substancje słodzące

Zmysł smaku człowieka wraz ze zmysłem węchu i wzroku decydują o atrakcyjności spożywanych pokarmów. Ludzkie receptory dzielą się na grupy, które potrafią rozróżnić pięć podstawowych smaków: słodki, słony, kwaśny, gorzki, umami (wskazuje na obecność kwasu glutaminowego w pożywieniu). 

Od zarania dziejów człowiek poszukiwał nowych pokarmów oraz przypraw poprawiających ich smak. Dotyczy to również substancji o smaku słodkim, które tak chętnie spożywamy pod postacią słodyczy. Obserwujemy nieustanny rozwój przemysłu spożywczego, którego dużą gałąź stanowi produkcja dodatków do żywności, w tym słodzących.

 

Dla większości ludzi słodki smak kojarzy się z cukrami. Jest to uzasadnione, gdyż przez wiele lat to właśnie cukry były utożsamiane z tym smakiem. Najbardziej popularnym przedstawicielem tej grupy, wykorzystywanym w przemyśle spożywczym, jest sacharoza. Otrzymywano ją z trzciny cukrowej już w starożytności, kiedy to uważano ją za lekarstwo. W 1747 roku po raz pierwszy otrzymano sacharozę z buraków cukrowych. Chemicznie sacharoza jest disacharydem, czyli cukrem złożonym, który składa się z monosacharydów glukozy i fruktozy, połączonych ze sobą wiązaniem glikozydowym. Występuje ona jako krystaliczne ciało stałe, jest bezbarwna i nietoksyczna oraz posiada właściwości konserwujące. Do dziś jej 10% wodny roztwór uznawany jest za wzorzec słodkiego smaku i określony został współczynnikiem słodkości równym 1. Do innych powszechnie wykorzystywanych cukrów zalicza się:

 

•  D-glukoza - jest cukrem prostym, wykazującym aktywność biologiczną, który pełni w organizmie człowieka wiele ról, m.in. jest jedyną substancją dostarczającą energię do mózgu. Występuje w przyrodzie w stanie wolnym w owocach i nektarze, na skalę przemysłową otrzymywana jest w procesie enzymatycznej lub kwasowej hydrolizy skrobi ziemniaczanej bądź mąki kukurydzianej. Jej współczynnik słodkości wynosi 0,75.
   

•  D-fruktoza - zwana potocznie cukrem owocowym, występuje w naturze w owocach i nektarze kwiatowym. Na skale przemysłową otrzymywana jest poprzez enzymatyczną konwersję D-glukozy. W organizmie człowieka metabolizowana jest wolniej od sacharozy czy glukozy, jednak proces ten nie wymaga insuliny, dzięki czemu może być stosowana w żywności przeznaczonej dla diabetyków. Jej nadmierne spożycie może prowadzić do niestrawności i problemów z cholesterolem. Jej współczynnik słodkości wynosi 1,75.
   

• Laktoza - zwana jest cukrem mlecznym, gdyż występuje w mleku ssaków. W czystej postaci uzyskiwana jest przez bezpośrednią krystalizację z serwatki. Jest szeroko wykorzystywana jako składnik sztucznych odżywek dla niemowląt. Dużą wadą laktozy jest to, że ulega rozkładowi na cukry proste i jest wchłaniana w jelicie cienkim w procesie enzymatycznym, wykorzystującym laktazę. Enzym ten u ludzi zanika wraz z wiekiem, a jego niedobór powoduje nietolerancję laktozy. Jej współczynnik słodkości wynosi 0,16.
   

•  Maltoza - czyli inaczej cukier słodowy, to disacharyd składający się z dwóch cząsteczek glukozy. Otrzymywany w procesie enzymatycznej hydrolizy skrobi, występuje w słodzie. Stosowana jest w farmacji, gdzie poprawia smak leków i ułatwia formowanie tabletek. Jej współczynnik słodkości wynosi 0,33.

Oprócz tradycyjnie stosowanych cukrów, w przemyśle spożywczym powszechnie stosowane są poliole, czyli alkohole cukrowe. Wykorzystuje się je nie tylko, by nadać słodki smak, ale również jako wypełniacze, emulgatory, zagęstniki, środki przeciwdziałające spiekaniu i spulchniacze. Ze względu na swoją higroskopijność  zapobiegają wysychaniu otrzymywanych wypieków. Dzięki swojemu zastosowaniu określane są mianem półsyntetycznych wypełniaczy – j.ang. „bulk sweeteners”. Choć występują naturalnie w niektórych owocach, to na skalę przemysłową otrzymuje się je w procesie katalitycznego uwodornienia roztworów odpowiednich cukrów. Właściwości polioli różnią się między sobą, jednak ich zaletą jest to, że mają obniżoną kaloryczność i powodują powolny przyrost glukozy we krwi. Dzięki temu mogą być spożywane przez cukrzyków. Dodatkowo pozostawiają przyjemne poczucie chłodu w ustach, co sprawia, że są używane w pastach do mycia zębów. Do najczęściej stosowanych polioli zaliczamy laktitol (współczynnik słodkości 0,3-0,5), mannitol (współczynnik słodkości 0,5 -0,6), sorbitol (współczynnik słodkości 0,5 -0,6),maltiol (współczynnik słodkości 0,6 -0,9), ksylitol (współczynnik słodkości 1).

 

Od lat 70-ych ubiegłego wieku cukry zaczęto postrzegać jako główną przyczynę otyłości, choroby wieńcowej, czy problemów z uzębieniem. Wielu ludzi, chcąc obniżyć kaloryczność spożywanych pokarmów, rozpoczęło poszukiwania zamienników dla najczęściej stosowanej sacharozy. Poszukiwania te trwają do dziś i przebiegają w dwóch różnych kierunkach.

Syntetyczne substytuty cukrów 

Pierwszym kierunkiem jest opracowanie szeregu związków syntetycznych. Związki te nie są cukrami, nie posiadają własności odżywczych, tylko nadają smak spożywanym potrawom. Są od kilkudziesięciu do kilku tysięcy razy bardziej słodkie, niż sacharoza. Do najczęściej stosowanych syntetycznych substytutów cukrów zaliczane są:

 

• Sacharyna oraz jej sole: sodowa, potasowa i wapniowa - odkryta przypadkiem przez Constantina Fahlberga w roku 1879, stanowi imid kwasu 2-sulfobenzoesowego. Charakteryzuje się smakiem 300-500 razy słodszym od sacharozy, w którym wyczuwa się odrobinę goryczy i metalicznego posmaku. Nie posiada żadnych własności odżywczych i nie powoduje próchnicy. Wyniki badań na szczurach dowodziły, że jej spożycie może skutkować zwiększoną zachorowalnością na raka. Z tego powodu w niektórych krajach jej stosowanie jest lub było zakazane.
   

• Cyklamat -  odkryty przypadkowo przez Michaela Sveda w roku 1937. Chemicznie jest to sól sodowa kwasu cykloheksylosulfamowego, o smaku 30-krotnie słodszym niż sacharoza. Nie posiada własności odżywczych. Często cyklamat stosuje się łącznie z sacharyną, w celu zamaskowania jej gorzkiego posmaku.
   

•  Aspartam - czyli ester metylowy N-[amino(karboksylamino)acetylo]fenylalaniny, został odkryty przypadkowo przez Jamesa Schlattera w 1965 roku. Po wielu wątpliwościach co do jego możliwego działania rakotwórczego, ostatecznie został w pełni dopuszczony do stosowania przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków w roku 1996. Aspartam jest 180 razy słodszy niż sacharoza, przy czym jego smak wyczuwalny jest później i jest znacznie bardziej długotrwały. W organizmie człowieka rozkłada się najpierw na dipeptyd i metanol, a następnie na aminokwasy, formaldehyd i kwas mrówkowy.
   

• Acesulfam-K  - to sól potasowa acetosulfamu odkryta przez Karla Clausa w 1967 roku. Związek ten jest dopuszczony do stosowania w Polsce od 1994 roku. Brak dowodów na jego szkodliwe działanie. Acesulfam-K jest 200 razy słodszy od sacharozy, jednak stosowany w dużym stężeniu może pozostawiać metaliczny posmak. Z uwagi na dobrą stabilność termiczną, jest często wykorzystywany w wypiekach.
   

• Sukraloza - odkryta przez Shashikanta Phadisa w 1976 roku stanowi chloro-pochodną sacharozy. Jest przy tym 200 razy od niej słodsza i nie dostarcza kalorii. Wykazuje stabilność w szerokim zakresie temperatury i pH. Jest stosowana w ponad 40 krajach na świecie, w tym w Polsce.

Naturalne substacje słodzące wykorzystywane w produkcji

Drugim kierunkiem, w którym dążą poszukiwania jest „sięgnięcie do natury”. Okazało się, że wiele substancji zawartych w roślinach i owocach zapewnia słodki smak, nie będąc cukrami. Często jednak problemem jest opracowanie metody ich wydzielania, która umożliwiłaby masową produkcję. Do takich substancji zalicza się niektóre białka, terpenoidy, steroidy, dihydroizokumaryny oraz flawonoidy. Najbardziej znane z nich to:

 

• Taumatyna - substancja białkowa pozyskiwana w drodze ekstrakcji z rośliny Thaumatococcus daniellii, występującej oryginalnie w Afryce Zachodniej. Jest 2000-3000 razy słodsza od sacharozy, jednak jej smak jest nieco ostry z wyczuwalną nutą lukrecji. Jej stosowanie jest bezpieczne i nielimitowane.
   

• Neohesperydyna DC - stanowi pochodną flawononów, którą otrzymuje się przez uwodornienie neohesperydyny, naturalnie występującej w skórce niedojrzałych pomarańczy. Jest  1800 razy słodsza od sacharozy.
   

• Stewiozydy - jest to grupa związków słodzących zawartych w roślinie Stewia (Stevia rebaudiana Bertoni) pochodzącej z ameryki południowej. Stewia jest 300 razy słodsza od sacharozy, ma od niej niższą kaloryczność i wpływa korzystnie na obniżanie ciśnienia krwi. W grudniu 2008 roku Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków dopuściła stosowanie w przemyśle spożywczym rebaudiozydu A, słodkiej substancji otrzymywanej ze Stewii.

Do innych odkrytych, słodkich substancji pochodzenia naturalnego zaliczyć można moneline, mabinline i brazeine. Jednak nie ma żadnych informacji potwierdzających ich praktyczne wykorzystanie.

Substancje słodzące – tendencje na rynku

Powyższy artykuł opisuje jedynie podstawy dotyczące substancji słodzących wykorzystywanych w przemyśle spożywczym. Każdego dnia na całym świecie prowadzone są badania nad nowymi związkami tego typu. Roczna produkcja wszystkich substancji słodzących wynosi 150 mln ton rocznie, z czego nadal największą część stanowi otrzymywanie sacharozy. Rynek sztucznych słodzików na świecie szacowany jest na 3,2 miliarda dolarów. Przewiduje się również jego stały roczny wzrost na poziomie 2-3%. Udział poszczególnych substancji słodzących w rynku stale się zmienia, co doskonale pokazują dane z USA. W latach 2003-2007 odnotowano tam 17,5% wzrost sprzedaży wszystkich substancji słodzących. W tym czasie zaobserwowano duży spadek sprzedaży syntetycznych substancji, takich jak aspartam (łącznie -136%) i sacharyna (-12,60%) oraz wzrost sprzedaży sukralozy (89,80%) i stewii (287,50%). Na korzyść stewii może dodatkowo przemawiać fakt, że firmy takie jak PepsiCo i Coca-Cola planują zastąpić sukralozę rebaudiozydem A.

 

 

 

Wiadomości zebrał Wojciech Węckowski 
www.chemikalni.republika.pl

 

 

Literatura: 

1. „Chemical Review” nr 06/2009, artykuł pt.: „Słodki nie tylko cukier”

2. „Chemical Review” nr 06/2009, artykuł pt.: „Słodycz, nie zawsze naturalna”

3. „ICIS Chemical Business”, Vol. 275, No.21, artykuł pt.: „Sweet nothings”

4. „Chemical Review” nr 07-08/2009, artykuł pt.: „Rynek substancji słodzących”

5. „Chemical Review” nr 07-08/2007, artykuł pt.: „Dodatki do żywności”

6. „Chemia Organiczna” Tom 2 John McMurry, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000

7. http://pl.wikipedia.org