Typische Inhaltsstoffe 30 3.9. Süßstoffe und Zuckeraustauschstoffe Süßstoffe Süßstoffe sind Verbindungen von synthetischer oder natürlicher Herkunft, die praktisch keinen Kalorienwert besitzen und eine um ein Vielfaches höhere Süßkraft als Saccharose aufweisen. Die Süßkraft einer Verbindung ist durch diejenige Verdünnung gegeben, bei der sie ebenso süß wie eine Saccharose-Lösung schmeckt, das heißt: eine 500fach verdünnte Lösung eines Süßstoffes schmeckt “isosüß” wie eine Saccharose-Lösung, wenn der Süßstoff eine Süßkraft von 500 hat. Süßstoffe werden Lebensmitteln, Arzneimitteln, kosmetischen Mitteln und Futtermitteln mit dem Ziel zugesetzt, um einen süßen Geschmack hervorzurufen. Auf Grund des geänderten Verwendungsmusters - weg von der diätetischen und hin zur allgemeinen Anwendung - ist der Bedarf an Süßstoffen in den letzten 10 Jahren erheblich gestiegen, wobei ca. 36 % der deutschen Verbraucher Süßstoffe verwenden. Zuckeraustauschstoffe Im Gegensatz zu den intensiv schmeckenden Süßstoffen werden Zuckeraustauschstoffe technologisch wie Saccharose eingesetzt, das heißt, sie besitzen einen physiologischen Brennwert (nutritive Zuckeraustauschstoffe). Die Süßkraft entspricht in weiten Grenzen etwa der von Saccharose. Der physiologische Vorteil der Zuckeraustauschstoffe im Vergleich zu Saccharose liegt in der Insulin-unabhängigen Metabolisierung (Diabetiker) und in der zum Teil verminderten kariogenen Wirkung. Für einige Zuckeraustauschstoffe (z. B. Xylit) ist eine antikariogene Wirkung beschrieben. Nach der Zusatzstoff-Verkehrs-Verordnung sind in Deutschland Mannit (E 421), Xylit, Sorbit (E 420), Isomalt und Maltitsirup ( Maltose) als Zuckeraustauschstoffe zugelassen. Diese Verordnung gibt nur für Mannit (E 421) und Sorbit (E 420) E-Nummern an, während in einem Entwurf der EU-Richtlinie über Süßungsmittel auch für Isomalt (E 953), Maltitsirup (E 965) und Xylit (E 967) E-Nummern zu finden sind. Die EU-Richtlinie über Süßungsmittel sieht für alle Zuckeralkohole einen einheitlichen physiologischen Brennwert von 10 kJ/g vor. Typische Inhaltsstoffe 31 3.9.1. Süßstoffe Cyclamat (E 952) Freie internationale Kurzbezeichnung für das Natrium-Salz der Cyclohexylsulfamidsäure O S N H O ONa Natriumcyclamat: C6H12NNaO3S angenehm schmeckende, farblose Kristalle, gut löslich in Wasser, nahezu unlöslich in Alkohol Cyclamat ist die summarische Bezeichnung für das Natrium- bzw. Calciumsalz der Cyclohexylsulfamidsäure. Die freie Säure kann durch Sulfonierung mit Amidoschwefelsäure bzw. deren Salzen, durch Hydrierung der Phenylsulfamidsäure oder aus Cyclohexylisocyanat mit Schwefelsäure hergestellt werden. Die süßende Wirkung von Cyclamat wurde 1937 entdeckt; Anfang der sechziger Jahre wurde es als Süßstoff eingeführt. Die Geschmacksintensität von Cyclamat ist wesentlich geringer als von Saccharin (Süßwert: Cyclamat : Saccharin 1:10). Cyclamat besitzt jedoch im Gegensatz zu Saccharin auch in höheren Konzentration keinen bitteren Nachgeschmack. Es zeichnet sich durch eine ausgeprägte Hitzestabilität aus. Um eine höhere Süßwirkung zu erzielen, sind einige Hersteller dazu übergegangen, ein Mischpräparat aus Saccharin und Cyclamat herzustellen. Die Mischung ist ungefähr 90mal süßer als Saccharose und wird hauptsächlich in Form von Tabletten und in flüssiger Form angeboten. Zu Beginn der siebziger Jahre wurde Cyclamat in den USA und in anderen Ländern verboten, da sich Hinweise auf eine mögliche carcinogene Wirkung an Ratten ergeben hatten. Da die Carcinogenität jedoch in späteren Studien nicht bestätigt werden konnte, wurden die Anwendungsbeschränkungen in den meisten Ländern gelockert. Cyclamat wird von der Bakterienflora des menschlichen Dickdarms zu Cyclohexylamin umgewandelt. Cyclohexylamin kann nach Resorption zu toxischen (im Tierversuch an Mäusen embryotoxischen) Effekten führen. Cyclohexylamin wiederum ist jedoch nicht nur ein Metabolit der Darmflora, sondern auch ein Hydrolyseprodukt der Cyclamate. Es entsteht im sauren Milieu (vor allem in Colagetränken und Citruslimonaden). Daneben kann Cyclamat auch herstellungsbedingt mit Cyclohexylamin verunreinigt sein. Cyclamate sind in der Medizin-Literatur als krebserregend beschrieben worden. Wachstumsstörungen, Sterilität und negative Wirkungen auf die Nieren- und Lebertätigkeit können die Folge sein. Typische Inhaltsstoffe 32 Erzeugung von Na-Cyclamat aus Cyclohexylamin, Schwefelsäure und Natronlauge: Saccharin (E 954) O S O [1,2-Benzisothiazol-3(2H)-on-1,1-dioxid, 2-Sulfobenzoesäureimid, Benzosulfimid] C7H5NO3S NH Farblose, sehr süß schmeckende Kristalle mit schwach bitterem Nachgeschmack; schwerlöslich in kaltem Wasser, löslich in siedendem Wasser (mit saurer Reaktion) und in Alkohol O Saccharin hat die 550fache Süßkraft von Saccharose; es schmeckt noch in einer Verdünnung von 1:200000 süß. Wegen der besseren Löslichkeit wird Saccharin meist als Natrium-Salz, C7H4NNaO3S·2H2O, MG. 241,21 (450mal süßer als Saccharose) verwendet; Saccharin besitzt keinen Kalorien-Wert. Typische Inhaltsstoffe 33 Die industrielle Herstellung erfolgt aus Toluol über o-Toluolsulfonsäureamid und Oxidation mit Kaliumpermanganat zu 2-Sulfamonylbenzoesäure oder von Phthalsäureanhydrid ausgehend. Saccharin unterliegt nur einer geringfügigen Metabolisierung und wird zu 99 % unverändert mit dem Urin ausgeschieden. Das Natrium-Salz des Saccharin wirkt bei Ratten bei sehr hoher Dosierung über 2 Generationen hinweg als Blasencarcinogen oder zumindest als Tumorpromotor. Die carcinogene Wirkung, die nicht auf einem genotoxischen Mechanismus beruht, wurde nur an Ratten und an keiner anderen Spezies beobachtet. Epidemiologische Studien geben keine schlüssigen Hinweise auf eine carcinogene Wirkung am Menschen. In den USA ist Saccharin seit 1987 unter entsprechenden Warnhinweisen wieder zugelassen. Nach Anlage 7, Liste A, Nr. 1, der Zusatzstoff-Zulassungs-Verordnung sind Benzoesäuresulfimid sowie deren Natrium-Kalium- und Calcium-Salze bei Kenntlichmachung als „Saccharin“ für einige Lebensmittel (zum Beispiel für brennwertverminderte Erfrischungsgetränke, Kaugummi, Feinkostsalate) und für Kautabak zugelassen. Darüber hinaus ist Saccharin nach § 8 der Diät-Verordnung auch für diätetische Lebensmittel zugelassen. Für diätetische Getränke besteht eine Mengenbegrenzung von 0,2 Gramm pro Liter. Nach Liste 9 der Zusatzstoff-Verkehrs-Verordnung darf Saccharin höchstens mit je 10 mg/kg o- und p-Toluolsulfonamid verunreinigt sein. Thaumatin ( E 957 ) Protein aus 207 Aminosäuren; Thaumatin kommt in den reifen Früchten des im afrikanischen Regenwald heimischen Strauches Katemfe (Thaumatococcus daniellii, Marantaceae) vor. Thaumatin ist ein starker Süßstoff, ca. 100000 mal süßer als Zucker (Saccharose). Thaumatin liefert bei Hydrolyse ausschließlich natürliche Aminosäuren und ist gesundheitlich unbedenklich. Das Thaumatin-Gen kann leicht für Massenproduktionen geklont und in essbare Früchte, Pflanzen, aber auch in Mikroorganismen und Hefen eingeschleust werden. Nachteile sind ein anderes Geschmacksprofil als das von Zucker und die relative Hitzeempfindlichkeit des Proteins. Verwendung: Zum Süßen von Kaugummi, Desserts, Suppen und Würzmitteln. Typische Inhaltsstoffe 34 Acesulfam K ( E 950 ) 1 H3C O SO2 N 5 3 O K Kalium-Salz des 6-Methyl-1,2,3-oxathiazin-4(3H)-on-2,2-dioxids C4H4KNO4S Farblose, sehr süß schmeckende Kristalle; in kaltem Wasser gut, in siedendem Wasser sehr leicht löslich Acesulfam-K hat ca. die 200fache Süßkraft von Zucker. In hoher Konzentration nimmt allerdings die Süßkraft ab und es kann ein metallischer Beigeschmack entstehen. Vorkommen und Verwendung: In der Lebensmittelverarbeitung wird Acesulfam unter anderem für kalorienreduzierte oder ohne Zuckerzusatz hergestellte aromatische Getränke auf Milch- oder Wasserbasis, für Speiseeis, Obstkonserven, Konfitüren, Gelees und Marmeladen und Süßigkeiten ohne Zuckerzusatz, Feinkostsalate und alkoholfreies Bier verwendet. Höchstmenge: 25 - 2.500 mg pro Kilogramm bzw. Liter. Höhere Werte sind nur für Lebensmittel zulässig, die nicht in großen Mengen verzehrt werden wie z. B. Süßigkeiten. Acesulfam wird vom Körper nicht aufgenommen, über den Harn unverändert ausgeschieden und ist somit kalorienfrei. Neohesperidin ( E 959 ) RO O OCH3 R = 2-O-6-Deoxy-a-L-manno-pyranosyl-b-D-glucopyranosyl (C28H34O15) OH Das Aglykon (3',5,7-Trihydroxy-4'-methoxyflavanon (C16H14O6) wird Hesperetin genannt. farblose Kristalle HO O Neohesperidin wird durch chemische Synthese aus Flavonoiden hergestellt, wie z. B. aus Schalen von Zitrusfrüchten. Neohesperidin wird in kalorienreduzierten Getränken auf Wasserbasis, Snacks und Knabbererzeugnissen verwendet. Geringe Mengen werden über den Darm aufgenommen, sein Kaloriengehalt kann vernachlässigt werden. Neohesperidin hat einen charakteristischen mentholhaltigen Beigeschmack, der sich schon bei üblicherweise verwendeten Mengen bemerkbar macht. Aus diesem Grund ist der Einsatz dieses Süßstoffes begrenzt, er wird häufig in Kombination mit Aromen oder anderen Süßstoffen eingesetzt. Typische Inhaltsstoffe 35 3.9.2. Zuckeraustauschstoffe Sorbit ( E 420 ) CH2OH D-Sorbit, D-Glucit H C OH HO C H H C OH H C OH (C6H14O6) farblose, mäßig hygroskopische Nadeln mit süßem Geschmack (relative Süßkraft ca. 50 % von Saccharose) in Wasser sehr leicht löslich, wenig löslich in (kaltem) Alkohol CH2OH D-Sorbit ist ein zu den Hexiten gehörender 6-wertiger Alkohol (Zuckeralkohol), der intramolekular relativ leicht ein oder zwei Mol Wasser abspaltet und cyclischen Ether bildet. Sorbit findet sich besonders häufig (ca. 10 %) in den Früchten der Eberesche (Vogelbeerbaum = Sorbus aucuparia) und hat von dieser seinen Namen erhalten. Besonders sorbitreich ist auch der Weißdorn. In kleineren Mengen findet sich Sorbit auch in Äpfeln, Aprikosen, Birnen, Kirschen, Mispeln und Pflaumen. Die erste technische Herstellung erfolgte durch elektrolytische Reduktion von Glucose, heute durch katalytische Hydrierung von Glucose, Stärke und Saccharose. Sorbit ist mit Glycerin, den Glykolen und mit den Kohlenhydraten chemisch verwandt. Bis auf wenige Ausnahmen kommt dabei die handelsübliche 70%ige wässrige Lösung zum Einsatz. In der Leber wird Sorbit durch das Enzym Sorbit-Dehydrogenase SDH zu D-Fructose bzw. D-Glucose dehydriert. Diese Reaktion wird auch zur enzymatischen Analyse benutzt. Durch Mundbakterien wird Sorbit praktisch nicht angegriffen und wird deshalb auch nicht in Säuren umgewandelt, welche die Entstehung von Karies fördern würden. Da Sorbit auch fast unvergärbar ist, ruft er bei Magenempfindlichkeit kein Sodbrennen hervor. Beim Menschen findet bei fortwährender Sorbit-Zufuhr eine gesteigerte Synthese von Vitamin B1 statt. In größeren Mengen wirkt Sorbit leicht abführend. Verwendung: Zuckeraustauschstoff, Weichhaltemittel für Süßwaren und Feuchthaltemittel für Gebäck und Marzipan. Ab etwa 50 Gramm pro Tag kann Durchfall auftreten. Auch Sorbit kann etwas Karies verursachen, aber längst nicht so stark wie Zucker. Typische Inhaltsstoffe 36 Mannit ( E 421 ) CH2 OH HO C H D-Mannit, Mannazucker (C6H14O6) Mannit gehört zu den Hexiten (Zuckeralkohole). farblose, süß schmeckende Kristalle HO C H H C OH H C OH CH2 OH Mannit kommt in zahlreichen Pflanzen vor und ist Hauptbestandteil (40–60 %) von Manna. Braunalgen (z. B. Laminaria cloustoni) enthalten im Sommer bis zu 40% ihres Trockengewichts an Mannit. Meerestange bilden Mannit als frühes photosynthetisches Produkt. Mannit wird in Algen, Pilzen und Flechten als Reservestoff gespeichert. Mannit wird technisch durch Hydrierung des Fructose-Anteils von Invertzucker gewonnen. Es fällt als Gemisch mit Sorbit an. Vorkommen und Verwendung: Kommt in zahlreichen Pflanzen vor und ist Hauptbestandteil von Manna, dem süßen Saft der süditalienischen Manna-Esche. Mannit wird großtechnisch durch Hydrierung von Fructose gewonnen. Neben seiner Verwendung als Zuckeraustauscher auch Abführmittel, Füllstoff, Schmiermittel und Rohstoff zur Produktion synthetischer Harze. Maltit 4-O-a-D-Glucopyranosyl-D-sorbit (C12H22O11) CH2OH O OH O HO OH CH2OH OH CH2OH OH farblose, süß schmeckende, feine Nadeln unlöslich in Alkohol, löslich in Wasser OH Bei der Reduktion von Maltose entsteht Maltit, der als Zuckeraustauschstoff Verwendung findet. Maltit kommt in verschiedenen Wurzeln und Knollen sowie in Malz vor und entsteht aus Stärke und Glykogen unter dem Einfluss von Amylase. Maltit findet als Nähr- und Süßmittel, Bestandteil von Nährböden, Bienenfutter und der gleichen Verwendung. Typische Inhaltsstoffe 37 Xylit CH2OH H C OH HO C H H C OH Name: xylo-Pentanpentol (C5H12O5) in Wasser leicht, in Alkohol wenig löslich süß schmeckende, farblose Kristalle CH2OH Xylit ist ein zu den Pentiten gehörendes Polyol. Es kommt in geringen Mengen in essbaren Pilzen, in Obst und Gemüse vor und ist ein Zwischenprodukt beim Glucuronsäure-Abbau in der Leber. Die Herstellung erfolgt durch katalytische Hydrierung von Xylose. Die Aufnahme von Xylit erfolgt im Dünndarm durch passive Diffusion, wobei die Aufnahmerate stark von der vorliegenden Dosis abhängt. Geringe Dosen werden bedeutend besser resorbiert als hohe. Orte des Abbaus sind vor allem die Leber und in geringem Umfang auch die Erythrocyten, in denen aus Xylit Milchsäure gebildet wird. Da Glucose nur in sehr geringem Umfang gebildet wird, ist die chemische Umwandlung von Xylit nahezu Insulin-unabhängig. Bei hoher Dosierung wirkt Xylit abführend. Xylit besitzt die gleiche Süßkraft wie Saccharose, hat aber aufgrund seiner hohen Lösungswärme beim Auflösen in der Mundhöhle einen kühlenden Effekt. Dies macht man sich bei einigen Süßwaren, wie Eisbonbons oder Fondantmassen, zu Nutze. Aufgrund des minimalen Einflusses von Xylit auf den pH-Wert der Plaque ist Xylit nicht kariogen beziehungsweise sogar antikariogen, was den Einsatz in zahnschonenden Kaugummis rechtfertigt. Verwendung: Als Zuckeraustauschstoff für Zuckerwaren, Getränke, Kaugummi, Marzipan, Nougaterzeugnisse und als Feuchthaltemittel für Zahnpasten. Typische Inhaltsstoffe 38 Isomalt CH2OH GPS HO HO HO CH2OH GPM HO C H O HO HO C H H C OH H C OH O HO HO CH2 HO H C OH O HO HO C H H C OH H C OH O CH2 C12H24O11 Isomalt ist ein weißes, geruchloses Pulver von süßem Geschmack. Isomalt ist hydrierte Isomaltulose, die in etwa aus gleichen Teilen 1-O-a -D-Glucopyranosyl-D-sorbit (GPS, Isomaltit) und 1-O-a -D-Gluco-pyranosylD-mannit-dihydrat (GPM) besteht. Isomalt ist aufgrund der weitgehend Insulin-unabhängigen chemischen Umwandlung für Diabetiker geeignet, nicht kariogen und besitzt einen geringen physiologischen Brennwert. Aufgrund der Stabilität der Disaccharid-Bindung ist Isomalt über den gesamten pH- und Temperaturbereich der Lebensmitteltechnologie stabil. Es kommt zu keiner Maillard-Reaktion (Braunfärbung) mit anderen Lebensmittelinhaltsstoffen (Aminosäuren bzw. Eiweiß). Isomalt besitzt die halbe Süßkraft von Saccharose, schmeckt rein süß und verstärkt in manchen Lebensmitteln den arttypischen Geschmack. Es sind auch wirkungsverstärkende Effekte mit anderen Zuckeralkoholen beschrieben . Herstellung: Die enzymatische Umlagerung von Saccharose führt zu Isomaltulose in kristallisierter Form, die in Wasser gelöst und hydriert wird, wobei ein Gemisch der isomeren Verbindungen 1-O-a -D-Glucopyranosyl-D-sorbit und 1-Oa -D-Glucopyranosyl-D-mannit entsteht. Verwendung: Isomalt kann an Stelle von Saccharose oder Zuckeraustauschstoffen in nahezu alle Lebensmittel mit süßem Geschmack eingearbeitet werden. Aufgrund der geringen Hygroskopie bietet Isomalt in der Herstellung von Hart-Karamellen und Getreide-Extrudaten technologische Vorteile im Vergleich zu Saccharose. Beim industriellen Tiefgefrieren von Lebensmitteln kann Isomalt zur Protein-Stabilisierung beitragen. Isomalt wird weiters für die Herstellung von Zuckerwaren, Kaugummi, Marzipan und Nugat-Erzeugnissen verwendet. Typische Inhaltsstoffe 39 3.10. Taurin Formel:C2H7NO3S (2-Aminoethansulfonsäure) + H3N CH2 CH2 SO2 - O farblose Säulen, löslich in Wasser, unlöslich in Alkohol Taurin entsteht im Organismus aus Cystein und ist in der Galle an Cholsäure als Amid gebunden (Taurocholsäure). Es ist ein Zwischenprodukt bei der Herstellung von Farbstoffen, Arzneipräparaten, Reinigungsmitteln und wird gegen Gallensteine sowie Schimmel angewendet. Taurin wurde 1824 von Gmelin erstmals aus Ochsengalle hergestellt. Der Name Taurin ist von griechisch: tauros = Stier hergeleitet, da beim Kochen von Ochsengalle mit Säure Taurin aus der Taurocholsäure abgespalten wird. Im Gegensatz zu den Aminosäuren ist Taurin kein Bestandteil von Proteinen, sondern liegt frei im Gewebe vor. Neben Glutaminsäure ist Taurin die zweithäufigste freie Aminosäure und ist im Tierreich weit verbreitet. Taurin wurde z. B. auch in Rotalgen nachgewiesen. 3.10.1. Wichtige Funktionen im Körper Die wichtigste und am besten untersuchte Funktion ist die Konjugation von Gallensäuren. Gallensäuren werden in der Leber gebildet und setzen sich aus zwei Bestandteilen zusammen. Als “spezifischer” und namensgebender Teil fungiert eine hochmolekulare Säure, die sich von der Cholansäure durch Einführung von Hydroxylgruppen ableitet, z. B. Cholsäure (3,7,12-Trihydroxycholansäure). Als zweiter Teil reagieren niedermolekulare Substanzen (Glycin oder eben Taurin) mit den Cholansäure-Derivaten zu gepaarten Gallensäuren wie Taurocholsäure. Diese Gallensäuren sind bei der Emulgierung von Nahrungsfetten von Bedeutung, weil so die Fettverdauung beschleunigt wird. Weiterhin wird durch die Einwirkung der Gallensäuren der pH-Wert des Darminhalts so verschoben, dass die Wirksamkeit des Verdauungsenzyms Trypsin (Verdauung von Proteinen) optimal wird. Eine orale Aufnahme von Taurin führt zu einer Erhöhung der Taurin-konjugierten Gallensäuren. Typische Inhaltsstoffe 40 Der Gehalt an Taurin in Form der freien Aminosäuren ist im Gehirn am größten. Die Konzentration ist vergleichbar mit jener von g -Aminobuttersäure, deren Struktur recht ähnlich ist. C C NH2 Taurin SO3H C C C COOH NH2 g -Aminobuttersäure Elektrophysiologische, neurochemische und pharmakologische Studien haben zu der Annahme geführt, dass Taurin im Zentralnervensystem wahrscheinlich eine Funktion als Neuromodulator oder als Neurotransmitter mit inhibitorischer Wirkung hat. Die inhibitorische Wirkung (Hemmung der Synapsen) beruht auf einer Erhöhung der Membranpermeabilität für Cl--Ionen. Das Vorhandensein von spezifischen Rezeptoren für Taurin im Zentralnervensystem spricht für seine Funktion als Neurotransmitter. Für seine Rolle als Neuromodulator wiederum spricht die Abnahme der Taurinkonzentration im Gehirn im Verlauf der Entwicklung. Taurin ist die am häufigsten vorkommende Aminosäure in der Netzhaut (Retina). Es befindet sich in den Zellen der Photorezeptoren. Taurin hat hier anscheinend eine funktionelle Rolle bei der Stabilisierung der neuralen Membranen. Außerdem bedingt Taurin eine Veränderung der Ionenpermeabilität der Membranen und beeinflusst dadurch die Regulation des Calciumstroms. Calcium ist an der Erhaltung der Strukturen der Photorezeptoren beteiligt. Das bedeutet, dass Taurin die Retina vor oxidativen Schäden schützt. Bei Katzen führt eine Taurinverarmung in der Retina zur Erblindung. Vergleichbare Untersuchungen sind beim Menschen aus ethischen Gründen nicht möglich. Taurin beeinflusst im Herzen den Transport von Kalium, Chlorid und Calcium. Es reguliert den Anstieg des für die Kontraktion des Herzmuskels notwendigen Calciums auch bei niedrigen Calcium-Plasmakonzentrationen und verhindert auf der anderen Seite eine Calciumüberladung bei einem Überangebot im Plasma. So beeinflusst Taurin die kontraktilen Prozesse des Herzmuskels. Bei Stauungsherzpatienten wurde nach Taurin-Supplementierung eine Verbesserung der Herzfunktion beobachtet. In einer Studie wurden 1983 zehn Patienten mit Bluthochdruck sechs Wochen lang mit 6 g Taurin/Tag behandelt. Dabei sank der Blutdruck signifikant ab.