22839-47-0 / 阿斯巴甜的應用

【背景及概述】^[1][2]

隨著工業生產技術的發展及人民生活水平的提高，一方面食糖的生產量已滿足不了不斷增長的市場需要；另一方面人們認識到食糖攝入過多對人體健康有著不良的影響。因此，20世紀70 年代以后，用生物技術或化學合成法開發出一系列甜味物質，成為食品添加劑的一個主要門類。甜味劑按其性質可分為兩大類： 1類是提供熱量，參加新陳代謝的營養性甜味劑，如大豆低聚糖、木糖醇、麥芽糖醇、和氫化淀粉水解物等等。另1 類是具有甜味，但不參加新陳代謝，不提供熱量的非營養性甜味劑。上述幾種營養性甜味劑的甜度都不及蔗糖，因此盡管味質較好，但使用時會增加產品的成本，國內推廣存在一定的困難，僅在糖尿病患者專用食品及防齲食品中得到應用。對于非營養性甜味劑，早期的產品有甜度為蔗糖25 。倍的甜精或稱乙氧苯服，甜度為蔗糖40倍的賽克來美脫或稱環己磺酸鈉或鈣，以及甜度為蔗搪300 ~ 650 倍的搪精或稱鄰磺酞苯酞亞胺。但甜精和賽克來美脫由于安全性方面的原因退出甜味劑市場，而糖精也先后在加拿大、美國等一些國家被禁用，在我國也受到限制。目前，新一代強力甜味劑正受到食品生產者和消費者的青睞，主要包括安賽蜜、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、安全性高而被認為是最有發展前途的強力甜味劑。

阿斯巴甜(Aspartame ，阿斯巴甜，C14 H18 N2O5)，化學名稱為N-α-L-天冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯，由美國G .D.Searle公司的研究人員在合成促胃液分泌激素時偶然發現其甜味，成為二肽類中第一個被發現有甜味的物質。它在水中溶解度約為1%，乙醇中為0 .26 mg/dL。可作為非營養型甜味劑。在常溫、弱酸(pH 為3 ～ 5)條件下十分穩定，在長時間高溫強堿條件下會分解為無毒、無味的二酮哌嗪。阿斯巴甜在體內能很快消化成3 個組分：天冬氨酸、苯丙氨酸和甲酯，然后被吸收。自1981 年美國食品和藥品管理局核準通過使用后，目前，該甜味劑已經在100個國家及多個權威機構認可，我國于1986 年正式批準其在食品中使用。目前，阿斯巴甜已經發展成為國際市場上的主導強力甜味劑。

【特性】^[3]

1.安全性

阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸構成，可以像蛋白質一樣在體內被快速吸收，不會積蓄在體內，根據聯合國糧農組織(FAO)對其的評價認為阿斯巴甜是安全可靠的，成人每天按40 mg/kg 攝入是安全的，這個用量遠遠大于正常的食糖量，常食用不產生齲齒，不影響血糖，不會引起肥胖、高血壓和冠心病等。

2.低熱量、高甜度、甜味純

阿斯巴甜的熱值僅為4186 kJ/kg，是蔗糖的1/200。尤其適用于糖尿病、肥胖病、高血壓和心血管疾病患者食用。聯合國食品添加劑聯席委員會(JECFA)確定阿斯巴甜為A(I)級甜味劑。阿斯巴甜可感知的甜度為2 .8 mg/dL，而蔗糖僅為0 .636 mg/dL。阿斯巴甜的甜味帶有涼爽感、沒有苦澀、甘草和金屬味，可增加飲料的水果風味。

【應用】^[3]

阿斯巴甜可作為強力甜味劑和風味增效劑廣泛應用在各種食品、飲料或醫藥品中。根據食品工業的實際情況以及阿斯巴甜的獨特性質，在應用研究方面，主要有以下幾個方面的應用。

1. 飲料工業：碳酸飲料是阿斯巴甜應用最多的飲料，如可口可了。在軟飲料家族中，除了碳酸飲料外，果蔬汁、茶飲料等對阿斯巴甜的需求量、使用量也逐漸增大。同時，果汁、含乳飲料也可以使用阿斯巴甜。另外，阿斯巴甜對天然風味有較明顯的協同增效使用，由于阿斯巴甜可加強果汁飲料、果酒的風味濃性，阿斯巴甜在飲料工業的應用范圍越來越廣。

2. 冰淇淋、冰凍甜點：由于冰淇淋屬高糖高油產品，熱量值高，導致很多

人對之望而卻步。冰淇淋工業迫切需要通過技術改新求得產品的更新換代，以加強市場競爭力。由于APM屬于低熱能甜味劑，因此，通過使用阿斯巴甜及其它填充料，開發出高纖維低熱量冰淇淋、無糖低熱量冰淇淋等產品，以解決此類問題。

3. 嬰幼兒食品、奶粉、豆奶粉：在嬰幼兒食品、奶粉、豆奶粉中大都使用了較大量的蔗糖，過多蔗糖的攝入會導致嬰幼兒過于肥胖，不利于嬰幼兒發育，因此，利用阿斯巴甜高甜度低熱量的特可以替換此類食品中的蔗糖。

4. 糖果、藥制劑：由于阿斯巴甜不但熱量低，而且有預防齲齒的作用，因此，在糖果、巧克力等產品中被廣泛的應用。而且近年來，在某些藥物制劑，如某些藥物泡騰片、維生素C 、鈣片等產品對阿斯巴甜的需求也在逐漸增大。

【制備】^[4]

1. 化學合成法

1）內酐法：一種是用芐氧羰基為保護基，先上保護基后脫水形成的內酐的方法；另一種是在甲酸、醋酸酐混合溶液中一步形成甲?；扉T冬氨酸酐的方法。后者在工業化生產中最為常見。內酐法是最早期的方法，反應中不可避免會產生β- 異構體，收率低。但近十年來，在反應體系、β- 異構體回收工藝方面有了較大的改進，加上輔助原料價廉易購，因此仍具有工業生產價值。內酐法可分為先酯化和后酯化兩種方法。內酐法的縮合反應通常在EtOAc/HAc 有機溶劑中進行，內酐中兩個羰基的存在，會產生α、β 兩種異構體，其中β- 異構體有苦味。兩種異構體的鹽酸鹽在水中溶解度相差90 倍以上，利用這個性質很容易將β- 異構體除去，再用弱堿調pH 至4.5－5.5，就得到α-APM。

2） 內酯法：天門冬氨酸以內酯的形式參與縮合反應的方法稱為內酯法，這種縮合反應只生成α- 異構體一種產物，具有很大的優越性。常見的內酯主要有：由L-Asp與Ac2O、HCOOH、Br3CCHO、HAc一鍋法合成的2- 三溴甲基-3-甲?；?5- 氧-4- 噁唑乙酸；由N-Z-Asp、（－CHO－）n 合成的3-芐氧羰基-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。合成時，首先將N-Z-Asp、甲基乙基磺原酸酯在45－50 ℃下于NaOH-CH3OH，介質中反應生成硫羰氧基甲酸乙酯，后者于25 ℃下與PBr3 反應得到穩定的衍生物L-Asp-NTA 晶體，得率高達90%，將L-Asp-NTA 與L-Phe·OMe·HCl 在25 ℃特定pH 值條件下縮合成高含量的α-APM，得率為63%

2. 酶合成法

酶合成法是使用合適的蛋白酶，將L-Asp（氨基已保護或未保護）與L-Phe·OMe 縮合在一起。除此之外的反應操作與化學合成法一樣。1979 年Isowa Y. 等用嗜熱菌蛋白酶（Thermolysinthermoase）成功地將L- 苯丙氨酸甲酯和N- 被護L- 天門冬氨酸合成α-阿斯巴甜前體，從此之后人們陸續開發出多種具有該功能的酶。木瓜蛋白酶在乙酸乙酯和水組成的兩相溶劑中催化N-芐氧羰基-L-天門冬氨酸-α-甲酯。內酞酶（Endepeptidase）可催化N- 苯甲?；?L-天門冬氨酸-α- 甲酯與N- 苯丙氨酸甲酯反應，生成苯甲?；?L-天門冬酰-L-苯丙氨酸甲酯。嗜熱脂肪芽胞桿菌（Bacillussteaarothermophilus）的中性蛋白酶在pH為6.4水溶液中將芐氧羰基-L-天門冬氨酸同苯丙氨酸甲酯鹽酸鹽反應生成N-芐氧羰基-L-天門冬酰-L-苯丙氨酸甲酯。

3.基因工程法

通過重組技術，前體化合物天門冬?？梢院铣删哂校↙-天冬氨酸-L-苯丙氨酰）n 密碼的多聚體雙鏈DNA，在Hind Ⅲ限制性內切酶的切口處連接到pWT121 質粒上或用Eco RI 酶連接至pBGp120 質粒上，再轉入大腸桿菌K12 中，從寄主中獲得含有這一重復序列的大分子肽，提取后用胰凝蛋白酶或枯草桿菌蛋白酶切開得到Asp- Phe，再甲酯化合成α-APM。該方法目前還處于實驗階段。

【主要參考資料】

[1] 周力. 阿斯巴甜的生產與應用[J]. 食品科學, 1997, 18(7): 18-21.

[2] 陳伯適, 歐陽貽德. 新型甜味劑阿斯巴甜[J]. 化工時刊, 2001, 15(12): 59-61.

[3] 吳璞強, 趙桂霞, 張亞楠, 等. 阿斯巴甜的合成和應用研究進展[J]. 中國調味品, 2010 (1): 30-32.

[4] 錢亞杰, 錢志偉. 阿斯巴甜的合成研究[J]. 河北化工, 2007, 30(11): 38-40.