Zoetstoffen 032 1 Zoetstoffen Inleiding Zoetstoffen zijn stoffen die worden toegepast als vervangingsmiddel voor suiker om aan voedingsmiddelen een zoete smaak te geven. De consumptie van suiker, met name saccharose ( suiker in het dagelijks gebruik), glucose en fructose, kan problemen opleveren voor suikerzieken, kan bijdragen tot tandbederf en heeft bij overmatig gebruik dik worden tot gevolg. Men heeft daarom, in eerste instantie ten behoeve van diabetici, gezocht naar stoffen die de genoemde bezwaren niet bezitten. In de loop der jaren is er een groot aantal zoetstoffen ontwikkeld. Twee bekende vertegenwoordigers van deze groep van verbindingen zijn saccharine en cyclamaat. Beide stoffen zijn al tientallen jaren in gebruik, maar kwamen in opspraak toen in dierproeven aanwijzingen werden verkregen dat ze mogelijk blaaskanker zouden kunnen veroorzaken. Dit heeft er in de VS toe geleid dat eerst cyclamaat en later ook saccharine enige tijd niet vrij verkrijgbaar zijn geweest. In deze Chemische Feitelijkheid zal een algemeen overzicht worden gegeven van de verschillende typen zoetstoffen met hun toxicologische eigenschappen. Tevens zal worden ingegaan op het toelatingsbeleid en in het bijzonder op de normering in Nederland en elders. Algemeen overzicht De groep zoetstoffen bestaat uit suikervervangende zoetstoffen ( bulk sweeteners of nutritieve of calorische zoetstoffen genaamd) en kunstmatige zoetstoffen ( intensive sweeteners of nonnutritieve
032 2 Zoetstoffen of noncalorische zoetstoffen genaamd). De eerste bezitten een met suiker vergelijkbare of iets mindere zoetkracht. Hun energetische waarde is vergelijkbaar of iets geringer. Om deze redenen kunnen ze mede als voedingsstof worden aangemerkt. De kunstmatige zoetstoffen zijn in het algemeen energie-arm en bezitten een grote zoetkracht. Een zeer intense zoete smaak wordt reeds bij zeer kleine hoeveelheden teweeggebracht ( zoetjes ). Aangezien de onschadelijkheid van suikervervangende stoffen niet vaststond is het gebruik ervan volgens de Nederlandse Warenwet verboden, met uitzondering van saccharine en cyclamaat. Deze zijn op hun onschadelijkheid beoordeeld, waarna aanvaardbare dagelijkse opnamen (ADI s) werden vastgesteld. Saccharine en cyclamaat worden onder andere in zoetjes toegepast. Recent zijn naast deze ook nieuwe zoetstoffen op hun onschadelijkheid onderzocht. Aspartaam is sinds kort, in zoetjes, ook toegelaten. Het Wetenschappelijk Comité voor de Menselijke Voeding van de EEG heeft in 1984 een aanbeveling aan de regeringen van de lidstaten uitgebracht inzake de aanvaardbaarheid en de aanvaardbare dagelijkse dosis van een reeks van suikervervangende zoetstoffen (zie tabel). Op grond hiervan behoeft er geen bezwaar tegen te bestaan om suikervervangende zoetstoffen op grotere schaal in levensmiddelen toe te staan dan tot nog toe het geval is. De toelating van de nieuwe zoetstoffen zal in Nederland wettelijk geregeld gaan worden in een nieuw Suikervervangende Zoetstoffen Besluit van de Warenwet. Zoetstoffen kunnen toegevoegd worden aan bepaalde eet- en drinkwaren zoals frisdranken en siropen, suikerwerken, puddingpoeders, tafelzuren, bakkerswaren, cacao- en chocoladeprodukten, desserts als pudding en mousse, hoestdruppels, keelpastilles, speciale bieren, kauwgom en salades.
Zoetstoffen 032 3 Aanvaardbare dagelijkse dosis en de zoetkracht van suikervervangende zoetstoffen stof aanvaardbare dagelijkse dosis (mg/kg lichaamsgewicht) * zoetkracht (in verhouding tot saccharose) acesulfaam 9 100 aspartaam 40 200 cyclamaat 11 30 saccharine 2,5 300 polyolen: isomalt lactitol maltitol mannitol sorbitol xylitol Bij een consumptie per dag van minder dan 20 gram van een van de polyolen, of een mengsel ervan, is het onwaarschijnlijk dat er een laxerend effect optreedt, de ADI ligt hoger (40 gram) 0,5 0,3 1 0,45 0,5 1 * Voor de mens wordt over het algemeen een gemiddeld gewicht van 60 kg aangehouden. Chemische, fysische en fysiologische eigenschappen Suikervervangende zoetstoffen Polyalcoholen of polyolen zoals sorbitol, mannitol, xylitol, isomalt, maltitol, lactitol en gehydrogeneerde glucosestroop zijn produkten verkregen door hydrogenering van sacchariden (suikers). Zo ontstaat door hydrogeneren uit zetmeel sorbitol, uit fructose mannitol, uit xylose xylitol, uit maltose maltitol, uit lactose lactitol en uit glucosestroop gehydrogeneerde glucosestroop. Deze polyolen behoren tot de suikervervangende zoetstoffen. Een stof als suiker heeft naast de zoetende werking ook de eigenschap om water vast te houden en te dienen als vulmiddel. De alternatieve zoetstoffen bezitten niet altijd deze laatste twee eigenschappen. Soms vertonen ze een geheel ander karakter. Zo onttrekken de suikervervangende zoetstoffen zoals xylitol, sorbitol en mannitol, warmte aan de omgeving bij oplossen. Dit veroorzaakt in de mond een koud en fris gevoel. Zoetstoffen worden ook gebruikt om
032 4 Zoetstoffen hun vochtvasthoudende werking, om caramelliseren tegen te gaan en om de smaak van limonades te veraangenamen. In consumptieijs kunnen in plaats van suiker zoetstoffen gebruikt worden om te grof korrelige ijskristallen tegen te gaan. Voor xylitol, sorbitol, gehydrogeneerde glucosestroop en isomalt is aangetoond, dat deze stoffen minder cariësverwekkend zijn dan suikers. Deze zoetstoffen zijn nl. minder gemakkelijk fermenteerbaar door bacteriën in de mond. Hierdoor ontstaan minder zuren die het tandglazuur kunnen aantasten. Xylitol wordt door geen enkele normaal voorkomende mondbacterie vergist. Dit in tegenstelling tot sorbitol. Xylitol veroorzaakt dus minder tandbederf dan sorbitol. lsomalt is een equimolair mengsel van α-d-glucopyranosyl-1,6-dsorbitol en α-d-glucopyranosyl-1,6-d-mannitol. Het wordt gebruikt door reductie van palatinose. Lactitol of β-d-galactopyranosyl-1,4-d-sorbitol is een disaccharidealcohol. De zoetkracht is ongeveer een derde van die van saccharose. Het komt niet in de natuur voor en wordt geproduceerd door hydrogenering van lactose. De energetische waarde is discutabel. Lactitol wordt in de darm nauwelijks gesplitst in galactose en sorbitol. De opname vanuit de darm is minimaal. Maltitol of α-d-glucopyranosyl-1,4-d-sorbitol is een disaccharidealcohol. De zoetkracht komt overeen met die van saccharose. Het komt niet in de natuur voor. Het wordt bereid door hydrogenering van maltose. In de handel verkrijgbare produkten zijn mengsels van ongeveer 50% maltitol en gehydrogeneerde tri- tot heptasacchariden en hogere polysacchariden. Maltitol wordt in de darm langzaam omgezet in glucose en sorbitol. Mannitol is een hexitol en heeft een zoetkracht die ongeveer gelijk is aan die van sorbitol. De stof komt voor in een aantal groentes, zoals andijvie, selderij, kool. De produktie geschiedt door elektrolytische reductie van glucose. De opname vanuit de darm is gering. Sorbitol is een stereoisomeer van mannitol. De zoetkracht is de helft van saccharose. De energetische waarde is ongeveer gelijk aan die van saccharose. Sorbitol komt voor in vruchten, bessen en planten. Het wordt gemaakt door glucose te reduceren. Sorbitol wordt veel gebruikt in dieetwaren voor diabetici.
Zoetstoffen 032 5 Xylitol is een polyalcohol, namelijk xylopentaan-1,2,3,4,5-pentol. De zoetkracht en energetische waarde zijn ongeveer gelijk aan die van saccharose. Xylitol komt voor in een aantal groente- en fruitsoorten. Uitgangsmaterialen voor de xylitolproduktie zijn onder andere rijstvliesjes, stro en berkenhout. Vanwege de hoge prijs wordt het vrijwel alleen toegepast in suikervrije kauwgum. Gehydrogeneerde glucosestroop wordt verkregen door katalytische hydrogenering van glucosestroop met een hoog gehalte aan maltose en dat is verkregen door enzymatische hydrolyse. Het is een heldere en reukloze stroop. Het droge of gekristalliseerde produkt is een witte kristallijne massa met een zoete smaak. Andere zoetstoffen Acesulfaam is het kaliumzout van 3,4-dihydro-6-methyl-2,2,4-trioxo-1,2,3-oxathiazine-3-ide. De zoetkracht is 200 maal die van suiker. Aspartaam heeft als chemische naam N-L-α-aspartyl-L-fenylalanine methyl ester. De zoetkracht is 200 maal die van suiker. Aspartaam is gevoelig voor verhitting. Het ontleedt bij 150 C. Cyclamaat heeft als chemische naam cyclohexylsulfaminezuur. De zoetkracht is 30 maal die van suiker. De stof kan door de darmflora worden omgezet in cyclohexylamine. Glycyrrhizine, een saponine, is een extract van de zoethoutwortel. Het is 50-100 maal zoeter dan suiker. Miraculine is een glycoproteïne van onbekende samenstelling. De stof wordt geëxtraheerd uit een Westafrikaanse vrucht (Synsepalum dulcifium). Het heeft als eigenschap zuur voedsel zoet te doen smaken. Monelline is een eiwit en is afkomstig van een Westafrikaanse bes (Dioscoreophyllum cumminsii). Deze stof is 1500-2000 maal zoeter dan suiker. Neohesperidine is een stof afkomstig van schillen van citrusvruchten. Saccharine, orthobenzoëzuursulfimide, is 300 maal zoeter dan suiker. Het heeft echter een bittere bijsmaak. Saccharine ontleedt bij verhitting. Het wordt toegepast in onder andere zoetjes en in dieetwaren voor diabetici. Stevioside is een glycoside afkomstig uit de bladeren van Stevia rebandiona. Het is 300 maal zoeter dan suiker.
032 6 Zoetstoffen Thaumatine is een mengsel van zeer zoete eiwitten geëxtraheerd uit de vruchten van de Westafrikaanse plant Thaumatococcus danielli. Het is 2000-3000 maal zoeter dan suiker. De vrucht wordt al zeer lang vanwege zijn uitzonderlijke zoetkracht in West-Afrika gebruikt. Toxicologische aspecten Voor de toelating van een zoetstof is men wettelijk verplicht een gedetailleerd onderzoek naar de toxische eigenschappen te doen en de resultaten te overleggen. De stof wordt hiertoe onderzocht in een reeks standaardtoetsen (zie Kroes: Toxicologie enkele begrippen, Chemische Feitelijkheden, 1983 009). Voor de volgende stoffen is het toxiciteitsonderzoek voldoende geweest om een no-effect -niveau en een ADI vast te kunnen stellen: aspartaam, cyclamaat, saccharine en acesulfaam (zie tabel). Consumptie van aspartaam draagt bij aan de opname van fenylalanine. Dit zou een probleem kunnen zijn voor personen die aanleg hebben voor fenylketonurie. Uit proeven met menselijke vrijwilligers is gebleken dat opname van aspartaam slechts een kleine verhoging van fenylalanine in het bloed veroorzaakt. Geen van de proefpersonen vertoonde enige neurologische afwijking. Gegevens over het voorkomen van fenylalanine in het bloed van zwangeren geven ook geen aanleiding te veronderstellen dat enig effect op de ongeborene verwacht zou mogen worden. Op grond van nog enige onzekerheden in de extrapolatie van toxiciteitsgegevens van de rat naar de mens is er voor cyclamaat en saccharine een tijdelijke ADI vastgesteld. Deze is onder andere gebaseerd op het mogelijk verhoogde risico voor blaaskanker bij de mens. Dierproeven geven enige steun aan deze veronderstelling. Saccharine verhoogt het voorkomen van blaaskanker in met name mannelijke ratten. In epidemiologisch onderzoek werd incidenteel een relatie gevonden tussen saccharinegebruik en een verhoogd voorkomen van blaaskanker bij de mens. Deze gegevens zijn echter in ander onderzoek niet bevestigd en een recent zeer uitgebreid epidemiologisch onderzoek in de VS bleek negatief. Hoewel het werkingsmechanisme van saccharine met betrekking tot het ontstaan
Zoetstoffen 032 7 van blaaskanker in ratten niet bekend is, wordt aangenomen dat de kankerverwekkende werking van saccharine op een indirecte manier plaatsvindt. Dit betekent dat beneden een bepaalde dosis zo n effect niet meer verwacht kan worden. De bij de rat geteste hoeveelheden waren extreem veel hoger dan die welke de mens opneemt. Ook cyclamaat is korte tijd verdacht geweest van blaaskankerverwekkende werking. Nader onderzoek leidde echter tot de conclusie dat dit niet bevestigd kon worden en andere factoren voor dit effect verantwoordelijk moeten worden gesteld. Een belangrijk gegeven is dat de rat het in de darm uit cyclamaat gevormde cyclohexylamine anders omzet dan de mens en de muis. Dit verschil in metabolisme beïnvloedt de toxiciteit. De opname (resorptie) van cyclamaat in de darm is ongeveer 40%. Van het niet geresorbeerde cyclamaat wordt tot 30% door de darmflora omgezet in cyclohexylamine. Maar bij de mens is dit waarschijnlijk minder. Bij het toxiciteitsonderzoek met de polyolen doet zich het probleem voor dat toediening van grote hoeveelheden in wezen niet-toxische stoffen, met de bedoeling om een toxische werking aan te tonen en een dosis-effect relatie vast te stellen, kan resulteren in niet-specifieke effecten. Anderzijds is een honderdvoudig hogere hoeveelheid in een proefdierdieet, zoals gebruikelijk in dit soort proeven, niet mogelijk bij toepassing van meer dan 1% van de betreffende stof in de menselijke voeding. Sorbitol en xylitol zijn normale intermediairen van de (menselijke) koolhydraatstofwisseling. Zij worden traag geresorbeerd. Zij belasten het glucosemetabolisme van de diabetespatiënt minder dan glucose. Het bloedglucosegehalte en de insulinespiegel worden minder beïnvloed. Dit wordt als een belangrijk voordeel beschouwd van de toepassing van sorbitol en xylitol in het dieet van de diabetespatiënt. Er zijn enkele polyolen, zoals met name xylitol, sorbitol, mannitol, maltitol en lactitol, die bij substantiële hoeveelheden osmotische diarree en gasontwikkeling kunnen veroorzaken. De mate waarin deze verschijnselen zich voordoen, hangt af van de soort zoetstof, de spreiding van de maaltijden, de vulling van de maag en individuele verschillen in gevoeligheid voor de laxerende werking. Zo zijn kinderen van 2-3 jaar gevoeliger dan kinderen van 5-6 jaar. Gegevens betreffende het laxerend effect van polyolen zijn de basis voor een
032 8 Zoetstoffen normstelling. Een hoge ADI gebaseerd op toxiciteitsonderzoek is voor de normstelling irrelevant. Bij een consumptie per dag van minder dan 20 gram van een van de polyolen, of een mengsel ervan, is het onwaarschijnlijk dat er een laxerend effect optreedt. Het gebruik van deze stoffen in de voeding voor jonge kinderen dient echter te worden afgeraden. Van de volgende stoffen zijn de gegevens onvoldoende om de stof toxicologisch te kunnen beoordelen: glycyrrhizine, miraculine, monelline, neohesperidine en stevioside. De toepassing ervan wordt derhalve niet aanvaardbaar geacht. Voor thaumatine is geen ADI vastgesteld. De stof wordt echter wel aanvaardbaar geacht vanwege het al langdurige, voor zover bekend probleemloze gebruik van deze stof door de bevolking in West-Afrika. Literatuur L. O Brien en R. C. Gelardi, Alternative sweeteners. Chemtech. 11(1981), 274-278. L. D. Stegink en L. J. Filer (editors), Aspartame. Physiology and Biochemistry. M. Dekker. New York (1984). Verslagen van het Wetenschappelijk Comité voor de Menselijke Voeding van de EEG, 16e reeks (te verschijnen in 1985). oktober 1985 Dr. J. J. T. W. A. Strik Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiëne (RIVM)