Toxikologi
Aspartam (E951) är ett syntetiskt, dipeptid, intensivt sötningsmedel som är nästan 180-200 gånger sötare än sackaros, med ett lågt värmevärde. Aspartam används allmänt i mer än 6 000 produkter över hela världen med ett enormt kommersiellt resultat under många varumärken.1 Aspartam är mycket populärt på grund av sina minskade kostnader, sitt låga kaloriintag, sina attraktiva annonser och sin försäkran om att bidra till viktkontroll. Aspartams popularitet bland konsumenterna beror på de problem som är förknippade med konsumtion av sackaros.2 Hos diabetiker är det svårt att reglera blodsockernivån, vilket begränsar konsumtionen av normalt socker. Detta beror på att diabetiker inte har tillräckliga nivåer av insulin, ett hormon som kontrollerar sockerupptaget i blodet. Aspartam hjälper till att begränsa intaget av sackaros i form av ersättningssocker och frigör en mycket liten mängd energi. Det metaboliseras långsammare än sackaros, vilket gör att blodsockernivåerna förblir mer stabila över tid. Individer med reaktiv hypoglykemi producerar ett överskott av insulin efter att snabbt ha absorberat glukos i blodomloppet.3 Detta gör att blodglukosnivåerna sjunker under den mängd som behövs för fysiologisk funktion. Liksom diabetiker tvingar undvikande av högglykemisk mat ofta till att välja konstgjorda sötningsmedel som alternativ. Sackaros främjar karies på grund av att bakterier som naturligt förekommer i människans munhåla effektivt kan använda sackaros som näringskälla och frigöra avfall som bryter ner emaljen. Till skillnad från sackaros utnyttjar den mikroflora som finns i tandplacket inte aspartam. På grund av denna egenskap rekommenderas användning av aspartam i form av förskrivna sockerfria läkemedel när det är möjligt.4,5 Av dessa skäl introduceras aspartam i allt större utsträckning i vanligt förekommande livsmedel som t.ex. lightläsk, spannmål och sockerfria efterrätter, yoghurt, tuggummi, sirap, munfräschare, godis, hälsodrycker, näringstillskott och rekommenderas för viktminskning och för personer som lider av glukosintolerans och typ 2-diabetes mellitus.6
Kemisk information relaterad till aspartam
Fynd: År 1965 upptäckte en kemist vid namn James Schlatter som arbetade på G. D. Searles forskningslaboratorier av misstag aspartam. Under en mellanreaktion vid framställning av gastrinhämmare spillde han av misstag en del av lösningen på sin hand. Trots alla säkerhetsåtgärder slickade han sig på fingret för att plocka upp pappersbiten och fick då kännedom om kemikaliens intensivt söta smak.7 1970 publicerade Cloninger och Baldwin en rapport i Scienceto för att föreslå användningen av aspartam som ett artificiellt sötningsmedel.8
Syntes
Syntesen av aspartam är dock något komplicerad. En direkt inkubation av L-asparaginsyra och metylester av fenylalanin tillsammans med vissa mikroorganismer ger också aspartam på kommersiell nivå. Den kemiska syntesen av aspartam inbegriper två stora kemiska processer som kallas Z- och F-processer. Z-processen innebär huvudsakligen dehydrering av bensyloxykarbonyl-L-asparaginsyra med ättiksyraanhydrid. Anhydridet kopplas sedan med metylester av L-fenylalanin i toluen för att ge en blandning av bensyloxykarbonyl α- och β-aspartam. Skyddsgrupperna avlägsnas genom hydrogenolys. Efter kristallisering ger en blandning av α- och β-aspartamisomerer aspartam.9 F-processen innebär att aminogruppen i asparaginsyra skyddas med en formylgrupp följt av naturlig dehydrering för att bilda anhydrid. Anhydriden kopplas sedan antingen med L-fynylalanin eller dess metylester och formylgruppen avlägsnas genom syrahydrolys.10 Den resulterande blandningen av α- och β-aspartam som behandlas med vattenhaltig metanolbehandling, kristallisering och neutralisering ger slutligen kommersiellt aspartam.
Kemiska och fysikaliska egenskaper
Aspartam består av två aminosyror L-asparaginsyra och L-fenylalanin. Det är ett vitt kristallint, luktfritt intensivt sött pulver har molekylformeln (figur 1) C14H18N2O5 tillsammans med molarmassan 294,31 g mol-1. Aspartam har en densitet på 1,347 g/cm3 och en hög smältpunkt på 246-247 °C. Under starka alkaliska och sura förhållanden hydrolyseras aspartam. I vattenlösning är förhållandet mellan pH och aspartams stabilitet en klockformad kurva med maximal stabilitet vid pH 4,3. Aspartams löslighet förändras med hänsyn till förändringar i pH och temperatur. Förutom i vatten är aspartam också något lösligt i alkohol. Aspartam är mer lösligt i sura lösningar med högre temperatur. Lösligheten av aspartam i vatten är ca 0,03 g/ml vid surt pH 3 i rumstemperatur. Som dipeptid har aspartam vissa begränsningar. Den antas förlora sin integritet vid upphettning och kan därför inte användas vid bakning, matlagning eller långvarig förvaring i vätskor.11,12
Biokemi för aspartam
Hydrolys: När aspartam snart intas genomgår det hydrolys i tarmlumen och omvandlas till tre hydrolytiska produkter som heter fenylalanin (50 %), asparaginsyra (40 %) och metanol (10 %).13
Metabolism: Aspartam används i stor utsträckning för att söta en mängd olika kalorisnåla och kalorireducerade dietmaträtter och drycker. När aspartam intas under metabolismen bryts ned i tarmlumen. Förutom de ingående aminosyrorna asparaginsyra och fenylalanin och metanol bryts aspartam ytterligare ned till formaldehyd, myrsyra och diketopiperazin, som metaboliseras ytterligare in vivo.14,15 Produktionen av den essentiella aminosyran fenylalanin är en hälsorisk för dem som föds med fenylketonuri (PKU), en sällsynt ärftlig sjukdom. Metanolproduktionen är dock inte särskilt hög under aspartammetabolismen men bidrar ändå till toxiciteten.16
Aktionsmekanism som eventuellt är ansvarig för den skadliga effekten
En produkt av aspartammetabolismen Fenylalanin spelar en viktig roll i regleringen av neurotransmittorerna.17 Asparaginsyra har en viktig roll som en excitatorisk neurotransmittor i det centrala nervsystemet tillsammans med glutamat. Glutamat, asparagin och glutamin bildas från sin prekursor, asparaginsyra. Metanol omvandlas i kroppen till format, som antingen kan utsöndras eller ge upphov till formaldehyd och diketopiperazin (cancerframkallande) och ett antal andra mycket giftiga derivat. Mitokondrieskador orsakade av aspartam, främjar cellapoptos som leder till produktion av GABA. Därefter sker cellväggsbrott och cellerna blir mer genomsläppliga. Detta fenomen leder till skador på kapillärernas cellulära endotel. Det ger upphov till oxidativ stress som leder till neurodegeneration. Direkta och indirekta neurologiska bieffekter i samband med konsumtion av aspartam påverkar också negativt den försämrade inlärningen och känslomässiga funktionen. Aspartammetabolismen förändrar koncentrationerna av noradrenalin, adrenalin och dopamin. Sömnbrist, kramper, depression och huvudvärk är möjliga biverkningar av förändrade regionala koncentrationer av katekolaminer i hjärnan.13
Historisk miljö för aspartamkontroversen
Förfarandet för säkerhetsbedömning när det gäller aspartam och andra syntetiska livsmedelstillsatser genomgår olika övervakningsförfaranden. Säkerheten hos aspartam har utvärderats av olika tillsynsmyndigheter. Food and drug administration (FDA) och andra tillsynsmyndigheter anser att aspartam är en säker smakförstärkare och sötningsmedel, men aspartams status är fortfarande kontroversiell på grund av att det finns gott om litteratur om negativa hälsoeffekter och negativa effekter av aspartamkonsumtion.17,18 Den allra första kontroversen om aspartamanvändning uppstod nästan två och ett halvt decennium efter upptäckten av aspartam, när Ralph G. Walton, psykolog vid Northeastern Ohio Universities College of Medicine, 1996 själv publicerade en analys av aspartam och drog slutsatsen att de industrifinansierade studierna inte gav upphov till några säkerhetsrisker, medan 84 av 92 oberoende studier (i form av icke-industrifinansierade studier, brev till redaktörerna, fallrapporter, översikter, artiklar eller bokkapitel) gav upphov till säkerhetsrisker.19 Denna fråga blev populär efter att ha uppmärksammats i TV-programmet 60 minutes och har diskuterats flitigt. I ett genmäle till Waltons uttalanden uttrycker aspartame Information Service (en tjänst som tillhandahålls av Ajinomoto, en av de främsta producenterna och leverantörerna av aspartam) sin oenighet.20 År 2005 nämnde John Briffa att nästan 100 % av de industrifinansierade studierna (antingen helt eller delvis) har kommit fram till att aspartam är säkert, medan 92 % av de oberoende finansierade studierna har kommit fram till att aspartam har en potential för negativa effekter.21 Denna information var ganska oväntad och överraskande för samhället. Aspartam har använts i livsmedel i mer än tre decennier. Dess säkerhet har utvärderats av olika tillsynsmyndigheter från tid till annan. Han föreslog att det finns ett stort behov av att omvärdera säkerhetsbedömningarna för att kunna fatta nya uppdaterade beslut med tiden.22 Sedan den första negativa effekten av aspartam avslöjades genom experiment har aspartam förblivit en kemikalie av intresse för forskarna. En anmärkningsvärd bedömning av säkerhetsstatusen för aspartam som ett icke-nutritivt sötningsmedel var en kritisk studie som utfördes av en oberoende panel av erkända experter under ledning av dr William Waddell. Panelen valdes ut för att uppnå internationell representation från olika toxikologiska områden som är relevanta för aspartam, däribland toxikokinetik, metabolism, patologi, livsmedelstoxikologi, biostatistik, epidemiologi och allmän toxikologi. Panelen har undersökt vetenskaplig litteratur om absorption, metabolism, toxikologi, epidemiologiska studier och världsomspännande aktuella konsumtionsnivåer för aspartam.23,24
Möjliga hälsoproblem i samband med aspartam
Antalet människor som lider av diabetes, fetma, högt blodtryck, hjärtsjukdomar etc. ökar varje år. De ökande mängderna socker i livsmedel, godis, läskedrycker etc. har gett upphov till viss oro för deras hälsoeffekter. Numera får dock konstgjorda sötningsmedel stor uppmärksamhet. Det är dock mycket viktigt att övervaka deras säkerhet. Aspartam har visat sig ha ett samband med utvecklingen av många kliniska sjukdomar, bland annat hepatotoxicitet, nefrotoxicitet, obalans i neurotransmittorsystemet och kognitiva avvikelser. Det observerades att män var mer mottagliga än kvinnor i många fall.25-28 Höga nivåer av den naturligt förekommande essentiella aminosyran fenylalanin är en hälsorisk för dem som föds med fenylketonuri (PKU), en sällsynt ärftlig sjukdom. Patienter med fenylketonuri bör därför inte konsumera aspartam.28 Aspartam kan vara en ledande orsak till beteendeförändringar, inklusive impulsivt beteende, brist på tålamod, minskad rörelseaktivitet och neuromuskulär koordination.29 Aspartamkonsumtion under dräktigheten kan vara skadligt för fostret. Minskning av medelvikten för placenta och moder- och fostervikt, navelsträngslängd och kariometriska parametrar i fostrets hepatocytkärnor majoriteten av hepatocyternas kariometriska parametrar var också väldokumenterade efter behandling med aspartam hos råttor.6 Exponering av aspartam i livmodern kan påverka den spatiala kognitionen och glukoshomeostasen hos möss, särskilt hos hanar.25 En ökning av kroppsvikten, tillfälliga ökningar av blodtrycket och plasmavärdena för glukos och triglycerider tillsammans med en tillfällig minskning av plasmaurea rapporterades också efter aspartamkonsumtion.8 Förändring av glukoshomeostasen vid intag av aspartam var också väl dokumenterad ett decennium tidigare.25 Aspartam hade förmågan att förändra den normala antioxidativa enzympoolen i många organ, t.ex. lever och njurar.30 Även långvarig konsumtion av aspartam kunde leda till oxidativ stress även i erytrocyter och blodkroppar.31 Aspartambehandling visade sig också vara den främsta orsaken till oxidativ stress i immunorganen, t.ex. mjälte, thymus, lymfkörtlar och benmärg, hos folatfattiga aspartambehandlade råttor. Produktion av fria radikaler i sådana känsliga organ kan bidra till låg immunitet och göra organet mottagligt för infektioner.32 Aspartam visade sig också vara ett potentiellt cancerframkallande ämne för vissa djurmodeller. Aspartam visade sig vara orsaken till induktion av hepatocellulärt karcinom och bronkialkarcinom hos hanmöss när det introducerades prenatalt genom hela livet via fodret.27 Spottkörtlarna är också känsliga för aspartamexponering. Degenerativa förändringar i vävnadsarkitekturen i parotisspottkörtlarna rapporterades i en gnagarmodell tillsammans med hyperkromatism, pleomorfism och onormal mitos i den submandibulära körteln.34 Aspartam kan också vara ansvarigt för en minskning av antalet röda blodkroppar, cellvolymen, hemoglobinkoncentrationen, antalet vita blodkroppar, trombocytantalet och testosteronhormonet följt av en minskning av enzymaktiviteten i acetylkolinesteras.29 Konsekvent oral administrering av aspartam resulterade i en signifikant ökning av produktionen av interleukin-1 IL-β (IL-β) och tumörnekrosfaktor-α (TNF-α) i hjärnan tillsammans med en signifikant minskning av hjärnans neurotropa faktor (BDNF) och serotoninnivåer.35 Aspartamkonsumtion resulterade i en påvisbar mängd metanol i blodet. Det antas att metaboliter från aspartam, inklusive metanol, kan vara ansvariga för generering av oxidativ stress i hjärnområden.36 En histologisk studie med ljus- och elektronmikroskopi visade att oral administrering av aspartam (även i små doser som 250 mg/kg/dag i sex veckor) kan leda till en markant försämring av den främre hjärnbarken.37
Lagstiftning
Enligt europeisk och irländsk lagstiftning ska alla livsmedelsprodukter som innehåller aspartam eller aspartam-acesulfamsalt, som i ingrediensförteckningen betecknas med sitt specifika namn, tydligt märkas med orden ”innehåller en källa till fenylalanin”, på etiketten. Om aspartam (E 951) eller aspartam-acesulfamsalt (E 962) anges i ingrediensförteckningen måste märkningen innehålla följande: ”Innehåller aspartam (en källa till fenylalanin)”.38
Perspektiv
Och även om forskningsresultat på gnagare har visat på ett stort antal negativa effekter av aspartam är aspartams status fortfarande diskutabel. Bortsett från alla kontroverser är aspartam allmänt tillgängligt på marknaden för obegränsad användning utan någon tryckt varning om begränsat intag. Två framträdande orsaker till att man säljer och köper är bristande medvetenhet om kemin bakom den konstgjorda sötman och samhällets dåliga korrelationsförmåga mellan konsumtion och hälsoproblem som är förknippade med den. Alla experimentella forskningsdata som finns tillgängliga i formell litteratur verkar fortfarande otillräckliga för att bevisa att aspartamanvändning är helt säker. I många finansierade forskningsstudier sägs det att aspartam är säkert, medan många oberoende forskningsexperiment visar på många negativa effekter av aspartamkonsumtion. Det krävs ytterligare forskningsexperiment för att sammanfatta de fakta som finns om aspartam på ett fördomsfritt sätt. Nu är det dags att avsluta kontroversen genom lämpliga experiment som krävs för att bedöma effekterna av aspartam och dess metaboliter i in vivo-miljön. Aspartams bidrag till utvecklingen av olika kliniska sjukdomar bör också undersökas. Kvinnor bör också undvika konsumtion av aspartam, särskilt under graviditet, dräktighet och amning. Aspartam är också mycket populärt i andra samhällsklasser på grund av dess låga kaloriinnehåll. Aspartam ingår som ersättning för bordssocker för att underlätta viktminskning.39 Människor bör undvika konsumtion av dietprodukter som innehåller aspartam som sötningsmedel. I stället för att konsumera sådana söta produkter bör de föredra dietprodukter som är neutrala i smaken och har ett naturligt lågt sockerinnehåll. Aspartamkonsumtion hos spädbarn och barn i form av kommersiellt tillgängliga tuggummin, karamell, sockerfria söta produkter, pulver i form av kosttillskott och kalla lightdrycker bör starkt avrådas av föräldrarna med försiktighet. Även mycket små barn och spädbarn kommer ibland lätt i kontakt med aspartam i form av godis, karamell, kalorisnåla snacks, kex, lightcola och munfräschare. Kontinuerlig exponering av aspartam i ett så tidigt skede av livet kan leda till allvarliga ämnesomsättningsstörningar.40 Det finns många belägg i form av litteratur som visar på samband mellan aspartamanvändning och hälsostörningar. Även om aspartam anses vara säkert för vuxna rekommenderas det fortfarande inte för barn. Även om aspartam är en god gärning för dem som är diabetiker och som inte kan konsumera vanligt socker på grund av hälsoproblem i samband med sockerintag, är det ändå nödvändigt med strikt övervakning. Författarna rekommenderar att aspartamkonsumtionen övervakas även av diabeteskonsumenter, eftersom det inte är nödvändigt att använda konstgjort sötningsmedel i varje måltid. I stället bör det behandlas som en smakupplevelse. Alla bör påminna om att ingen syntetisk molekyl kan anpassas till människokroppen på samma sätt som naturliga, växtbaserade och giftfria ämnen. För att fylla de befintliga forskningsluckorna rekommenderas nya kliniska studier. Det går bra att använda aspartam inom de förutbestämda gränserna. Aspartam är bara en molekyl som efterliknar den söta smaken för tungans smaklökar; det är inte en naturlig form av socker. Det skulle inte kunna vara fördelaktigt och säkert, när det konsumeras på ett okontrollerat sätt.