Цукрозамінники та підсоложувачі: фармацевтичний погляд

Історія цукрозамінників та підсолоджувачів сягає давніх часів, коли для цього використовували рослинні екстракти. Втім, справжній прорив у дослідженні та отриманні нових речовин із подібними властивостями відбувся наприкінці XIX століття в хімічних лабораторіях.

Історія відкриття цукрозамінників і підсолоджувачів

Одним із відомих підсолоджувачів, який здавна використовували жителі Південної Америки, були рослини роду стевія. У давнину різні народи світу застосовували як цукрозамінники сироп із коричневого рису, топінамбура, плоди ріжкового дерева, кленовий сік, меляcу, патоку, лакрицю, мед, агаву тощо.

У 1848 році шотландський хімік Джон Стенхауз відкрив та виділив із рослинної сировини цукрозамінник еритритол, який набув популярності вже наприкінці XX століття з розвитком біотехнологій. У 1879 році німецький хімік Константін Фальберг синтезував сахарин, що за солодкістю перевищує цукор у 300-500 разів. Ще один відомий підсолоджувач –  цикламат – був випадково відкритий у 1937 році в університеті Іллінойса Майклом Сведдом. А у 1965 році американський хімік Джеймс Шлаттер, досліджуючи противиразковий препарат, винайшов аспартам. Сукралоза була відкрита в 1976 році індійським хіміком Шашікантом Фаднісом та Леслі Х’ю. 

Цукрозамінники та підсолоджувачі: у чому різниця?

У сучасній практиці нерідко терміни «цукрозамінник» та «підсолоджувач» ототожнюють через відсутність усталеного визначення, що спричиняє плутанину та некоректне використання. Однак вітчизняні дослідники, особливо у сфері харчової промисловості, закликають розмежовувати ці поняття та наводять відповідні визначення.

Цукрозамінник – це речовина з солодким смаком, яка за органолептичними, фізико-хімічними, структурно-механічними показниками може замінювати цукор у харчових продуктах. 

Підсолоджувачі – речовини з високими одиницями солодкості, які забезпечують лише солодкий смак харчовому продукту і не беруть участь в утворенні його структури.

Цукрозамінники є похідними вуглеводів, а саме поліолами (синонімічні назви: цукроспирти, гідрогенізовані вуглеводи). До цієї групи речовин відносяться ксилітол, еритритол, манітол, сорбітол, мальтитол, ізомальтитол, лактитол. 

В основному цукрозамінники одержують шляхом каталітичного гідрування відповідних вуглеводів. Однак, на сьогодні розроблені біотехнологічні методи синтезу з використанням осмофільних (осмотолерантних) штамів дріжджів та грибів. Наприклад, еритритол отримують за допомогою мікробіологічного синтезу з використанням Moniliella oedocephalis, Yarrowia lipolytica тощо; ксилітол – Saccharomyces cerevisiae, Gluconobacter thailandicus та Candida tropicalis; манітол – Fructobacillus tropaeoli, Zymomonas mobilis, Levilactobacillus brevis тощо.

Підсолоджувачі можуть бути природними (натуральними) та штучними (синтетичними). До природних підсолоджувачів належать: стевія, солодка, архат, осладин, філодульцин, монелін, тауматин тощо; до синтетичних – аспартам, адвантам, сукралоза, сахарин, цикламат натрію, ацесульфам калію, неотам тощо.

Сучасні наукові дані щодо безпечності

Використання підсолоджувачів у світі схвалюється такими організаціями, як EFSA (Європейське агентство з безпечності харчових продуктів), FDA (Управління з продовольства і медикаментів США) та FSA (Агентство з харчових стандартів Великої Британії). Зокрема, вони визначають допустиму добову дозу цих речовин. В Україні головним регуляторним органом, який схвалює використання харчових добавок, до яких належать підсолоджувачі та цукрозамінники, є Міністерство охорони здоров’я України.

Цукрозамінники та підсолоджувачі можуть мати медичне застосування, зокрема призначатися пацієнтам з цукровим діабетом. Крім того, ці речовини часто використовуються у складі харчових продуктів. Водночас вони здатні викликати побічні ефекти, тому їхнє споживання слід контролювати.

Класифікація та способи одержання

Ксилітол (ксиліт, Е 967) використовується як некарієсогенний підсолоджувач, рівень солодкості якого практично дорівнює солодкості сахарози. При цьому він містить приблизно на 40 % менше калорій, ніж цукор, калорійність якого становить 4 ккал на 1 г. Рекомендована добова норма – 30-50 г. Перевищення цієї кількості може спричиняти послаблювальний ефект.

Еритритол (еритрит, Е 968) – це цукрозамінник, солодкість якого становить приблизно 70 % від сахарози. У природі він міститься у ферментованих продуктах, деяких фруктах, горіхах, водоростях, лишайниках та грибах. Рекомендована добова доза не повинна перевищувати 55 г. Надмірне споживання може спричиняти розлади травлення, зокрема здуття та проносний ефект. Останні дослідження також вказують на можливий зв’язок між високим рівнем еритритолу в крові та підвищеним ризиком утворення тромбів, інфарктів та інсультів.

Манітол (маніт, Е 421) – цукрозамінник, солодкість якого становить близько 50-70 % від сахарози, а калорійність – приблизно 2,4 ккал/г. При споживанні у дозах понад 20 г він може діяти як сильне проносне, спричиняючи здуття живота, метеоризм, діарею та подразнення кишечника. У медичній практиці розчин манітолу застосовують як осмотичний діуретик.

Сорбітол (сорбіт, Е 420) – цукрозамінник, рекомендоване добове споживання якого не повинно перевищувати 30 г. Його калорійність становить близько 2,4 ккал/г, а солодкість –  приблизно 60 % від сахарози. Надмірне вживання сорбіту може спричиняти розлади травлення: діарею, нудоту, спазми, підвищене газоутворення, а також дисбіоз.

Мальтитол (мальтит, Е 965) – цукрозамінник, солодкість якого становить приблизно 80-90 % від сахарози, а калорійність – близько 2,1 ккал/г. Споживання понад 30-50 г на добу може спричиняти розлади травлення, а також незначні коливання рівня глюкози в крові.

Ізомальтитол (ізомальт, Е 953) – цукрозамінник, рівень солодкості якого становить близько 45-60 % від сахарози. Його калорійність –  2,0-2,4 ккал/г. Рекомендована добова доза – до 50 г. Серед можливих побічних ефектів найчастіше відзначають діарею, здуття живота та метеоризм.

Лактитол (лактит, Е 966) у разі надмірного вживання понад 10-20 г на добу може викликати розлади травлення (метеоризм, здуття живота, діарею та нудоту). Його солодкість становить приблизно 30-40 % від солодкості сахарози, калорійність – 2,0-2,4 ккал/г. У клінічній медицині лактитол використовується як осмотичний проносний засіб для лікування закрепів. 

Крім того, слід звернути увагу, що на сьогодні як цукрозамінник може застосовуватися такий моносахарид як тагатоза, яку одержують з галактози. Солодкість цього цукру складає 92 % солодкості сахарози, а калорійність – 1,5-2,4 ккал/г. Вживання тагатози понад 45 г на день може призвести до побічних ефектів з боку травної системи.

Стевія Ребо (стевія медова, медова трава, Stevia rebaudiana Bertoni, стевіол глікозиди – Е 960а; ферментативно вироблені стевіол глікозиди – Е 960с) – багаторічна рослина з Південної Америки. Листя стевії містить дитерпенові глікозиди – стевіозиди, основним з яких є стевіозид. Саме ця сполука забезпечує солодкість рослинної сировини  та є у 200-300 разів солодшою за цукор. До цієї групи речовин належать також ребаудіозиди (A, B, C, D, E, F), які мають менш гіркуватий присмак порівняно зі стевіозидом. За рівнем солодкості, наприклад, ребаудіозид А перевищує цукор у 300-400 разів.

Калорійність листя стевії становить близько 18 ккал на 100 г, тоді як чистий екстракт практично не містить калорій (0 ккал). Завдяки цьому стевію рекомендують використовувати людям із цукровим діабетом. Крім того, її застосовують при захворюваннях серцево‑судинної системи, зокрема при підвищеному артеріальному тиску. Вона проявляє гіпохолестеринемічну активність, сприяє зміцненню імунітету, покращує функції нирок, підшлункової залози та печінки. Проте слід пам’ятати, що при надмірному споживанні стевії можуть виникати побічні ефекти: розлади травлення (здуття, діарея), запаморочення, нудота, алергічні реакції та зниження артеріального тиску. 

Архат (плід ченця, Siraitia grosvenorii (Swingle) C. Jeffrey) – багаторічна трав’яниста ліана, що походить із Китаю. Плоди цієї рослини мають широкий спектр оздоровчих ефектів: антиоксидантний, протизапальний, антимікробний, протипухлинний, нейропротекторний, а також здатні модулювати метаболізм і функції шлунковокишкового тракту.

Екстракт архата використовується як натуральний підсолоджувач завдяки високому вмісту тритерпенових глікозидів –  могрозидів. Вони у 150-200 разів солодші за цукор, але мають нульову калорійність. Екстракти плодів архата отримали статус GRAS («Загальновизнаний як безпечний») від FDA та були схвалені FSANZ (Агентство зі стандартів харчових продуктів Австралії та Нової Зеландії) для застосування як інтенсивні підсолоджувачі. Водночас слід враховувати можливі побічні ефекти – зокрема алергічні реакції, які можуть виникати у чутливих осіб.

Солодка гола (лакриця, Glycyrrhiza glabra L.) – багаторічна рослина, корені якої використовують як натуральний підсолоджувач та лікувальний засіб. Вона має виражені відхаркувальні, протизапальні та спазмолітичні властивості. Препарати з коренів солодки застосовують для лікування сухого й вологого кашлю, а також як противиразковий, сечогінний та м’який проносний засіб. Основною активною речовиною є гліциризинова кислота (гліциризин, E 958), яка у 30-50 разів солодша за цукор. Чистий гліциризин не містить калорій. Водночас надмірне або тривале споживання солодки, зокрема гліциризину, може спричиняти небажані ефекти: набряки, підвищення артеріального тиску, зниження рівня калію в крові, гормональний дисбаланс, алергічні реакції.

Осладин –  стероїдний глікозид, який міститься в кореневищах папороті Polypodium vulgare. За різними даними, солодкість цієї речовини становить від 300 до 3000 од.,  при цьому він не містить калорій. Однак через низький вміст цієї сполуки у рослинній сировині її промислове використання залишається обмеженим. Крім того, інформація щодо безпеки осладину є недостатньою, що стримує його широке застосування у харчовій промисловості.

Філодульцин – сполука групи ізокумаринів, яка міститься переважно в листі гортензії великолистої (Hydrangea macrophylla Seringe var. thunbergii Makino). Ця сполука у 600-800 разів солодша за сахарозу. Відомо, що філодульцин діє як неселективний інгібітор фосфодіестерази та має протиалергічну дію, пригнічуючи активацію лімфоцитів. Дослідження також свідчать про його потенційне використання у боротьбі з ожирінням, зокрема шляхом регулювання рівня лептину.

Монелін – солодкий поліпептид, який виділений із плодів тропічної рослини Dioscoreophyllum cumminsii (Stapf) Diels.  (ягода серендіпіті). Він у 1500-2000 разів солодший за звичайний цукор і має післясмак, схожий на лакрицю. Слід зауважити, що він повністю втрачає солодкість при нагріванні при температурі вище 50 °C, однак стабільний у широкому діапазоні pH (2-9). На сьогодні наукові дослідження показують, що монелін загалом безпечний, нетоксичний і не має поширених побічних ефектів.

Тауматин (талін, Е 957) – це білок із солодким смаком, інтенсивність якого приблизно в 2000 разів перевищує інтенсивність сахарози, також має післясмак, схожий на лакрицю. Він міститься в плодах африканської рослини катемфе (Thaumatococcus daniellii (Benth)). Тауматин термостабільний до 70  °C, але втрачає свою солодкість за вищої температури. Також не втрачає своєї стабільності в діапазоні pH 2,5-10. Слід зауважити, що він може викликати алергію.

Бразеїн – термостабільний білок, який  витримує нагрівання до 80 °C протягом 4  год, і є стабільним у діапазоні pH 2,5-8. Він міститься у плодах західноафриканської рослини ублі (Pentadiplandra brazzeana Baill.) і має рівень солодкості, що приблизно в 1500 разів перевищує солодкість сахарози.

Міракулін – білок, який міститься в плодах путерії солодкуватої, або чудо-ягоди (Synsepalum dulcificum (Schumach. & Thonn.) Daniell). Сам по собі білок не солодкий на смак, але він може змінювати смакове сприйняття кислої речовини на солодку.

Аспартам (Е 951) – штучний підсолоджувач, солодкість якого приблизно у 160–200 разів перевищує сахарозу. Його калорійність становить близько 4 ккал/г, а допустима добова доза споживання – 40 мг/кг маси тіла. Надмірне або тривале вживання може спричиняти неврологічні симптоми (головний біль, запаморочення, зміни настрою) та розлади травлення. Аспартам протипоказаний людям із фенілкетонурією. Щодо його безпечності існують суперечливі дані: зокрема, IARC (Міжнародне агентство з дослідження раку), посилаючись на «обмежені докази» канцерогенності для людини, класифікувало аспартам як потенційно канцерогенний.

Адвантам (Е 969) – штучний підсолоджувач, який одержують з аспартаму та ваніліну. Він приблизно у 20 000-37000 разів солодший за цукор. Добова доза споживання 5 мг/кг маси тіла, а за даними FDA – 32,8 мг/кг маси тіла. Серед можливих побічних ефектів слід зазначити головний біль, проблеми з травленням, алергічні реакції, а також його слід уникати людям з фенілкетонурією.

Сукралоза (Е 955)  –  штучний підсолоджувач, солодкість якого у 400–600 разів перевищує сахарозу, а калорійність дорівнює нулю. Безпечна добова доза становить до 15 мг/кг маси тіла. Часте споживання, особливо у високих дозах, може спричиняти побічні ефекти: розлади травлення, порушення діяльності кишкової мікробіоти та потенційні зміни метаболізму. 

Сахарин (Е 954) – штучний підсолоджувач, солодкість якого у 300-500 разів перевищує сахарозу, а калорійність практично дорівнює нулю. Рекомендована добова доза становить 9 мг/кг маси тіла. Серед можливих побічних ефектів відзначають алергічні реакції та дискомфорт у шлунково‑кишковому тракті. Наукові дослідження свідчать, що тривале споживання сахарину може підвищувати ризик ожиріння, діабету, порушень функції печінки й нирок, а також асоціюється з потенційним ризиком канцерогенезу мозку.

Цикламат натрію (Е 952) – штучний підсолоджувач, що у 30-50 разів солодший за сахарозу і має 0 ккал. Добова доза – 7-11 мг/кг маси тіла. При надмірних дозах побічні ефекти включають шлунково-кишкові розлади, дисбіоз, а також  цикламат натрію може пригнічувати проліферацію та диференціацію остеобластів. 

Ацесульфам калію (ацесульфам К, Е 950) – штучний підсолоджувач, який у 130-200 разів солодший за звичайний цукор і містить 0 ккал. Добова доза – 9-15 мг/кг маси тіла. Надмірне або тривале споживання може спричиняти порушення кишкового мікробіому та метаболізму, а також потенційно негативно впливати на когнітивні функції.

Неотам (Е 961) – штучний підсолоджувач, солодкість якого у 7000-13000 перевершує цукор. Також має нульову калорійність. Добова доза – 2 мг/кг маси тіла. Науковцями встановлено, що неотам викликає апоптоз і загибель кишкових епітеліальних клітин, а також метаболічні зміни в мікробіоті. Крім того, вживання цього підсолоджувача може призводити до метаболічних порушень.

Неогесперидин дигідрохалкон (неогесперидин DC, Е 959) – напівсинтетичний підсолоджувач, який отримують з цедри гіркого апельсина. Його солодкість у 1500-1800 разів перевищує сахарозу, а енергетична цінність дорівнює нулю. Рекомендована добова доза становить до 20 мг/кг маси тіла. У високих концентраціях може спричиняти легкі шлунково‑кишкові розлади. На відміну від багатьох синтетичних підсолоджувачів, наразі не зафіксовано серйозних побічних ефектів.

Слід наголосити, що Всесвітня організація охорони здоров’я не рекомендує використовувати нецукрові підсолоджувачі для контролю ваги, зниження ризику розвитку цукрового діабету, онкологічних та серцево‑судинних захворювань. Вважається, що заміна вільних цукрів на підсолоджувачі не забезпечує ефективного контролю ваги у довгостроковій перспективі. У цьому випадку рекомендується дотримуватися збалансованого раціону та контролювати споживання доданого цукру.

Результати дослідження, проведеного науковцями Університету Монаша, Королівського технологічного інституту Мельбурна та Ради з питань раку Вікторії, показали, що щоденне споживання лише однієї банки дієтичної газованої води може збільшити ризик розвитку діабету 2 типу на 38%. Отже, ризик від штучно підсолоджених безалкогольних напоїв навіть вищий, ніж від звичайних солодких напоїв, які асоціюються з підвищенням ризику на 23%.

Метаболізм підсолоджувачів в організмі

Метаболізм підсолоджувачів, зокрема штучних, в організмі перебігає по‑різному. Наприклад, сукралоза майже не засвоюється і виводиться з організму разом із фекаліями, а решта виводиться із сечею; адвантам швидко всмоктується, а основним шляхом виведення є фекалії; ацесульфам калію добре всмоктується та виводиться із сечею; аспартам швидко розщеплюється під час обміну речовин.

Вплив споживання деяких підсолоджувачів на здоров’я людини досі залишається суперечливим. Наприклад, результати окремих досліджень свідчать про незначний або відсутній вплив аспартаму на метаболізм глюкози як у короткостроковій, так і в довгостроковій перспективі. Водночас є дані про те, що високе споживання аспартаму може спричиняти постпрандіальну інсулінову реакцію, подібну до тієї, яку викликає сахароза.

Також існують відомості про зниження чутливості до інсуліну після споживання сукралози, проте деякі дослідження, навпаки, вказують на її підвищення. Такі суперечності у результатах клінічних випробувань пояснюються різними протоколами досліджень. Тому вивчення впливу підсолоджувачів на здоров’я людини доцільно проводити і надалі.  Крім того, регулярне надмірне споживання сахарину та сукралози здатне порушувати кишковий мікробіом, що погіршує толерантність до глюкози у здорових людей вже протягом двох тижнів.

Отже, використання цукрозамінників та підсолоджувачів, зокрема натуральних, потребує виваженого ставлення, адже надмірне чи неконтрольоване їхнє споживання може завдати шкоди здоров’ю. Хоча ці речовини можуть мати певні переваги – наприклад, застосовуватися у харчуванні пацієнтів із цукровим діабетом, –  вони здатні викликати побічні ефекти. Саме тому важливо дотримуватися рекомендованих добових доз, враховувати індивідуальні особливості організму та орієнтуватися на науково обґрунтовані дані.

Читайте також Кінець епохи ін’єкцій? Південнокорейський кандидат SCD0503 кидає виклик гігантам ринку інсуліну.

Автор

Вікторія Кисличенко,  завідувачка кафедри фармакогнозії та нутриціології, доктор фармацевтичних наук, професор Національного фармацевтичного університету