Toxikológia
Az aszpartám (E951) egy szintetikus, dipeptid, intenzív édesítőszer, amely közel 180-200-szor édesebb a szacharóznál, ennek megfelelően alacsony fűtőértékkel. Az aszpartámot világszerte több mint 6000 termékben használják széles körben, és számos márkanév alatt hatalmas kereskedelmi eredményt ér el.1 Az aszpartám nagyon népszerű a csökkentett költségek, az alacsony kalóriabevitel, a vonzó reklámok és a biztosíték miatt, hogy hozzájárul a súlyszabályozáshoz. Az aszpartám népszerűsége a fogyasztók körében a szacharóz fogyasztásával kapcsolatos problémákban rejlik.2 A cukorbetegeknél a vércukorszint szabályozásának nehézségei korlátozzák a normál cukor fogyasztását. Ennek oka, hogy a cukorbetegek nem rendelkeznek megfelelő inzulinszintekkel, amely hormon a cukor véráramba való felvételét szabályozza. Az aszpartám segít a szacharóz bevitel korlátozásában a cukor helyettesítése formájában, és nagyon kis mennyiségű energiát szabadít fel, illetve. Lassabban metabolizálódik, mint a szacharóz, így a vércukorszint idővel stabilabb marad. A reaktív hipoglikémiában szenvedő egyének a glükóznak a véráramba történő gyors felszívódása után többlet inzulint termelnek.3 Ennek következtében vércukorszintjük az élettani működéshez szükséges szint alá csökken. A cukorbetegekhez hasonlóan a magas glikémiájú élelmiszerek kerülése gyakran arra kényszeríti őket, hogy alternatívaként a mesterséges édesítőszereket válasszák. A szacharóz elősegíti a fogszuvasodást, mivel az emberi szájüregben természetesen előforduló baktériumok hatékonyan képesek a szacharózt táplálékforrásként felhasználni, és olyan salakanyagokat szabadítanak fel, amelyek lebontják a fogzománcot. A szacharóztól eltérően a foglepedékben jelenlévő mikroflóra nem hasznosítja az aszpartámot. E tulajdonsága miatt az aszpartám használata lehetőség szerint cukormentes gyógyszerek felírása formájában ajánlott.4,5 Ezen okok miatt az aszpartám egyre inkább bekerül az olyan gyakran fogyasztott élelmiszerekbe, mint a diétás üdítők, gabonapelyhek és cukormentes desszertek, joghurtok, rágógumik, szirupok, szájfrissítők, cukorkák, egészségügyi italok, táplálékkiegészítők, és ajánlják a fogyás, valamint a glükóz intoleranciában és 2-es típusú cukorbetegségben szenvedők számára.6
Aszpartámmal kapcsolatos kémiai információk
Feltárás: 1965-ben egy James Schlatter nevű vegyész, aki a G. D. Searle kutató laboratóriumaiban dolgozott, véletlenül felfedezte az aszpartámot. A gasztrin inhibitor készítésének egyik köztes reakciója során véletlenül a kezére folyt az oldat egy része. Minden biztonsági intézkedéstől függetlenül megnyalta az ujját, hogy felvegye a papírdarabot, és megismerte a vegyszer intenzív édes ízét.7 1970-ben Cloninger és Baldwin a Sciencében jelentette meg jelentését, amelyben mesterséges édesítőszerként való felhasználását javasolta.8
Szintézis
Az aszpartám szintézise azonban kissé bonyolult az L-aszparaginsav és a fenil-alanin metil-észterének közvetlen inkubálása néhány mikroorganizmussal együtt kereskedelmi szinten is aszpartámot eredményez. Az aszpartám kémiai szintézise két fő kémiai folyamatot foglal magában, amelyeket Z- és F- folyamatnak neveznek. A Z-folyamat elsősorban a benziloxikarbonil-L-aszparaginsav dehidratálását jelenti ecetsav-anhidriddel. Az anhidridet ezután toluolban az L-fenilalanin metil-észterével kapcsolják össze, így benziloxikarbonil α- és β-aszpartámok keveréke keletkezik. A védőcsoportokat hidrogenolízissel távolítják el. Kristályosítás után az α- és β-aszpartám izomerek keveréke adja az aszpartámot.9 Az F-eljárás során az aszparaginsav aminocsoportját formilcsoporttal védik, majd természetes dehidrálással anhidridet képeznek. Az anhidridet ezután vagy L-finilalaninnal vagy annak metil-észterével kapcsolják össze, és a formilcsoportot savas hidrolízissel távolítják el.10 Az így kapott α és β aszpartám keverékét vizes metanolos kezeléssel, kristályosítással és semlegesítéssel kezelve végül kereskedelmi aszpartámot kapunk.
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Az aszpartám két aminosavból, L-aszparaginsavból és L-fenilalaninból áll. Ez egy fehér kristályos, szagtalan, intenzíven édes por, amelynek molekuláris képlete (1. ábra) C14H18N2O5, valamint moláris tömege 294,31 g mol-1. Az aszpartám sűrűsége 1,347 g/cm3 , olvadáspontja magas, 246-247 °C között van. Erős lúgos és savas körülmények között az aszpartám hidrolizálódik. Vizes oldatban az aszpartám pH-ja és stabilitása közötti kapcsolat harang alakú görbe, a stabilitás maximuma pH 4,3-nál van. Az aszpartám oldhatósága a pH és a hőmérséklet változásának függvényében változik. A vízben az aszpartám alkoholban is enyhén oldódik. Az aszpartám magasabb hőmérsékletű savas oldatokban jobban oldódik. Az aszpartám oldhatósága vízben kb. 0,03 g/ml savas pH 3-on, szobahőmérsékleten. Dipeptidként az aszpartámnak vannak bizonyos korlátai. Feltételezhetően a melegítés során elveszíti integritását, ezért nem használható sütésnél, főzésnél vagy hosszabb ideig folyadékban való tárolásnál.11,12
Aszpartám biokémiája
Hidrolízis: Az aszpartám a béllumenben hidrolízisnek indul, és három hidrolitikus termékké alakul, amelyek a fenilalanin (50%), az aszparaginsav (40%) és a metanol (10%).13
Metabolizmus: Az aszpartámot széles körben használják különféle alacsony és csökkentett kalóriatartalmú diétás élelmiszerek és italok édesítésére. A lenyelés után az anyagcsere során az aszpartám lebomlik a béllumenben. Aszparaginsav és fenilalanin aminosavak és metanol mellett formaldehiddé, hangyasavvá és diketopiperazinná bomlik, amelyek in vivo tovább metabolizálódnak.14,15 Az esszenciális aminosav fenilalanin termelése veszélyezteti a fenilketonúriában (PKU), egy ritka örökletes betegségben születettek egészségét. Az aszpartám metabolizmusa során azonban a metanoltermelés nem túl magas, de mégis hozzájárul a toxicitáshoz.16
A káros hatásért valószínűleg felelős hatásmód
Az aszpartám metabolizmusának terméke A fenilalanin fontos szerepet játszik a neurotranszmitterek szabályozásában.17 Az aszparaginsavnak a központi idegrendszerben a glutamáttal együtt izgalmi neurotranszmitterként fontos szerepe van. A glutamát, az aszparagin és a glutamin előanyagukból, az aszparaginsavból képződik. A metanol a szervezetben formiáttá alakul át, amely vagy kiválasztódik, vagy formaldehid és diketopiperazin (rákkeltő) és számos más, erősen mérgező származék keletkezik belőle. Az aszpartám által okozott mitokondriumok károsodása, elősegíti a sejtek apoptózisát, ami a GABA termeléséhez vezet. Ezt követően a sejtfal megbomlása következik be, és a sejtek átjárhatóbbá válnak. Ez a jelenség a kapillárisok sejtes endotheliumának károsodását okozza. Ez oxidatív stresszhez vezet, ami idegrendszeri degenerációt eredményez. Az aszpartám fogyasztásával kapcsolatos közvetlen és közvetett neurológiai mellékhatások a károsodott tanulási és érzelmi működést is hátrányosan befolyásolják. Az aszpartám anyagcseréje megváltoztatja a noradrenalin, az adrenalin és a dopamin koncentrációját. Az alváshiány, a görcsök, a depresszió és a fejfájás a katecholaminok regionális agyi koncentrációjának megváltozásából eredő lehetséges mellékhatások.13
Az aszpartám vitájának történeti miliője
A biztonságossági értékelési eljárás az aszpartám és más szintetikus élelmiszer-adalékanyagok esetében különböző ellenőrzési eljárásokon megy keresztül. Az aszpartám biztonságosságát különböző szabályozó ügynökségek értékelték. Az Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal (FDA) és más szabályozó hatóságok az aszpartámot biztonságos ízfokozónak és édesítőszernek tekintik, de az aszpartám státusza még mindig ellentmondásos, mivel bőséges mennyiségű szakirodalom áll rendelkezésre az aszpartámfogyasztás negatív egészségügyi hatásairól és káros hatásáról.17,18 Az aszpartám használatával kapcsolatos legelső vita csaknem két és fél évtizeddel az aszpartám felfedezése után merült fel, amikor 1996-ban Ralph G. Walton, a Northeastern Ohio Universities College of Medicine pszichológusa az aszpartámról szóló, saját maga által közzétett elemzésében, a legelső kutatás során arra a következtetésre jutott, hogy az ipar által finanszírozott tanulmányok nem találtak biztonsági aggályokat, míg 92 független tanulmányból (nem iparilag finanszírozott tanulmányok, szerkesztői levelek, esetjelentések, áttekintések, cikkek vagy könyvfejezetek formájában) 84-ben találtak biztonsági aggályokat.19 Ez a kérdés azután vált népszerűvé, hogy a 60 perc című televíziós műsor kiemelte, és széles körben megvitatták. Walton állításait cáfolva az aszpartám Információs Szolgálat (az Ajinomoto, az aszpartám elsődleges gyártója és szállítója által nyújtott szolgáltatás) kifejezte egyet nem értését.20 2005-ben egy John Briffa megemlítette, hogy az ipar által (részben vagy egészben) finanszírozott tanulmányok majdnem 100%-a arra a következtetésre jutott, hogy az aszpartám biztonságos, míg a függetlenül finanszírozott tanulmányok 92%-a megállapította, hogy az aszpartámnak káros hatásai lehetnek.21 Ez az információ meglehetősen váratlan és meglepő volt a társadalom számára. Az aszpartámot több mint három évtizede használják az élelmiszerekben. Biztonságosságát időről időre különböző szabályozó ügynökségek értékelték. Javasolta, hogy a biztonsági értékelések újraértékelésére nagy szükség van, hogy idővel új, naprakész döntéseket lehessen hozni.22 Az aszpartám első, kísérleti úton feltárt káros hatása óta az aszpartám továbbra is a kutatók érdeklődésének középpontjában áll. Az aszpartám mint nem tápláló édesítőszer biztonsági státuszának figyelemre méltó értékelése egy elismert szakértőkből álló független testület által Dr. William Waddell vezetésével végzett kritikus vizsgálat volt. A testület kiválasztásának alapja az aszpartámmal kapcsolatos toxikológia különböző területeinek nemzetközi képviseletének elérése volt, beleértve a toxikokinetikát, az anyagcserét, a patológiát, az élelmiszertoxikológiát, a biostatisztikát, az epidemiológiát és az általános toxikológiát. A testület megvizsgálta az aszpartám felszívódására, metabolizmusára, toxikológiájára és epidemiológiai vizsgálataira vonatkozó tudományos irodalmat, valamint a világ jelenlegi fogyasztási szintjét.23,24
A lehetséges kapcsolódó egészségügyi problémák
A cukorbetegségben, elhízásban, magas vérnyomásban, szívbetegségben stb. szenvedők száma évről évre nő. Az élelmiszerekben, édességekben, üdítőitalokban stb. egyre nagyobb mennyiségben található cukrok aggodalomra adnak okot egészségügyi hatásaikkal kapcsolatban. Manapság azonban a mesterséges édesítőszerek széles körű figyelmet kapnak. Nagyon fontos azonban, hogy figyelemmel kísérjük biztonságosságuk kérdését. Az aszpartámról kiderült, hogy összefüggésbe hozható számos klinikai rendellenesség progressziójával, beleértve a májkárosodást, a nefrotoxicitást, a neurotranszmitterek kiegyensúlyozatlanságát és a kognitív rendellenességeket. Megfigyelték, hogy a férfiak sok esetben fogékonyabbak, mint a nők.25-28 A természetben előforduló esszenciális aminosav, a fenilalanin magas szintje egészségügyi kockázatot jelent a fenilketonúriában (PKU), egy ritka örökletes betegségben születettek számára. Ezért a fenilketonúriás betegeknek nem szabad aszpartámot fogyasztaniuk.28 Az aszpartám vezető oka lehet a viselkedésbeli változásoknak, beleértve az impulzív viselkedést, a türelemhiányt, a mozgásszervi aktivitás és a neuromuszkuláris koordináció csökkenését.29 A terhesség alatti aszpartámfogyasztás káros lehet a magzatra. A placenta és az anya-magzat átlagos súlyának, a köldökzsinór hosszának és a magzati hepatociták kariometriai paramétereinek csökkenését a magzati hepatocita magok kariometriai paramétereinek többségében szintén jól dokumentálták patkányok aszpartámkezelését követően6. Az aszpartám méhen belüli expozíciója hatással lehet a térbeli kognícióra és a glükóz homeosztázisra egerekben, különösen a hímeknél.25 A testsúly növekedését, a vérnyomás átmeneti emelkedését, valamint a glükóz és a trigliceridek plazmaértékeinek átmeneti emelkedését és a plazma karbamidszintjének átmeneti csökkenését is jelentették aszpartámfogyasztás után.8 A glükóz homeosztázis aszpartámfogyasztás általi megváltozását már egy évtizeddel korábban is jól dokumentálták.25 Az aszpartám képes volt megváltoztatni a normál antioxidáns enzimkészletet számos szervben, például a májban és a vesében.30 Még az aszpartám hosszú távú fogyasztása is oxidatív stresszhez vezethetett az eritrocitákban és a vérsejtekben.31 Az aszpartámkezelés az oxidatív stressz egyik fő okozójának bizonyult az immunszervekben, például a folsavhiányos aszpartámmal kezelt patkányok lépében, timuszában, nyirokcsomóiban és csontvelőjében is. A szabad gyökök termelődése az ilyen érzékeny szervekben hozzájárulhat az alacsony immunitáshoz, és a szervet fogékonnyá teheti a fertőzésekre.32 Az aszpartámot néhány állatmodell esetében potenciális rákkeltőnek is találták. Járványügyi értékelésből azonban nem állt rendelkezésre jelentős bizonyíték.33 Az aszpartámot a májsejtes karcinóma és a hörgőrák indukciójának bűnösének találták hím egereknél, amikor a takarmányon keresztül prenatálisan, az egész életen keresztül a szervezetbe juttatták.27 A nyálmirigyek szintén érzékenyek az aszpartám-expozícióra. A parotis nyálmirigyek szöveti architektúrájának degeneratív elváltozásairól számoltak be rágcsálómodellben, valamint hyperchromatizmusról, pleomorfizmusról és abnormális mitózisról a submandibularis mirigyben.34 Az aszpartám felelős lehet a vörösvértestszám, a csomagolt sejttérfogat, a hemoglobin koncentráció, a fehérvérsejtszám, a vérlemezkeszám és a tesztoszteron hormon csökkenéséért is, amit az acetil-kolinészteráz enzimaktivitás csökkenése követ.29 Az aszpartám konzekvens, orális adagolása az agyi interleukin-1 IL-β (IL-β) és tumor nekrózis faktor-α (TNF-α) termelésének jelentős növekedését eredményezte, amihez az agyi eredetű neurotropikus faktor (BDNF) és a szerotonin szintjének jelentős csökkenése társult.35 Az aszpartám fogyasztása a vérben kimutatható mennyiségű metanolt eredményezett. Feltételezhető, hogy az aszpartám metabolitjai, beleértve a metanolt is, felelősek lehetnek az agyi régiókban az oxidatív stressz kialakulásáért.36 Fény- és elektronmikroszkópos szövettani vizsgálat kimutatta, hogy az aszpartám orális adagolása (még kis dózisban is, mint 250 mg/kg/nap hat héten keresztül) a frontális kéreg kifejezett károsodását eredményezheti.37
Szabályozás
Az európai és ír jogszabályok szerint minden olyan élelmiszeripari terméket, amely aszpartámot vagy aszpartám-aceszulfámsót tartalmaz, és amelyet az összetevők listájában az egyedi nevével jelölnek, a címkén egyértelműen fel kell tüntetni a “fenilalaninforrást tartalmaz” feliratot. Ha az összetevők listáján aszpartám (E 951) vagy aszpartám-aceszulfám só (E 962) szerepel, akkor a címkén fel kell tüntetni: “Aszpartámot tartalmaz (fenilalanin forrása)”.38
Perspektíva
Noha a rágcsálókon végzett kutatási eredmények az aszpartám számos negatív hatását bizonyították, az aszpartám státusza még mindig vitatható. Minden ellentmondástól eltekintve, az aszpartám széles körben elérhető a piacon korlátlan használatra, a korlátozott bevitelre vonatkozó nyomtatott figyelmeztetés nélkül. Az eladási és vásárlási játék két kiemelkedő oka az, hogy nem ismerik a mesterséges édesség mögött meghúzódó kémiai folyamatokat, és a társadalom egyének gyenge korrelációs képessége a fogyasztás és a kapcsolódó egészségügyi problémák között. A szakirodalomban rendelkezésre álló összes kísérleti kutatási adat még mindig elégtelennek tűnik az aszpartám használatának teljes biztonságosságának bizonyítására. Számos támogatott kutatási tanulmány a biztonságosságot állítja, míg számos független kutatási kísérlet számos káros hatást hoz összefüggésbe az aszpartámfogyasztással. További kutatási kísérletekre van szükség ahhoz, hogy az aszpartámmal kapcsolatban rendelkezésre álló tényeket elfogultságtól mentes módon összefoglalják. Itt az ideje, hogy az aszpartám és metabolitjai in vivo környezetre gyakorolt hatásának értékeléséhez szükséges megfelelő kísérletekkel véget vessünk a vitának. Az aszpartám hozzájárulását a különböző klinikai rendellenességek progressziójához is meg kell vizsgálni. A nőknek is kerülniük kellene az aszpartám fogyasztását, különösen terhesség, vemhesség és szoptatás alatt. Az aszpartám alacsony kalóriatartalma miatt más társadalmi rétegekben is nagyon népszerű. Az aszpartámot az asztali cukor helyettesítésére használják a fogyás elősegítése érdekében.39 Az embereknek kerülniük kell az aszpartámot édesítőszerként tartalmazó diétás termékek fogyasztását. Az ilyen édes termékek fogyasztása helyett a semleges ízű, természetes, alacsony cukortartalmú diétás anyagokat kellene előnyben részesíteniük. A csecsemők és gyermekek aszpartám fogyasztását a kereskedelemben kapható rágógumik, karamellák, cukormentes édes termékek, étrend-kiegészítő porok és diétás hideg italok formájában a szülőknek erősen óvatosan kell lebeszélniük. Még néha a nagyon fiatal csecsemők és kisgyermekek is könnyen kapcsolatba kerülnek az aszpartámmal cukorka, karamella, alacsony kalóriatartalmú rágcsálnivalók, kekszek, diétás kólák és szájfrissítők formájában. Az aszpartám folyamatos expozíciója ilyen korai életkorban súlyos anyagcserezavarokhoz vezethet.40 Számos bizonyíték áll rendelkezésre szakirodalom formájában, amely összefüggést mutat az aszpartám használata és az egészségügyi zavarok között. Bár az aszpartám felnőttek számára biztonságosnak tekinthető, gyermekek számára mégsem ajánlott. Bár az aszpartám édes áldás azok számára, akik cukorbetegek, és a cukorbevitellel kapcsolatos egészségügyi aggályaik miatt nem képesek rutinszerűen cukrot fogyasztani, mégis szigorú ellenőrzésre van szükség. A szerzők azt javasolják, hogy az aszpartám fogyasztását a cukorbeteg fogyasztóknak is figyelemmel kell kísérniük, mert nem szükséges minden étkezéshez mesterséges édesítőszert használni. Ehelyett ízérzékelésként kell kezelni. Mindenkinek emlékeztetnie kell arra, hogy egyetlen szintetikus molekula sem alkalmazkodik úgy az emberi szervezethez, mint a természetes, növényi eredetű, nem mérgező anyag. A meglévő kutatási hiányosságok pótlására új klinikai vizsgálatok célszerűek. Az aszpartám használata az előre meghatározott határokon belül rendben van. Az aszpartám csak egy molekula, amely a nyelv ízlelőbimbói számára az édes ízt utánozza; nem a cukor természetes formája. Nem lehet hasznos és biztonságos, ha ellenőrizetlen módon fogyasztják.