Aspartam

Strukturformel
Allgemeines
Name	Aspartam
Andere Namen	N-(L-α-Aspartyl)- L-phenylalanin- methylester (S,S)-N-(α-Aspartyl)-phenylalanin- methylester H-Asp-Phe-OMe E 951
Summenformel	C14H18N2O5
CAS-Nummer	22839-47-0
PubChem	134601
Kurzbeschreibung	farblose, süß schmeckende Kristalle[1]
Eigenschaften
Molare Masse	294,31 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Schmelzpunkt	248−250 °C[2]
Löslichkeit	schlecht in Wasser[2] und den meisten organischen Lösemitteln[1]
Sicherheitshinweise
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [3] keine Gefahrensymbole R- und S-Sätze R: keine R-Sätze S: 22-24/25
LD50	> 10.000 mg·kg–1 (Maus, Ratte, oral)[4][5] > 5000 mg·kg–1 (Maus, Ratte intraperitoneal)[5] TDLo 3,71 mg·kg–1 (Frauen, oral)[6]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Aspartam ist ein synthetisch hergestellter Süßstoff (Markennamen zum Beispiel NutraSweet, Canderel). Der Süßstoff leitet sich von den beiden α-Aminosäuren L-Asparaginsäure und L-Phenylalanin ab, die miteinander zu einem Dipeptid verknüpft sind. Aspartam ist der Methylester des Dipeptids L-Aspartyl-L-phenylalanin.

Als Lebensmittelzusatzstoff wird es als E 951 deklariert,^[7] die erlaubte Tagesdosis beträgt in der EU 40 mg pro kg Körpergewicht und Tag.^[8] Aspartam ist ein weit verbreiteter Inhaltsstoff in Softdrinks und Kaugummi.

Entdeckung und Zulassung

Aspartam wurde 1965 durch Zufall von James M. Schlatter, einem Chemiker des pharmazeutischen Unternehmens G.D. Searle & Company entdeckt,^[9] der an der Synthese des Peptidhormons Gastrin arbeitete.^[10]

Erste Verträglichkeitsuntersuchungen führten zu einem uneindeutigen Ergebnis und mündeten in eine Debatte darüber, ob Aspartam bei Ratten krebserregend wirken kann. Die für die Zulassung von Lebensmittelzusatzstoffen verantwortliche amerikanische Behörde Food and Drug Administration (FDA) lehnte eine Zulassung von Aspartam deshalb mehrere Jahre lang ab. 1980 hatte sich ein Untersuchungsausschuss der FDA, der aus unabhängigen Beratern gebildet wurde, mit der Frage zu befassen, ob Aspartam Gehirntumore auslösen kann. Der Ausschuss verneinte dies, lehnte jedoch eine Zulassung aufgrund der offenen Frage der Karzinogenität in Ratten ab.^[11]

1981 erhielt die G.D. Searle & Company von der FDA eine Zulassung für Aspartam (NutraSweet).^[9] Arthur Hull Hayes, der Vorsitzende der FDA, veranlasste zunächst die Zulassung von Aspartam in Trockenprodukten, wobei er sich auf eine japanische Studie berief, die dem Untersuchungsausschuss noch nicht zur Verfügung gestanden hatte, sowie die Aussagen einer Expertengruppe.^[12][11] 1983 wurde Aspartam auch für die Verwendung in kohlensäurehaltigen Getränken und 1993 für die Verwendung in sonstigen Getränken, Back- und Süßwaren zugelassen. Seit 1996 unterliegt es in den USA keinen Verwendungsbeschränkungen mehr.

Searle hielt ein Patent auf Aspartam und vermarktete es unter dem Handelsnamen NutraSweet. 1985 wurde Searle von dem Unternehmen Monsanto übernommen, welches die Süßstoffproduktion unter dem Namen NutraSweet Company als selbstständigen Unternehmensteil fortführte und im Jahr 2000 wieder abstieß; die NutraSweet Company gehört heute dem privaten Investmentfonds J.W. Childs Equity Partners II L.P. Da das Patent bereits 1992 abgelaufen ist, wird der weltweite Aspartam-Markt heute von verschiedenen Wettbewerbern versorgt.

In Deutschland wurde Aspartam am 13. Juni 1990 gemäß der Zusatzstoffzulassungsverordnung zugelassen.^[9]

Herstellung

Es sind chemische und enzymatische Verfahren zur Herstellung von Aspartam beschrieben.^[13][14] Ausgangsstoff der chemischen Synthese ist (S)-Asparaginsäure, die durch die Reaktion mit Phosphoroxychlorid in ein cyclisches Carbonsäureanhydrid überführt wird. Dessen Umsetzung mit (S)-Phenylalaninmethylester liefert dann Aspartam:

Als Nebenprodukt entstehen bei dieser Reaktionssequenz bis zu 20 % des unerwünschten β-Isomers. Die Reinigung erfolgt durch fraktionierende Kristallisation.^[14]

Verwendung

Aspartam hat einen Energiegehalt von 17 kJ/g, ungefähr so viel wie Zucker. Aufgrund seiner höheren Süßkraft, die ungefähr 180-mal so stark ist wie die des Zuckers, wird es in viel geringeren Mengen eingesetzt. So haben mit Aspartam gesüßte Lebensmittel einen erheblich niedrigeren Energiegehalt. Es ist daher für Menschen, die nicht an Phenylketonurie leiden, für energiearme Diäten sowie für Diabetes-Diäten geeignet.^[15] Die Bildung von Karies wird durch Zuckeraustausch- oder Süßstoffe nicht oder deutlich weniger stark gefördert.

Verwendungseinschränkung durch Zersetzung

Zyklisierung von Aspartam zum 2,5-Dioxopiperazin der L-Asparaginsäure und des L-Phenylalanins

Aspartam ist nicht hitzebeständig und zersetzt sich im Trockenzustand bei 196 °C.^[16] Schon bei Temperaturen von mehr als 150 °C findet ein rascher Zerfall des Aspartam statt. Der Abbau bei 105 und 120 °C verläuft demgegenüber relativ langsam.^[17] Wird Aspartam in Mischungen mit einem Wassergehalt über 8 % verwendet, so wird Aspartam wesentlich rascher abgebaut.^[16]

Darüber hinaus kann sich Aspartam in seine Einzelkomponenten (L-Asparaginsäure, L-Phenylalanin und Methanol) zersetzen oder zu einem 2,5-Dioxopiperazin („Diketopiperazin“) cyclisieren,^[18] was vorwiegend beim Kochen und Backen geschieht und wodurch es die Süßkraft verliert.^[19]

Die Stabilität von Aspartam in Lösungen wird durch drei Faktoren wesentlich beeinflusst: Zeit, Temperatur und pH-Wert. Bei konstanter Temperatur und konstantem pH nimmt der Süßstoffgehalt langsam ab. Die optimale Stabilität wird im schwach sauren pH-Bereich, in dem sich die meisten Getränke ohnehin bewegen, erreicht. Im Bereich von pH 2,5 bis 5,5 kann Aspartam als relativ stabil betrachtet werden. Das Stabilitätsoptimum liegt bei pH 4,2.^[17]

Metabolisierung

Da Aspartam ein Dipeptid ist, wird es – wie auch Proteine – von Peptidase-Enzymen, die Proteine und Peptide spalten können, in die natürlich vorkommenden, proteinogenen Aminosäuren Phenylalanin und Asparaginsäure zerlegt. Dabei entstehen neben 50 % Phenylalanin und 40 % Asparaginsäure auch 10 % Methanol. Sowohl Methanol als auch dessen Oxidationsprodukt Formaldehyd sind giftig, aufgrund der geringen Einsatzkonzentration von Aspartam sind die entstehenden Mengen jedoch unbedenklich.

Gesundheitsfragen

Aspartam darf von Menschen mit der angeborenen Stoffwechselerkrankung Phenylketonurie nicht eingenommen werden. Eine Studie (Screeningreport) aus dem Jahre 2004 berechnete für Deutschland eine Häufigkeit der Krankheit von etwa 1:8000, d. h. durchschnittlich leidet eine von 8000 Personen an Phenylketonurie.^[20] Daher müssen Produkte, die Aspartam enthalten, in der EU mit dem Hinweis „enthält eine Phenylalaninquelle“ oder „mit Phenylalanin“ gekennzeichnet sein.^[21] Neugeborene werden heute auf Phenylketonurie routinemäßig getestet, damit schwerste Gehirnschäden verhindert werden. Jede eiweißhaltige Ernährung (insbesondere auch Milch, einschließlich Muttermilch) kann Menschen mit Phenylketonurie schädigen.

Bezüglich der Auswirkungen auf Hungergefühl und Insulinausschüttung siehe den Artikel Süßstoff.

Offizielle Beurteilung

• Der EU-Grenzwert wurde auf 40 mg/kg Körpergewicht/Tag festgesetzt. Praktisch bedeuten 40 mg/kg Körpergewicht für einen 70 kg schweren Menschen etwa 266 Süßstofftabletten, oder 26,6 Liter Cola light, die an einem Tag eingenommen werden müssten.
• Die FDA wertete eine große Anzahl toxikologischer und klinischer Studien zu Aspartam aus und erklärte 1981 den Gebrauch für sicher, sofern eine Tagesdosis von 50 mg/kg Körpergewicht nicht überschritten wird.
• Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) spricht seit 2002 von einer Unbedenklichkeit von Aspartam und berichtet, „dass es bisher keine wissenschaftliche Grundlage dafür gibt, frühere Sicherheitsbewertungen für Aspartam neu zu überdenken“^[22]. Durch den Beschluss der Europäischen Kommission muss die EFSA jedoch bis 2012 das künstliche Süßungsmittel Aspartam (E 951) neu überprüfen, da es neuere Studien gibt, die einen Zusammenhang von Frühgeburten und Krebserkrankungen sehen. Dies geschieht im Rahmen einer vollständigen Neubewertung, die auf Ersuchen der Kommission erfolgt und und ursprünglich erst 2020 abgeschlossen werden sollte.^[23][24]

Studien

Über mögliche weitere Gesundheitsgefahren bei der Verwendung von Aspartam gibt es verschiedene kontroverse Studien:

• Eine im Jahr 1986 von Anthony Kulczycki Jr. durchgeführte Doppelblindstudie zeigte an Frauen bei Dosen ab 3–4 mg/kg (bei 70 kg Körpergewicht 210–280 mg), d. h. Dosen weit unter der von der EU erlaubten Tagesdosis von 40 mg/kg (2800 mg/Tag für 70 kg Körpergewicht), Symptome wie Nesselsucht, Dermatitis und andere allergische Reaktionen. Kulczycki gab den Testpersonen Diätgetränke und berichtete schon nach ein bis zwei Stunden über die geschilderten Symptome. Er postulierte die Bildung von Amiden aus endogenen Proteinen und Aspartam sowie ein Abbau zu Diketo-Piperazinderivaten als Ursache.^[25][6] Andere Untersuchungen mit Personen, die an Nesselsucht litten oder glaubten, empfindlich auf Aspartam zu reagieren, konnten die Ergebnisse von Kulczycki jedoch nicht bestätigen.^[26]

• In einer von Schiffman et al.^[27] 1987 veröffentlichten doppelblinden Cross-Over-Studie wurde 40 Probanden, die angaben dass Aspartamkonsum bei ihnen wiederholt Kopfschmerzen verursacht habe, entweder 30 mg Aspartam pro Kilogramm Körpergewicht oder ein Placebo verabreicht. Während der Studie hatten aber mehr Probanden Kopfschmerzen, wenn sie das Placebo bekamen. Die Inzidenzrate von Kopfschmerzen nach Aspartameinnahme (35 %) unterschied sich nicht bedeutend von der Rate nach Placeboeinnahme (45 %) (P < 0,50). Schiffman et al. schlussfolgerte, dass kein Zusammenhang zwischen Kopfschmerzen und Aspartamaufnahme besteht. ^[27]

• J.R. Johns schilderte 1986 ein Fallbeispiel einer Frau, welche nach Genuss von aspartam-haltigen Nahrungsmitteln Migräne bekam.^[28] Eine Befragung von 171 Patienten mit Migräne im Jahr 1988 ergab, dass 8.2 % der Befragten Aspartam für einen Auslöser ihrer Migräne halten.^[29] In einer Studie von Koehler und Glaros 1988 wurde während der Aspartamaufnahme häufiger über Kopfschmerzen geklagt als während der Placebophase; allerdings beendeten nur 11 von 25 Studienteilnehmer diese Studie; aufgrund dieser hohen Ausfallrate und des weit gefassten Versuchsaufbaus ist eine exakte Interpretation der Daten schwierig.^[30]

• In einer von Walton et al.^[31] 1993 mit 13 Personen durchgeführten Doppelblind-Studie wurde ein Zusammenhang zwischen dem Verbrauch von Aspartam und Befindlichkeitsstörungen, insbesondere bei depressiven Personen, konstatiert. Danach träten bereits bei einer Gabe von 30 mg pro kg Körpergewicht signifikant häufiger Kopfschmerzen auf.

• Im Juli 2005 veröffentlichte die in Bologna beheimatete Fondazione Europea di oncologia e scienze ambientali „Bernardino Ramazzini“ (Europäische Stiftung für Onkologie und Umweltforschung „Bernardo Ramazzini“) die Ergebnisse einer Studie mit Ratten, die offenbar einen direkten Zusammenhang zwischen der Einnahme des Süßstoffs und der Erkrankung an Krebs belegen.^[32]

• Im April 2006 veröffentlichte das US National Cancer Institute eine aktuelle Studie mit dem Ergebnis: „Die Hypothese, Leukämie oder hirntumorfördernde Wirkung des Aspartams wird nicht bestätigt“.^[33]

Meinungen

Zudem gibt es diverse kontroverse Meinungen:

• Der wissenschaftliche Ausschuss für Lebensmittel der Europäischen Kommission kam nach der Auswertung des wissenschaftlichen Materials im Juni 1997 zu dem Schluss, dass das vorliegende Material einen behaupteten Anstieg der Hirntumorrate nicht belege.^[34] Diese Meinung teilte auch Prof. Dr. med. Trefs von der Universität Tübingen. Der Toxikologe Fritz Schweinsberg vom Hygiene-Institut der Universität Tübingen wiederum hat der Meinung der Studie von John W. Olney et al.^[35], Aspartam könne einen Beitrag zur Krebsentstehung leisten oder sogar selbst krebsauslösend wirken, zugestimmt. Trefs wie Schweinsberg waren Mitglieder des wissenschaftlichen Ausschusses.

• Das Bundesinstitut für Risikobewertung konnte im Jahr 2003 keinen Zusammenhang zwischen den durch Stoffwechsel aus Aspartam entstehenden Stoffen Asparaginsäure, Phenylalanin und Methanol mit unerwünschten Wirkungen wie Kopfschmerzen, Allergien, neuroendokrinen Veränderungen, Epilepsie oder Hirntumoren bestätigen.^[8]

• Die US-amerikanische FDA stellte im April 2007 auf Basis der von der Fondazione Europea di oncologia e scienze ambientali „Bernardino Ramazzini“ (siehe oben) zur Verfügung gestellten Versuchsdaten fest, dass die Ergebnisse dieser Studie nicht bestätigt werden können. Es wurde bemängelt, dass nicht alle Daten zur Verfügung gestellt wurden. Die FDA sah keinen Grund, die Sicherheit von Aspartam in Frage zu stellen.^[36]

Superaspartam

Superaspartam, ein Derivat des Aspartams

Superaspartam ist ein Derivat des Aspartams, das ca. 14.000 mal süßer ist als Saccharose.^[37] Bei Superaspartam ist die freie Aminogruppe durch einen (p-Cyanophenyl)carbamoylrest substituiert.

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} Thieme Chemistry (Hrsg.): Römpp Online. Version 3.1. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2007.
2. ↑ ^{a b} Datenblatt Aspartam bei Acros, abgerufen am 30. März 2007.
3. ↑ Datenblatt Aspartam bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 15. Oktober 2007.
4. ↑ Aspartam bei ChemIDplus.
5. ↑ ^{a b} Toksikologicheskii Vestnik. Vol. (3), Pg. 37, 1996.
6. ↑ ^{a b} Kulczycki A. Jr.: Aspartame-induced urticaria. In: Annals of Internal Medicine. Vol. 104, Pg. 207, 1986. PMID 3946947.
7. ↑ ZZulV – Anlage 4 (zu § 5 Abs. 1 und § 7) Begrenzt zugelassene Zusatzstoffe.
8. ↑ ^{a b} Bundesinstitut für Risikobewertung – Bewertung von Süßstoffen.
9. ↑ ^{a b c} Thieme Chemistry (Hrsg.): Eintrag zu Aspartam im Römpp Online. Version 3.14. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2011, abgerufen am 28. Juni 2011.
10. ↑ Wissenschaft-Online-Lexika: Eintrag zu „Aspartam“ im Lexikon der Biochemie, abgerufen am 28. Juni 2011.
11. ↑ ^{a b} Food and Drug Administration: Food Additive Approval Process Followed for Aspartame. HRD-87-46, 18. Juni 1987.
12. ↑ FDA Statement on Aspartame, 18. November 1996.
13. ↑ K. Oyama: The Industrial Production of Aspartam in: Chirality in Industry (Herausgeber: A. N. Collins, G. N. Sheldrake und J. Crosby, Wiley, 1992, S. 237-247, ISBN 0-471-93595-6.
14. ↑ ^{a b} Axel Kleemann, Jürgen Engel, Bernd Kutscher und Dietmar Reichert: Pharmaceutical Substances, 4. Auflage (2000), 2 Bände erschienen im Thieme-Verlag Stuttgart, S. 139, ISBN 978-1-58890-031-9; seit 2003 online mit halbjährlichen Ergänzungen und Aktualisierungen.
15. ↑ Hellmut Mehnert: Diabetologie in Klinik und Praxis. 5. Auflage, Georg Thieme Verlag, 2003, ISBN 3-13-512805-9.
16. ↑ ^{a b} G. G. Habermehl, P. E. Hammann, H. C. Krebs: Naturstoffchemie: Eine Einführung. 3. Auflage, S. 307, Springer, 2008, ISBN 978-3-540-73732-2.
17. ↑ ^{a b} Bergmann, J.N. & Vetsch, W.: Aspartam. In: von Rymon Lipinski, G.-W. & Schiweck, H. (Hrsg.): Handbuch Süßungsmittel: Eigenschaften und Anwendung. Behr's Verlag, 1991, ISBN 3-925673-77-6.
18. ↑ Hans-Dieter Belitz, Werner Grosch und Peter Schieberle: Lehrbuch der Lebensmittelchemie. 6., vollst. überarb. Auflage 2008, Springer-Verlag Berlin; ISBN 3-540-73201-2;doi:10.1007/978-3-540-73202-0; S. 453.
19. ↑ K. K. Glandorf, P. Kuhnert, E. Lück: Handbuch Lebensmittelzusatzstoffe, S. 12, Behr's Verlag DE, 1991, ISBN 978-3-925673-89-4.
20. ↑ Screeningreport der Deutschen Gesellschaft für Neugeborenenscreening
21. ↑ ZZulV – Einzelnorm – § 9 Kenntlichmachung.
22. ↑ http://www.efsa.europa.eu/de/faqs/faqaspartame.htm
23. ↑ EFSA: Aspartam. Abgerufen am 24. August 2011.
24. ↑ EFSA: Request for EFSA to perform a full re-evaluation of aspartame (E951). EFSA-Q-2011-00406.
25. ↑ J. E. Perkin, J. A. Anderson: Food Allergies and Adverse Reactions. S. 129ff, 1990, Jones & Bartlett Publishers, ISBN 0-8342-0170-4.
26. ↑ J. P. F. D'Mello: Food Safety: Contaminants and Toxins. 2003, CABI Publishing, ISBN 0-85199-607-8.
27. ↑ ^{a b} Schiffman, S.S. et al. (1987): Aspartame and susceptibility to headache. In: N. Engl. J. Med. Bd. 317, S. 1181–1185, PMID 3657889.
28. ↑ J. R. Johns: Migraine provoked by aspartame. N. Engl. J. Med. 1986, 315:456.
29. ↑ R. B. Lipton, L. C. Newman, S. Solomon: Aspartame and headache. N. Engl. J. Med. 1988, 318(18):1200–1201.
30. ↑ K. M. Koehler, A. Glaros: The effect of aspartame on migraine headache. Headache, 1988, 28:10–13.
31. ↑ Walton, R.G. (1993): Adverse reactions to aspartame: double-blind challenge in patients from a vulnerable population. In: Biol. Psychiatry. Bd. 34, S. 13–17, PMID 8373935.
32. ↑ Morando Soffritti, M. et al. (2005): Aspartame Induces Lymphomas and Leukemias in Rats (PDF). In: European J. of Oncology. Bd. 10, S. 107–116 .
33. ↑ Lim, U. et al. (2006): Consumption of aspartame-containing beverages and incidence of hematopoietic and brain malignancies. In: Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. Bd. 15, S. 1654–1659, PMID 16985027.
34. ↑ Opinion of the SCF: Update on Safety of Aspartame.
35. ↑ Olney, J.W. et al. (1996): Increasing brain tumor rates: is there a link to aspartame? In: J. Neuropathol. Exp. Neurol. Bd. 55, S. 1115–1123, PMID 8939194.
36. ↑ FDA Statement on European Aspartame Study (Link nicht mehr abrufbar), vom 20. April 2007.
37. ↑ Hans-Dieter Belitz, Werner Grosch und Peter Schieberle: Lehrbuch der Lebensmittelchemie. 6., vollst. überarb. Auflage 2008, Springer-Verlag Berlin; ISBN 3-540-73201-2;doi:10.1007/978-3-540-73202-0; S. 454.

Weblinks

• Diplomarbeit: Gesundheitliche Bewertung des Lebensmittelzusatzstoffes Aspartam (PDF-Datei; 600 kB)
• Material und Berichte der Ajinomoto AG, einem Hersteller des Süßstoffes
• zusatzstoffe-online.de: Aspartam

In der Europäischen Union zugelassene Süßstoffe

Acesulfam | Aspartam | Aspartam-Acesulfam-Salz | Cyclamat | Neohesperidin | Saccharin | Sucralose | Thaumatin