E951

Strukturformel
Allgemeines
Name	Aspartam
Andere Namen	N-(L-α-Aspartyl)- L-phenylalanin- methylester (S,S)-N-(α-Aspartyl)-phenylalanin- methylester H-Asp-Phe-OMe
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
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] > 5.000 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.

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 Soft Drinks und Kaugummi.

Entdeckung und Zulassung

Aspartam wurde 1965 durch Zufall von James M. Schlatter, einem Chemiker des pharmazeutischen Unternehmens G.D. Searle & Company (heute zur Monsanto Company gehörend), entdeckt, der eigentlich auf der Suche nach einem Mittel gegen Geschwüre war.

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 amerikanischen 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 Hirnkrebs auslöst. Der Ausschuss verneinte dies, lehnte jedoch eine Zulassung ab aufgrund der offenen Frage der Karzinogenität in Ratten. 1981, unmittelbar nach Amtsantritt, ernannte der US-Präsident Ronald Reagan Arthur Hull Hayes zum Vorsitzenden der FDA. Hayes veranlasste noch im selben Jahr die Zulassung von Aspartam in Trockenprodukten, wobei er sich auf eine japanische Studie berief, die dem Untersuchungsausschuss noch nicht zur Verfügung gestanden hatte. 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. 1986 wurde Searle von dem Unternehmen Monsanto übernommen, welches die Süßstoffproduktion unter dem Namen NutraSweet Company als selbständigen Unternehmensteil fortführte und im Jahr 2000 wieder abstieß; die NutraSweet Company gehört heute dem privaten Investmentfond 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.

Herstellung

Es sind chemische und enzymatische Verfahren zur Herstellung von Aspartam beschrieben.^[9][10] 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.^[10]

Verwendung

Aspartam hat einen Energiegehalt von 17 kJ/g, ungefähr so viel wie Zucker. Aufgrund seiner höheren Süßkraft, die ungefähr 180mal so stark ist wie die des Zuckers, wird es in viel geringeren Mengen eingesetzt, so dass mit Aspartam gesüßte Lebensmittel in der Regel einen erheblich niedrigeren Energiegehalt haben als solche, die mit Zucker gesüßt sind. Es kann daher bei der Zusammenstellung einer energiearmen Diät hilfreich sein und ist auch für die Diabetes-Diät geeignet. Die Bildung von Karies wird durch Zuckeraustauschstoffe nicht oder deutlich weniger stark gefördert.

Verwendungseinschränkung durch Zersetzung

Zyklisierung von Aspartam zu 2,5-Dioxopiperazin

Aspartam ist nicht hitzebeständig und zersetzt sich im Trockenzustand bei 196 °C.^[11] 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.^[12] Wird Aspartam in Mischungen mit einem Wassergehalt über 8 % verwendet, so wird Aspartam wesentlich rascher abgebaut.^[11]

Darüber hinaus kann sich Aspartam in seine Einzelkomponenten (L-Asparaginsäure, LPhenylalanin und Methanol) zersetzen oder zu einem 2,5-Dioxopiperazin (Diketopiperazin) cyclisieren,^[13] was vorwiegend beim Kochen und Backen geschieht und wodurch es die Süßkraft verliert.^[14]

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.^[12]

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. Im Gegensatz zu in alkoholischen Getränken enthaltenem Methanol wird dessen Abbau auch nicht durch Ethanol kompetitiv gehemmt.

Gesundheitsfragen

Aspartam darf von Menschen mit der angeborenen Stoffwechselerkrankung Phenylketonurie nicht eingenommen werden. Dies betrifft etwa 0,15 Promille der Bevölkerung. Daher müssen Produkte, die Aspartam enthalten, in der EU mit dem Hinweis „enthält eine Phenylalaninquelle“ oder „mit Phenylalanin“ gekennzeichnet sein.^[15] 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.

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. 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.

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

• In einer von Walton et al.^[16] 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.

• Das Gegenteil ergab die Studie von Schiffman et al.^[17] Man führte eine doppelblinde Crossover-Studie mit 30 mg Aspartam pro Kilogramm Körpergewicht oder einem Placebo mit 40 Personen durch, die nach dem Konsum aspartamhaltiger Produkte wiederholt über Kopfschmerzen klagten. Die Inzidenzrate von Kopfschmerzen (35 %) nach der Aspartameinnahme unterschied sich nicht bedeutend von der Rate nach Placeboeinnahme (45 %) (P<0,50). Keine ernsten Reaktionen wurden beobachtet, und die Inzidenz anderer Symptome als Kopfschmerzen nach Einnahme von Aspartam und Placebo war gleich. Bei vitalen Körperfunktionen, Blutdruck oder Kortison-, Insulin-, Glucagon-, Histamin-, Adrenalin- oder Noradrenalinkonzentrationen im Plasma wurden keine behandlungsbezogenen Auswirkungen beobachtet. Die meisten Personen waren gebildete Menschen mit Übergewicht und hatten eine persönliche Krankengeschichte oder Familiengeschichte mit allergischen Reaktionen. Personen mit Kopfschmerzen hatten kurz vor Ausbruch der Kopfschmerzen niedrigere Noradrenalin- (P<0,0002) und Adrenalinkonzentrationen (P<0,02) im Plasma. Die Studie kommt damit zu dem Schluss, dass Aspartam bei dieser Population nicht wahrscheinlicher zu Kopfschmerzen führt als Placebo.

• 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.^[18] Diese Meinung teilte auch Prof. Dr. med. Trefs von der Universität Tübingen. Der Toxikologe Prof. Dr. Schweinsberg vom Hygiene-Institut der Universität Tübingen wiederum hat der Meinung der Studie von John W. Olney et al.^[19], Aspartam könne einen Beitrag zur Krebsentstehung leisten oder sogar selbst krebsauslösend wirken, zugestimmt. Trefs wie Schweinsberg waren Mitglieder des wissenschaftlichen Ausschusses.

• Eine im Jahr 1986 von Anthony Kulczycki Jr. durchgeführte Doppelblindstudie zeigte an Frauen bei Dosen ab 3–4 mg/kg, d.h. Dosen weit unter der von der EU erlaubten Tagesdosis (bei 70 kg Körpergewicht ca. 260 mg), 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.^[20][6] Andere Untersuchungen mit Personen, die an Nesselsucht litten oder glaubten, empfindlich auf Aspartam zu reagieren, konnten die Ergebnisse von Kulczycki jedoch nicht bestätigen.^[21]

• 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 Mäusen, die offenbar einen direkten Zusammenhang zwischen der Einnahme des Süßstoffs und der Erkrankung an Krebs belegen.^[22] Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang allerdings, dass die Tumorprävalenz insgesamt (Versuchs- und Kontrollgruppen zusammen) bei 20,1 % liegt, was exakt dem Wert entspricht, der bei „Sprague-Dawley“-Ratten statistisch zu erwarten ist. Es stellt sich demnach die Frage, inwiefern die Daten der Kontrollgruppe in der Studie korrekt wiedergegeben werden. In einer dazu ergangenen Erklärung der Europäischen Lebensmittelsicherheitsbehörde zeigte sich diese angesichts der Studie der Ramazzini-Stiftung zumindest zurückhaltend besorgt und kündigte eine genaue Begutachtung an, wollte aber nicht soweit gehen, zu einem generellen Verzicht auf Aspartam zu raten. Die inzwischen erfolgte ausführliche Begutachtung durch die EFSA bestätigte eindeutig die Sicherheit von Aspartam und wies die Ergebnisse der Ramazzini-Studie zurück. Zu einer gleichen Einschätzung kam die US-amerikanische FDA im April 2007.^[23]

• Im April 2006 veröffentlichte das US National Cancer Institute eine aktuelle Studie mit dem Ergebnis: „es gibt keinen Beweis für eine krebserzeugende Wirkung des Aspartams“.^[24]

Zusätzlich kursieren im Internet auch zahlreiche Gerüchte um Aspartam, die sich jedoch als Hoax entpuppen. ^[25]

Superaspartam

Superaspartam, ein Derivat des Aspartams

Superaspartam ist ein Derivat des Aspartams, das ca. 14.000 mal süßer ist als Saccharose.^[26] Bei Superaspartam ist die freie Aminogruppe durch ein (p-Cyanophenyl)carbamoylrest substituiert.

Quellen

1. ↑ ^{a b} Thieme Chemistry (Hrsg.): Römpp Online. Version 3.1. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2007.
2. ↑ ^{a b} Herstellerangaben der Firma Acros Organics, 30. März 2007.
3. ↑ Herstellerangaben der Firma Sigma-Aldrich, 15. Okt. 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. ↑ Bundesinstitut für Risikobewertung - Bewertung von Süßstoffen
9. ↑ 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.
10. ↑ ^{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.
11. ↑ ^{a b} G. G. Habermehl, P. E. Hammann, H. C. Krebs: Naturstoffchemie: Eine Einführung. 3. Auflage, S. 307, Springer, 2008, ISBN 9783540737322
12. ↑ ^{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 3925673776
13. ↑ 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
14. ↑ K. K. Glandorf, P. Kuhnert, E. Lück: Handbuch Lebensmittelzusatzstoffe, S. 12, Behr's Verlag DE, 1991, ISBN 9783925673894
15. ↑ ZZulV - Einzelnorm - § 9 Kenntlichmachung
16. ↑ 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
17. ↑ Schiffman, S.S. et al. (1987): Aspartame and susceptibility to headache. In: N. Engl. J. Med. Bd. 317, S. 1181–1185. PMID 3657889
18. ↑ Opinion of the SCF: Update on Safety of Aspartame
19. ↑ 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
20. ↑ J. E. Perkin, J. A. Anderson: Food Allergies and Adverse Reactions. S. 129ff, 1990, Jones & Bartlett Publishers, ISBN 0834201704
21. ↑ J. P. F. D'Mello: Food Safety: Contaminants and Toxins. 2003, CABI Publishing, ISBN 0851996078
22. ↑ Morando Soffritti, M. et al. (2005): Aspartame Induces Lymphomas and Leukemias in Rats. In: European J. of Oncology. Bd. 10, S. 107–116 PDF
23. ↑ FDA Statement on European Aspartame Study, vom 20.4.2007.
24. ↑ 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
25. ↑ TU-Berlin: Warnung vor Aspartam - Gerüchte im Internet verbreiten allerlei Unsinn erstellt: 19.06.03; Aktualisierung: 17.06.2008
26. ↑ 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
• Aspartam: Ist der Süßstoff Krebs erregend?
• Material und Berichte der Ajinomoto AG, einem Hersteller des Süßstoffes
• Geschichte 1975–1988 Monsanto und G.D. Searle & Co

In der Europäischen Union zugelassene Süßstoffe

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