Реферат
На тему:
«Харчова добавка аспартам Е951»
1. Загальна характеристика аспартаму
Аспартам – штучний підсолоджувач, замінник цукру (харчова добавкаE951). Метиловий ефір дипептиду, що складається із стандартних амінокислот:аспарагінової і фенілаланіну.
Історія виникнення: Аспартам був відкритийв 1965 р. Джеймсом М. Шлаттером, хіміком, що працював на компанію G.D. Searle &Company. Шлаттер синтезував аспартам у ході досліджень для виробництва ліківвід язви. Він виявив солодкий смак аспартама випадково, облизнувши палець, наякий потрапив аспартам. Першими стали застосовувати аспартам в США йВеликобританії– з 1981 року. Випускає під різними торгівельними марками(наприклад, Equal, Spoonful), аспартам оголошений альтернативою цукру, що дозволяєне набирати вагу і не є канцероген, як використовуваний раніше штучнийпідсолоджувач – сахарин.
Синоніми: Сладекс, нутрасвіт, N-L-б-аспартил-L-фенілаланінметиловийефір; англ. aspartame, АРМ.
Хімічна назва: 3-аміно-N– (б-карбометоксі-фенетіл) – сукцинамової кислоти.
Емпірична формула:С14Н18N205.
Молекулярна маса:294,30.
Структурнаформула:
/>
Органолептичнівластивості: Білі, слабко гігроскопічнікристали без запаху з інтенсивним солодким смаком, приблизно в 200 разів солодшийсахарози, побічний присмак відсутній.
Фізико-хімічнівластивості: Не зовсім стабільнийдо гідролізу, особливо при нагріванні. Тпл =246–247°С, розкладанняпочинається при 196°С. Легко розчиняється в гарячій воді; середньо розчиняєтьсяв холодній воді, спиртах; нерозчинний у жирних розчинниках.
Таблиця 1. СпецифікаціяПоказник ПЧР5 РСС1В Вміст аспартама, % СВ 98,0–102,0 98,0–102,0 рН (1 до 125 частикам води) 4,5–6,0 –
Уд. обертання ап20, град. 14,5–16,5 14,5–16,5 Втрати при сушінні, %, не більше 4,5 4,5 Сульфатна зола, %, не більше 0,2 0,2 5-Бензил – 3,6 – діоксо-2-піперазин-оцтова кислота, %, не більше 1,5 1,5 Аз/тяж, металів, мг/кг, не більше 3/10 -/10
Метаболізм і токсичність: Аспартам розщеплюється на L-амінокислоти і метанол, якінормально всмоктуються й повністю метаболізуються. У результаті побічноїреакції утворюється дикетопіперазин (ДКП) із власним значенням ДСП. Утримуванняфенілаланіну (близько 60%) може завдати шкоди хворим фенилкетонуріею і вимагаєспеціального нанесення інформації на етикетку харчового продукту(Фенилкетонурія – дуже рідкісний (1:15 000) генетичний дефект, що вимагаєспеціальної дієти).
2. Метод отримання
Аспартам отримуютьсинтезом з L – амінокислот:
аспарагіновоїкислоти
фенілаланіна.
Схема отриманняаспартаму:
/>
Домішки:дикетопіперазин (продукт розпаду).
Кольоровіреакції
Устаткування, прилади й реактиви: водяна баня, спиртівка, 10% розчин NaOH, 1% розчин CuSO4, 0,2% розчин нінгідрину, концентрована азотна кислота, 0,5% розчин аспартама.
Біуретовареакція. У лужному середовищібілки, а також продукти їхнього гідролізу – поліпептиди дають фіолетове абочервоно-фіолетове забарвлення із солями міді. Реакція обумовлена наявністю пептиднихзв’язків (-NHCO-). Позитивна біуретова реакція проявляється вз’єднаннях, що містять не менш двох пептидних груп. Інтенсивність забарвленнязалежить від довжини пептиду і варіює від синьо-фіолетового дочервоно-фіолетового й червоного.
Біуретову реакціюдають також аспарагін (амід аспарагінової кислоти) і амінокислоти гістидин,треонін і серін.
Свою назву реакціяодержала від біурета – з’єднання, що утворюється при нагріванні сечовини. Цяреакція супроводжується відщіпленням молекули аміаку.
/>
Комплексної мідно-натрієвої солі пептидів і білківприписують наступну будову:
/>
аспартам підсолоджувачсполука хімічний
Техніка виконання роботи: до 1 молярногорозчину аспартама додають 1 молярний 10% розчину їдкого натрію й 2 краплі 1%розчину сірчанокислої міді. У присутності білків і пептидів (починаючи ізтрипептидів) з’являється рожево-фіолетове забарвлення. Реакція заснована наутворенні хелатного з’єднання іонів міді (+2) із двома пептидними зв’язками.
Нінгідринова реакція.Нінгідриновареакція обумовлена наявністю амінокислот, що мають аміногрупи в б-положенні.Білки, поліпептиди і амінокислоти утворюють із нінгідрином з’єднання синьогоабо синьо-фіолетового кольорів (при нагріванні). Нінгідринова реакція є однієїз найбільш чутливих для виявлення б-аміногруп.
/>
Сутність реакції полягає в тім, щоб-амінокислоти і пептиди, реагуючи з нінгідрином, піддаються окисномудезамінування і декарбоксілюванню:
Відновлений нінгідрин взаємодіє заміаком і другою молекулою нінгідрину, утворюють зафарбоване з’єднання(пурпурний Руеманна).
/>
Техніка виконання роботи: до 5–10крапель розчину аспартама додають 6–10 краплі 0,2% розчину нінгідрину.Нагрівають до кипіння на водяній лазні. З’являється фіолетово-синє забарвленняза рахунок утворення продукту конденсації нінгідрину з амінокислотою.
Ксантопротеїнова реакція.Характернадля деяких ароматичних амінокислот. При нагріванні білків і поліпептидів зконцентрованою азотною кислотою утвориться нітросполука жовтого кольору.
Реакція протікає у дві стадії.Протягом першої амінокислота, взаємодіючи з концентрованою азотною кислотою,піддається нітруванню. При цьому утвориться динітросполука (жовтого кольору).
В другій стадії продукти нітруванняреагують із їдким натром або гідроксидом амонію з утворенням натрієвої абоамонійної солі, що має жовто-помаранчеве забарвлення.
Ксантопротеїнову реакцію, крім білків,пептидів і циклічних амінокислот, дають також багато простих ароматичнихз’єднань (бензол, фенол і ін.).
Техніка виконання роботи: до 0,5 молярногорозчину аспартаму додають 5–6 краплі концентрованої азотної кислоти. Обережнонагрівають. При наявності в розчині циклічних амінокислот або білків, у якихприсутні ці амінокислоти, з’являється жовте забарвлення за рахунок нітруваннябензольного кільця.
Після охолодження в пробірку обережно(по стінці) доливають надлишок концентрованого розчину аміаку або їдкого натру –рідина приймає помаранчевий або жовтий колір.
3. Кількісне визначення
1. Хроматографічний метод.
Метод заснований на використаннівисокоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ). Метод є арбітражним.
Обладнання і реактиви: високоефективний рідкісний хроматограф зпрограматором лінійного виміру швидкості потоку, обладнанийспектрофотометричний детектор з довжиною хвилі 210 нм; колонки хроматографічні;установка для вакуумної фільтрації; мікрошприці хроматографічні; папірфільтрувальний; ваги лабораторні; рН-метр; мірні колби; градуювальні піпетки;скляний рідинний термометр; бідистильована вода; ацетонітрил; калійфосфорнокислий однозамішенний; бензоат натрію; аспартам; ортофосфорна кислота.
Підготовка до випробування:
а). Приготування градуювальногорозчину аспартаму (550 мг/дм3).
Наважку аспартаму масою 137,5 мгпереносять у мірну колбу місткістю 250 см3, до половинизаповнену бідистильованою водою температурою 30–35 оС. Перемішуютьдо повного розчинення, потім бідистилятом доводять до мітки.
б). Приготування градуювальногорозчину аспартаму (275 мг/дм3).
Відміряють піпеткою 2 см3градуювального розчину аспартаму концентрацією 550 мг/дм3переносять у мірну колбу місткістю 50 см3і доводять до міткибідистильованою водою, добре перемішують.
в). Приготування градуювальногорозчину аспартаму (138 мг/дм3).
Відміряють піпеткою 25 см3концентрацією 550 мг/дм3 переносять у мірну колбу місткістю 100 см3і доводять до мітки бідистильованою водою, добре перемішують.
Приготування рухомої фази:
1,73 г. калія фосфорнокислогооднозамішеного (КН2РО4) помішують у мірну колбу місткістю1000 см3, розчиняють в бідистильованій воді, перемішують доповного розчинення. Отриманий розчин ортофосфорної кислоти (Н3РО4)доводять до мітки рН 3,2 850 см3 отриманого буферного розчинузмішують із 150 см3 ацетонітрилу (С2Н3),попередньо відфільтрував їх через фільтрувальний папір діаметром пор 0,5 мкм.
Термін придатності рухливої фази – небільше 7 діб.
Умови хроматографічного аналізу:
Колонка з фазою С – 18,5 – 6 мкм,0,15 * 4,6 мм.
Рухома фаза: 15% ацетонітрилу, 85%0,0125 М розчину КН2РО4, доведеного фосфорною кислотою дорН 3,2.
Швидкість потоку: лінійний градіентвід 1,2 см3/хв до 1,7 см3/хв за 8 хв.
Температура термостату – 35 оС.
Тиск на колонці при швидкості потоку –1,2 см3/хв – 120 кг/см2 (тиск буде зростати помірі експлуатації колонки).
Знаходження за поглинанням в УФ-областіспектру при довжині хвилі 210 нм 0,02 од. адсорбції на всю шкалу.
Обробка результатів:
Масову долю аспартаму розраховують заформулою
/>
де К – поправочний коефіцієнт, установлюваний зазагально прийнятими правилами для методу «абсолютної градуїровки»;
S – площина піку досліджуваного компоненту, відповідна допевної масової концентрації компонента, мг;
V – об’єманалізуємої проби, дм3;
Розрахунки проводять до другогодесятичного знаку.
За кінцевий результат дослідженняприймають середнє арифметичне результатів двох паралельних визначень.
2. Спектрофотометричний метод.
Метод заснований на визначеніаспартаму у безалкогольних напоях безпосередньо після їх виготовлення задопомогою спектрофотометру. Цей метод метод не може бути використаний длянапоїв, в склад яких входять амінокислоти і речовини білкової природи.
Обладнання і реактиви: спектрофотометр; колориметр фотоелектричний; вагилабораторні; аспартам; натрій фосфорнокислий двузаміщений; калій фосфорнокислийоднозаміщений; нінгідрин (х.ч.); фруктоза (ч.д.а.); ректифікований етиловийспирт; папір фільтрувальний; ваги лабораторні; рН-метр; мірні колби;градуювальні піпетки; скляний рідиний термометр; електроплитка побутова; водянабаня; механічний годинник.
Приготування буферного розчину:
Наважку натрію фосфорнокислогооднозаміщеного (Na2HPO4 *12H2O) масою 28,870 г. переносятьу мірну колбу на 1000см3, розчиняють в дистильованій воді, доводять домітки і перемішують до повного розчинення.
Наважку калію фосфорнокислого однозаміщеного(KH2PO4)3масою 4,535 г. переносять у мірну колбу на 500 см3,розчиняють в дистильованій воді, доводять до мітки і перемішують до повногорозчинення. В конічній колбі змішують 484,5 см3 розчину Na2HPO4і 15,5 см3розчину KH2PO4. Принеобхідності доводять рН буферної суміші даними розчинами до (8,0±0,1) одиниць.
Приготування нінгідриновогорозчину:
Розчиняють в 500 см3буферного розчину 1,5 г фруктози, після чого розчиняють у ньому 2,5 гнінгідрину.
Приготування базового розчинуаспартаму:
20 мг аспартаму розчиняють приперемішуванні і нагріванні до 50–70 см3 дистильованої води.Розчин переливають у мірну колбу місткістю 100 см3 і доводятьдо мітки дистильованою водою.
Приготування ряду робочих розчиніваспартаму для побудови градуювального графіку:
В пробірках місткістю по 10 см3кожна, готують робочі розчини аспартаму, об’єм і концентрація яких вказана втаблиці 1.
Таблиця 2Назва показника Номер пробірки 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Об’єм базового розчину аспартаму, додають у пробірку, см3 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 –
Об’єм дистильованої води, додають в пробірку, см3 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 10
Концентрація аспартаму у робочому розчині, мг/см3 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 –
Умови проведення аналізу:
Температура базового, робочих розчиніваспартаму, буферного розчину, нінгідринового розчину і розчину етилового спирту– (18,0±2,0) оС.
рН розчину нінгідрину – (8,0±0,1) од.
Вміст аспартаму необхідно визначатипісля розливу напою.
Нінгідриновий розчин повинензберігатися у коричневому скляному посуді в холодильнику. Він можевикористовуватися протягом двох неділь після приготування.
Побудова градуювального графіку:
Для побудування градуювального графікув окремі пробірки переносять по 6 см3 кожного робочого і до нихдодають 3 см3 нінгідринового розчину.
Пробірки витримують 16 хв. в киплячійбані, потім за 20 хв охолоджують до (20±1) оС, після чогоіз кожної пробірки в окрему пробірку переносять по 3 см3розчину, до якого додають по 5 см3 етилового спирту з об’ємноюдолею 60%.
Оптичну густину розчину визначають наспектрофотометрі при довжині хвилі 570 нм в кюветі товщиною 10 мм.Контрольним розчином служить розчин пробірка №9 (нульового розчину) і етиловогоспирту з об’ємною долею 60%, змішують в таких самих кількостях, як і іншіпроби.
Проведення аналізу:
В досліджуваних зразках напоїввидаляють вуглекислий газ при температурі не вище 20 оС іфільтрують зразки через фільтр розміром пор не більше 0,5 мкм. 20 см3профільтрованої проби переносять у мірну колбу місткістю 100 см3і доводять дистильованою водою до мітки.
В пробірку місткістю 10 см3переносять по 6 см3 кожного розбавленого зразка і до нихдобавляють по 3 см3 нінгідринового розчину.
Пробірку витримують 16 хв вкиплячій бані, потім за 20 хв охолоджують до 20 оС, після чогоіз кожної пробірки в окрему пробірку переносять по 3 см3розчину, до якого додають по 5 см3 розчину етилового спирту зоб’ємною долею 60%.
Оптична густина розчину досліджуванихзразків визначають порівнюючи з нульовою пробою на спектрофотометрі при довжиніхвилі 570 нм в кюветі товщиною 10 мм.
Обробка результатів:
Концентрацію аспартаму в розбавленихзразках досліджуваного напою визначають по оптичним густинам зразків.
Концентрація аспартаму С,мг/100 см3, в напоях визначають за формулою:
/>,
де Ср – концентраціяаспартама в розбавлених зразках, мг/100 см3;
К – ступінь розбавлення.
4. Застосування аспартаму в харчовому виробництві
Гігієнічнінорми: ДДН 40 мг/кг ваги тілав день. Небезпека по ГН-98: ГДК у повітрі робочої зони 2 мг/м3,клас небезпеки 3; ГДК у воді 1,0 мг/л, клас небезпеки 4. ЄС: відповідно доДирективи по підсолоджувачам (червень 1994) дозволений в 12 групах харчовихпродуктів, низькокалорійних або без цукру, і в 12 групах продуктів, споживаниху малій кількості – до 4000 мг/кг. У РФ дозволений у жувальній гумці із цукромяк підсилювач смаку й аромату в кількості до 2,5 г/кг (п. 3.14.9 СанПіН2.3.2.1293–03); у безалкогольних напоях на основі ароматизаторів, фруктовихсоків, молочних продуктів без додавання цукру або зі зниженою калорійністю,напоях алкогольних з утримуванням спирту не більше 15 об.%, напоях, що містятьсуміш безалкогольних напоїв і пива або сидру, вина, лікеро-горілчаних виробів,біологічно активні добавки до їжі рідкі в кількості до 600 мг/кг; у десертиароматизовані на водній основі, на зерновій, фруктовій, овочевій, молочній,яєчній і жировій основі без додавання цукру або зі зниженою калорійністю,кондитерські вироби зі зниженою калорійністю або без додавання цукру, сендвічіз начинкою на основі какао, молочних продуктів, сухофруктів, жиру, фруктахконсервованих зі зниженою калорійністю або без додавання цукру, джемах,варенні, мармеладі зі зниженою калорійністю, продуктах переробки фруктів іовочів зі зниженою калорійністю, сухих сніданків із зернових з утримуваннямхарчових волокон більше 15% або отрубів не менш 20% у кількості до 1 г/кг; усухих закусках і сніданках у кількості до 500 мг/кг; у кондитерських виробах зізниженою калорійністю або без додавання цукру на основі крохмалю, какао,сухофруктів, біологічно активних добавках до їжі твердих у кількості до 2 г/кг;у жувальній гумці без додавання цукру, біологічно активних добавках до їжі – вітамінахі мінеральних речовинах у формі сиропів і жувальних таблеток у кількості до 5,5г/кг; у морозиві (крім вершковому й молочного), фруктовому льоді зі зниженоюкалорійністю або без додавання цукру, спеціалізованих дієтичних продуктах длязниження маси тіла в кількості до 800 мг/кг; у фруктові й овочевихкисло-солодких консервах, кисло-солодких консервах з риби, рибних маринадів,ракоподібних і молюсків у кількості до 300 мг/кг; у соусах і гірчиці вкількості до 350 мг/кг; у здобних хлібобулочні й борошняних кондитерськихвиробах для дієтичного харчування в кількості до 1,7%; у супах зі зниженоюенергетичною цінністю в кількості до 110 мг/кг; в «прохолодних» (освіжаючихподих) цукерках (таблетках) без додавання цукру в кількості до 6 г/кг; у пивозі зниженою енергетичною цінністю в кількості до 25 мг/кг (п. 3.15.1 СанПіН2.3.2.1293–03); для роздрібного продажу (п. 2.1 СанПіН 2.3.2.1293–03).
Застосування: Основними областями використання є виробництвонапоїв, молочних продуктів, кондитерських виробів. Часто застосовується вскладі суміші підсолоджувачів. Добре сполучається з ацесульфамом К. При цьомупроявляється не тільки кількісний, але і якісний синергізм. Обидві речовиниприблизно в 200 разів солодше цукру, а в суміші – в 300 разів. Солодкістьацесульфама відчувається миттєво, але не дуже довго, солодкість аспартама,навпроти, відчувається не відразу, але тримається довше. Суміш обох в різнихпропорціях дозволяє підібрати оптимальну насолоду для будь-якого продукту. Дляваріння й випічки, а також для кислих харчових продуктів із тривалим строкомзберігання (соуси, гірчиця) аспартам непридатний, тому що розщеплюється наскладові, втрачаючи при цьому свої функції. У дуже невеликих дозах можепроявляти властивості підсилювача смаку.
Список літератури
1.Сарафанова Л.А. Пищевые добавки:Энциклопедия. – 2-е изд., испр. и доп. – СПб: ГИОРД, 2004, – 808 с.
2. Д.К. Шапиро. Практикум по биологической химии.Под ред. А.С. Вечера. Изд 2-е, перераб. и доп. Минск, «Вышэйш. школа»,1976. – 288 с.
3. Гост 30059–93 Напитки безалкогольные. Методы определения аспартама, сахарина, кофеина и бензоата натрия.
4.Химическая энциклопедия: в 5 т.: т. 1: А Дарзана / Редкол.: Кнуняц И.Л. (глав. ред.) и др. –М.: Сов.энцикл. 1988. – 623 с.
5. Орлова Н.Я.«Фізіологія та біохімія харчування» – К.: Київ. Державний торгівельно-економічний університет, 2001. –248 с.
6. Пищевая химия/ Нечаев А.П.,Траунберг С.Е., Кочеткова А.А. и др. Под ред. А.П. Нечаева. – СПб.: ГИОГД,2001. – 592 с.