌发病率呈正相关。但此结论随即被美国FDA否认,2007年4月20日FDA发表观点,认为阿斯巴甜并不具有长期致癌性,人们长期食用阿斯巴甜是安全的。世界卫生组织下属的食品添加剂联合专家委员会(JECFA)和欧盟食品安全局(EFSA)对其安全性进行评估,以动物做实验推算出体重在60kg左右的正常健康人群每日摄入2.4g阿斯巴甜,并不会因此致癌。但此结果仅对于动物,是否会对人类致癌,科学依据还太少,无法得出会致癌的定论。 

神经毒性

研究方向多侧重于阿斯巴甜的神经毒性作用。阿斯巴甜的代谢产物之一苯丙氨酸,在通过血-脑屏障时可能与其他大分子的中性氨基酸竞争,改变脑部原有氨基酸比值,进而干扰神经递质的传递。阿斯巴甜的摄入可能增加患者偏头痛的发生率,或延长病痛持续时间。探究阿斯巴甜对小鼠学习记忆的影响,实验中雌雄小鼠随机交配得到幼鼠,从怀孕开始至幼鼠断奶,实验组母鼠进行阿斯巴甜灌胃,对照组则使用蒸馏水灌胃;对40d龄幼鼠进行Morris水迷宫实验,结果发现,实验组幼鼠的起始潜伏期明显高于对照组,说明阿斯巴甜降低了幼鼠的空间学习能力;实验组幼鼠经过平台次数明显少于对照组,在平台停留时间明显短于对照组,说明阿斯巴甜降低了幼鼠的空间记忆能力,以上结果表明,孕期和哺乳期食用阿斯巴甜对幼鼠学习、记忆能力均有影响,阿斯巴甜及其代谢产物可能通过血胎屏障,影响脑功能。

虽然FDA做出阿斯巴甜可安全使用的声明,但并没有确切实验说明阿斯巴甜与偏头痛、癌症等疾病毫无联系,还需进一步研究探讨。因此为确保安全,在日常生活中,不建议长期过量摄入阿斯巴甜。

新闻报道:糖尿病人可以选用无糖酸奶,这类酸奶中的糖分由“木糖醇”、“阿斯巴甜”来代替。但是长期使用这种甜味剂,可能会改变肠道对糖的吸收速度,对糖尿病人带来不利的影响。  在饮食上,食用含酪氨的奶酪,含亚硝酸盐的肉类、腌制食品,含苯乙胺的巧克力,含谷氨酸钠、阿斯巴甜的食品添加剂,葡萄酒以及咖啡因含量高的饮料均可诱发偏头痛。另外不吃饭或禁食也可诱发偏头痛。 


安全信息

危险运输编码:暂无

危险品标志:暂无

安全标识:S22 S24/25

危险标识:暂无


合成方法

天冬甜精的制备通常有化学合成和酶法合成两种。
酶法合成
武汉大学化学系陶国良等人给出了下述合成路线:
I的制备将0.5mmol苄氧羰酰天冬氨酸、1.5mmol苯丙氨酸甲酯盐酸盐和2.5mL水加入25mL的锥形瓶中,用氨水调节Ph值到6,加入7mg嗜热蛋白酶,在40℃下搅拌反应6h。过滤并用蒸馏水洗涤、干燥得白色固体(I)0.29g,产率95.6%,熔点116~118℃。元素分析结果:C 62.96%,H6.09%。N 6.65%。
(2)Ⅱ的制备将样品Ⅰ 0.5g和20mL3mol/L的盐酸加入25mL的锥形瓶中,在45℃下搅拌反应0.5h。过滤并用蒸馏水洗涤、干燥得产物Ⅱ0.32g,产率92%,熔点129~131℃。元素分析结果:C 61.45 %,H 5.42%,N 6.82%。
Ⅲ的制备将0.2g钯碳(10%)催化剂、20mL冰醋酸、5mL水加入100mL三口烧瓶,氢化活化1.5h。加入溶有0.6gⅡ的20mL冰醋酸,在30℃搅拌氢化6h。反应完毕后过滤,催化剂用冰醋酸洗涤3次;将滤液和洗液减压浓缩至干,加入15mL苯,继续减压浓缩至干得白色固体,干燥得产物Ⅲ0.38g,产率为92.3%,熔点245℃。元素分析结果:C 55.63%,H6.23%,N 8.96%。
化学合成法
以天冬氨酸和苯丙氨酸为原料,通过氨基保护、内酐、缩合、水解、中和等步骤合成。保护基团不同,甲酯化次序不同,可以有各种不同的合成方法。如采用甲酰基作为保护基团和后甲酯化的工艺路线,其
向250mL烧瓶中投入27mL 95%的甲醇和0.2g氧化镁,待氧化镁溶解后,加入100mL 98%的醋酐,此时温度逐渐升至40℃。加入67gL-天冬氨酸,升温至50℃,搅拌保温反应2.5h,补加15mL98%的醋酐,继续保温反应2.5h,加入16mL异丙醇,继续反应1.5h,反应结束后冷至室温。
将上述内酐化物加入1000mL烧瓶,再加入207mL醋酸乙酯和66Gl-苯丙氨酸,在25~30℃下搅拌1.5h,再加入冰醋酸126mL,继续反应4.5h,反应结束后真空脱除溶剂,至反应体系温度65℃为止。
然后加入35%的盐酸45mL,升温至60 ℃,回流反应2h。水解结束后,进行常压蒸馏直到馏出温度达63℃(反应体系温度73℃)为止,补加甲醇180mL,继续常压蒸馏至体系温度85℃为止。冷却至25℃后,真空脱除轻组分。
向上述水解反应液中加入35%的盐酸54mL、甲醇9mL和水43mL,在20~30℃下酯化反应7d。然后抽滤、水洗分离出α-APM盐酸盐。将其溶于600mL蒸馏水,于40℃下用5%~10%的NaOH溶液中和至Ph=4.5。冷却至5℃以下,抽滤、洗涤得α-APM粗品,然后溶于500mL甲醇和水(体积比1:2)的混合液。经冷却结晶、抽滤洗涤、真空干燥,收率45%(以L一苯丙氨酸计)。
日本学者提出一条不加保护的路线:
将90g苯丙氨酸甲酯盐酸盐溶于450mL水,用24g碳酸钠中和,再用2个350mL的二氯乙烯萃取得苯丙氨酸甲酯。萃取液中加入9g醋酸和8mL甲醇,再于-20℃下加入15.2g天冬氨酸酐盐酸盐,保温搅拌30min后,依次加入70~80℃的热水350mL和碳酸钠(5.7g)溶液300mL。用150mL二氯乙烯分2次萃取剩余的苯丙氨酸甲酯后,水层用稀盐酸调Ph值至4.8。此水溶液用纸电泳测得含有18.2g(摩尔收率60%)的α-APM和6.1g(摩尔收率20%)的β-APM。此水溶液真空浓缩至100mL,加.36%的盐酸30mL,置冰箱内过夜。析出α-APM·HCl结晶21.3g(收率58%),将结晶滤出并溶解于200mL的水中。溶液在搅拌、50℃下,用5%的碳酸钠溶液调Ph值至4.8,然后置冰箱中过夜,析出并过滤得α-APM结晶13.0g(收率43%)。结晶溶于500mL水,在45℃下通过Dowex 1×4(醋酸盐形式)柱子(1×20cm),并用20mL水冲洗,流出液与洗液一起真空浓缩,析出α-APM结晶11.2g。收率37%,熔点235~236℃(分解),比旋光度αD22+32.0°(C=1,醋酸中)。元素分析结果:C 55.30%,H 6.19%,N 9.36%。

用途

1.按我国GB2760-90规定可用于各类食品,最大使用量视正常生产需要而定。按FAO/WHO(1984)规定,可用于甜食,用量0.3%,胶姆糖1.0%,饮料0.1%,早餐谷物0.5%,以及配制用于糖尿病,高血压、肥胖症、心血管患者的低糖类、低热量保健食品,用量视需要而定。亦可用作风味增强剂。

2.是一种天然功能性低聚糖,不致龋齿、甜味纯正、吸湿性低,没有发黏现象。不会引起血糖的明显升高,适合糖尿病患者食用。我国规定可用于糕点、饼干、面包、配制酒、雪糕、冰棍、饮料、糖果、用量按正常生产需要。