Toksikologia
Aspartaami (E951) on synteettinen, dipeptidinen, intensiivinen makeutusaine, joka on lähes 180-200 kertaa makeampi kuin sakkaroosi, ja sen lämpöarvo on vastaavasti alhainen. Aspartaamia käytetään laajalti yli 6 000 tuotteessa maailmanlaajuisesti, ja sillä on valtava kaupallinen merkitys monilla tuotemerkeillä.1 Aspartaami on erittäin suosittu, koska sen kustannukset ovat alhaiset, kalorien saanti on vähäistä, mainokset ovat houkuttelevia ja se edistää painonhallintaa. Aspartaamin suosio kuluttajien keskuudessa johtuu sakkaroosin kulutukseen liittyvistä ongelmista.2 Diabeetikoilla vaikeudet verensokerin säätelyssä rajoittavat normaalin sokerin kulutusta. Tämä johtuu siitä, että diabeetikoilla ei ole riittävästi insuliinia, joka on hormoni, joka säätelee sokerin imeytymistä verenkiertoon. Aspartaami auttaa rajoittamaan sakkaroosin saantia korvaavan sokerin muodossa ja vapauttaa vastaavasti hyvin vähän energiaa. Se metaboloituu hitaammin kuin sakkaroosi, jolloin verensokeri pysyy vakaampana ajan mittaan. Henkilöt, joilla on reaktiivinen hypoglykemia, tuottavat liikaa insuliinia sen jälkeen, kun glukoosi on imeytynyt nopeasti verenkiertoon.3 Tämä aiheuttaa sen, että heidän verensokeritasonsa laskee alle fysiologiseen toimintaan tarvittavan määrän. Kuten diabeetikot, korkean glykeemisen ruoan välttäminen pakottaa usein valitsemaan vaihtoehdoksi keinotekoisia makeutusaineita. Sakkaroosi edistää hampaiden reikiintymistä, koska ihmisen suuontelossa luonnostaan esiintyvät bakteerit pystyvät tehokkaasti käyttämään sakkaroosia ravinnonlähteenä ja vapauttamaan jätteitä, jotka hajottavat kiillettä. Toisin kuin sakkaroosi, hammasplakissa oleva mikrofloora ei hyödynnä aspartaamia. Tämän ominaisuuden vuoksi aspartaamin käyttöä suositellaan mahdollisuuksien mukaan sokerittomina lääkkeinä4,5. Näistä syistä aspartaamia lisätään yhä useammin yleisesti kulutettuihin elintarvikkeisiin, kuten laihdutusjuomiin, muroihin ja sokerittomiin jälkiruokiin, jogurtteihin, purukumeihin, siirappeihin, suunraikastimiin, karkkeihin, terveysjuomiin, ravintolisiin, ja sitä suositellaan painonpudotukseen ja henkilöille, jotka kärsivät glukoosi-intoleranssista ja tyypin 2 diabetes mellituksesta.6
Aspartaamia koskevia kemiallisia tietoja
Löytö: Vuonna 1965 G. D. Searlen tutkimuslaboratorioissa työskennellyt kemisti nimeltä James Schlatter löysi vahingossa aspartaamin. Erään gastriinin estäjän valmistuksen välireaktion aikana osa liuoksesta valui vahingossa hänen käteensä. Kaikista turvatoimista huolimatta hän nuolaisi sormeaan poimiakseen paperinpalan ja sai tietää kemikaalin voimakkaan makean maun.7 Vuonna 1970 Cloninger ja Baldwin julkaisivat Sciencessä raportin, jossa he ehdottivat spartaamin käyttöä keinotekoisena makeutusaineena.8
Synteesi
Aspartaamin synteesi on kuitenkin hieman monimutkainen suora L- asparagiinihapon ja fenyylialaniinin metyyliesterin inkubointi yhdessä joidenkin mikro-organismien kanssa tuottaa myös kaupallista aspartaamia. Aspartaamin kemialliseen synteesiin kuuluu kaksi tärkeää kemiallista prosessia, joita kutsutaan Z- ja F-prosessiksi. Z-prosessissa bentsyylioksikarbonyyli-L-asparagiinihappo dehydratoidaan etikkahappoanhydridillä. Tämän jälkeen anhydridi yhdistetään L-fenyylialaniinin metyyliesterin kanssa tolueenissa, jolloin saadaan bentsyylioksikarbonyyli α- ja β-aspartaamin seos. Suojaryhmät poistetaan hydrogenolyysillä. Kiteyttämisen jälkeen α- ja β-aspartaamin isomeerien seos antaa aspartaamia.9 F-prosessissa asparagiinihapon aminoryhmä suojataan formyyliryhmällä, minkä jälkeen tapahtuu luonnollinen dehydraatio anhydridin muodostamiseksi. Tämän jälkeen anhydridi yhdistetään joko L-fynyylialaniiniin tai sen metyyliesteriin, ja formyyliryhmä poistetaan happohydrolyysillä.10 Tuloksena syntyvästä α- ja β-aspartaamin seoksesta saadaan kaupallista aspartaamia, joka käsitellään vesimetanolikäsittelyllä, kiteytyksellä ja neutraloinnilla.
Kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet
Aspartaami koostuu kahdesta aminohaposta L-asparagiinihaposta ja L-fenyylialaniinista. Se on valkoista kiteistä, hajutonta voimakkaasti makeaa jauhetta, jonka molekyylikaava (kuva 1) on C14H18N2O5 ja moolimassa 294,31 g mol-1. Aspartaamin tiheys on 1,347 g/cm3 , ja sen sulamispiste on korkea, 246-247 °C. Voimakkaissa emäksisissä ja happamissa olosuhteissa aspartaami hydrolysoituu. Vesiliuoksessa aspartaamin pH:n ja stabiilisuuden välinen suhde on kellonmuotoinen käyrä, jossa stabiilisuus on suurimmillaan pH:ssa 4,3. Aspartaamin liukoisuus muuttuu pH:n ja lämpötilan muuttuessa. Veden lisäksi aspartaami liukenee hieman myös alkoholiin. Aspartaami liukenee paremmin korkeamman lämpötilan happamiin liuoksiin. Aspartaamin liukoisuus veteen on noin 0,03 g/ml happamassa pH 3:ssa huoneenlämmössä. Koska aspartaami on dipeptidi, sillä on joitakin rajoituksia. Sen oletetaan menettävän eheytensä kuumennettaessa, joten sitä ei voida käyttää leivonnassa, ruoanlaitossa tai pitkäaikaisessa säilytyksessä nesteissä.11,12
Aspartaamin biokemia
Hydrolyysi:
Metabolia: Aspartaami hydrolysoituu suolen luumenissa ja muuttuu kolmeksi hydrolyyttiseksi tuotteeksi, jotka ovat fenyylialaniini (50 %), asparagiinihappo (40 %) ja metanoli (10 %).13
Metabolia: Aspartaamia käytetään laajalti makeuttamaan erilaisia vähäkalorisia ja vähäkalorisia dieettiruokia ja -juomia. Nautittuaan aineenvaihdunnan aikana aspartaami hajoaa suoliston luumenissa. Sen muodostavien aminohappojen asparagiinihapon ja fenyylialaniinin sekä metanolin lisäksi se hajoaa edelleen formaldehydiksi, muurahaishapoksi ja diketopiperatsiiniksi, jotka metaboloituvat edelleen in vivo.14,15 Välttämättömän aminohapon, fenyylialaniinin, tuottaminen on vaaraksi terveydelle niille, joilla on harvinainen perinnöllinen sairaus, fenyyliketonuria (PKU). Metanolin tuotanto ei kuitenkaan ole kovin suurta aspartaamin metabolian aikana, mutta se vaikuttaa silti myrkyllisyyteen.16
Haitoista mahdollisesti vastuussa oleva vaikutustapa
Aspartaamin metabolian tuotteella fenyylialaniinilla on tärkeä rooli hermovälittäjäaineiden säätelyssä.17 Asparagiinihapolla on tärkeä rooli eksitatorisena välittäjäaineena keskushermostossa glutamaatin ohella. Glutamaatti, asparagiini ja glutamiini muodostuvat niiden esiasteesta, asparagiinihaposta. Metanoli muuttuu elimistössä formiaatiksi, joka voidaan joko erittää tai josta voi muodostua formaldehydiä ja diketopiperatsiinia (syöpää aiheuttava aine) ja useita muita erittäin myrkyllisiä johdannaisia. Aspartaamin aiheuttama mitokondrioiden vaurioituminen edistää solujen apoptoosia, joka johtaa GABA:n tuotantoon. Tämän jälkeen soluseinämä rikkoutuu ja soluista tulee läpäisevämpiä. Tämä ilmiö aiheuttaa kapillaarien solujen endoteelin vaurioitumisen. Se aiheuttaa oksidatiivista stressiä, joka johtaa hermoston rappeutumiseen. Aspartaamin kulutukseen liittyvät suorat ja epäsuorat neurologiset sivuvaikutukset vaikuttavat haitallisesti myös heikentyneeseen oppimiseen ja emotionaaliseen toimintaan. Aspartaamin aineenvaihdunta muuttaa noradrenaliinin, adrenaliinin ja dopamiinin pitoisuuksia. Univaje, kouristukset, masennus ja päänsärky ovat mahdollisia haittavaikutuksia, jotka johtuvat katekoliamiinien alueellisten aivopitoisuuksien muuttumisesta.13
Aspartaamikiistan historiallinen miljöö
Aspartaamin ja muiden synteettisten elintarvikelisäaineiden turvallisuusarviointimenettelyssä käydään läpi erilaisia seurantamenettelyjä. Eri valvontaviranomaiset ovat arvioineet aspartaamin turvallisuutta. Elintarvike- ja lääkevirasto (FDA) ja muut sääntelyviranomaiset pitävät aspartaamia turvallisena arominvahventeena ja makeutusaineena, mutta aspartaamin asema on edelleen kiistanalainen, koska saatavilla on runsaasti kirjallisuutta aspartaamin kulutuksen kielteisistä terveysvaikutuksista ja haittavaikutuksista.17,18 Ensimmäinen aspartaamin käyttöön liittyvä kiista nousi esiin lähes kaksi ja puoli vuosikymmentä aspartaamin löytämisen jälkeen, kun Ralph G. Walton, psykologi Northeastern Ohio Universities College of Medicine -yliopistossa, julkaisi vuonna 1996 aspartaamia koskevan analyysin, jossa hän totesi ensimmäistä kertaa tehdyssä tutkimuksessa, että teollisuuden rahoittamissa tutkimuksissa ei havaittu mitään turvallisuuteen liittyviä huolenaiheita, kun taas 84:ssä 92:sta riippumattomasta tutkimuksesta (jotka olivat muiden kuin teollisuuden rahoittamia tutkimuksia, kirjeitä päätoimittajille, tapausraportteja, katsauksia, artikkeleita tai kirjojen osia) havaittiin turvallisuuteen liittyviä huolenaiheita19 . Asiasta tuli suosittu sen jälkeen, kun televisio-ohjelma 60 minuuttia toi sen esiin, ja siitä on keskusteltu laajasti. Vastalauseena Waltonin lausunnoille aspartaamin tietopalvelu (aspartaamin päätuottajan ja toimittajan Ajinomoton tarjoama palvelu) ilmaisee eriävän mielipiteensä.20 Vuonna 2005 John Briffa mainitsi, että lähes 100 prosentissa teollisuuden rahoittamista (joko kokonaan tai osittain) tutkimuksista päädyttiin siihen tulokseen, että aspartaami on turvallista, kun taas 92 prosentissa riippumattomien tahojen rahoittamissa tutkimuksissa todettiin, että aspartaamilla on potentiaalisesti haitallisia vaikutuksia.21 Tämä tieto oli yhteiskunnan näkökulmasta varsin odottamatonta ja yllättävää. Aspartaamia on käytetty elintarvikkeissa yli kolmen vuosikymmenen ajan. Eri sääntelyviranomaiset ovat aika ajoin arvioineet sen turvallisuutta. Hän ehdotti, että turvallisuusarviointeja olisi arvioitava uudelleen, jotta ajan mittaan voitaisiin tehdä uusia ajantasaistettuja päätöksiä.22 Siitä lähtien, kun aspartaamin ensimmäiset haittavaikutukset paljastuivat kokeellisesti, aspartaami on edelleen tutkijoiden mielenkiinnon kohteena oleva kemikaali. Huomionarvoinen arvio aspartaamin turvallisuustilanteesta muuna kuin ravitsemuksellisena makeutusaineena oli kriittinen tutkimus, jonka teki tunnustetuista asiantuntijoista koostuva riippumaton paneeli tohtori William Waddellin johdolla. Paneelin valinta perustui kansainvälisen edustuksen saavuttamiseen aspartaamin kannalta merkityksellisiltä toksikologian eri aloilta, kuten toksikokinetiikasta, metaboliasta, patologiasta, elintarviketoksikologiasta, biostatistiikasta, epidemiologiasta ja yleisestä toksikologiasta. Paneeli tutki tieteellistä kirjallisuutta aspartaamin imeytymisestä, aineenvaihdunnasta, toksikologiasta ja epidemiologisista tutkimuksista sekä aspartaamin maailmanlaajuisista nykykulutustasoista.23,24
Mahdolliset terveyteen liittyvät huolenaiheet
Diabeteksesta, liikalihavuudesta, verenpainetaudista, sydänsairauksista ym. kärsivien ihmisten määrä lisääntyy joka vuosi. Lisääntyvät sokerimäärät elintarvikkeissa, makeisissa, virvoitusjuomissa jne. ovat herättäneet huolta niiden terveysvaikutuksista. Nykyään keinotekoisiin makeutusaineisiin kiinnitetään kuitenkin paljon huomiota. On kuitenkin erittäin tärkeää valvoa niiden turvallisuutta. Aspartaamin on todettu olevan yhteydessä monien kliinisten häiriöiden, kuten maksatoksisuuden, nefrotoksisuuden, hermovälittäjäaineiden epätasapainon ja kognitiivisten poikkeavuuksien etenemiseen. Havaittiin, että miehet olivat monissa tapauksissa alttiimpia kuin naiset.25-28 Luonnossa esiintyvän välttämättömän aminohapon fenyylialaniinin korkea pitoisuus on terveysriski niille, jotka ovat syntyneet harvinaiseen perinnölliseen sairauteen, fenyyliketonuriaan (PKU). Niinpä fenyyliketonuriapotilaiden ei pitäisi käyttää aspartaamia.28 Aspartaami voi olla johtava syy käyttäytymismuutoksiin, kuten impulsiiviseen käyttäytymiseen, kärsivällisyyden puutteeseen, liikunta-aktiivisuuden ja neuromuskulaarisen koordinaation heikkenemiseen.29 Aspartaamin käyttö raskauden aikana voi olla haitallista sikiölle. Istukan ja äidin ja sikiön keskipainon, napanuoran pituuden ja sikiön hepatosyyttien ytimien kariometristen parametrien enemmistön väheneminen on myös hyvin dokumentoitu rotilla tapahtuneen aspartaamihoidon jälkeen6 . Aspartaamialtistus kohdussa saattaa vaikuttaa hiirillä, erityisesti uroksilla, spatiaaliseen kognitioon ja glukoosin homeostaasiin.25 Aspartaamin käytön jälkeen raportoitiin myös ruumiinpainon kasvua, verenpaineen ja plasman glukoosi- ja triglyseridiarvojen ohimenevää nousua sekä plasman urean ohimenevää vähenemistä.8. Aspartaamin nauttimisen aiheuttama glukoosin homeostaasin muutos oli myös hyvin dokumentoitu kymmenen vuotta aiemmin.25 Aspartaamilla oli kyky muuttaa normaalia antioksidanttientsyymivarastoa monissa elimissä, kuten maksassa ja munuaisissa.30 Jopa pitkäaikainen aspartaamin nauttiminen saattoi johtaa oksidatiiviseen stressiin myös erytrosyyteissä ja verisoluissa.31 Aspartaamihoidon havaittiin myös johtavaksi oksidatiivisen stressin aiheuttajaksi folaattien puutteesta kärsivien aspartaamihoitoa saaneiden rottia käyttäneiden rotttien pernassa, kateenkorvassa, lymfasolmukkeissa ja luuytimessä. Vapaiden radikaalien tuottaminen tällaisissa herkissä elimissä voi osaltaan heikentää immuniteettia ja tehdä elimestä alttiin infektioille.32 Aspartaamin todettiin myös olevan potentiaalinen karsinogeeni joissakin eläinmalleissa. Epidemiologisesta arvioinnista ei kuitenkaan saatu merkittävää näyttöä.33 Aspartaamin todettiin olevan syyllinen hepatosellulaarisen karsinooman ja keuhkoputkien karsinooman induktioon uroshiirillä, kun sitä annosteltiin esisikiöaikana rehun kautta koko eliniän ajan.27 Myös sylkirauhaset ovat herkkiä aspartaamialtistukselle. Jyrsijämallissa raportoitiin degeneratiivisia muutoksia parotis-sylkirauhasten kudosarkkitehtuurissa sekä hyperkromatismia, pleomorfismia ja epänormaalia mitoosia submandibulaarisessa rauhasessa.34 Aspartaami voi myös aiheuttaa punasolujen määrän, pakattujen solujen tilavuuden, hemoglobiinipitoisuuden, valkosolujen määrän, verihiutaleiden määrän ja testosteronihormonin vähenemistä, minkä jälkeen asetyylikoliiniesteraasientsyymin aktiivisuus vähenee.29 Aspartaamin peräkkäinen oraalinen anto johti aivojen interleukiini-1 IL-β:n (IL-β) ja tuumorinekroositekijä-α:n (TNF-α) tuotannon merkittävään lisääntymiseen sekä aivoista peräisin olevan neurotrooppisen tekijän (BDNF) ja serotoniinipitoisuuksien merkittävään alenemiseen.35 Aspartaamin nauttiminen johti havaittavaan metanolimäärään veressä. On oletettu, että aspartaamin aineenvaihduntatuotteet, mukaan lukien metanoli, voisivat aiheuttaa hapetusstressiä aivojen alueilla.36 Valo- ja elektronimikroskooppinen histologinen tutkimus osoitti, että aspartaamin oraalinen anto (jopa pienenä annoksena 250 mg/kg/vrk kuuden viikon ajan) voi johtaa huomattaviin vaurioihin otsa-aivokuorella.37
Lainsäädäntö
Euroopan ja Irlannin lainsäädännön mukaan kaikki elintarvikkeet, jotka sisältävät aspartaamia tai aspartaami-atsulfaamisuolaa ja jotka on merkitty ainesosaluetteloon niiden erityisnimellä, on merkittävä etikettiin selvästi sanoilla ”sisältää fenyylialaniinin lähdettä”. Jos aspartaami (E 951) tai aspartaami-atsesulfaamisuola (E 962) on merkitty ainesosaluetteloon, pakkausmerkinnöissä on mainittava: ”Sisältää aspartaamia (fenyylialaniinin lähde)”.38
Näkemys
Vaikka jyrsijöillä tehdyt tutkimustulokset ovat osoittaneet aspartaamin lukuisat haittavaikutukset, aspartaamin asemasta kiistellään edelleen. Kaiken kiistan lisäksi aspartaamia on laajalti saatavilla markkinoilla rajattomaan käyttöön ilman mitään painettua varoitusta rajoitetusta saannista. Kaksi merkittävää syytä myynti- ja ostopelin taustalla ovat tietämättömyys keinotekoisen makeuden taustalla olevasta kemiasta ja yhteiskunnan yksilöiden heikko korrelaatiokyky kulutuksen ja siihen liittyvien terveysongelmien välillä. Kaikki kirjallisuudessa saatavilla oleva kokeellinen tutkimustieto vaikuttaa edelleen riittämättömältä osoittamaan aspartaamin käytön täydellisen turvallisuuden. Monissa rahoitetuissa tutkimuksissa väitetään, että aspartaamin käyttö on turvallista, kun taas monissa riippumattomissa tutkimuskokeissa aspartaamin käyttöön liittyy monia haittavaikutuksia. Tarvitaan lisää tutkimuskokeita, jotta aspartaamista saatavilla olevat tosiasiat voidaan kerrata puolueettomasti. Nyt on aika lopettaa kiista asianmukaisilla kokeilla, joita tarvitaan aspartaamin ja sen aineenvaihduntatuotteiden vaikutusten arvioimiseksi in vivo -ympäristössä. Myös aspartaamin osuutta eri kliinisten häiriöiden etenemisessä olisi tutkittava. Naisten tulisi myös välttää aspartaamin käyttöä erityisesti raskauden, tiineyden ja imetyksen aikana. Aspartaami on hyvin suosittu myös muissa yhteiskuntaluokissa sen vähäisen kaloripitoisuuden vuoksi. Aspartaamia käytetään pöytäsokerin korvikkeena painonpudotuksen helpottamiseksi.39 Ihmisten tulisi välttää sellaisten dieettituotteiden käyttöä, jotka sisältävät aspartaamia makeutusaineena. Tällaisten makeiden tuotteiden kulutuksen sijasta heidän tulisi suosia maultaan neutraaleja ruokavalioaineita, joiden luonnollinen sokeripitoisuus on alhainen. Imeväisten ja lasten aspartaamin kulutusta kaupallisesti saatavilla olevien purukumien, toffeen, sokerittomien makeiden tuotteiden, ravintolisäjauheiden ja dieettikylmäjuomien muodossa tulisi vanhempien varovaisesti ja voimakkaasti kannustaa. Joskus jopa hyvin pienet vauvat ja pikkulapset joutuvat helposti kosketuksiin aspartaamin kanssa karkkien, toffeen, vähäkaloristen välipalojen, keksien, dieettikokiksen ja suunraikastimien muodossa. Jatkuva altistuminen aspartaamille näin varhaisessa iässä voi johtaa vakaviin aineenvaihduntahäiriöihin.40 Kirjallisuudessa on monia todisteita, jotka korreloivat aspartaamin käytön ja terveyshäiriöiden välillä. Vaikka aspartaamia pidetään turvallisena aikuisten käytössä, sitä ei silti suositella lapsille. Vaikka aspartaami on makea siunaus niille diabeetikoille, jotka eivät pysty käyttämään tavanomaista sokeria sokerin saantiin liittyvien terveysongelmiensa vuoksi, tiukka seuranta on silti erittäin tärkeää. Kirjoittajat suosittelevat, että myös diabeetikkojen tulisi seurata aspartaamin kulutusta, koska keinotekoisen makeutusaineen käyttö ei ole välttämätöntä jokaisella aterialla. Sen sijaan sitä olisi käsiteltävä makutuntemuksena. Kaikkien tulisi muistuttaa, että mikään synteettinen molekyyli ei sopeudu ihmiskehoon kuten luonnollinen, kasviperäinen, myrkytön aine. Nykyisten tutkimusaukkojen täyttämiseksi on suositeltavaa tehdä uusia kliinisiä tutkimuksia. Aspartaamin käyttö on sallittua ennalta määritellyissä rajoissa. Aspartaami on vain molekyyli, joka jäljittelee makeaa makua kielen makuhermoille; se ei ole sokerin luonnollinen muoto. Se ei voi olla hyödyllistä ja turvallista, jos sitä käytetään hallitsemattomasti.