Aspartam

Aspartam (E 951) ist ein synthetischer Süßstoff, der als Lebensmittelzusatzstoff eingesetzt wird. Die erlaubte Tagesdosis beträgt in der Europäischen Union 40 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht.

Aspartam leitet sich von den beiden natürlichen α-Aminosäuren L-Asparaginsäure und L-Phenylalanin ab, die zu einem Dipeptid verknüpft sind. Aspartam ist der Methylester des Dipeptids L-Aspartyl-L-phenylalanin.

Entdeckung und Zulassung Aspartam wurde 1965 durch Zufall von James M. Schlatter, einem Chemiker des pharmazeutischen Unternehmens G.D. Searle & Company entdeckt, als er an der Synthese des Peptidhormons Gastrin arbeitete.Eintrag zu „Aspartam“. In: Lexikon der Biochemie, Wissenschaft-Online-Lexika; abgerufen am 28. Juni 2011

Erste Verträglichkeitsuntersuchungen führten zu mehrdeutigen Ergebnissen und mündeten in eine Debatte über eine mögliche Kanzerogenität bei Ratten. Die für die Zulassung von Lebensmittelzusatzstoffen verantwortliche US-amerikanische Behörde Food and Drug Administration (FDA) lehnte deshalb eine Zulassung von Aspartam mehrere Jahre lang ab. 1980 befasste sich ein FDA-Untersuchungsausschuss aus unabhängigen Beratern mit der Frage, ob Aspartam Gehirntumoren auslösen könne. Der Ausschuss verneinte dies, lehnte jedoch eine Zulassung aufgrund der offenen Frage der Kanzerogenität bei Ratten weiterhin ab.Food Additive Approval Process Followed for Aspartame. (PDF; 10,3 MB) Food and Drug Administration, HRD-87-46, 18. Juni 1987.

1981 erhielt die G.D. Searle & Company von der FDA eine Zulassung für Aspartam (NutraSweet). Der FDA-Vorsitzende Arthur Hull Hayes, der sich auf eine japanische Studie berief, die dem Untersuchungsausschuss noch nicht zur Verfügung gestanden hatte, sowie auf Aussagen einer Expertengruppe, erteilte die Zulassung zunächst für Trockenprodukte. 18. November 1996. 1983 wurde Aspartam auch für kohlensäurehaltige Getränke, 1993 als Zusatzstoff bei sonstigen Getränken, Back- und Süßwaren zugelassen. Seit 1996 unterliegt es in den Vereinigten Staaten keinerlei Verwendungsbeschränkung mehr.

Searle hielt ein Patent auf Aspartam und vermarktete es unter dem Handelsnamen NutraSweet. 1985 wurde Searle vom Unternehmen Monsanto übernommen, das die Süßstoffproduktion unter dem Namen NutraSweet Company als eigenständigen Unternehmensteil fortführte und im Jahr 2000 wieder abstieß, woraus Merisant entstand. Die NutraSweet Company gehörte dann für einen Zeitraum dem privaten Investmentfonds J.W. Childs Equity Partners II L.P. Das Patent ist bereits 1992 abgelaufen, heute wird der weltweite Aspartam-Markt von verschiedenen Wettbewerbern versorgt.

In Deutschland wurde Aspartam gemäß der Zusatzstoff-Zulassungsverordnung am 13. Juni 1990 freigegeben.

Herstellung Es sind chemische und enzymatische Verfahren zur Herstellung von Aspartam beschrieben.K. Oyama: The Industrial Production of Aspartam. In: A. N. Collins, G. N. Sheldrake, J. Crosby (Hrsg.): Chirality in Industry. Wiley, Chichester 1992, ISBN 0-471-93595-6, S. 237–247.Axel Kleemann, Jürgen Engel, Bernd Kutscher, Dietmar Reichert: Pharmaceutical Substances. 4. Auflage. Thieme, Stuttgart 2000, ISBN 3-13-558404-6, S. 139 (2 Bände, seit 2003 online mit halbjährlichen Ergänzungen und Aktualisierungen). Ausgangsstoff der chemischen Synthese ist (S)-Asparaginsäure, die durch die Reaktion mit Phosphoroxychlorid in ein cyklisches Carbonsäureanhydrid überführt wird. Dessen Umsetzung mit (S)-Phenylalaninmethylester liefert dann Aspartam:

350px|zentriert|Chemische Aspartam-Synthese

Als Nebenprodukt entstehen bei dieser Reaktionssequenz bis zu 20 Prozent des unerwünschten β-Isomers. Die Reinigung erfolgt durch fraktionierte Kristallisation.

Eigenschaften Aspartam ist eine chirale, farblose, süß schmeckende, kristalline Substanz, die bei 248–250 °C schmilzt und in Wasser und den meisten organischen Lösemitteln nur schwach löslich ist. Der isomere L-Aspartyl-D-phenylalaninmethylester erzeugt einen bitteren Geschmack.Eintrag zu „Aspartam“. In: Lexikon der Biologie, Wissenschaft-Online-Lexika; abgerufen am 8. November 2012.

Aspartam hat einen mit Zucker vergleichbaren Energiegehalt von 17 kJ/g. Aufgrund seiner im Vergleich zu Zucker 200-mal höheren Süßkraft wird es in viel geringeren Mengen eingesetzt,Häufig gestellte Fragen zu Aspartam. bei der EFSA. so dass mit Aspartam gesüßte Lebensmittel einen erheblich niedrigeren Energiegehalt besitzen. Daher wird es für energiearme Diäten und für die Ernährung bei Diabetes mellitus verwendet.Hellmut Mehnert u. a.: Diabetologie in Klinik und Praxis. 5. Auflage. Thieme, Stuttgart 2003, ISBN 3-13-512805-9. Die Bildung von Karies wird durch Zuckeraustausch- oder Süßstoffe nicht oder deutlich weniger stark gefördert.

Zersetzung mini|350px|Cyclisierung von Aspartam zum 2,5-Dioxopiperazin unter Abspaltung von Methanol Aspartam ist nicht hitzebeständig und zersetzt sich bei 196 °C.G. G. Habermehl, P. E. Hammann, H. C. Krebs: Naturstoffchemie. Eine Einführung. 3. Auflage. Springer, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-73732-2, S. 307. Bei Temperaturen ab 150 °C findet ein rascher Zerfall des Aspartams statt. Der Abbau bei 105 und 120 °C verläuft demgegenüber relativ langsam.J. N. Bergmann, W. Vetsch: Aspartam. In: Gert-Wolfhard von Rymon Lipinski (Hrsg.): Handbuch Süßungsmittel. Eigenschaften und Anwendung. Behr, Hamburg 1991, ISBN 3-925673-77-6. In Mischungen mit einem Wassergehalt über 8 Prozent wird Aspartam wesentlich rascher abgebaut.

Aspartam kann sich mit Wasser in seine Einzelkomponenten (L-Asparaginsäure, L-Phenylalanin und Methanol) zersetzen oder zu einem 2,5-Dioxopiperazin („Diketopiperazin“) cyclisieren,Hans-Dieter Belitz, Werner Grosch, Peter Schieberle: Lehrbuch der Lebensmittelchemie. 6. Auflage Springer, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-73202-0, S. 453 was beim Kochen und Backen geschieht und wodurch es die Süßkraft verliert.Käte K. Glandorf, Peter Kuhnert, E. Lück: Handbuch Lebensmittelzusatzstoffe. Behr, Hamburg 1991, ISBN 978-3-925673-89-4, S. 12.

Die Stabilität von Aspartam in Lösungen wird durch die Zeit, Temperatur und den pH-Wert beeinflusst. Die optimale Stabilität wird im schwach sauren pH-Bereich erreicht, in dem sich die meisten Getränke bewegen. Im Bereich zwischen pH 2,5 und 5,5 kann Aspartam als stabil betrachtet werden. Das Stabilitätsoptimum liegt bei pH 4,2.

Verwendung Aspartam ist ein verbreiteter Süßstoff in Produkten wie brennwertreduzierten Erfrischungsgetränken, Süßwaren, Backwaren und Milchprodukten sowie in Backglasuren, Frühstücksflocken, Kaugummi, Instantkaffee, Pudding und Fertiggerichten.Food Additive Status List. der FDA, abgerufen am 22. März 2016.

Aspartam wird unter den Handelsnamen „Canderel“, „Equal“ und „NutraSweet“ vermarktet.Lesley Stanley: Review of data on the food additive aspartame. Supporting Publication 2013:EN-399 der EFSA, 2013. doi:10.2903/sp.efsa.2013.EN-399

2023 untersuchte das Bundesinstitut für Risikobewertung den Süßstoffgehalt von energie- und zuckerreduzierten Erfrischungsgetränken. In 67 der untersuchten Getränke wurde Aspartam verwendet, wobei der Großteil der Getränke mehr als einen Süßstoff enthielten (87 von 92). Der Aspartamgehalt lag bei Cola/Colamischgetränken zwischen 11 und 492 mg/l, bei Energydrinks bei 144 mg/l, für Limonaden zwischen 0,05 und 117 mg/l und für Teekaltgetränke bei 31,8 mg/l.

Metabolisierung Der Aspartat-Phenylalanin-Methylester wird durch eine intestinale Esterase in das Dipeptid Asp-Phe und Methanol gespalten. Methanol wird direkt zu Kohlenstoffdioxid oder Formaldehyd verstoffwechselt. Das Dipeptid Asp-Phe wird von mucosalen Dipeptidasen in die natürlich vorkommenden, proteinogenen Aminosäuren Phenylalanin und Asparaginsäure zerlegt. Aspartam wird daher fast vollständig im Darm abgebaut, nur ein sehr geringer Teil gelangt in den Blutkreislauf. Diese Menge ist so gering, dass sie unterhalb der Nachweisgrenze liegt.

Phenylalanin oder das durch die Phenylalaninhydroxylase daraus entstehende Tyrosin wird zum Großteil in Proteine eingebaut. Asparaginsäure wird größtenteils über eine Transaminase in Oxalacetat umgewandelt und über den TCA-Zyklus direkt im Energiestoffwechsel eingesetzt.

Gesundheit Aspartam darf von Menschen mit der angeborenen Stoffwechselerkrankung Phenylketonurie nicht konsumiert werden. Von dieser Erkrankung ist rund jedes 10.000ste neugeborene Kind betroffen. Halten die sich nicht an eine streng phenylalaninarme Diät, sind schwere Nerven- und Hirnschädigungen möglich. Daher müssen Lebensmittel, die Aspartam enthalten, gemäß Anhang III Nummer 2.3 der Verordnung (EU) Nr. 1169/2011 (Lebensmittel-Informationsverordnung) mit dem Hinweis „Enthält eine Phenylalaninquelle“ gekennzeichnet werden.

Der Aspartammetabolit Phenylalanin hemmt die Aktivität der Intestinalen Alkalischen Phosphatase (IAP), eines vom Darmepithel gebildeten Enzyms, das u. a. die Aufnahme von Endotoxinen vermindert und insbesondere das Risiko eines metabolischen Syndroms bei fettreicher Ernährung verringert. Im Tierversuch entwickelten Mäuse unter fettreicher Diät mit Aspartam eine gestörte Glukosetoleranz und ein signifikant höheres Körpergewicht beziehungsweise Adipositas.Sarah Gul et al.: Inhibition of the gut enzyme intestinal alkaline phosphatase may explain how aspartame promotes glucose intolerance and obesity in mice. In: Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. Band 42, Nr. 1, Januar 2017, doi:10.1139/apnm-2016-0346, , S. 77–83.

Ein weiterer, beim Verstoffwechseln von Aspartam gebildeter Metabolit ist Methanol, das auch bei der Verdauung von Gemüse und Obst wie frischen Citrusfrüchten entsteht. Eine geringe Menge kann der menschliche Organismus aber problemlos entgiften. Auswirkungen auf das Hungergefühl und die Insulinausschüttung behandelt der Artikel Süßstoff.

Wissenschaftliche Untersuchung Untersuchungen der neurologischen oder psychiatrischen Wirkung Eine umfassende Untersuchung der EFSA sieht keine neurotoxische Wirkung, die mit der Einnahme von Aspartam assoziiert ist. Aspartam wird über Asparaginsäure zu Glutamat umgewandelt, was ein potenter Neurotransmitter ist. Auch ein kausaler Zusammenhang von Epilepsie oder Nervenleiden ist nicht belegbar.

Bisherige Untersuchungen zu Kopfschmerzen oder Migräne im Zusammenhang mit Aspartam zeichnen ein uneinheitliches Bild bzw. finden keine Belege hierfür.

Untersuchungen der mutagenen oder kanzerogenen Wirkung In der Literatur werden vereinzelt tierexperimentelle Studien angeführt, bei denen Aspartam zur Krebsentstehung beiträgt oder selbst krebsauslösend wirkt, beispielsweise die 1996 erschienene tierexperimentelle Studie von John W. Olney oder eine Veröffentlichung von 2007 des Ramazzini-Instituts in Italien über Fütterungen an Ratten.

Dies wurde durch den wissenschaftlichen Ausschuss für Lebensmittel (SCF) der Europäischen Kommission und der Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) evaluiert – so kam der SCF nach der Auswertung des wissenschaftlichen Materials 1997 zu dem Schluss, dass ein Anstieg der Hirntumorrate nicht belegt sei.Opinion of the SCF: Update on Safety of Aspartame. (PDF; 270 kB) 10. Dezember 2002 (englisch). Die EFSA bemängelte an der Studie von 2007 fehlende Datensätze, Widersprüche zu vorangegangenen Studien und die Fehlinterpretation der Ergebnisse: Brustkrebs komme bei Ratten generell häufig vor, die übrigen Tumoren seien mehrheitlich auf chronische Lungenentzündung zurückzuführen.Updated opinion on a request from the European Commission related to the 2nd ERF carcinogenicity study on aspartame, taking into consideration study data submitted by the Ramazzini Foundation in February 2009. EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS), 26. Mai 2009, doi:10.2903/j.efsa.2009.1015 Auch das US National Cancer Institute kam in einer Publikation von 2006 zu dem Ergebnis, dass die „Hypothese der Leukämie- oder Hirntumor-fördernden Wirkung des Aspartams […] nicht bestätigt [wird].“