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纽甜及其复合甜味剂在食品中的应用


上海师范大学工程食品研究所功能与复合食品添加剂研究室  胡国华 马正智  

 

   随着生活水平的提高,人们对饮食健康越发重视,而长期以来,食糖的大量食用会导致肥胖症、高血脂、糖尿病和龋齿等疾病,严重危害人体健康。因此,人们开始寻求一些低热量、高甜度及具有功能性的非营养性甜味剂来代替蔗糖,于是一些安全,低热量或无热量、甜度高的功能性甜味剂应运而生,如安赛蜜、阿斯巴甜、三氯蔗糖、纽甜等高倍甜味剂逐步被开发出来。其中,纽甜的超高甜度已引起食品业的特别关注,用其作甜味剂生产成本比其他别的一般甜味剂都要低,它是历经十多年才开发成功的第二代二肽甜味剂,代表着人类开发强力甜味剂方面取得的最高水平和最新成就。

   纽甜(Neotame,NTM)是由纽特甜味剂公司(Nutrasweet Company)首先开发出来的,它是法国科学家Nofre 和Tinti在研究高倍甜味剂的扩展结构与甜味之间的关系时,通过对阿斯巴甜分子结构和连接不同疏水基团的研究,合成出了纽甜。纽甜甜度非常高,大约是蔗糖的7000到13000倍,是阿斯巴甜的30~60倍。它能量值几乎为0,甜味纯正,不仅可以用于食品和饮料中,而且可以与其它强力甜味剂或多糖复合使用,复合使用具有较好的增效效果。纽甜于1993年取得专利,2001年澳大利亚和新西兰两个国家最早批准使用,直到2002年7月美国FDA正式批准纽甜可在食品中使用。2003年4月中华人民共和国卫生部批准纽甜可在各种食品中使用,按生产需要量添加。

 

1 纽甜的特性与应用优势

1.1 纽甜的理化性质

   纽甜其化学名称为N-[N-(3,3- 二甲基丁基)-L-a- 天门冬氨酸]-L-苯丙氨酸1-甲酯,为阿斯巴甜(APM)的一种衍生物,是一种白色粉状结晶,常为一水化合物,含4.5%的结晶水,经验分子式为C20H30N2O5·H2O,分子量为396.48。NTM的熔点为80.9~83.4℃,易溶于水和乙醇。其在水中的溶解度与阿斯巴甜相似,25℃时,纽甜在水中的溶解度为12.6 g/L ,阿斯巴甜在水中的溶解度为10.20g/L ;但其在乙醇中的溶解度为950 g/L,而阿斯巴甜在乙醇中溶解度仅为3.7g/L,远远高于阿斯巴甜在相同条件下的溶解度。

   纽甜由阿斯巴甜和3,3-二甲基丁醛经氢化制得,而阿斯巴甜是由天门冬氨酸和苯丙氨酸甲酯合成而得,所以其结构中含有羧基和亚氨基,是两性化合物,其pKa值分别为3.03和8.08,等电点为5.5,因此纽甜既可形成酸式盐,也可形成碱式盐,不象阿斯巴甜在酸性条件下易分解成单体氨基酸,并可与金属形成复合物,进而可改善纽甜的稳定性和其它特性。

 

1.2 纽甜的应用优势

1.2.1 安全性高

   任何一种食品添加剂要想获得在食品中的应用,首先要考虑其安全性。经过大量的动物毒理实验包括短期、长期、致癌、致畸和对实验动物繁殖的影响实验,证实纽甜没有致癌作用,NTM既无致突变性、致癌性、致畸性,也不会影响动物的生育以及后代的成长。在人体摄入纽甜后,有50%左右的剂量以3,3-二甲基丁基天冬氨酰苯丙氨酸(DMB-Asp-Phe)的形式排出体外,另一半左右被机体吸收,它的主要代谢途径是用全身普遍存在的酯酶来水解甲基酯,形成脱酯化的纽甜和微量的甲醇[7],后经尿液排出体外。因此,纽甜和脱酯化的纽甜很快从血浆中被清除,而在体内没有积蓄。由于纽甜的添加量非常少,所以在等甜度下NTM代谢后产生的苯丙氨酸量远小于APM,约是APM的1/400,因此当食品中使用NTM代替APM时,可不限制苯丙酮酸尿症患者食用。

1.2.2 甜度高、口感纯正

  NTM的甜度大约为蔗糖的7000到13000倍,大大高于其它一般的高甜度人工合成甜味剂,如:三氯蔗糖是蔗糖甜度的600倍,APM 与安赛蜜甜度都为蔗糖的200倍,甜蜜素为30-50倍,糖精为300-500倍。

纽甜甜味纯正,口感十分接近蔗糖,与三氯蔗糖、APM一样是口感最接近蔗糖的高倍甜味剂之一,它没有其它象糖精、安赛蜜等甜味剂常带的苦味和金属味,在可乐饮料应用实验中,随着甜味剂浓度增加,不仅甜味增加,而且会使饮料的风味有所提升,但令人不快的苦味,金属味等却不会出现。

1.2.3 稳定性高

   纽甜的稳定性很好,在干燥且适宜的存储条件下,它可存放至少5年。同时由于NTM比APM在N位上多了二甲基丁基取代基,因此NTM 的化学活性大大降低。NTM可在瞬时高温下保持稳定,因此可以用于各式焙烤食品,如曲奇、蛋糕等食品中。

1.2.4 在保健方面

   纽甜在人体内几乎不被吸收,由于其热值非常小,不会引起肥胖,可供肥胖病人、心血管病患者与老年人以及渴望控制体重的人士食用;摄入后也不会引起血糖波动,可供糖尿病人食用,另外在人体口腔不被微生物代谢,也不会酶解,故不会引起龋齿,对牙齿健康十分有利。

 

2 纽甜的生产制备

   Nettame的合成方法主要是化学合成法,主要是通过APM与3, 3 -二甲基丁醛经催化氢气还原的N - 烷基化反应而制得。其反应原理主要是首先3, 3 - 二甲基丁醛的醛基和阿斯巴甜的末端活性氨基缩合反应生成亚胺, 再通过催化剂在氢气的条件下把亚胺的双键还原就得到N-[N-(3,3二甲基丁基)-L-α-天冬氨酰] - L- 苯丙氨酸-1 -甲酯。

   Nofre等用钯或铂碳催化剂在醇的水溶液中进行N - 烷基化的还原反应。阿斯巴甜和3, 3 - 二甲基丁醛分别加入到甲醇和0.11M的醋酸溶液中保持pH4.4 -5, 碳钯催化氢化还原反应。反应结束后过滤去除催化剂,用1M的氢氧化钠溶液把滤液调到pH5, 滤液在旋转蒸发器上去除甲醇, 在此过程中白色沉淀迅速产生。去除甲醇后, 把剩下的混合物在室温下搅拌数小时使沉淀完全, 然后过滤, 干燥, 用正己烷冲洗,可得到纯度大于98%的纽甜。

Prakash等通过在甲醇中催化还原N - 烷基化的反应来制备纽甜。阿斯巴甜和3, 3 - 二甲基丁醛加入到甲醇中, 再加入碳钯催化剂, 在pH5.0-5.5, 并保持一定温度和压力的条件下反应12-16h。反应结束后去除催化剂, 用甲醇再冲洗滤渣数次, 合并滤液旋转蒸发去除甲醇至原来体积的一半,然后加入同体积的水搅拌, 蒸馏去除一部分甲醇,将剩余的溶液在10-15℃下搅拌, 过滤并水洗白色沉淀物, 在40℃条件下真空干燥, 可得到纯度大于97%的纽甜。

 

3 纽甜复合甜味剂的开发需要

   所有的高倍甜味剂与蔗糖都存在口感上的差别,添加高倍甜味剂的食品与添加蔗糖的食品口味不大相同,这主要与其时间一强度特性或它们的后味有关。纽甜虽然其滋味和口感十分接近蔗糖,但作为目前甜度特高的甜味剂,其甜度高体积小,称量和混合要求很高,在一些食品上还无法应用或应用困难,需要与其他甜味剂或食品配料复合使用。

   复合甜味剂即是通过添加特定的香料或添加剂于甜味剂中配制出来的。这种方法起始于十九世纪七十年代初期,当时美国和英国禁用甜蜜素,市场上只有糖精是唯一准许使用的甜味剂,复合甜味剂应运而生。复合甜味剂的潜在效益早已为人们所知。40年前当糖精/甜蜜素混合物开始被使用时,人们就开始定量和定性地选择甜度适宜的复合甜味剂。现在,随着可应用于食品的高倍甜味剂品种增多,用定量和定性的方法复配出具有蔗糖风味的甜味剂是完全可能的。用来复配的甜味剂数量越多,复合后的风味越似蔗糖。

   纽甜由于其甜度太高,少许单独使用时称量的不方便在一定程度上也限制了它的应用。因此纽甜复合甜味剂的开发成为其应用的重要途径。纽甜可以与某些还原糖共同使用,如葡萄糖、果糖、乳糖等,纽甜可与大多数糖类进行复合,取代蔗糖,降低生产成本,在价格有很大的优势。

 

4 纽甜及纽甜复合甜味剂在食品工业中的应用

   纽甜是一种非营养型无能量的甜味剂。它甜度高,无毒副作用,纽甜及纽甜复合甜味剂口感接近蔗糖,且等甜度成本大大低于蔗糖和其它一般高倍甜味剂,因此能广泛用于食品工业的生产中。

4.1 在饮料中的应用

   纽甜及纽甜复合甜味剂的稳定性能很好,不会对饮料的香味、色调、透明性、粘性等稳定性指标产生影响,另外,纽甜及纽甜复合甜味剂在加热杀菌、长期保存等方面,也具有很好的稳定性。如纽甜在可乐型碳酸饮料中能持续作用4-5个月而不发生甜度降低的现象,完全符合市场上销售的低能量碳酸饮料的保质期一致。它还可以用于果汁、蔬菜汁、低度酒等饮料中,改善饮料的口感与风味。同时在非碳酸饮料中,纽甜及纽甜复合甜味剂也有很好的应用前景,如可用于热灌装的柠檬茶,果珍、奶粉等固体粉末状饮料等食品中,而且纽甜在这些食品中非常稳定且保持原食品良好的品质。

4.2 在乳品中的应用

   纽甜不参与发酵,不会影响正常菌类的生长繁育,因此可广泛用于酸奶,奶酪等乳制品中。经研究发现,当此类产品的货架期结束后

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