Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan về hợp chất nghiên cứu Chất ngọt tổng hợp là những chất không có trong tự nhiên, vị ngọt rất cao so với đường sucrose và không có giá trị dinh dưỡng, thường được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau. Chất ngọt tổng hợp bao gồm nhiều loại khác nhau, chủ yếu người ta chia thành 2 loại: chất tạo ngọt không sinh năng lượng và chất tạo ngọt có sinh năng lượng. Tổng quan về Aspartame Aspartame là một este methyl của axit aspartic/phenylalanine dipeptide, có pKa = 4,5 -6,0.
Giống như nhiều peptide khác, aspartame có thể bị thủy phân thành các axit amin cấu thành trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc độ pH cao. Điều này làm cho aspartame không được ưa chuộng như các chất tạo ngọt khác. Sự ổn định của Aspartame trong dung dịch nước phụ thuộc rất nhiều vào độ pH. Ở nhiệt độ phòng, nó ổn định nhất ở pH 4,3, thời gian bán hủy của nó gần 300 ngày.
Tuy nhiên, ở pH 7,0 thời gian bán hủy của nó chỉ là một vài ngày. Hầu hết các loại nước giải khát có pH từ 3 đến 5, trong đó aspartame ổn định một cách hợp lý. Trong các sản phẩm có thể cần thời hạn sử dụng lâu hơn, chẳng hạn như xi-rô cho nước giải khát, aspartame đôi khi được pha trộn với chất làm ngọt ổn định hơn, chẳng hạn như saccharin [29]. Danh pháp, công thức cấu tạo và tính chất vật lý của Aspartame ●Danh pháp IUPAC: Methyl L-α-aspartyl-L-phenylalaninate Tên gọi khác: N-(L-α-Aspartyl)-L-phenylalanine,1-methyl ester [7], [10].
● Công thức phân tử: C14H18N2O5. ● Công thức cấu tạo: ● Tính chất vật lý [29]: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn c - Aspartame có dạng tinh thể màu trắng, không mùi, có vị ngọt mạnh. - Tan ít trong nước, tan nhẹ trong ethanol. - Khối lượng mol phân tử: 294,3g/mol.
Công dụng và độc tính của Aspartame Hiện nay, aspartam là chất ngọt rất được ưa chuộng. Aspartame ngọt gấp 200 lần so với đường tự nhiên và có mặt trên thị trường với các tên NutraSweet, Equal Spoonful, Benevia, NatraTaste, ước tính chiếm tới 62% thị trường chất siêu ngọt. Nó đang được hơn 350 triệu người trên thế giới sử dụng thường xuyên. Ở Anh, chất này phổ biến trong nước ngọt Cola và những nước uống ít calo, nước quả, kẹo, kẹo cao su, ngũ cốc, sữa chua, đồ ăn nhanh, thuốc và vitamin bổ sung (gồm cả những loại dành cho trẻ nhỏ) [29].
Một gam aspartame tạo ra bốn kcal năng lượng khi chuyển hóa nên lượng calo là không đáng kể. Đa số người tiêu dùng có nhận xét là aspartam không để lại dư vị khó chịu, tuy nhiên một số người nhạy cảm cho rằng đường này để lại trên lưỡi một hậu vị không ngon. Điều này có thể khắc phục bằng cách trộn aspartam với các loại đường khác (như acesulfame - K hay saccharin) [10], [29]. Aspartame được thủy phân nhanh chóng trong ruột non.
Ngay cả khi ăn với liều rất cao aspartam (trên 200 ppm), không có aspartame được tìm thấy trong máu do sự suy giảm nhanh chóng. Khi ăn phải, aspartame phân hủy thành các thành phần còn sót lại, bao gồm axit aspartic, phenylalanine, methanol, với tỷ lệ 4: 5: 1 theo khối lượng và các sản phẩm phân hủy khác bao gồm formaldehyde và axit formic. Các nghiên cứu trên người cho thấy axit formic được bài tiết nhanh hơn so với dạng được hình thành sau khi ăn phải aspartame. Trong một số nước trái cây, có thể tìm thấy nồng độ methanol cao hơn so với lượng chất aspartame trong đồ uống [7], [10], [29].
Methanol là một chất có độc tính thấp nhưng sau khi được đưa vào cơ thể, methanol được ôxy hóa tạo nên formaldehyde, chất này lại tiếp tục được ôxy hóa tạo nên axit formic (hoặc formate, tùy theo độ pH). Cuối cùng, axit formic được chuyển hóa thành khí cacbonic CO2 và nước, hai chất này được thải qua phổi và thận. Quá trình ôxy hóa xảy ra nhanh chóng khiến axit formic tích tụ trong huyết thanh. Sự tích Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn c tụ của axit formic trong huyết thanh gây nên tình trạng toan chuyển hóa.
Sự chuyển hóa methanol và tích tụ axit formic bên trong võng mạc mắt gây tổn thương võng mạc, tổn thương thần kinh thị giác dẫn đến mù lòa. Phenylalanine là một chất độc thần kinh. Cơ thể tiếp nhận quá nhiều phenylalanine có thể gây động kinh, chậm phát triển trí óc, mất ngủ… Bệnh phenylceton niệu (phenylketonuria - PKU) là nguyên nhân rối loạn di truyền gây mất chức năng chuyển hóa phenylalanin. Người bị bênh này phải kiểm soát lượng phenylalanin trong thức ăn được đưa vào để ngăn ngừa sự tích tụ của phenylceton trong cơ thể.
Một dạng hiếm của bệnh này là bệnh tăng phenylalanin máu do bị mất chức năng tổng hợp một coenzym là biopterin. Phụ nữ mang thai bị bệnh tăng phenylalanin máu sẽ có triệu chứng tăng phenylalanin trong máu nhưng triệu chứng này thường mất đi ở cuối kì mang thai. Phenylalanin có trong chất làm ngọt aspartame. Chất này được chuyển hóa trong cơ thể tạo ra nhiều chất, trong đó có phenylalanin.
Do đó chất này cũng có ảnh hưởng đến người bị PKU, mặc dù sự ảnh hưởng của nó ít hơn so với lượng proten ăn vào. Tất cả các sản phẩm có chứa aspartame ở Úc, Mĩ và Canada đều được dán nhãn "Chứa aspartame, cẩn thận đối với người bị PKU" [29]. Aspartic là chiếm khoảng 40% trong aspartam, một chất gây ra chứng đau đầu. Axit Aspartic là một chất kích thích thần kinh, ảnh hưởng đến hệ thống thần kinh trung ương, gây nên các chứng: nhức đầu, buồn nôn, đau bụng, mệt mỏi, rối loạn giấc ngủ, vấn đề về thị lực, trầm cảm, và bệnh suyễn, động kinh [10].
Không giống như một số chất làm ngọt khác, aspartame được chuyển hóa trong cơ thể và do đó có một số giá trị dinh dưỡng, 1 g cung cấp khoảng 17 kJ (4 kcal). Tuy nhiên, trong thực tế khi dùng một lượng nhỏ aspartame mang lại hiệu quả dinh dưỡng tối thiểu. Tổng quan về Saccharine Saccharin là một axit với pKa = 2,0. Saccharin không ổn định khi đun nóng, nhưng nó không phản ứng hóa học với các thành phần khác của thực phẩm.
Saccharin thường ở dạng bột kết tinh có màu màu trắng, tan ít trong nước và ête, nhưng dạng muối natri và canxi của nó thì dễ tan. Saccharin ổn định trong môi trường axit, nhưng lại không có phản ứng gì với các thành phần trong thực phẩm nên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn c nó thường được dùng nhiều trong đồ uống, nước ngọt. Ở nhiệt độ cao saccharin vẫn giữ được độ ngọt vốn có, có thể thay thế tối đa là 25% lượng đường saccharose nên cũng được sử dụng trong sản xuất bánh, mứt, kẹo cao su, hoa quả đóng hộp, kẹo, bánh tráng miệng…. Danh pháp, công thức cấu tạo và tính chất vật lý của Saccharine ●Danh pháp IUPAC: 1,1-Dioxo-1,2-benzothiazol-3-one Tên gọi khác : Benzoic sulfimide Ortho sulphobenzamide ● Công thức phân tử: C7H5NO3S.
● Công thức cấu tạo: ● Tính chất vật lý: - Saccharine tồn tại ở dạng tinh thể hoặc bột tinh thể trắng, không mùi. - Ít tan trong nước, ethanol, tan trong dung dịch kiềm. - Độ tan trong nước là 1g/270mL, trong ethanol (95%) là 1g/31mL. - Khối lượng mol phân tử: 183,18g/mol.828g/cm3 - Nhiệt độ nóng chảy: 228,8 – 229,70C [30].
Công dụng và độc tính của saccharin Saccharin (E954i) là một phụ gia tạo ngọt nhân tạo, còn được gọi với tên khác là đường không sinh năng lượng; độ ngọt của saccharin cao hơn đường saccharose 300 lần, nhưng ở nồng độ cao saccharin có dư vị của kim loại. Saccharin được sử dụng để làm ngọt các sản phẩm như đồ uống giải khát, kẹo, bánh bích quy, thuốc chữa bệnh, kem đánh răng. Cũng như nhiều chất ngọt thay thế khác saccharin không bị hấp thu bởi hệ tiêu hóa, không gây ảnh hưởng tới hàm lượng insulin trong máu, không tạo năng lượng. Vì vậy saccharin Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn c được xếp vào nhóm chất ngọt không calo, còn được sử dụng trong cả những sản phẩm mỹ phẩm, vitamin và dược phẩm [7], [10], [30].
Saccharin không cung cấp năng lượng vì nó không được chuyển hóa bởi con người mà thay vào đó được bài tiết qua thận, khoảng 80% là saccharin và phần còn lại là sản phẩm thủy phân.Saccharin, mặc dù vô hại đối với con người, đã được được báo cáo là có độc tính tiềm tàng và do đó, đã bị cấm ở một số quốc gia xem xét có thể tác dụng gây ung thư [7], [10]. Nhiều năm sau khi saccharin được tổng hợp và ứng dụng trong sản xuất như một chất ngọt thay thế duy nhất lúc đó, thì đến năm 1977 một nghiên cứu của Canada cho biết saccharin gây ung thư bàng quang ở chuột đã gây hoang mang lớn cho người tiêu dùng. Khi đó FDA cũng đã phát lệnh cấm sử dụng saccharin trong thực phẩm và dược phẩm, nhưng do vào thời điểm đó saccharin là chất ngọt nhân tạo duy nhất và nhiều người vẫn muốn sử dụng những sản phẩm thực phẩm có chứa nó đặc biệt là những bệnh nhân tiểu đường. Trước những sức ép của người dân và cả nhà sản xuất Quốc hội Mỹ đã buộc phải cho sử dụng nhưng yêu cầu trên nhãn sản phẩm ghi rõ sản phẩm có chứa saccharin có nguy cơ gây nguy hiểm cho sức khỏe [30].
Đến cuối năm 2000 FDA đã chính thức loại bỏ saccharin ra khỏi danh mục những chất gây ung thư và cho phép gỡ bỏ những cảnh báo trên. Nhưng các chuyên gia cũng cảnh báo tới khả năng gây dị ứng sunfonamid ở những người sử dụng thuốc sulfa. Triệu chứng với dị ứng này là đau đầu, khó thở, phát ban, tiêu chảy. Saccharin được tìm thấy trong sữa công thức còn có nguy cơ gây rối loạn chức năng cơ.
Với những đối tượng như phụ nữ có thai, trẻ nhỏ và đặc biệt là trẻ sơ sinh không nên sử dụng sản phẩm chứa saccharin. Dùng nhiều lượng saccharin có thể sinh ra chứng béo phì. Tuy nhiên tất cả những biến chứng do việc xử dụng saccharin vẫn còn là một tranh cãi và chưa có kết luận nào có tình cách thuyết phục [30]. Một số phương pháp xác định saccharin, và aspartame Hiện nay, tùy thuộc vào điều kiện cơ sở vật chất mà các phòng thí nghiệm có thể tiến hành phân tích đối tượng nghiên cứu theo các phương pháp khác nhau.
Một số phương pháp phổ biến có thể kể đến như quang phổ hấp phụ phân tử UV-VIS, sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC, điện di mao quản vùng CZE. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.