【背景及概述】[1][2]
隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展及人民生活水平的提高，一方面食糖的生產(chǎn)量已滿足不了不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需要；另一方面人們認(rèn)識(shí)到食糖攝入過(guò)多對(duì)人體健康有著不良的影響。因此，20世紀(jì)70 年代以后，用生物技術(shù)或化學(xué)合成法開(kāi)發(fā)出一系列甜味物質(zhì)，成為食品添加劑的一個(gè)主要門(mén)類。甜味劑按其性質(zhì)可分為兩大類： 1類是提供熱量，參加新陳代謝的營(yíng)養(yǎng)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(yíng)養(yǎng)性甜味劑。上述幾種營(yíng)養(yǎng)性甜味劑的甜度都不及蔗糖，因此盡管味質(zhì)較好，但使用時(shí)會(huì)增加產(chǎn)品的成本，國(guó)內(nèi)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(yīng)用。對(duì)于非營(yíng)養(yǎng)性甜味劑，早期的產(chǎn)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(lái)美脫或稱環(huán)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(lái)美脫由于安全性方面的原因退出甜味劑市場(chǎng)，而糖精也先后在加拿大、美國(guó)等一些國(guó)家被禁用，在我國(guó)也受到限制。目前，新一代強(qiáng)力甜味劑正受到食品生產(chǎn)者和消費(fèi)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(rèn)為是最有發(fā)展前途的強(qiáng)力甜味劑。
阿斯巴甜(Aspartame ，阿斯巴甜，C14 H18 N2O5)，化學(xué)名稱為N-α-L-天冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯，由美國(guó)G .D.Searle公司的研究人員在合成促胃液分泌激素時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)其甜味，成為二肽類中個(gè)被發(fā)現(xiàn)有甜味的物質(zhì)。它在水中溶解度約為1%，乙醇中為0 .26 mg/dL?？勺鳛榉菭I(yíng)養(yǎng)型甜味劑。在常溫、弱酸(pH 為3 ～ 5)條件下十分穩(wěn)定，在長(zhǎng)時(shí)間高溫強(qiáng)堿條件下會(huì)分解為無(wú)毒、無(wú)味的二酮哌嗪。阿斯巴甜在體內(nèi)能很快消化成3 個(gè)組分：天冬氨酸、苯丙氨酸和甲酯，然后被吸收。自1981 年美國(guó)食品和藥品管理局核準(zhǔn)通過(guò)使用后，目前，該甜味劑已經(jīng)在100個(gè)國(guó)家及多個(gè)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)可，我國(guó)于1986 年正式批準(zhǔn)其在食品中使用。目前，阿斯巴甜已經(jīng)發(fā)展成為國(guó)際市場(chǎng)上的主導(dǎo)強(qiáng)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(gòu)成，可以像蛋白質(zhì)一樣在體內(nèi)被快速吸收，不會(huì)積蓄在體內(nèi)，根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)對(duì)其的評(píng)價(jià)認(rèn)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(gè)用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常的食糖量，常食用不產(chǎn)生齲齒，不影響血糖，不會(huì)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(lián)合國(guó)食品添加劑聯(lián)席委員會(huì)(JECFA)確定阿斯巴甜為A(I)級(jí)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(méi)有苦澀、甘草和金屬味，可增加飲料的水果風(fēng)味。
【應(yīng)用】[3]
阿斯巴甜可作為強(qiáng)力甜味劑和風(fēng)味增效劑廣泛應(yīng)用在各種食品、飲料或醫(yī)藥品中。根據(jù)食品工業(yè)的實(shí)際情況以及阿斯巴甜的獨(dú)特性質(zhì)，在應(yīng)用研究方面，主要有以下幾個(gè)方面的應(yīng)用。
1. 飲料工業(yè)：碳酸飲料是阿斯巴甜應(yīng)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(duì)阿斯巴甜的需求量、使用量也逐漸增大。同時(shí)，果汁、含乳飲料也可以使用阿斯巴甜。另外，阿斯巴甜對(duì)天然風(fēng)味有較明顯的協(xié)同增效使用，由于阿斯巴甜可加強(qiáng)果汁飲料、果酒的風(fēng)味濃性，阿斯巴甜在飲料工業(yè)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。
2. 冰淇淋、冰凍甜點(diǎn)：由于冰淇淋屬高糖高油產(chǎn)品，熱量值高，導(dǎo)致很多
人對(duì)之望而卻步。冰淇淋工業(yè)迫切需要通過(guò)技術(shù)改新求得產(chǎn)品的更新?lián)Q代，以加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。由于APM屬于低熱能甜味劑，因此，通過(guò)使用阿斯巴甜及其它填充料，開(kāi)發(fā)出高纖維低熱量冰淇淋、無(wú)糖低熱量冰淇淋等產(chǎn)品，以解決此類問(wèn)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(guò)多蔗糖的攝入會(huì)導(dǎo)致嬰幼兒過(guò)于肥胖，不利于嬰幼兒發(fā)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(yù)防齲齒的作用，因此，在糖果、巧克力等產(chǎn)品中被廣泛的應(yīng)用。而且近年來(lái)，在某些藥物制劑，如某些藥物泡騰片、維生素C 、鈣片等產(chǎn)品對(duì)阿斯巴甜的需求也在逐漸增大。
【制備】[4]
1. 化學(xué)合成法
1）內(nèi)酐法：一種是用芐氧羰基為保護(hù)基，先上保護(hù)基后脫水形成的內(nèi)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(mén)冬氨酸酐的方法。后者在工業(yè)化生產(chǎn)中最為常見(jiàn)。內(nèi)酐法是最早期的方法，反應(yīng)中不可避免會(huì)產(chǎn)生β- 異構(gòu)體，收率低。但近十年來(lái)，在反應(yīng)體系、β- 異構(gòu)體回收工藝方面有了較大的改進(jìn)，加上輔助原料價(jià)廉易購(gòu)，因此仍具有工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值。內(nèi)酐法可分為先酯化和后酯化兩種方法。內(nèi)酐法的縮合反應(yīng)通常在EtOAc/HAc 有機(jī)溶劑中進(jìn)行，內(nèi)酐中兩個(gè)羰基的存在，會(huì)產(chǎn)生α、β 兩種異構(gòu)體，其中β- 異構(gòu)體有苦味。兩種異構(gòu)體的鹽酸鹽在水中溶解度相差90 倍以上，利用這個(gè)性質(zhì)很容易將β- 異構(gòu)體除去，再用弱堿調(diào)pH 至4.5－5.5，就得到α-APM。
2） 內(nèi)酯法：天門(mén)冬氨酸以內(nèi)酯的形式參與縮合反應(yīng)的方法稱為內(nèi)酯法，這種縮合反應(yīng)只生成α- 異構(gòu)體一種產(chǎn)物，具有很大的優(yōu)越性。常見(jiàn)的內(nèi)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(shí)，首先將N-Z-Asp、甲基乙基磺原酸酯在45－50 ℃下于NaOH-CH3OH，介質(zhì)中反應(yīng)生成硫羰氧基甲酸乙酯，后者于25 ℃下與PBr3 反應(yīng)得到穩(wěn)定的衍生物L(fēng)-Asp-NTA 晶體，得率高達(dá)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(hù)或未保護(hù)）與L-Phe·OMe 縮合在一起。除此之外的反應(yīng)操作與化學(xué)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(hù)L- 天門(mén)冬氨酸合成α-阿斯巴甜前體，從此之后人們陸續(xù)開(kāi)發(fā)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(mén)冬氨酸-α-甲酯。內(nèi)酞酶（Endepeptidase）可催化N- 苯甲?；?L-天門(mén)冬氨酸-α- 甲酯與N- 苯丙氨酸甲酯反應(yīng)，生成苯甲?；?L-天門(mén)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(mén)冬氨酸同苯丙氨酸甲酯鹽酸鹽反應(yīng)生成N-芐氧羰基-L-天門(mén)冬酰-L-苯丙氨酸甲酯。
3.基因工程法
通過(guò)重組技術(shù)，前體化合物天門(mén)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(nèi)切酶的切口處連接到pWT121 質(zhì)粒上或用Eco RI 酶連接至pBGp120 質(zhì)粒上，再轉(zhuǎn)入大腸桿菌K12 中，從寄主中獲得含有這一重復(fù)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(kāi)得到Asp- Phe，再甲酯化合成α-APM。該方法目前還處于實(shí)驗(yàn)階段。
【主要參考資料】
[1] 周力. 阿斯巴甜的生產(chǎn)與應(yīng)用[J]. 食品科學(xué), 1997, 18(7): 18-21.
[2] 陳伯適, 歐陽(yáng)貽德. 新型甜味劑阿斯巴甜[J]. 化工時(shí)刊, 2001, 15(12): 59-61.
[3] 吳璞強(qiáng), 趙桂霞, 張亞楠, 等. 阿斯巴甜的合成和應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)調(diào)味品, 2010 (1): 30-32.
[4] 錢(qián)亞杰, 錢(qián)志偉. 阿斯巴甜的合成研究[J]. 河北化工, 2007, 30(11): 38-40.