Подсластители

Подсласти́тели— добавки, используемые для приданиясладкого вкуса. Широко используются для подслащиванияпищевых продуктов,напитков,лекарственных средстви средств по уходу за полостью рта (зубные пастыи гели,ополаскиватели, средства для очистки зубных протезов и т. д.).
Для оценки сладости подсластителей используются оценки группы экспертов, поэтому часто эти оценки сильно различаются. Сравнение чаще всего производится с 2 %-, 5 %- или 10%-м растворомсахарозы. Концентрация раствора сравнения также оказывает существенное влияние на оценку сладости, так как зависимость сладости от концентрации исследуемого вещества нелинейная. В качестве единиц сладости указывается отношение концентрации сахарозы в растворе сравнения к концентрации определяемого вещества имеющих, по мнению экспертов, такую же степень сладости. В англоязычной литературе единицей сладости иногда указывается значение Sweetness Equivalent to Sucrose (SES) (сангл.—«сладость, эквивалентная сахарозе»). Следует также обращать внимание, какие единицы измерения концентраций используются для определения сладости. Так, относительная сладость, выраженная черезмассуиликоличество вещества, для одного и того же соединения будет иметь разные значения. Особенно велико это различие для подсластителей, имеющих относительно высокуюмолярную массу. Например, длятауматина(смесьбелков-изомеров) относительная сладость, рассчитанная по массе, равняется 1600—2000, а по количеству вещества — около 100 000.
Поиск и применение человеком сладких на вкус веществ происходил ещё с доисторических времён. Так, самыми ранними известными подсластителями были продукты естественного происхождения —фруктыи их соки (в том числе упаренные) имёд. Упоминание мёда как о сладком ингредиенте встречаются, например, вВетхом Завете, хотя в разных еврейских источниках это же слово может выступать в нескольких отличающихся друг от друга значениях:сладостивообще, сладость плодов,финикиилифиниковый сироп, пчелиный мёд.
Первой культурой, которую люди стали возделывать именно с целью извлечения подсластителя, былсахарный тростник, впервые одомашненный на территорииНовой Гвинеиоколо 9000—8000 годах до н. э., после чего знания об этом растении распространились на север вАзию, и особенно вИндию. В то же времяполинезийцыраспространяли сахарный тростник в противоположном направлении, с острова на остров черезТихий океан, пока он не был завезён наГавайиоколо 1100 года н. э.Информация о сахарном тростнике, или «медовом тростнике», как его называли, распространялась по мере расширения человеческих знаний и их обмена между различными цивилизациями и культурами. Сахарный тростник впервые выращивали как полевую культуру на севере Индии, где из него извлекали сок и перерабатывали в различные грубые твёрдые формы. Ранние методы обработки включали в себя измельчение сырой массы тростника для извлечения сока, после чего следовало кипячение сока до получения твёрдых богатыхсахаромпродуктов, напоминающих по текстуре гравий. Считается, что общие представление о сахаре как о подсластителе распространились по всей Индии уже к 500 году до н. э., и именно в Индии (примерно с 1000 по 500 г. до н. э.) были произведены первые письменные упоминания о сахаре в индуистских текстах.
Для западных цивилизаций первые задокументированные упоминания о мёде и сахаре как о различных видах подсластителях восходят к текстам, записанным военачальникамиАлександра МакедонскогопослеИндийского походав 327 году до н. э. Так, в них сообщается, что «в Индии, как говорят, есть тростник, который даёт мёд без помощипчёл, а также что он даётопьяняющий напиток, хотя растение не приносит плодов».
Однако на протяжении ещё многих столетий выделяемый из различных источников сахар был дорогой роскошью, до тех пор, пока культура сахарного тростника не стала интенсивно возделываться и распространяться вБразилиииВест-Индии(XVI век), где сахар стал основным источником для производстварома. В 1747 годуМаргграфобнаружил кристаллысахарозыв сокекрасной свёклы, в связи с чем предложил данное растение в качестве коммерческого источника сахара.
Распространение в Европе индустрии свекловичного сахара в XIX веке, кроме того, способствовали наполеоновские войны. Начиная с 1811 годанаполеоновская Франциябыла отрезана от поставок сахараВеликобританией, а с 1813 года Франция, отрезанная от импорта карибского тростникового сахара британской блокадой, запретила импорт сахара. В связи с этимимператоринициировал переход рынка на свекловичный сахар, а также поощрял разработки альтернативных подсластителей, учредив для этого солидную по тем временам премию. В результате разработок альтернативных подсластителей было, к примеру, обнаружено, чтокартофельный крахмалхорошогидролизуетсясильными кислотами (например,серной кислотой) с образованием сладкого на вкус сиропа. Для его промышленного производства было построено несколько фабрик, которые, однако были быстро закрыты в связи со снятием экономической блокады Франции по окончаниивойны. С другой стороны на территории некоторых штатов в Северной Америке в небольших масштабах также производили подсластители на основе гидролизата крахмала. Первоначально основным исходным сырьём служил картофельный крахмал, однако в 1866 году, уже послеГражданской войны между Севером и Югом, он был заменёнкукурузнымв виду экономической целесообразности. И кукурузный сахар, и кукурузный сироп нашли множество применений, особенно в кондитерских изделиях. Индустрия подсластителей на основе крахмала продолжала использовать минеральные кислоты для гидролиза вплоть до 1960-х годов, пока не были предложены промышленные методы выделения и очистки ферментаамилазы, которая вырабатывается несколькими видами грибковродаAspergillusи достаточно эффективно катализирует гидролиз крахмала.
Однако к 1880 году более 50 % производимого в мире сахара производилось из сахарной свёклы. Во времяпромышленной революции XIX векасахар стал играть важную роль в обеспечении рациона рабочих. Сама революция также принесла крупные технические инновации в отрасли производства сахара из сахарного тростника и сахарной свёклы; некоторые из этих решений широко используются и по сей день. В частности, освоение паровой энергии, изобретение вакуумных аппаратов ицентрифугпозволило производить высокоочищенный (белый) сахар однородного качества в больших количествах. Это также сделало процесс производства менее трудоёмким.
К началу XX века тростниковый или свекловичный сахар был практически единственным доступным подсластителем в мире.Кукурузный сироп, менее сладкий, чем тростниковый сахар, получил распространение лишь в тех странах, где сахар был менее доступен. Только в 1957 году был разработан кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы, подсластитель, ферментативно получаемый из кукурузного крахмала. Это произошло благодаря открытию ферментаглюкозоизомеразы, который может инвертировать глюкозу во фруктозу. Кукурузный сироп с повышенным содержанием фруктозы быстро ввели во многие обработанные пищевые продукты в 1970-х годах, и основное его применение нашлось в безалкогольных напитках.
Случайное открытие сладкого вкуса усахаринав 1879 году положило начало эпохе бескалорийных подсластителей. Так, он был впервые обнаружен химикомКонстантином Фальбергомв 1879 году, и это открытие было непреднамеренным: работая с производными каменноугольной смолы в надежде открыть новыйпищевой консервант, он, как сообщается, «облизнул пальцы, и обнаружил их поразительно сладкими». Это открытие побудило его начать собственные эксперименты, без участия профессораАйра РемсенаизУниверситета Джонса Хопкинса, в чьей лаборатории проводились первоначальные эксперименты. К 1885 году Фальберг провёл вЛондонедегустационные демонстрации нового подсластителя, который он назвал сахарином, а в 1893 году он дебютировал со своим продуктом наВсемирной выставкевКолумбии, а затем и вЧикаго. По его воспоминаниям, десять лет спустя большинство американцев были удивлены, узнав, что сахарин, некалорийный подсластитель, намного более дешёвый, чем сахар, был добавлен в газированные напитки без их ведома или согласия. Это произошло потому, что Фальберг направил свои маркетинговые усилия на производителей напитков, которые могли оценить его низкую стоимость по сравнению с импортным сахаром. Эта рекламная тактика привела к тому, что сахарин стал ассоциироваться с другими «фальсификаторами», помеченнымиУправлением по контролю за продуктами питания и лекарствами (FDA)как потенциально вредные и опасные. Немалую роль в этом сыграли и производители газированных напитков, использующие сахар, популяризируя выводы FDA. Так, в 1906 году реклама New York Bottling Company вThe New York Timesрекламировалаимбирный элькак «всегда чистый, сделанный исключительно из тростникового сахара, без каких-либо консервантов, без анилиновых красителей или сахарина». В течение последующих 5 лет большое количество производителей газированных напитков использовали аналогичные рекламные стратегии. К 1930 году, несмотря на массовое использование во времяПервой мировой войны, когда сахар был в дефиците, сахарин считался неполноценным заменителем, символом корпоративной жадности и продуктом, подходящим только для диабетиков. Его продажи в отделе лекарств только укрепили такую репутацию.
Между 1945 и началом 1950-х годов плохая репутация у продуктов на основе сахарина постепенно начала снижаться. Вероятно, это было связано с ограничениями на продажу сахара во времявойны, которые американцы испытали в форме нормирования сахара, что побуждало людей экспериментировать с альтернативными подсластителями. Сахарин и недавно обнаруженныецикламатыбыли доступны тогда, когда сахар был малодоступен. Кроме того, немалую роль в этом сыграла мода на худое тело, особенно среди женщин, которая стала популярной ещё в 1930-х годах и достигла пика в 1950-х годах. Эти два фактора в совокупности сделали сахарин и цикламаты особенно привлекательными в качестве замены калорийному сахару. Они существенно подслащивали продукты без повышения энергетической ценности, тем самым помогая женщинам (основным потребителям) поддерживать низкое потребление калорий и при этом испытывать и обеспечивать удовольствие от сладости в пище. В то же время они были легко доступны в супермаркетах и аптеках во времена нормирования сахара и в последующие годы.
Также существует мнение, что культурные явления также сыграли достаточную роль в популяризации применения искусственных подсластителей в продуктах питания. Популярные кулинарные книги того времени предоставляют важные доказательства того, что применение искусственных подсластителей позволяет «бросить вызов „экспертным“ знаниям». Так, в книге «Хватит сидеть на диете! Начните терять!», опубликованной в 1956 году, женщинам советовали, что «прежде чем они смогут использовать искусственный подсластитель, им придётся сначала отказаться от инструкций, чётко напечатанных на упаковках сахарина и цикламатов». В другой популярной в то время книге, написанной известной кулинарной писательницейПоппи Кэннон, иллюстрируется вариативность использования искусственных подсластителей в разных рецептах. Кулинарные книги, в основном адресованные женщинам и иногда спонсируемыефармацевтической промышленностью, стремящейся расширять свой рынок подсластителей, подчёркивают важность экспериментов для тех, кто будет успешно использовать подсластители.
В начале 1977 года руководство FDA объявило, что оно «уберёт сахарин с рынка в США» в связи с тем, что были проведены исследования, в которых якобы установлена взаимосвязь употребления сахарина с развитиемрака мочевого пузыряу лабораторных крыс. Попытка запрета не увенчалась успехом из-за общественного противодействия, которое поощрялось рекламой отрасли, и вместо запретаЗаконом об исследовании и маркировке сахарина 1977 годабыла предписана следующая пометка на продуктах питания с добавлением сахарина: «Использование этого продукта может быть опасным для вашего здоровья. Этот продукт содержит сахарин, который, как было установлено, вызывает рак у лабораторных животных».
Цикламаты также были запрещены к продаже в 1969 году по схожим причинам: в больших количествах, как показали исследования, он может вызывать рак у лабораторных животных. Тем не менее, лаборатория, проводившая исследования (Abbott Laboratories), позже заявила, что её собственные исследования не смогли воспроизвести результаты исследования 1969 года, и в 1973 году её представители обратилась в FDA с просьбой отменить запрет на использование цикламата натрия. Эта петиция была в конечном итоге отклонена в 1980 году комиссаром FDA Джером Гояном. Abbott Laboratories подала вторую петицию в 1982 году. Хотя FDA признало, что обзор всех имеющихся доказательств не предполагает наличия канцерогенных свойств у цикламатов для мышей или крыс, цикламат по-прежнему запрещён в пищевых продуктах в некоторых штатах США.
В 2000 году более детальное токсикологическое исследование сахарина показало, что лабораторные крысы реагируют на сахарин иначе, чем люди. В отличие от людей, грызуны имеют уникальное сочетание высокогорН, высокого содержанияфосфата кальцияи высокого уровня белка в моче. Один или несколько белков, более распространённых у самцов крыс, соединяются с фосфатом кальция и сахарином, образуя микрокристаллы, которые повреждают слизистую оболочкумочевого пузыря. Со временем мочевой пузырь крысы реагирует на это повреждение перепроизводством клеток для восстановления повреждения, что приводит к образованию опухоли. Поскольку этого не происходит у людей, повышенного риска развития рака мочевого пузыря у людей при адекватных уровнях потребления нет. В том же 2000 годуНациональная токсикологическая программаМинистерства здравоохранения и социальных служб СШАисключила сахарин из списка канцерогенов, и требование о предупреждающей этикетке для продуктов, содержащих сахарин, было отменено. В 2001 году FDA объявило сахарин безопасным для употребления, аАгентство по охране окружающей среды(EPA) официально исключило сахарин и его соли из своего списка опасных компонентов и коммерческих химических продуктов и заявило, что сахарин «больше не считается потенциальной опасностью для здоровья человека».
Тем не менее, опасения со стороны потребителей по поводу искусственных подсластителей, таких какаспартам, сахарин, ацесульфам калия, цикламаты исукралоза, всё ещё имеют место. Кроме того, хотя и по сравнению с сахаром, для придания той же сладости требуется очень небольшие количества искусственных подсластителей, однако они не могут заменить сахар во многих рецептах и продуктах питания, поскольку не заменяют другие функции сахарозы (например,вязкость,консервирующее действие, текстурообразование и т. д.). Хотя искусственные подсластители могут быть полезны для контроля веса и диабета, иногда они могут оставлять нежелательный привкус.
Натуральные подсластители, помимо собственносахараи близких к нему продуктов (сахарный сироп,мёд,патокаи т.п.), именуютсясахарозаменителямии в основном представленымногоатомными спиртами (полиолами), такими каксорбит,маннитиэритрит, которые являются подслащивающими и влагоудерживающими компонентами, используемыми в производстве пищевых продуктов и напитков. Как заменители сахара, они низкокалорийные (примерно в 1,5—2 раза по сравнению с сахаром), чрезвычайно медленно преобразуются в глюкозу и не повышаютуровень глюкозы в кровиили повышают его несущественно. Полиолы выделяются в основном из природного сырья или синтезируются из наиболее удобных с точки зрения синтеза предшественников, хотя могут встречаться и в природе.
Кроме того, некоторые натуральные подсластители являются белками,аминокислотамиигликозидами.
Некоторые натуральные подсластители белковой природы имеют пищевую ценность, однако из-за их высокой относительной сладости обычно её не определяют, поскольку типичные дозировки этих подсластителей составляют десятки (и редко сотни) миллиграмм на килограмм пищевой продукции.
Ниже представлен список некоторых натуральных подсластителей с указанием их относительной сладости, относительной пищевой ценности. Стандартом для сравнения является сахароза, а относительная сладость равна отношениюмассовыхконцентраций сахарозы и подсластителя в растворах с эквивалентной сладостью.
Искусственные подсластители — вещества, молекулы которых действуют на вкусовые рецепторы, аналогично углеводам. Отличаются от естественных тем, что не встречаются в природе и имеют либо нулевую калорийность, либо близкую к нулю, а потому позиционируются на рынке пищевых добавок как «некалорийные». Зачастую искусственные подсластители слаще сахара и его заменителей во много раз.
Практически все искусственные подсластители не повышают уровень глюкозы в крови, так как ни они сами, ни их метаболиты, не могут вовлекаться вуглеводный обмен. Некоторые подсластители, особенно модифицированныепептиды, могут иметь энергетическую ценность, однако из-за их высокой относительной сладости обычно её не учитывают, поскольку типичные дозировки этих подсластителей составляют десятки (и редко сотни) миллиграмм на килограмм пищевой продукции.
Ниже представлен список некоторых искусственных подсластителей с указанием их относительной сладости. Стандартом для сравнения является сахароза, а относительная сладость равна отношениюмассовыхконцентраций сахарозы и подсластителя в растворах с эквивалентной сладостью.
Известны многие соединения, обладающие сладким вкусом, но многие из них не могут применяться в качестве подсластителей по различным причинам. Наибольшей сладостью обладают производные гуанидинуксусной кислоты — в 200 000—250 000 раз слаще сахарозы. В настоящий момент они используется для изучения рецептора сладкого вкуса.
Список некоторых сладких веществ, никогда не применявшихся и/или не применяемых в настоящее время в качестве подсластителей:
С древнейших времён было известно свойство некоторых органических соединений свинца придавать сладковатый привкус водным растворам. Так,ацетат свинца(II)даже носил название «свинцовый сахар». Более того,винав древней Греции иногда специально хранили в свинцовой посуде, чтобы придать им более приятный вкус. Соли свинца очень токсичны, что приводило гурманов к кажущимся странными отравлениям. Тем не менее «свинцовый сахар» эпизодически использовался для подслащивания пищевых продуктов даже в XIX веке, в частности — в деятельности безграмотных фальсификаторов пищевых продуктов.
Аналогичными свойствами обладают и другие соединения, например, растворимые солибериллия, такие, какнитратилиацетат. Для последнего предлагалось химическое название «глиций» (отгреч.γλυκύς — сладкий). Однако данные соединения ещё более токсичны, чем соли свинца, и, в отличие от «свинцового сахара», никогда не применялись в качестве подсластителя.
Сладким вкусом обладает также водный растворэтиленгликоля,хлороформ, 2-амино-4-нитрофенол и многие другие высокотоксичные соединения.
Естественные и искусственные подсластители используются вместо сахара по ряду причин, в том числе:
Стоимость исрок годности— многие подсластители дешевле сахара в конечной пищевой рецептуре, например, цикламат натрия, аспартам и сахарин. Подсластители часто имеют более низкую общую стоимость из-за их длительного срока хранения и высокой интенсивности подслащивания. Это позволяет использовать подсластители в продуктах, которые не испортятся через короткий промежуток времени.
Регулирующие органы по безопасности пищевых продуктов в различных странах мира признают подсластители безопасными для человеческого здоровья в рамках адекватного уровня потребления. В Соединённых Штатах Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) служит ориентиром для производителей и потребителей о дневных лимитах для использования высокоинтенсивных подсластителей. Производители не должны превышать показательдопустимой дневной дозы(ДДД). Перед разрешением на использование подсластителей, FDA рассматривает обзор всех имеющихся исследований и устанавливает допустимую суточную дозу, определяемую как количество в миллиграммах на килограмм веса тела в день (мг/кг веса тела в день), что указывает на то, что подсластитель высокой интенсивности не вызывает никаких опасений по поводу безопасности, если расчётное суточное потребление ниже, чем уровень допустимого суточного потребления. Этой же оценкой занимаетсяЕвропейское агентство по безопасности продуктов питания(EFSA),Министерство здравоохранения Канадыи прочие регулирующие органы в мире. EFSA, FDA и Министерство здравоохранения Канады заявляют: «ДДД — это количество вещества, которое считается безопасным для ежедневного употребления в течение всей жизни человека». Для стевии (в частности, стевиозидов) ДДД был определёнОбъединённым экспертным комитетом ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам.
Многочисленные обзоры пришли к выводу, что связь между массой тела и использованием непитательных искусственных подсластителей неубедительна.Наблюдательные исследования, как правило, показывают связь с высокой массой тела, в то время какрандомизированные контролируемые исследованиявместо этого показывают небольшую причинную потерю веса. Прочие исследования пришли к выводу, что использование непитательных искусственных подсластителей вместо сахара снижает массу тела, поскольку, при грамотном применении, эти вещества позволяют снизить общую калорийность в продуктах питания.
Существует мало доказательств того, что искусственные подсластители напрямую влияют на возникновение и механизмыожирения, хотя потребление подслащённых продуктов связано с увеличением веса у детей. Некоторые предварительные исследования показывают, что потребление продуктов, изготовленных с добавлением искусственных подсластителей, связано с ожирением иметаболическим синдромом, снижением чувства сытости и нарушениемметаболизма глюкозы, в основном из-за увеличения общего потребления калорий, хотя многочисленные факторы, влияющие на ожирение, остаются малоизученными по состоянию на 2021 год.
Искусственные подсластители не вызываютрак. Многочисленные обзоры исследований не обнаружили связи между потреблением искусственных подсластителей и риском развития рака. Учёные FDA проанализировали научные данные, касающиеся безопасности аспартама и различных подсластителей в пищевых продуктах, и пришли к выводу, что они безопасны для населения в целом при определённых условиях.
В июле 2023 года учёныеМеждународного агентства по изучению рака(МАИР) объявили аспартам (искусственный подсластитель) как «возможно канцерогенный для человека». Объединённый экспертный комитет ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам пояснил, что данные МАИР являются ограниченными и не показывают причинно-следственной связи между потреблением подсластителя и риском развития рака у людей. Рассмотрев все доступные исследования, комитет пришёл к выводу, что аспартам по-прежнему является безопасным в рамках установленных допустимых норм потребления в 40 мг на кг массы тела в день.
Исследования показали, что некоторые искусственные заменители сахара могут оказывать негативное влияние намикрофлору кишечника. Тем не менее, авторы одного из исследований подчёркивают, что даже если это окажется правдой, это не означает, что сахар лучше, и что существует множество доказательств негативного воздействия сахара. Кроме того, в более отдалённых исследованиях мало доказательств того, что подсластители меняют микрофлору кишечника, а недавнее исследование, опубликованное 12 января 2021 года в журнале «Microbiome» показало, что употребление сахарина (искусственного подсластителя) само по себе недостаточно для изменения микрофлоры кишечника или вызывания непереносимости глюкозы у здоровых людей.
Были высказаны опасения по поводу потенциального присутствия некоторых низкокалорийных подсластителей вгрудном молоке. Сукралоза была обнаружена в небольшом количестве в молоке матери, однако, поскольку в процессеметаболизмав кровоток всасывается лишь небольшое её количество, то уровни сукралозы, обнаруженные в грудном молоке, были крайне низкие и несущественные. Аспартам никогда не будет присутствовать в грудном молоке, потому что после употребления он быстро метаболизируется в аминокислоты —фенилаланиниаспарагиновую кислотуи небольшое количествометанола. В целом, независимо от типа, низкокалорийные подсластители считаются безопасными для употребления во время беременности и кормления грудью, поскольку документально подтверждено отсутствие побочных эффектов их потребления в рамкахдопустимого суточного потреблениясреди беременных и кормящих матерей, их плодов или кормящих детей.
Сахарные спирты, илиполиолы, являются подслащивающими и наполняющими ингредиентами, используемыми в производстве пищевых продуктов и напитков. В качестве заменителя сахара они содержат меньше калорий (примерно от половины до трети калорий), чем сахар, медленно превращаются в глюкозу и не вызывают резкого повышенияуровня глюкозы в крови.
Обзоры широкомасштабных исследований и мнение диетологов пришли к выводу, что умеренное потребление непитательных натуральных и искусственных подсластителей в качестве безопасной замены сахарозы может помочь похудеть за счёт ограничения потребления энергии и помочь в управлении уровнем глюкозы в крови. В 2023 годуВсемирная организация здравоохранения(ВОЗ) опубликовало руководство по непитательным искусственным подсластителям, в котором было заявлено, что использование подсластителей не даёт какой-либо долгосрочной пользы в снижении жировых отложений у взрослых или детей, а также, возможно, длительное применение подсластителей приводит кдиабету 2 типаисердечно-сосудистым заболеваниям. Ранее, в 2022 году, ВОЗ упомянула, что эти выводы являются низкодостоверными, а причинно-следственной связи между болезнями и потреблением подсластителей обнаружено не было.