/
Автор: Крутошикова А. Угер М.
Теги: органическая химия химия биохимия биотехнологии
ISBN: 5-03-001214-1
Год: 1988
Текст
Природные и синтетические
сладкие вещества
Содержание:
Зависимость сладкого вкуса от строения
Природные сладкие вещества
Сахара
Белки
Дигидрохалконы
Другие природные вещества
Синтетические сладкие вещества
Сахарин
Цикламаты
Оксатиазинондиоксиды
Аспартам и его аналоги
Производные мочевины
Производные триптофана
Нитроанилины
Другие синтетические вещества
Смеси сладких веществ
Сканировано: http://chemister.mailru.com
alzbbta krutoSikovA
MICHAL UH ER
Pri'rodne a synteticke latky
sladkej chuti
Veda
Vydavatel'evro StoveMkej Akaddtnl* Vied
Bratialava 1985
^^ошинойа, природные
и синтетические
сладкие вещества
Перевод со словацкого
проф. С. С. Злотского
под редакцией
проф. Д. Л. Рахманкулова
Москва «Мир» 1988
БВК 24:2
K84J
УДК 547
Крутошикова А., Угер М.
К84 Природные и синтетические сладкие вещества: Пер.
со словацк. — М.; Мир, 1988. — 120 с., нл.
ISBN 5-03-001214-1
В книге словацких ученых рассматриваются вопросы, связанные со строе-
иаем и основными свойствами важнейших природных к синтетических веществ,
обладающих сладним вкусом. Особое внимание уделяется синтетическим слад-
ким веществам, возросшие масштабы получения а применения которых свя-
заны как с рядом зкономнческях прнчин (недостеток сахара и рост его по-
требления), так и е состоянием здоровья людей.
Для специалистов, еаннмеющкхся органическим синтезом, биохимиков н
баооргаиикоа, работающих в области биотехнологии а химии природнмх соеди-
нений, студентов хкмкко-технологичвслих вузов.
Редакция литературы по химии
Научное издание
Альжбета Крутошикова, Михал Угер
ЯХМЦ
ПРИРОДНЫЕ И СИНТЕТИЧЕСКИЕ СЛАДКИЕ ВЕЩЕСТВА
Зав. редакцией академик О. А. Роутов
Зам. зав. редакцией 3. Ф. Ходецкав
Ст. научный редактор Г. Б. Шкляева
Мл. научный редактор И. И. Устинова
Художник В. И. Шедько
Художественный редактор М. И. Кузьмина
Технический редактор О. Г. Лвпко
Корректор Т, М. Подгорная
БИБЛИОТЕКА
Хи».. р::с. г
мединститута
ИБ № 6399
Сдано а набор 30.07.87. Подписано к печати 21.04.88. Формат бОХОО*/».
Бумага книжно-журкалмая. Печать высокая. Гарнитура литературная. Объем 3,75 бум. л.
Усл. печ. л. 7,50. Усл. кр.-отт. 7,88. Учлизд. л. 7,64.
Изд. № 3/5321. Тираж 2500 вкз. Зак. 729. Цеха 1 р. 20 к.
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИРа 129830,
ГСП, Москва, И-110, 1-й Рижский аер., 2
Ленинградская типографии М 2 головное предприятие ордена Трудового Красного
Знамени Ленинградского объединении чТехлнческан книгах им.. Евгении Соколовой
Союзполнграфпромв кри Государственном комитете СССР ио делам издательств,
полиграфии и книжной торговли. 198062, г. Ленинград. Л-52. Измайловский аросдект. 29.
ISBN 5-03-001214-1 (русск.) Q А KrutoSikovi. М. Uher 1985
' © перевод на русский язык, «Мир
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
1 '
В Продовольственной программе страны указывается, что
развитие производства сахарозаменителёй: крахмальной па-
токи, глюкозы и глюкозно-фруктозного сиропа, а также кси-
лита и сорбита, является важнейшим направлением увели-
чения ресурсов сахаристых веществ, и сокращения расхода
сахара. В 1990 г. производство глюкозы составит 600-тыс. т,
ксилита—17 тыс. т и.сорбита — 5 тыс. т, что будет соответ-
ствовать потребностям населения СССР в этих продуктах.
В 1980 г. потребление сахара в СССР на душу населения
превышало 44 кг при рациональной норме 35,3 кг, поэтому
ускоренное развитие производства новых .природных и син-
тетических веществ со сладким вкусом имеет особую акту-
альность. Успехи органической и биоорганической химии и
химии природных соединений позволяют получать различные
синтетические продукты, в.сотни и тысячи раз превосходящие
по интенсивности сладкий вкус сахаров. Их применение поз-
воляет модифицировать вкус продуктов питания, лекарств,
что определяет широкие перспективы практического исполь-
зования (очень подробно эти вопросы рассмотрены в статье
Г. Е. Зайкова «Роль химии в производстве продуктов пита-
ния». Новое в жизни,' науке, технике, серия «Химия», — М.:
Знание, 1986, 11, 48 с.).
В предлагаемой вниманию читателя книге, написанной
преподавателями Словацкого технического университета, рас-
смотрены современное состояние и перспективы получения и
применения важнейших типов природных н синтетических
сладких веществ. Книга ие претендует на исчерпывающее из-
ложение материала, но в ней выделены и подчеркнуты наи-
более актуальные, узловые вопросы, связанные со строением,
получением и особенностями применения веществ, обладаю-
щих сладким вкусОм.
В первой части приведены общие сведения о возникнове-
нии сладкого вкуса и зависимости интенсивности сладкого
вкуса от строения молекул. Вторая часть посвящена основ-
ным типам природных сладких веществ. Подробно рассмот-
рены сахариды, белкн, дигидрохалконгликознды и некоторые
| Зек. 72»
в Предисловие редактора перевода
другие соединения. Завершают книгу разделы, в которых
даиы сведения о синтетических сладких веществах, нашед-
ших широкое применение. Среди ннх сахарин и его произ-
водные, цикламаты, оксатиазниондиоксиды, аспартам и его
аналоги, производные мочевины, бензола и многокомпонент-
ные системы, обладающие сладким вкусом.
Несомненным достоинством книги является объединение
сведений о химических свойствах и строении с данными, рас-
крывающими биологическую активность и особенности
применения сладких веществ. Сформулированы принципы под-
бора сладких веществ для организации рационального пита-
ния. Этот материал был сосредоточен в специальных журна-
лах, предназначенных только для специалистов — химиков,
технологов, медиков; аналитический обзор этих данных, осу-
ществленный авторами книги, делает его доступным широ-
кой аудитории.
В целом интересная и полезная книга, как нам кажется,
будет с вниманием встречена читателями, в число которых
войдут химики-органики, биохимики, фармакологи, препода-
ватели вузов, студенты и специалисты, фармацевтической н
пищевой промышленности.
Д. Рахманкулов
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Чрезмерное потребление сахарозы оказывает нежелательное
действие, выражающееся в возникновении атеросклероза,
ожирения, увеличении числа больных диабетом, и это заста-
вило искать новые виды сладких веществ. В настоящее время
в литературе уже описано множество подобных соединений,
но не все они могут заменить сахарозу.
Соединения, обладающие сладким вкусом, можно разде-
лить на две основные группы: природные органические ве-
щества, в том числе белки и дипептиды, и синтетические
органические соединения. При выборе вида и количества
сладкого вещества производители, потребители и медицин-
ские работники принимают во внимание их калорийность,
а также технологию в экономику процесса получения.
Основной целью этой книги было дать читателям совре-
менную информацию о природных и синтетических сладких
веществах.
Известен большой вклад советских химиков в развитие
органической химии и в особенности химии природных соеди-
нений. Это обусловлено большим значением обсуждаемой
проблемы. Это же обстоятельство и позволяет нам надеяться,
что наша книга будет с интересом встречена советскими хими-
ками, работающими в области сладких веществ.
Мы рады, что наша книга выходит в переводе на русский
язык. Выражаем благодарность издательству и нашим колле-
гам, взявшим на себя этот труд.
А. Крутошикова
. М. Угер
1*
Введение
В последние годы рациональному питанию уделяется боль-
шое внимание н поэтому постоянно возрастает интерес к
низкокалорийным н диетическим продукта^.
Причины экономического'характера, а также отрицатель-
ное действие на организм человека избыточного потребления
сахарозы (полнота, увеличение-числа больных диабетом)
привели к необходимости поиска эквивалентных заменителей
сахара. До снх пор не найдено вещество, которое бы пол-
ностью отвечало требованиям, предъявляемым к вкусу, рас-
творимости, стабильности, и было бы низкокалорийным, не-
токсичным и неканцерогенным.
Применение большого числа различных сладких веществ
ставит перед потребителями, медиками и производственни-
ками ряд токсикологических, технологических и экономиче-
ских проблем. . '
В настоящее время в литературе описано большое число
разнообразных соединений, обладающих сладким вкусом.
Однако реальное число практически используемых сладких
веществ очень мало. Эти вещества обладают либо слабовы-
раженным сладким вкусом, либо проявляют значительную
токсичность.
В целом все известные сладкие вещества можно разде-
лить на две большие группы: природные и синтетические.
К числу природных сладких веществ относятся моносахариды
и олигосахариды, гидролизаты крахмала, сахаридные спирты
и сладкие вещества несахаридного типа. Успехи, достигнутые
в изучении структуры и синтеза некоторых веществ, привели
к тому, что стирается граница между природными и синте-
тическими сладкими веществами; это в свою очередь затруд-
няет отнесение некоторых сладких веществ к одной из двух
групп. В качестве примера можно привести дигидрохалкон-
гликозиды.
История синтетических сладких веществ берет свое начало
с момента открытия сахарина в 1879 г. Позже были созданы
новые сладкие вещества, такие, как дульцин и цикламаты,
но нх применение в пищевой промышленности остается про-
блематичным. Из числа новейших синтетических, сладких ве-
ществ в первую очередь упомянем оксатназинондиокснды.
С целью экономии и регулирования потребления сахара на
практике часто используют смеси и сочетания природных и
синтетических сладкнх веществ.
1
Зависимость сладкого вкуса
от химического строения вещества
1.1. ФИЗИОЛОГИЯ ВОСПРИЯТИЯ ВЕЩЕСТВА
Вкусовая реакция — это сложный, до сих пор недостаточно
изученный процесс. Его появление — это результат взаимо-
действия молекул вещества, возбуждающего аппетит, с соот-
ветствующим рецептором. Сенсорная система человека вклю-
чает несколько типов вкусовых рецепторов, расположенных
в соответствующих точках языка, которые реагируют на раз-
личные виды веществ, вызывающих четыре основных вкусо-
вых типа: соленый, кислый, горький и сладкий.
Установлено [1], что рецепторы, реагирующие на сладкий
вкус, располагаются в грибкообразных почках и передней
части языка. Структура всех вкусовых почек одинакова.
Кроме поддерживающих клеток в них находятся особые во-
лосяные рецепторные клетки (2,3] в количестве 10—15 на
почку, способные ощущать вкус. Информация о характере
рецепторов пока довольно отрывочна.
Рецептор, реагирующий на сладкие вещества, содержит
белок; последний выделяли из эпителия языка крупного ро-
гатого скота и изучали образование комплексов этого белка
с сахарами [4].
Первое общее представление о воздействии сладких ве-
ществ носило физико-химический характер. Бейдлер [5—7]
определил вкус как результат селективной адсорбции на вку-
совом рецепторе, которую можно описать адсорбционной изо-
термой:
C/J? = C(l//?m+l/Om)
где R— доза при концентрации С действующего вещества,
Rm — максимальная доза при насыщенных рецепторах, К—
константа, характеризующая действие вещества иа рецеп-
торы. В результате адсорбции изменяется локальная геомет-
рия и строение поверхности мембраны, что приводит к появ-
лению соответствующего вкусового ощущения. Гипотеза Бейд-
лера вскоре была подтверждена [8].
1.2. СТРУКТУРА МОЛЕКУЛ И СЛАДКИЙ ВКУС
Для полноценного, сбалансированного питания и сохранения
здоровья необходимы глубокие фундаментальные знания о
природе и механизме возникновения сладкого вкуса, который
10
Глава 1
является важнейшей характеристикой сахаров и их ана*
логов.
Сладкий вкус ациклических полиолов (этандиола, глице-
рина и др.), по своей структуре подобных сахарам, связы-
вался ранее с числом гидроксильных групп в молекуле [9].
Это мнение, однако, оказалось ошибочным. Было обнару-
жено, что сахара с одинаковым числом гидроксильных групп,
например глюкоза и галактоза, значительно отличаются друг
от друга по интенсивности сладкого вкуса. Полиолы с пятью
гидроксильными группами (например, ксилит) оказались
слаще [9], чем полиолы с шестью спиртовыми гидроксилами
(например, сорбит).
Оэртли и Майерс [10], используя концепцию «сапофор-
ных групп», предложенную Согном [11], полагали, что сла-
дость лучше объяснять с позиций понятий пары вкусовых
функций, названных «ауксоглюки» и «глюкофоры» по анало-
гии с ауксохромными группами и хромофорами красителей.
Авторы [10] рассмотрели разные комбинации этих функций
и предположили, что ни одно вещество, которое не содержит
этих двух групп, не обладает сладким вкусом. Однако они
не попытались объяснить вкус искусственных сладких ве-
ществ, например сахарина и других азотсодержащих слад-
ких веществ, и не рассмотрели, каким путем их функциональ-
ные группы можно связать с молекулой рецептора.
Когда была доказана циклическая структура молекул са-
харов, оказалось [12], что различия в сладости диастереоме-
ров обусловлены различными конфигурациями атомов угле-
рода. В качестве примера приведем две пары а-о-глюкопи-
раноза (сладкая) — a-D-галактопираноза (меиее сладкая) и
a-D-маниопираноза (сладкая) — fJ-D-маниопираноза (горькая)
{схема 1.1).
a-о- гл/онапираюлв
(сладкий
я-d маннипираиаиг
Схска
Зависимость сладкого вкуса от химического строения вещества И
Веркаде [13] написал полезный обзор, в котором обсуж-
дался сладкий и горький вкус некоторых органических мо-
лекул, однако он не выдвинул гипотезы, объясняющей из-
вестные экспериментальные результаты.
1.2.1. Гипотеза Шелленбергера
Разнородность происхождения, строения и структуры слад-
ких веществ долго мешала выяснению их основных общих
характерных признаков, вызывающих реакцию рецептора.
Шелленбергер [14, 15] в 1963 г. открыл единое, характерное
для молекул сладких веществ свойство. Он предположил, что
между вкусовым веществом и рецептором существует взаи-
модействие, заключающееся в возникновении водородной
связи между определенными местами сладкого вещества' и
активными центрами рецептора. Термином «рецептор» обо-
значается высокоспецифическое упорядоченное место на це-
левой молекуле, которая принимает (рецептирует) молекулу
сладкого вещества; в результате начинается цепь реакций,
приводящая к конечному хпмико-динамнческому эффекту
(рис. 1.1).
Для рецептора. характерно то, что он способен связы-
вать молекулы с определенной конфигурацией и вызывать
биологически точный ответ. Действительный характер рецеп-
торов до сих пор не известен. Это мнение, высказанное Шел-
лепбергером, было дополнено в работах [16—19]; авторы
этих работ нашли другие структурно и генетически различ-
ные сладкне соединения. Вклад Шелленбергера состоит в
том, что он определил основную сущность сладкого вещества
как системы АН, В, где А и
В — электроотрицательные
атомы, находящиеся в не-
посредственной близости
друг от друга. АН — кислая
функция (Н обладает кис-
лыми свойствами), В — ак-
цептор протона, а потому
выступает в качестве осно-
вания. Система АН, В (рис.
1.2) сладких молекул мо-
жет быть связана водород-
ной связью с подходящей
системой АН, В рецепторно-
го белка вкусовой почки.
Возникающий при этом
I еладное ДещестЯо
А
В
Н
Н
В
А •
1 рецептор |
Рис. 1.1. Межмолекуляриая водород-
ная связь между соответствующим
центром сладкого вещества и актив-
12
Глава 1
АН
_д-1 - <ррунтапираназа
АН
а -анисалыйжсим
ан в
R-CH-CH=CH-R
ненасыщенный
спирт
хларещарм
ан в
аланил
ё-алнлнси-С-нитраанилин
соединение бериллия
ламплекс свинца
Схема 1.2.
Зависимость сладкого вкуса от химического строения вещества 13
комплекс с двумя водородными связями обусловливает воз-
никновение сладкого восприятия, а прочность водородной
связн обеспечивает интенсивность ответа. В сахарах имеется
система АН,В — а-гликолевый фрагмент. С помощью системы
АН,В, основанной на предполагаемых кислотных атомах,
Шелленбергер и Акри [18, 19] объяснили сладкий вкус раз-
ных типов веществ (схема 1.2).
В качестве примера из ряда сахаров авторы работы [18]
взяли р-о-фруктопираиозу. По их мнению, все смежные гид-
роксильные группы, находящиеся в гош-конформацни, пред-
ставляют сладкие гликолевые фрагменты. В этой молекуле
аномерная группа ОН содержит наиболее кислотный атом
водорода и представляет собой фрагмент АН системы АН, В;
гидроксиметильная группа, находящаяся в непосредственной
близости и способная вращаться, представляет собой фраг-
мент В.
В сахарине фрагмент АН системы АН,В — это группа NH,
а В — атомы кислорода либо карбонильной, либо сульфо-
группы. О взаимодействии через кислород сульфогрупп сви-
детельствует тот факт, что псевдосахарин (енольная форма)
не обладает сладким вкусом. Считают, что сладкий вкус
цикламатов также обусловлен наличием в иих нмидной н
сульфогрупп.
Примером молекулы со слабым сладким вкусом является
хлороформ. В результате электроноакцепторного действия
атомов хлора водород группы С—Н обладает кислотным ха-
рактером и представляет собой часть АН системы АН,В.
Электроотрицательные атомы хлора как часть В дополняют
бифункциональную систему АН,В.
В ненасыщенных спиртах (схема 1.2) ОН-группа находит-
ся в a-положении к двойной связи, вследствие чего водород
этой гидроксильной группы является слабокислым. Двойная
связь представляет собой протоиоакцепторный фрагмент.
Примером сладкого вещества, содержащего ароматиче-
ское кольцо, может служить 2-пропокси-5-ннтроаннлин. Сла-
дость нитробензолов зависит от положения и природы осталь-
ных заместителей.
Шелленбергер пришел к выводу, что геометрия системы
АН,В молекул сахаров и активного центра на рецепторе опре-
деляет прочность конечного комплекса, поэтому конфигура-
ция и конформация молекул сладких веществ имеют большое
значение. Преимущество молекул, содержащих ароматиче-
ские циклы, таких, как сахарин и ннтроанмлин, состоит в
том, что расстояние А—В в них зафиксировано. Известно, что
искусственные сладкие вещества во много раз слаще, чем
сахара. Чувство сладости, вызванное сахарамн, длится всего
2 Зак 729
14
Глава I
лишь несколько секунд, так как прочность возникающих свя-
зей невелика. Для того чтобы осуществилось парное взаи-
модействие и для возникновения водородной связи, расстоя-
ние между атомами и группами атомов А,В в молекуле слад-
кого вещества должно соответствовать расстоянию между
соответствующими группами на рецепторе (это расстояние
составляет ~0,3 нм). На схеме 1.2 приведены также при-
меры неорганических сладких соединений.
Бирх [20], однако, утверждает, что сладкая молекула
стер.еохимически соответствует активному центру на рецеп-
торе и скорость, с которой центры взаимно реагируют, также
может оказывать решающее действие на степень и длитель-
ность вкусового ощущения.
1.2.2. Развитие гипотезы Шелленбергера
Хотя гипотеза Шелленбергера не является совершенной, она
позволяет объяснить отношение рецептора к различным ти-
пам соединений сладких веществ. Механизм взаимодействия
рецептор — сладкое вещество было предложен на основании
данных, полученных при изучении сладкого вкуса стереоизо-
мерных аминокислот [21—24] и их производных (табл. 1.1
и 1.2). Фактически многие »-а иокислоты имеют сладкий
вкус, в то время как ь-изомеры являются горькими или без-
вкусными, что свидетельствует о стереоспецифичности рецеп-
торов и о том, что существует еще третье место при контакте
сладкого вещества с рецептором. Киэр [25] развил концеп-
цию АН,В, включив третью липофильную функцию в слад-
кую фармакофору.
Шелленбергер [26] тоже модифицировал свою гипотезу
до тройной системы, которая описывает сладость энантио-
меров. Киэр рассматривал третье место сладкой фармако-
форы как центр дисперсной связи н обозначил его X, в то
время как Шелленбергер и Линдей [27] рассматривали его
как комбинированный центр с липофильной н гидрофобной
функциями и обозначили его у (рис. 1.2, а и б). Шелленбер-
гер обозначает центр у для сахаров и аминокислот цифрой 1
(рис. 1.3,а), а для днпептидового сладкого вещества — циф-
рой 2 (рис. 1.3,6).
Фергюсон и сотр. [30—34] изучали физиологический
аспект вкуса и попытались скоррелировать относительную
сладость с некоторыми физическими свойствами веществ. На
бсиоваиии их работ Дейч и Ханш [35] определили зависи-
мость относительной сладости производных нитроаиилина от
величины константы Гаммета:
log/?S= — йл2 4~ й‘л 4-й2<г 4~ &3 (1)
Таблица 1.1. Вкус аминокислот
11омер Соединение Вкус Доза а, мкмоль/ил
1 О-Алапни Сладкий 12-18
2 Ь-Аланпн » 12-18
3 2-Ам1Шо-4-пентеновая кислота » 8-12
4 D-2-Амнпомаслкная кислота » 12-16
5 L-2-Амииомасляная кислота Сладко-горький 12-16
в 2-Амнноизомасляиая кислота Сладкий 5-10
7 D-Аргипнн Нейтральный
8 L-Аргииин Горький
9 D-Асиарагнн Сладкий 3—-в
10 L-Лспарагнн Нейтральаый
II D-Лспарагнповая кислота Сладко-кейтральиый
12 Ь'Аспарагииован кислота Кисло-нейтральный
13 L-Лзетидиикарбоновая кислота Сладкий 6-8
14 Бетаии Сладкий 10-50
15 Циклолейцни Сладко-горький 3-6
16 D-Цистеин Соленый
17 L-Цистеии »
18 D-Цистин Нейтральный
19 L-Цистин »
20 D-ЗЛ-Дигндрокси фенил аланин Сладкий 1-2
21 Ь-3,4-Дигидроксифеиилалаиии Г орький
22 D-Глутамии Сладкий 8-12
23 L-Глутампн Нейтральный
24 D-Глутамииовая кислота Кисло-нейтральный
25 L-Глутамшювая кислота Кислый
26 Глицин Сладкий 25-35
27 D-Гнстидии » 2-4
28 L-Гистидии Г орький
29 L-Гомосерии Нейтральный
Зо О-алло-4-Г идрокснпролии »
3| L-4-Гндроксипролин Сладкий 5-7
32 ь-алло-4-Г идрокснпролии Нейтральный
33 D-5-Гидрокситриптофаи Сладккй 0,2-0,6
34 L-б-Г ндрокситриптофаи Горький
35 D-Изолейцин Сладкий 8-12
36 L-Изолейции Горький
37 D-Лейцин Сладкий 2-5
38 L-Лейции Горький
39 D-Лизин Сладкий
40 ь-Лизии Сладко-горький
41 D-Метиоиин Сладко-соленый 4-7
42 ь-Метионип Соленый
43 D-Норлейции Сладкий 5-8
9*
16
Глава 1
Продолжение табл 1.1
Номер Соединенке Вкус Доза мкмоль/мл
44 L-НорлеЙЦИИ Горький
45 О-Норвалин Сладкий 3-5
46 L-Норвалии Горький
47 D-Оринтин Сладкий
48 L-Орнитии »
49 О-Феннлалаинн » 1-3
50 L-Фенилалаиин Горьккй
51 О-Феннлглиции Сладкий 10-14
52 L-Феиилглицин Горький
53 D-Пкпеколииовая кислота Нейтральный
54 L-Пипеколиновая кислота Горький
55 О-Пролии Нейтральный
56 L-Пролин Сладко-горький 24-40
57 Саркозин Сладкий 15-20
58 0-Серии » 30-40
59 L-Серии > 25-35
60 D-Т реоиии » 40-50
61 L-Треонни » 35-45
62 D-Триптофаи » 0,2-0,4
63 L-Триптофаи Горький
64 D-Тирозни Сладкий 1-3
65 L-Тирозин Горький
66 D-В алии Сладкий 10-14
67 L-В алии Горький
а Предельная концентрация сахара составляет (0—(2 моль/мл (24). Предельная
концентрация—'Это наименьшая концентрация вещества, которая регистрируется рецеп-
торами.
где /?S — относительная сладость, о — значение константы
Гаммета заместителя; л—константа, характеризующая сво-
бодную энергию заместителя и определяемая как гидрофоб-
ная связующая константа [36] [л(гидрофобная константа) =»
= logPx/PH, где Рн — коэффициент распределения незаме-
щенного соединения между этанолом и водой, а Рх — коэф-
фициент распределения соединения с Заместителем X между
этанолом и водой].
Относительную сладость некоторых замещенных нитро-
анилинов по сравнению с сахарозой измерили Бланксма и
Хоген [37]; полученные ими результаты приведены в табл. 1.3.
Зависимость сладкого вкуса от кинического строения вещества 17
Таблица 1.2. Вкус производных аминокислот и других веществ
Но- мер Соединение Вкус Доде, мкмоль/мл
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Ацетамид N-Ацетилглицнн N-Ацетнл-о-фенил аланин Этаноламнн D, ь-З-Амннобутановая кислота 4-Амниобутановая кислота 6-Амниоканроновая кислота З-Амннопронноновая кислота Беиаамнд N-Бензонлглицин Метиловый эфир глицина Глнцилглнанн Амид D-феннлалаинна Метиловый эфир D-феннлаланнна L-Феинлаланнлг лицин N-Феннлглнцнн Пирролидин Нейтральный Кисло-нейтральный > Нейтральный Сладкий Нейтральный Горький Сладкий Горький Кисло-горький Нейтральный > Горький > Нейтральный Горький 100-300 1000-1400
По данным метода наименьших квадратов было выведено
следующее уравнение:
log И= 1,610л - 1,831а + 1,729 (2)
0,936 (г) 0,282 (s)
Относительная сладость некоторых 2-замещенных 5-нитроани-
Рнс. 1.2. Тройная система АН, В, X (а), где АХ — 0,35 нм, ВХ«0,55 нм
н геометрическая связь^между АН, В и центром у (б) [29].
18
Глава 1
Таблица i.3. Количественная оценка сладкого вкуса 2-эамещениых
в-иитроаинлииов1
X О Л log RS a k>g Rs
рассчитано найдено
Н 0 0 1.602 1.729 -0.127
СН»О -0.27 0.02 2,519 2.193 0327
с,н»о —0.24 0.48 3.146 2.942 0.205
с,нто -0.24 0.98 3.699 3.746 -0.047
F 0.06 0.14 1.602 1,845 -0.243
С1 0.23 0.71 2.602 2,451 0.151
Вг 0.23 0.86 2.903 2,693 0.120
I 0.28 1.20 3.097 3.149 -0,052
СН, —0.17 0.66 2.519 2.942 —0.424
а Значения log RS рассчитаны по уравнению (2) |37).
Из данных табл. 1.3 очевидно, что величина п и относи-
тельная сладость пропорциональны. Соединения, содержащие
метокси-, этокси- и пропоксигруппы, являются отличными
примерами связи между величиной л н относительной сла-
достью. Авторы рзботы (35] утверждают, что характерным
свойством соединения со сладким вкусом является способ-
ность образовывать водородные связи и растворяться в воде.
Большое значение имеет и гидрофобная часть, которая воз-
действует на вкусовые центры рецептора. Сила этого воздей-
ствия зависит от взаимодействия гидрофобных групп, темпе-
ратуры, удаленности отдельных зарядов в молекуле, элек-
тронной плотности, величины константы Гаммета а и стер и-
ческих. эффектов. Перераспределение зарядов в нитроаиили-
нах происходит тогда, когда электронодонорная группа иахо-
Зависимость сладкого вкуса от химического строения вещества 19
а
Рис. 1.3. Предполагаемые конформации молекулы аспартама и активной
части вкусового рецептора согласно литературным данным.
о - из работы (411; б - из работы [39|.
дится в пара-положении к нитрогруппе или электроноакцеп-
торная группа находится в пара-положении к аминогруппе
(табл. 1.3).
1.2.3. Факторы, обусловливающие сладкий вкус
дипептидов
В работе (38] подробно изучено влияние природы и строения
заместителей в боковой цепи дипептидов на интенсивность
их сладкого вкуса. Высказано предположение [39], что груп-
па X, отвечающая за сладкий вкус эфиров дипептидов, свя-
зана с центром разветвленной боковой цепи, например в
аспартаме — это бензольное ядро. Показано [40,41], что чем
полнее соответствие между размерами и пространственным
строением молекул сладкого вещества и вкусовых рецепто-
ров, тем интенсивнее ощущение сладкого вкуса. Поэтому
форма условной «сладкой единицы» может использоваться
для определения конформации аспартама, хорошо адсорби-
руемого на поверхности рецептора (рис. 1.3, а). Полученная
таким образом информация указывает, что поверхность ре-
цептора соответствует определенным структурным элементам
молекул сладких веществ различных типов.. Это позволяет
прогнозировать структуру аналогов аспартама и других со-
единений, обладающих сладким вкусом.
В работе [39] уже другой конформер, аспартам а предло-
жен как модель поверхности вкусового рецептора. Структур-
20
Глава I
ные параметры этого конформера хорошо совпадали с вы-
численными расстояниями А,В,Х (рис. 1.3,6). В работе [42],
исходя из структуры наиболее сладких диэфиров а-ь-аспар-
тиламиномалоновой кислоты, предложены иные модели строе-
ния гидрофильной поверхности рецептора.
Расхождения данных, полученных в рассмотренных выше
работах, были обусловлены тем, что в их основе лежали рас-
четы статистических конформаций аспартама и не учитыва-
лись конформационные изменения, возникающие при адсорб-
ции на поверхности рецептора. Для получения более точных
данных необходимо непосредственное изучение строения комп-
лекса дипептидов с активными центрами рецептора.
1.2.4. АН, В в сахарах
Для объяснения и предсказания степени сладости различ-
ных сахаров широко использовали гипотезу Шелленбергера.
Этот подход был подтвержден химической модификацией
модельных молекул и оценкой вкусовых качеств полученных
веществ. Для этой цели использовали нетоксичные сахара.
(Химическая модификация, как правило, ограничивалась из-
менениями строения глюкопиранозидиых фрагментов моле-
кул [20].) Наилучшим модельным соединением для изучения
взаимосвязи сладкий вкус — строение оказалась а,а-трега-
лоза. Известно, что оба глюкопиранозидиых остатка нахо-
дятся в молекуле в наиболее устойчивой конформации 4Ci
(все гидроксильные группы экваториальны). Эксперименты
с трегалозой и родственными сахарами показали, что умень-
Рис. 1.4. Вкусовые характеристики дезокси-а-D-гексапиранозндов.
а - 2-деэокси-а-1>арабвиопираиоаид (R'-H, - сладкий (слабо-
горький): З-дезокси-а-О-рибогексопираноаид (R*—Н, R'-lf—R'—OH) - слабосладкий;
а-дезоксн-а-О-ксилогексопираиозид (R*—H, R’—R^R’—OH) - сладкий; б-дезокси-a-D-
глюкопираиозид (R'-H, R'—R’— R*—ОН) - сладкий (слабогорькна); б - 2,6-дидеаокси-
a-D-арабииогексопираиоаиД (R'"R'-H, R‘"R<—ОН) - несладкий (сильногорький); 3.6-
дидезокси-а-О-рибогексоииранози (R’-R'-H. R*— R1—ОН) - несладкий (сильиогорь-
кий); Л. б-дидезокси-а-О-ксилогексопираиозад (R*—R’—Н. R’—R1—ОН) - несладкий
(сильиогорьквй); 2.3-дидезокси-а-!>-глюкопираиоаяд (R'-R'-H. R<—R*»OH) - неслад-
кий (сильиогорькнй)
Зависимость сладкого вкуса от химического строения вещества 21
шение сладкого вкуса происходит при введении заместителей
только в положение 4 [43].
Для определения положения в молекуле элементов АН,В
последовательно замещали атомы кислорода и оценивали
вкус образующихся продуктов. Этот метод позволил полу-
чить важные сведения , о вкусовых характеристиках соответ-
ствующих производных а,а-трегалозы и а-о-глюкопиранозида.
В отличие от данных работы [43] в публикации [44] отме-
чалось, что только замещение кцслорода в положении 3 су-
щественно снижает сладость; так, ряд монодезоксисоедине-
ний обладал сладко-горьким вкусом. Кроме того, все дидез-
оксипроизводные метил-а-о-глюкопиранозида и тетрадезокси-
производные трегалозы проявляют горький вкус (рис. 1.4).
Поскольку 2,6-дидезоксисоединения отличаются по вкусовым
качествам от аналогичных монодезоксипроизводных, то вы-
сказано предположение, что они по-разному взаимодействуют
с рецептором.
Вкусовые характеристики монометнлпроизводных обоих
сахаров одинаковы независимо от того, в каком положении
находится СН8-группа — 2, 3, 4 или 6 [45]. В совокупности
эти результаты показывают, что положение 3 есть фрагмент
В системы Шелленбергера, гидроксильная группа при С-4 —
фрагмент АН, а ОН-группа прн атоме С-2 выполняет эту
роль крайне редко. Примечательно, что система АН,В в глю-
копиранозидах расположена в менее реакционноспособной
части молекулы [20] и никогда не соседствует с первичной
гидроксильной группой или аномерным центром.
Оказалось довольно трудным определить положение си-
стемы АН,В в молекулах сахаров, имеющих глюкопиранозид-
ные структурные фрагменты. По данным работ [45, 46] в мо-
лекуле фруктопиранозы система АН,В находится рядом с
1,2-дигидрокси-фрагментом (схема 1.3).
в-ъ-фруктапирансза w /-В -лра&йнслираюза
{интенсивный славкии вкус} {славкий вкус}
З-везскси-Ъ - фруктелираноза {славкий вкус}
Схема 1.3.
22
Глава 1
Несмотря на чрезвычайно широкое применение сахарозы,
исследований, объясняющих ее интенсивный сладкий вкус,
явно недостаточно. Чаще всего использовали обычный спо-
соб, включающий последовательное замещение гидроксиль-
ных групп. Таким путем были получены соответствующие ме--
тилпроизводные сахарозы [47] (разд. 2.1.2). Введение ме-
тильной группы в положение 6' практически не влияет на
интенсивность сладкого вкуса. Интенсивный сладкий вкус
4-Огметилсахарозы, вероятно, указывает на то, что экватори-
альная ОН-группа в положении 4 участвует в образовании
только межмолекулярной водородной связи. Пониженный
сладкий вкус галактосахарозы, по-видимому, объясняется тем,
что аксиальная гидроксильная группа в положении 4 экра-
нирована атомами кислорода пиранозного цикла.
Сладость К.б'-ди-О-метилсахарозы меньше, чем сладость
сахарозы. Из этих результатов следует, что сладкий вкус в
первую очередь определяется гидроксильной группой в поло-
жении 1'. Исследования кристаллической структуры моле-
кулы сахарозы показали, что прочные внутримолекулярные
водородные связи связывают оба цикла [48, 49].
Установлено [50, 51], что 1/,4,6,6'ьтетрахлоро-1',4,6,6'-тет-
радезоксигалактосахароза в 200 раз слаще сахарозы; это по-
служило толчком к синтезу, а также к изучению вкуса и
Таблица 1.4. Производные сахарозы и галактосахарозы,
обладающие сладким вкусом
Соединение Сладость
Сахароза * 1
Галактосахароза Несладкая
Г-Хлоро-Г-дезоксисахароза 20
4-Хлоро-4-дезоксисахароза 5
6-Хлоро-6-дезоксисахароза Горькая
б'-Хлоро-б'-дезоксисахароза 20
Г-4-Дихлоро-1',4-дидезоксигалактосахароза 600
1 '.б'-Дихлоро-1 ',6'-дидезоксисахароза 500
6,6'-Дихлоро-6,6'-дидезоксисахароза Несладкая
Г ,’4,б'-Трихлоро- Г, 4, б'-тридезоксига лактосахароза 2000
1 'Дб.б'-Тетрахлоро- Г,4,6,6'-тетрадезоксигалакто- 1000
сахароза ГДб.б'-Тетрахлоро- 1'4,6,6'-тетрадезоксисахароза 200
a Сладость 10%-ного раствора сахарозы принята за t.
Зависимость сладкого вкуса от химического строения вещества
23
Рис. 1.6. 1', 2,4-Глюкофор !', 4-дихлоро-1', 4-дидезоксигалактосахарозы (а)
и 1,2, б'-глюкофор Г, 6'-дихлоро-Г, б - дидезоксисахарозы (б).
строения различных производных хлородезоксисахарозы и
галактосахарозы.
Слабосладкнй вкус а, сс-трегалозы, метнл-сс-о-глюкоиира-
нозы и p-D-фруктофуранозы указывает на то, что сладость
сахарозы обусловлена комбинированным влиянием системы
АН,В,Х, которая присутствует в обеих структурных единицах
(глюкозовой и фруктозовой). Возрастание интенсивности
сладкого вкуса хлоропроизводных сахарозы н галактосаха-
розы было объяснено синергетическим действием двух глюко-
форовых систем АН,В,Х^
Из данных табл. 1.4 следует, что интенсивный сладкий
вкус обусловлен присутствием атома хлора в положении Г,
который участвует в образовании водородной связи с прото-
нодонорным центром рецептора (таким образом атом хлора
представляет собой фрагмент В). Экваториальная 2-гидро-
ксильная группа глюкопираиозида является AH-донором во-
дорода и координируется с протоноакцепториым участком ре-
цептора. Роль фрагмента X в трехточечной глюкофори'ой
единице выполняет аксиальная липофильная группа (Н или
С1) при атоме углерода С-4. Трехточечпой концепции Кнэра
[25] в молекуле Г,4-дихлоро-Г4-дидезоксигалактосахаразы
(рис. 1.5, а) соответствует глюкофор В= 1'-С1, АН = 2-ОН,
Х = 4-С1. Аналогично глюкофор (АН = 2-ОН, В=1'-С1,
Х = 6'-С1) объясняет высокую интенсивность сладкого вкуса
1',6'-дихлоро-1',6-дидезоксисахарозы (рис. 1.5,6). В общих
случаях расстояние между соответствующими группами в
молекулах приблизительно соответствует размерам треуголь-
ника Кнэра [25].
В наиболее сладком соединении этой серин—1',4,6'-три-
хлоро-1'4,6'-тридезоксигалактосахарозе — имеет место синер-
гетическое действие двух глюкофориых систем [52].
Из данных табл. 1.4 следует, что замещение в пиранозном
фрагменте гидроксильной группы в положении 6 на хлор сни-
24
Глава 1
жает интенсивность сладкого вкуса. Вероятно, причиной этого
является взаимодействие 6-CI с аксиальной группой X при
атоме С-4, что затрудняет внутреннее вращение и не позво-
ляет 2-ОН-группе эффективно связываться с соответствую-
щим центром рецептора.
1.2.5. Взаимосвязь между сладким
и горьким вкусом
Известно, что сладкое и горькое вкусовые ощущения слабо
связаны между собой. Показано [53], что их появление опре-
деляется стереохимией молекул вещества, вызывающего вкус.
Сладкие вещества относительно легко трансформировать в
соединение, обладающее горьким вкусом. Установлено [20],
что в глюкопираиозидах положения 1, 2, 6 и атом кислорода
пиранозного цикла не связаны с появлением сладкого вкуса.
Было высказано предположение, что каждый элемент моле-
кулы сахаров может влиять на характер вкусового ощуще-
ния. Возможно, существует определенная зависимость между
положением сладких и горьких центров в молекулах рецеп-
торов, поскольку число простых веществ, обладающих слад-
ким и горьким вкусом, ограниченно. Возможно, что одни мо-
лекулы адсорбируются на сладких, а другие — на горьких
центрах рецепторов, но не исключено, что каждая молекула
одновременно адсорбируется на центрах всех типов. Если ис-
ходить из последнего предположения, то во вкусовых рецеп-
торах должны быть сладкие и горькие зоны. Подтвержде-
нием этого служат данные о строении сладко-горьких саха-
ров, в частности метил-а-о-маннопиранозида.
Если молекулы избирательно адсорбируются на активном
центре рецептора, то насыщение сладких центров концентри-
рованными растворами сахаров или горьких центров креп-
кими растворами хининов приведет к тому, что вкус после-
дующих порций этих веществ изменится. Ощущение горького
вкуса a-D-маннопираиозида, как было показано в работе [54],
уменьшается после насыщения рецептора языка сахарозой.
Аналогично снижается сладкий вкус, если предварительно
рецепторы были насыщены хинином. Следовательно, адсорб-
ция молекул этого соединения происходит одновременно на
сладких и горьких центрах рецептора.
сланная
часть
В- маннопиоаназиИ
горькая
часть
Зависимость сладкого вкуса от химического строения вещества S5
Следовательно, центры рецепторов, отвечающие за возник-
новение сладкого и горького вкуса, должны быть располо-
жены на расстоянии не более 0,3—0,4 нм друг от друга. Этих
результатов совершенно недостаточно для установления де-
тального строения активных центров рецепторов, но на их
основе могут быть сформулированы методические принципы
получения и предсказания активности молекул сладких ве-
ществ [20].
1.2.6. Количественная оценка сладкого вкуса
В настоящее время не существует объективных инструмен-
тальных методов измерения и оценки «степени сладости», по-
этому сладкий вкус препаратов количествеиио оценивают спе-
циальные комиссии экспертов. В будущем, очевидно, биохи-
мические эксперименты с соответствующими белками рецеп-
торов, выделенными из живых организмов, позволят разра-
ботать объективные критерии оценки сладкого вкуса. В ча-
стности, определенных успехов в этой области добились
Эдвардсон и Хог [55].
Известен ряд методов, позволяющих по вкусовым ощуще-
ниям определить интенсивность сладкого вкуса [20]. Не-
смотря на некоторые различия, эти методы позволяют полу-
чать сопоставимые и высокопроизводимые результаты. Коли-
чественная оценка сладкого вкуса препарата по сравнению
с сахарозой естественно осуществляется с учетом молярной
концентрации исследуемого вещества.
Определение интенсивности сладкого вкуса близких по
структуре веществ позволяет судить о характере взаимодей-,
ствия молекул с рецепторами. Поскольку сс.сс-трегалоза и
метил-сс-о-глюкопираиозид имеют одинаково сладкий вкус
[56], следовательно, только одна часть молекулы дисаха-
рида взаимодействует с рецептором. Результаты определе-
ния сладкого вкуса мальтодекстринов и гидрогеиных глюко-
зидов подтвердили справедливость этого вывода [57—59].
В ряде работ [60—62] подробно исследовались синтети-
ческие вещества, в 100 и 1000 раз более сладкие, чем саха-
роза. Количественная оценка была получена сопоставлением
вкусов разбавлеиных растворов со средами, содержащими
сахарозу в высокой концентрации. Остается до конца не вы-
ясненным, одни н те же рецепторы отвечают за появление
вкусовых ощущений у природных и синтетических сладких
веществ или действие последних происходит по принципиаль-
но иному механизму. Некоторые психофизиологические дан-
ные [20] указывают на существование нескольких, различ>
Глава 1
иых по природе сладких рецепторных зои. Однако из данных
работ [6Q—62] следует, что существует общий единый ре-
цепторный центр. В целом общепринятой является система
Шеллеибергера АН,В, подробно рассмотренная выше.
1.3. ВЗАИМОСВЯЗЬ основных типов
ВКУСОВЫХ ОЩУЩЕНИЯ
Хорошо известно о существовании взаимного влияния основ-
ных типов вкусовых ощущений. Подробное изучение соеди-
нений со смешанным вкусом показало, что сладкссть умень-
шает горечь и наоборот [63]. Однако если вкусовые ощуще-
ния следуют одно за другим, то, возможно, что после слад-
кого вещества восприятие горького вкуса усиливается [64].
Общий эффект, очевидно, зависит от того, какое из воздей-
ствий является доминирующим [20]. Интенсивность основ-
ного вкуса определяется главным образом концентрацией со-
ответствующего компонента. Разработаны методы модифика-
ции вкусовых ощущений при использовании многокомпонент-
ных систем.
Подробное изучение факторов, определяющих характер и
интенсивность вкусовых ощущений, позволяет реализовать на
практике технологические процессы получения продуктов с
заранее заданными вкусовыми свойствами [20].
14. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Прогресс в объяснении возиикиовеиия сладкого вкуса на мо-
лекулярном уровне связан с использованием гипотезы Шел-
ленбергера. Дальнейший прогресс в объяснении и предсказа-
нии появления сладкого вкуса у химических веществ требует
объединения химического и биологического подходов, нбо
невозможно ограничиваться и опираться только на сенсорные,
субъективные ощущения и тесты [65]. Актуальной задачей
исследований в этой области является разработка общей тео-
рии возникновения вкусовых ощущений, что позволит пред-
сказать структуру сладких веществ и будет способствовать
созданию эффективных препаратов, не угрожающих здоровью
человека.
Зависимость сладкого вкуса от химического строения вещества 27
Литература
1. Певзнер П. А. — В сб.: Сенсорные системы.— М.: Наука, 1978, с. 115.
2. Kurihara К., Beidler L. М„ Nature, 222, 1176 (1969).
3. Вратуш Т. Н., Козлова М. В., Лебедева В. А. — В сб.: Сенсорные
системы. — М.г Наука, 1978, с. 138.
4. Dastoli F. R., Price S., Science, 154, 905 (1966).
5. Beidler L. M., J. Gen. Physiol., 38, 133 (1954).
6. Beidler L. M., J. Food Sci., 31, 271 (1966).
7. Beidler L. M., Adv. Chem., Ser. 56, I (1966).
8. Cagan R. H„ Biochem. Biophys. Acta, 252, 199 (1971).
9. Birch G. G., Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 8, 57—95 (1976)-
10. Oertly E., Myers R. G.. J. Amer. Chem. Soc.. 41, 855 (1919).
II. Cohn G., Pharm. Zentraihaile, 55, 735 (1914)-
12. Steinhardt R. G., Calcin A. D., Dodd E. A., Science, 135, 367 (1962).
13. Verkade P. E. On Organic Compounds with a Sweet and/or a Bitter
l Taste, Fannaco Ed. Sci., 23, 3, 248 (1968).
14. Shallenberger R. S., J. Food Sci., 28, 584 (1963).
15. Shallenberger R. S., Agric. Sci. Rev., 2, II (1964).
16. Shallenberger R. S., New Scientist, 407. № 3, 569 (1964).
17. Shallenberger R. S., Acree T. E„ Guild W- E„ J. Food Sci., 30, 560
(1965).
18. Shallenberger R. S., Acree T. E., Nature, 216, 480 (1967).
19. Shallenberger R. S., Acree T. E., J. Agric. Food Chem., 17, 701 (1969).
20. Birch G. G., Lee С. K-, Dev. Sweeteners, 1, 165 (1979). [Chem. Abstr.,
92, 52659 (1980)].
21. Shallenberger R. S.. Acree T. E., Nature, 221, 555 (1969)-
22. Solms J., J. Agric. Food Chem., 17, 686 (1969).
23. Belilz H. D., Wieser H., Z. Lebensm. linters. Forsch., BI60, 251 (1976).
24. Wieser H., J и gel H., Belilz H. D., Z. Lebensm. Unters. Forsch., BI64,
277 (1977).
25. Kier L. B„ J. Pharm. Sci. 61, 1394 (1972).
26. Shallenberger R. S., In: Sensory properties of foods. Eds.: Birch G. G„
Brennan J. G., Parker K. S., Appl. Sci. Publ. Ltd., London, 91—100
(1977).
27. Shallenberger R. S., Lindley M. G., Food Chem., 2, 145 (1977).
28. Holtje H. D., Kier L. B., Pharm. Sci., 211, 75 (1966)
29. Shallenberger R. S., Food TechnoL, 34, 65 (1980).
30. Ferguson L. N., Liwrence A. R., J. Chem. Ed., 35, 436 (1958).
31. Lawrence A. R., Ferguson L. N„ Nature, 183, 1469 (1959).
32. Barnes C. L, Ferguson L. N., Nature, 186, 617 (I960).
33. Lawrence A. R., Ferguson L. N„ J. Org. Chem., 25, 1220 (1960).
34. Ferguson L. N., Childers L. G„ J. Org. Chem., 25, 1921 (I960).
35. Deutsch E. W„ Hansch C„ Nature, 211, 75 (1966).
36. Hansch C„ Steward A. R., Iwasa Mol. Pharm., 1965, I.
37. Blanksma J. J., Hoegen D., Rec. Trav. Chim., 65, 333 (1946).
38. Павлова Л. А., Комарова T. В., Давидович Ю. А., Рогозин С. B. —
Усп. химии, 1981, 4, c. 590—605.
39. Heijden A., Brussel L. В. P., Peer H. G., Food. Chem., 3, 207 (1978).
40. Lelj F., Tancredi T., Temussi P. A., Toniolo C., J. Amer. Chem. Soc.,
98, 6669 (1976).
41. Temussi P. A., Lelj F., Tancredi T., J. Med. Chem., 21, 1154 (1978).
42. Fujino M., Wakimasu M., Mano M., Tanaka K., Nakajima N., Aoki H.,
Chem. Pharm. Bull. (Tokyo), 24, 2112 (1976).
43. Birch G. G., Lee С. K., Rolfe E. J., J. Sci. Food Agric., 21, 650 (1970),
44. Birch G. G., Lee С. K., J. Food Sci., 39, 947 (1974).
28
Глава 1
45. Lindley М. О., Birch G, G., I. Sci. Food Agric., 26, 117 (1975).
46. Lindley M. G., Birch G. G., Khan R., J. Sci. Food Agric., 27, 140 (1976).
47. Lindley M. G., Birch G. G., Khan R., Carbohydr- Res., 43, 140 (1976).
48. Brown G. M„ Levy H. A., Science, 141, 921 (1963).
49. Brown G. At., Levy H. A., Acta Crystalogr., Sect. 13, 29, 790 (1973)-
50. Hough L„ Phadnis S. P., Nature, 263, 800 (1976).
51. Hough L„ Khan R., Trends in Biochem. Sci., 3, 61 (1978).
52. Khan R., Sugar Science and Technology, Eds.: Bircn G. G., Parker К. I.
Appl. Sci. Publis. Ltd., London, 181—208 (1979).
53. Birch G. G„ Lee С. K., J. Food Sci., 41, 1403 (1976).
54. Birch G- G., Mylvaganam A. R., Nature, 260, 632 (1976).
55. Edwardson J. A., Hough С. A. M., Nature, 271, 381 (1978).
56. Birch G. G„ Cowell N. D„ Eyion D„ Food Technol., 5, 277 (1970).
57. Kearsley At. IF., Birch G. G., Dziedzic S„ Lebensmit. Wiss, u Technol.,
11, 23 (1978).
58. Birch G. G„ Kearsley At. W., Die Starke, 29, 348—352 (1977).
59. Kearsley At. W„ Birch G. G., Die Starke, 29, 425 (1977).
60. Dubois G. E., Crosby G. <4., Stephenson R. A., Wingard R. E., Jr., J.
Agric Food Chem., 25, 763—772 (1977).
61. Kamiya S., Esaki S„ Konishi F., Agric. Biol. Chem., 40, 1731—1741
(1976);
62. Crammer B., Ikan R., Chem. Soc. Rev., 6, 431 (1977).
63. Birch G. G„ Cowell N. D., Young R. H„ J. Sci. Food Agric., 23, 1207
(1972).
64. McBurney D. A., Bartoshuk L. M., Physical Behav., 10, 1101 (1973).
65. Bldha K., Glanzovd J., PospiSek J., Chem. Listy, 73, 689—709 (1979).
i
2
Природные сладкие вещества
Мед, соки плодов и растений являются, очевидно, древней-
шими природными сладкими веществами. /Наибольшее рас-
пространение в настоящее время получила сахароза, выра-
батываемая из сахарного тростника, родиной которого был
Индостан. Первые сведения о сахарном/тростнике связаны
с походом в Индию Александра Македонского в 327 г. до н. э.
(в хрониках отмечалось, что в Индии произрастало расте-
ние, из которого получали мед без помощи пчел и изготавли-
вали сладкие напитки). В VIII в. попытки выращивать сахар-
ный тростник в Европе закончились неудачей. Производство
сахара из березового, морковного и других соков растений
было очень дорого и не удовлетворяло все возрастающих
потребностей. Поэтому вплоть до XIX в. сахар считался де-
ликатесом и потребность в нем постоянно возрастала так же,
как спрос на чай, кофе и какао.
В XVIII в. Марграфф получил сахар из сахарной свеклы,
а егоученик Архард сумел вывести сорт с высоким содержа-
нием сахара, что позволило перейти к промышленному про-
изводству сахара из сахарной свеклы. Толчком к развитию
производства сахара в Европе послужила английская бло-
када Франции во время наполеоновских войн. Это обстоя-
тельство вынудило Наполеона в 1806 г. опубликовать декрет,
призывающий французских крестьян выращивать сахарную
свеклу. В результате уже к середине XIX в. ежегодное про-
изводство сахара в Европе приближалось к 50000 т.
К этому времени сложилось представление, что саха-
роза — это единственное природное безвредное сладкое веще-
ство. Она служила стандартом сладкого вкуса.
В данной главе расматрнваются некоторые реакции и
свойства моносахаридов, и в частности сахарозы. Особое
внимание уделено синтезу хлоропронзводных сахарозы, отли-
чающихся интенсивным сладким вкусом.
2.1. САХАРИДЫ
Наиболее распространенное природное сладкое вещество —
сахароза — относится к классу сахаридов. Сахариды, нлн
глициды, являются составной частью растений н клеток жн-
3 Зак. 72»
30
Глава 2
вых организмов. В последних они служат источником хими-
ческой энергии и составляют основу соединительных тканей.
Традиционные сахариды подразделяют на полигидрокси-
альдегиды н полигидроксикетоны. Эта классификация, осно-
ванная на различном строении основной функциональной
группы в принципе неприемлема, поскольку, как правило,
молекулы находятся в циклической, полуацетальной и аце-
тальиой формах.
Более полной и правильной классификацией является раз-
деление сахаридов иа моно-, ди- и полисахариды. Простей-
шие сахариды (моносахариды)—это такие вещества, кото-
рые невозможно расщепить гидролизом на составные части.
Сахара, в молекулах которых содержатся от 2 до 10 моноса-
харидных фрагментов, называются олигосахаридами. И нако-
нец, полисахариды — это соединения с большим молекуляр-
ным весом, содержащие десятки и сотни моносвхаридных
звеньев (схема 2.1).
►— альдотетрозы
альдозы-----альдолютозы
— альдоземсозы
— моносахариды —
— кетозы
— кетотетрозы
-----хетолентозы
—кетоюксозы
Сахариды—
— олигосахариды
— ди сахариды
—трисахариды
—тетра-и декасахоридЫ
— полисахариды
Схема 2.!.
Известно, что в наиболее чистом виде сахара содержатся
в пчелином меде [1, 2]. Первое индивидуальное природное
соединение класса сахаров — глюкоза — была выделена Мар-
граффом [3] из изюма, Ловитцом [4] из меда, Прустом
[5,6] из вина и Кирхгофом 17, 8] из крахмала. Термин
«глюкоза* предложил Дюма [9], а Кекуле [10] назвал это
соединение декстрозой. Фишер использовал название «глю-
коза», и оио стало общепринятым. Другой моносахарид, вы-
деленный из кристаллов меда [11,12], оказался левовра-
щающей глюкозой 13] и получил наименование левоглюкоза
[14]. Однако Фишер переименовал его во фруктозу и это
Природные сладкне вещества
31
название используется в настоящее время. Дисахаридами
являются мальтоза и сахароза. Так, при гидролизе последней
образуются глюкоза и фруктоза. Крахмал и целлюлоза отно-
сятся к классу полисахаридов.
2.1.1. Моносахариды
Моносахариды, содержащие альдегидную группу, называются
альдозами. В зависимости от числа атомов углерода в моле-
куле различают триозы, тетрозы, пеитозы и гексозы. Моноса-
хариды, содержащие кетогруппу, носят общее наименование
кетозы (кетопентоза, кетогексоза и др). При восстановле-
нии альдоз и кетоз образуются соответствующие многоатом-
ные спирты. Согласно номенклатуре, названия этих полиок-
сисоединений образуются заменой окончания «оза» в назва-
нии моносахарида на <нт», например, маннит, арабит и др.
Гомологический ряд моносахаридов. Простейшими моно-
сахаридами являются глицериновый альдегид (альдотриоза)
и гидроксиацетон (кетотриоза). Из этих двух соединений
только глицериновый альдегид содержит хиральный атом
углерода.
СН~О
СН—ОН
I
СН2ОН
глицериновый альдегид,
2,3-двгидропропаналь
СН,—ОН
с=о
СН2ОН
д и гидрокси ацетон,
1,3-дигидроксипропаиои
По этой причине для глицеринового альдегида возможны
две энантиомерные формы:
СН=О СН=О
Н—(t—он но—с—н
(^н,—ОН (!:н2он
О-(+)-глицерииовый альдегид ь-(+)-глнцерииовый альдегид
D- и ь-Глицериновые альдегиды являются первыми члена-
ми гомологических рядов моносахаридов. Следующий член
ряда альдоз — тетрозу — можно получить из D-глицеринового
альдегида последовательным присоединением к нему циано-
водорода, омылением иитрильиой группы и восстановлением
карбоксильного фрагмента в альдегидный. В результате
альдегидная группа глицеринового альдегида превращается
в спиртовую, что приводит к появлению нового хирального
центра; в результате существуют два изомера тетрозы —
треоза и эритроза, отличающиеся конфигурацией у С-2. Аль-
дозы, различающиеся конфигурацией С-2, принято назы-
вать эпимерами [16].
3*
32
Глава 2
Моносахариды, в которых конфигурация асимметриче-
ского атома углерода, наиболее удаленного от карбониль-
ной группы, совпадает с конфигурацией D-глицерииового аль-
дегида, относятся к D-ряду. Если конфигурация у этого асим-
метрического атома совпадает с конфигурацией ь-глицери-
иового альдегида, то эти моносахариды относятся к ь-ряду
С—ОН НО—А
СН2ОН CHSOH
D-ряд ь-ряд
Обозначения d и l только отражают связь конфигурации
соответствующих центров моносахарида и глицеринового аль-
дегида, ио не соответствуют направлению вращения. Так,
большинство пентоз D-ряда являются левовращающими изо-
мерами.
Метод перехода к D-альдозам (ь-альдозам) в общем ана-
логичен рассмотренному выше [17, 18]. Таким же образом
из дигидроксиацетоиа получаются соединения гомологиче-
ского ряда кетоз. Вполне очевидно, что число оптически не-
активных кетоз приблизительно в 2 раза меньше, чем соот-
ветствующих альдоз.
Строение моносахаридов *. Обычно моносахариды изобра-
жают с помощью проекций Фишера [19—21]. Нецикличе-
ские формулы Фишера удобны при рассмотрении многих ре-
акций моносахаридов. Однако, как известно [22—24], неко-
торые превращения, типичные для альдегидов и кетонов, для
моносахаридов нехарактерны. Особенности реакционной спо-
собности альдегидной группы альдоз объяснил Толлеис [25],
который предположил, что молекулы имеют циклическую
структуру. Окончательные доказательства циклического
строения были представлены Хеуорсом [26]. При переводе
проекций Фишера в структуры Хеуорса порядок заместите-
лей п конфигурация асимметрических центров не меняются.
сн-о и—d------1
н-с—он И—С—ОН ClhOII
НО—С— Н по-Д—н о М/Н Чн
Н-С-ОН н-с-он ||<У] рп
Н-^-ОН 11-6---------- нбн
СНгОН СНгОН
i-iMwja. ъ-глюкалирамгза. глюнзпираноза
* Интересующиеся пространственным строением сахаров найдут ис-
черпывающие сведения в книге: Стоддарт Дж. Стереохимия углеводов.
Пер. с англ. — М.; Мир, 1975. — Прим, перед.
Природные сладкие вещества
33
В циклических формулах появляется новый асимметриче-
ский атом углерода С-1 и, следовательно, для каждого мо-
носахарида существует два изомера. Эти изомеры назы-
ваются аномерами и обозначаются буквами а н 0, а атом
С-1 называют аномерным атомом углерода. В соответствии
с циклическими формулами моносахариды представляют со-
бой гетероциклические соединения (схема 2.2),
-В-(+)- мтатцхвюза
Схема 2.2-
Две аномерные глюкозы в зависимости от положения ОН-
группы, связанной с аномерным углеродом, обозначаются как
а- и 0-аиомеры. В циклической структуре d-'глюкозы (d-moho-
сахарнда) а-аиомер изображается с ОН-группой, напра-
вленной вниз, а 0-аномер — сОН-группой, направленной
вверх.
Конформации моносахаридов. Основные положения кон-
формационного анализа, сформулированные при рассмотре-
нии циклогексана и его производных, были использованы
при изучении пиранового кольца моносахаридов [27]. По
данным Ривза [28, 29], энергетически наиболее выгодной
является конформация кресла. Аномерные d-глюкозы обычно
изображают следующим образом:
»»(+)- UKHMiwaiwja
84
Глава 2
Все объемистые заместители (ОН, СНгОН) в В-изомере на-
ходятся в экваториальном положении. В а-аиомере
группа ОН при С-1 находится в аксиальном поло-
жении.
Ривз доказал, что существуют две креслообразные кон»'
формации пиранового цикла, которые ои назвал С1 и ICt
cic*Ci) icCco
Конформация С1(4С|) присуща в основном молекулам альдо-
пеитоз и альдогексоз э-ряда; другая конформация ICCC4)}
является преобладающей для молекул ь-ряда. При измене-
нии конформации цикла С1 иа 1С экваториальные замести-
тели занимают аксиальные положения и наоборот. Ривз
[30—34] рассмотрел три основных фактора, определяющие
конформацию пиранового цикла:
1. Заместители в аксиальном положении дестабилизируют
молекулу.
2. Наибольшее влияние оказывает аксиальная ОН-груп-
па при С-2 в конформации, где связь между атомами угле-
рода С-2 и кислородом как бы делит пополам валентный
угол связей, идущих от С-1 к двум атомам кислорода. При
этом три атома кислорода расположены весьма близко, что
крайне невыгодно (см. ниже эффект Ривза, аиомериый эф-
фект).
3. Конформация, в которой группа СНгОН при С-5 нахо-
дился по соседству с аксиальной гидроксильной группой при
С-4, энергетически не выгодна.
Мутаротации и образование гликозидов. Аномеры d-глю-
козы, различающиеся направлением оптического вращения,
выделяют кристаллизацией из водных растворов при раз-
личных температурах. В водных растворах устанавливается
равновесие между а- и p-аиомериыми формами. Так, [<х] d
водного раствора a-D-(-j-)-глюкозы (т. пл. 146°C) посте-
пенно изменяется от 4-112 до 4-52,7°, а раствора P-d-(4-)-
глюкозы (т. пл. 150 °C) соответственно возрастает от 4-19
до 4-52,7°. Этот процесс называется мутаротацией и характе-
рен для всех моносахаридов. В основе мутаротации лежит
равновесный переход a-форма p-форма с промежуточным
Природные сладкие вещества
Эб
образованием нециклических
(альдегидных) структур:
Л-ЛЧ+) *гтомтцмшвза
В равновесном состоянии содержание а-аномера d-глюкозы
составляет 36 %, 0-аномера — 64%. В 0-аиомере все объеми-
стые заместители находятся в экваториальных положениях,
что делает его энергетически предпочтительным. Однако
0-аномеры пиранозы далеко не всегда наиболее стабильны;
например, в растворе D-маииозы основным компонентом яв-
ляется а-аномер. Это связано с дестабилизирующим взаимо-
действием в 0-аномере экваториальных гидроксильных групп
и атома кислорода цикла, тогда как в «-аномере достигается
максимальное разделение микродиполей.
а-ъ-наннмиранрза
{ЗраЛнсйееии. 69%)
Аномерный эффект проявляется главным образом тогда,
когда гидроксильная группа при атоме углерода С-1 заме-
щена на группы СН3О или СН8СОО. В таких системах на-
блюдается преимущественно а-эффект.
Эпимеризация. Эпимеризация, т. е. изменение положения
гидроксильной группы при С-2, происходит при нагревании
лактонов альдоновых кислот с третичными аминами, чаще
всего пиридином. Эту реакцию впервые описал Фишер [35,
36]. Билик [37] установил, что при эпимеризации эритрозы
И треозы возникает смесь двух тетроз в соотношении 3:4, из
L-арабинозы образуется ь-рибоза, a d- и l-ксилоэы дают
ь-ликсозу [38]. Показано также, что в присутствии иоиов мо-
либдена протекает равновесная эпимеризация D-фруктозы,
D-сорбозы, D-тагатозы н d-псикозы [39].
Некоторые важнейшие моносахариды. Моносахариды пред-
ставляют собой бесцветные вещества, хорошо растворяю-
щиеся в воде, низших спиртах, уксусной кислоте и пиридине.
Зв
Глава 2
Эти растворители широко используются для перекристалли-
зации моносахаридов. Большинство моносахаридов выделяют
в виде кристаллов, некоторые существуют только в виде кон-
центрированных растворов (сиропов). К числу важнейших
пентоз, являющихся составной частью природных .полисаха-.
ридов (пентозанов), относятся a-D-арабинопираноза, cc-d-kch-
лопираноза, a-D-рибофураноза.
a-в- ара&нвпиронрза
чл-нситтираноза
ъъ-ри&ярураноза
Среди них наибольшее значение имеет D-рибофураноза
[40]. Она входит в состав нуклеиновых кислот, витаминов и
ферментов. Это соединение получают гидролизом природных
веществ, в частности нуклеиновых кислот [41, 42]. ь-Араби-
ноза [43] содержится в вишневом масле, из которого полу-
чается гидролизом [44]. D-Ксилоза представляет собой про-
дукт кислотного гидролиза ксиланов [45] и выделяется кри-
сталлизацией из этанола в виде a-аномера с т. пл. 145 °C.
Гексозы представляют собой наиболее распространенные
моносахариды:
и-ъ-маююпиронрза а-ъ-горалтагшранрза
D-Глюкопираноза является составной частью большого
числа природных веществ. Как правило, ее получают гидро-
лизом крахмала или сахарозы в присутствии разбавленной
соляной кислоты. Выделены и описаны оба ее аномера.
Природные сладкие вещества 37
p-Аномер получают кристаллизацией из горячего этанола или
воды [46—48], при этом образуются бесцветные безводные
кристаллы [49] с т. пл. 146 °C или кристаллы моногидрата
с т. пл. 83 °C [50]. Кристаллизацией из разбавленной уксус-
ной кислоты или пиридина выделяют бесцветные кристаллы
а-аномера с т. пл. 148—155 °C.
D-Манноза входит в состав ряда полисахаридов и при
кристаллизации выделяется в форме обоих антиподов. <x-d-
Манноза имеет температуру плавления 133 °C. Для выделе-
ния p-аномера используют кристаллизацию из ледяной уксус-
ной кислоты.
D-Галактоза представляет собой мономерное звено лак-
тозы (молочного сахара).
L-Сорбозу получают микробиологическим окислением сор-
бита [53] и кристаллизуют из этанола [52]; температура
плавления о-сорбозы 164 °C.
D-Фруктоза входит в состав дисахарида сахарозы; в рас-
творе она может присутствовать в обеих формах, но в кри-
сталлическом состоянии существует только p-D-фруктопира-
ноза.
D-Фруктозу получают гидролизом крахмала и выделяют
кристаллизацией из воды или спирта [53].
2.1.2. Дисахариды
Дисахариды подразделяются на восстанавливающие и ие-
восстаи авл ива ющие.
Восстанавливающие дисахариды. Восстанавливающие ди-
сахариды представляют собой в основном О-замещеииые мо-
носахариды. Из двух молекул одного и того же моносаха-
рида теоретически можно получить большое количество вос-
станавливающих дисахаридов, поскольку в гликозидной связи
моносахаридов может участвовать любая гидроксильная
группа (за исключением ОН-группы при С-1) и гликозидная
связь может быть либо а, либо 0; при этом моно-
сахариды могут существовать в форме фуранозы или
пиранозы.
38
Глава 2
Название дисахарида строится следующим образом: к на-
званию моносахарида, в котором сохранилась восстанавли-
вающая функция, прибавляют название заместителя и указы-
вают соответствующую аномерную конфигурацию. При этом
указывается, к какому классу — пиранозам или фуранозам —
относится данный дисахарид [54]. Однако большинство ди-
сахарндов имеет тривиальные названия.
Мальтоза образуется при ферментативном гидролизе
крахмала [55, 56]. Кислотный гидролиз мальтозы приводит
к двум молекулам о-(4-)-глюкозы.
Целлобиоза [57,58] образуется при неполном гидролизе
целлюлозы. Как и мальтоза, она представляет собой восста-
навливающий дисахарид, кислотный гидролиз которого дает
две молекулы d-глюкозы. Ферментативный гидролиз под дей-
ствием р-глюкозидазы также приводит к глюкозе.
/-аномер малыпозы
•глюколиранозилу-/-^ =глнмолираноза
£-аномер иеллобиозы
-л - ел/онопиранозил') -р-ъ -глюкопираноза
В молекулах мальтозы и целлобиозы два фрагмента
d-глюкозы соединены соответственно а- и р-глюкозидными
связями, в которых участвует атом углерода в положении 1
первой молекулы и атом углерода в положении 4 второй мо-
лекулы.
Природные сладкие вещества
39
Лактоза [59, 60] присутствует в молоке практически всех
млекопитающих. В результате ее гидролиза образуются глю-
коза и галактоза.
J3 - аномер лактазы
4 -Ш -в - галантапараназил)-р -л - злюнопираноза
Невосстанавливающие дисахариды. Присоединение одной
молекулы моносахарида к другой, сопровождающееся выде-
лением молекулы воды и образованием гликозидной связи
с участием атомов углерода С-1, приводит к иевосстаиавли-
вающим сахаридам. В этих соединениях отсутствует полу-
ацетальная гидроксильная группа.
Самым распространенным невосстанавливающим дисаха-
ридом является сахароза (а-о-глюкопиранозил-р-фруктофурано-
зид)—тростниковый и свекловичный сахар.
На рисунке условно пронумерованы атомы углерода глю-
козы и фруктозы, причем последние обозначены цифрами со
штрихом. Химическое строение сахарозы было доказано фер-
ментативным [61—63] и встречным синтезом [64—67], рент-
геноструктурными исследованиями [68, 69] и данными ЯМР-
спектроскопни [70].
Браун и Леви [71] показали, что в кристаллах безводной
сахарозы семь гидроксильных групп участвует в образова-
40
Глава 2
пии водородных связей, две из которых внутримолекулярные
(О-2--Н—0-1'—Н—0-6').
Гидроксильная группа при С-4 участвует в слабом меж-
молекулярном взаимодействии с атомами кислорода соседней
молекулы.
Описаны синтезы метиловых эфиров сахарозы с участием
диметилсульфата, и гидроксида натрия [72, 73], метилиодида,
оксида серебра в ацетоне [76],' гидроксида натрия и метил-
иодида в диметилформамиде [73], диазометана и диэфи-
рата бортрифторида [74, 75]. Последний способ особенно
удобен при метилировании частично этерифицированной са-
харозы, поскольку ие вызывает миграции сложноэфирных
групп. Метиловые эфиры сахарозы используются при изуче-
нии зависимости физиологического действия от строения
[75].
Среди других производных сахарозы наибольшее значе-
ние имеют хлоропроизводные [77—79].
Описано [80] получение 6,6'-дихлоро-6,6'-дидезоксисаха-
розы (а) действием на сахарозу сульфурилхлорида в смеси
пиридина с хлороформом при температуре от —70 до
4-35 °C. Повышение температуры приводит к замене иа хлор
гидроксильных групп при С-4, С-6 и С-6', в результате чего
образуется 4,6,6'-трихлоро‘4,6,6'-тридезоксигалактосахароза
(б).
^-о-фруктофуранозил-а-о-галактопиранозид (галактосаха-
роза). Ферментативное расщепление рафинозы, являющейся
донором D-фруктозильного остатка D-галактозы, приводит к
Природные сладкие вещества
41
образованию галактосахарозы [81]. Синтез этого дисахарида
впервые был проведен Каком [82] в 1972 г.
галактосатароза
Результаты спектрального изучения молекулярной струк-
туры сахарозы. Общим и наиболее широко используемым ме-
тодом определения типа и положения заместителей, а также
конформации производных сахарозы является ЯМР-спектро-
скопия [83, 84]. В ПМР-спектре октаацетата сахарозы кон-
станты спин-спинового взаимодействия протонов а-о-глюко-
пнранозного фрагмента (71,2 = 3,7; /2.3=10,5; /зл=9,5;
Jt,5 = 9,7 Гц) подтверждают ‘Сркоиформацию цикла [85,86].
Соответственно константы протонов 0-в-фруктофуранозного
фрагмента (Jy, <-= 5,5; ,v = 5,1 Гц) согласуются с конфор-
мацией, в которой атомы С-2, С-3, С-5 и 0-5 лежат в одной
плоскости, а атом углерода С-4 выведен из этой плоскости.
В последние годы для получения позиционной и простран-
ственной изомерии сахаров и их производных широко ис-
пользуется 13С-ЯМР-спектроскопия [87—92]. Болл и сотр.
установили [92], что при тознлировании сигнал атома угле-
рода, связанного с этой группой, сдвигается на ~5 м. д. в
слабое поле, а сигналы 0-атомов углерода сдвигаются в силь-
ное поле на 2—3 м. д. Эти результаты позволили идентифи-
цировать побочный продукт тозилирования — 2,6,6'-три-О-ме-
тилсульфонилсахарозу. Полученные данные используются
при определении строения сложных производных сахарозы.
Для установления структуры некоторых производных са-
харозы широко используются методы масс-спектрометрии.
Как правило, в масс-спектрах отсутствуют пики, соответ-
ствующие молекулярным ионам, поскольку слабая глико-
зидная связь очень легко расщепляется, в результате обра-
зуются два катиона — гексопнранозильный (GI+) и кетофура-
нозильный (Fr+). Далее эти катионы распадаются незави-
симо [93, 94]; наиболее подробная и полная, схема масс-
спектральиого распада дисахаридов была установлена Ко-
четковым [93]. Поскольку в масс-спектрах интенсивность
пика катиона Fr+ выше, чем катиона GI+ [94, 95], то оче-
видно, что положительный заряд в основном делокализуется
на четвертичном атоме углерода [96].
42
Глава 2
2.1.3. Сладкие вещества из группы сахаридов
Проводились исследования [97—99], целью которых была
замена сахарозы другими природными веществами со слад-
ким вкусом.
В разд. 2.1.1 уже отмечалось, что из альдогексоз важней-
шей является D-глюкоза.Глюкоза используется в лечебном и
детском пнтаннн, при нзготовленнн безалкагольных напит-
ков, шоколада, входит в состав лекарственных препаратов,
целебных масел, физиологических растворов и т. д.
Из кетогексоз наибольшее значение имеет D-фруктоза, ко-
торая широко используется в лечебном пнтаннн, поскольку
для ее расщепления не требуется инсулин. В живом орга-
низме фруктоза быстро усваивается и на ее основе печень
вырабатывает гликоген. о-Фруктоза очень хорошо растворима
в воде, прекрасно поглощает влагу н ее растворы отличаются
низкой вязкостью н устойчивым фруктовым вкусом и запа-
хом. В промышленности фруктоза используется при консер-
вировании, изготовлении фруктовых соков, сиропов и других
безалкогольных напитков.
Так, французская фирма Hoffman — La Roche предпола-
гает использовать кристаллическую фруктозу в чистом виде,
хотя стоимость ее производства достаточно высока. В Венг-
рии существует производство сиропов из фруктозы, располо-
женное в Сабадегхазе. Чистая кристаллическая фруктоза в
большом количестве производится в США на заводах в шт.
Иллинойс [100]. Оиа имеет большое значение для выпуска
пищевых продуктов, поскольку прекрасно растворяется, ста-
бильна, дает вещества с хорошим запахом н цветом, уско-
ряет вдвое расщепление этанола в организме и не вызывает
кариеса зубов. Уменьшает вязкость и снижает калорийность
безалкогольных напитков.
Лактоза, как отмечалось выше, является составной частью
молока всех млекопитающих. По интенсивности сладкого
вкуса она уступает сахарозе приблизительно в'6 раз. Основ-
ным источником лактозы является молочная сыворотка, из
которой она выделяется кристаллизацией или ультрафиль-
трацией. Источники лактозы указаны в табл. 2.1. Лактоза
плохо растворима в воде (-~20% при комнатной темпера-
туре), в высококонцентрированных растворах образуются
кристаллические гидраты а-лактозы, которые вызывают во
рту ощущение песка. Под действием ферментов (лактаза нли
гликонзомераза) лактозу удается перевести в снроп с 10 %-
ным содержанием сухого остатка (20 % фруктозы, 25 % глю-
козы, 45% галактозы и 1% лактозы), в котором, однако,
высоко содержание солей. Лактозу используют в пищевой
Природные сладкие вещества
43
Таблица 2.1. Продукты питания (%), содержащие лактозу
Продукт питания Лактоза Белки Тук Примеси Влага
Цельное молоко 4.8 3.5 3.5 0.7 87.4
Сепарированное молоко 5.1 3.6 0.1 0.7 90.5
Сладкое сгущенное молоко 16.3 10.0 0.3 2.3 28.4
Сгущенная сыворотка 38.5 7.0 2.4 4.0 48.1
Сепарированное сухое молоко 52,0 35.9 0.8 8.0 3.0
Сладкая сухая сыворотка 73.5 12.9 0.9 8.0 4.5
Сухая кислая сыворотка 66.5 13.0 — 10.2 3.2
Сухой остаток сыворотки 56.6 39.0 3.3 2.4 9.7
промышленности, в частности, как компонент синтетических
сладких веществ, добавку к различным молочным продуктам
и т. д.
Продукты гидролиза крахмала (крахмальные сиропы).
Среди гидролитических методов переработки высших поли-
сахаридов наиболее известен гидролиз крахмала. Для полу-
чения сиропов, содержащих глюкозу и фруктозу, используют
крахмал картофеля и кукурузы. Гидролиз представляет со-
бой сложный химический процесс, протекающий в присут-
ствии кислот, ферментов или их смесей. В ходе реакции про-
исходит последовательное превращение дисахарпда маль-
тозы в моносахарид D-глюкозу. В образующемся продукте
определяется индекс ДЕ (ДЕ — декстрозы эквивалент), ко-
торый характеризует содержание восстанавливающих саха-
ров (например, о-глюкозы) в сухом остатке (табл. 2.2). На
следующей стадии переработки крахмала из этого материала
получают изомеризованный глюкозусодержащий сироп (или
фруктозу содержащий сироп). Изомеризацию проводят в при-
сутствии кислот, оснований, катионообменных смол или фер-
ментов. В настоящее время наиболее выгодным представ-
Таблица 2.2. Состав крахмального сиропа с ДЕ а 92
Сухой остаток, % 71.4±0,5
Моносахариды (в сухом остатке), % > 92
Примеси (соли), % до 0,05
Примеси (соли), мг/кг до 2,6
SOs, мг/кг 3-4
pH (неочищенный сироп) 3,5-4,5
* Степень сладости (ДЕ— декстрозы вквиввлент).
44
Глава 2
ляется комбинированный метод с использованием фермен-
тов, например кислота — фермент или фермент—фермент.
Известно около 50 различных микроорганизмов, вырабаты-
вающих фермент, трансформирующий глюкозу во фруктозу.
Фермент глюкозоизомераза представляет металлопротеин,
содержащий попы кобальта и хрома в одинаковых количе-
ствах. Увеличение концентрации этих ионов позволяет уско-
рить тиомерпзацпю. Признано перспективным применение
для этой пели иммобилизованных ферментов. Они позволяют
резко повысить концентрацию ионов и интенсифицировать
процесс, ''ироны глюкозы не имеют неприятного привкуса и
являются ценным сырьем (табл. 2.3) для получения продук-
тов со сладким вкусом. Эти сиропы широко используются в
производстве кондитерских изделий (пастила, карамель, шо-
коладные конфеты), жевательных резинок, безалкогольных
напитков, фруктовых соков, консервов и т. д. Определенным
преимуществом глюкозы но сравнению с сахарозой является
то, что ее потребление не способствует развитию ожирения.
Фруктозные сиропы. Сырьем для получения сиропов яв-
ляется, как правило, кукуруза. Концентрирование сиропы
содержат ~42% фруктозы, 55 % глюкозы и 35 % других
сахаридов (табл. 2.3).
Кукурузные сиропы с высоким содержанием фруктозы по
интенсивности сладкого вкуса приближаются к сахарозе (их
торговые названия HFCS— High Fructose Corn Syrup, Corn
Sweet. Isomerose. Iso-syrup, Amerose, Purtose и др.). В США
производятся сиропы с повышенным содержанием фруктозы
(билее 55 %) н планируется производство кристаллического
;|><гдук та. который будет выпускаться в конце 80-х годов.
Применение фруктозы предотвращает кристаллизацию саха-
Таблица 2.3. Содержание сахаридов в различных сиропах
1 In иная т. те пень коннеремп Высокая с»V пень Кмниерсни Си рои мальтозы Глубокая степень конперсин Сироп фруктозы
Глюкоза. % 16.2 43.3 9.6 92.3 50.4
Фруктоза, — — — — 42.6
Ма.и. гоза, % 10.6 19.6 40.1 3.6 4.1
Степень по шмерп <л- цни 3 % 1.4 7.8 15.5 0.8 0.9
Степень ио.тпмернэа- ттнп 4 % 6.4 3.7 6.8 0.7 0.2
Степень полимериза- ции 5 % 6.9 2.6 1.8 0.8 0.2
Высшие сахариды, % 48.5 13.0 26.2 1.8 1.6
Природные сладкие вещества 43
ров («засахаривание»), усиливает фруктовый запах и вкус,
что особенно важно для ряда кондитерских изделий, молоч-
ных продуктов и хлебобулочных изделий.
Солодовый экстракт и солодовый сироп. В водной вытяж-
ке из ячменного солода — солодовом экстракте — содержатся
продукты ферментативного гидролиза, белки, минеральные
вещества и ферменты. Их концентрация меняется в широких
пределах, однако обычно сахарозы не менее 4—5 % (в сухом
остатке). Солодовый сироп применяется как питательная
среда для дрожжевых культур, а также в кондитерской про-
мышленности и детском питании.
В США, Канаде и Японии нз сока сахарного клена (Acer
saccharutn) вырабатывают кленовый сироп, состоящий на
98 % из сахаридов, среди которых сахароза составляет
80—98%.
Сахаридные спирты (полиолы). Сахаридные спирты (по-
лиолы) образуются из восстанавливающих моносахаридов.
При восстановлении как альдоз, так в кетоз образуются
одинаковые полиолы, однако из кетоз дополнительно полу-
чается стереоизомерный спирт. В частности, восстановление
d-глюкозы приводит к D-сорбнту, а восстановление D-фрук-
тозы — к одновременному образованию D-сорбита н D-ман-
нита. Описаны различные методы восстановления моносаха-
ридов в полиолы; а именно восстановление амальгамой нат-
рия [101—103], металлическим кальцием [104], водородом
на катализаторах, содержащих редкие металлы [105], бор-
гндридом натрия [106, 107].
Лактоны альдоновых кислот также можно восстановить
до соответствующих спиртов [108, 109]. Гидрогенизация и
изомеризация глюкозы Peucedanum calcareurn, Delphinium
flexiosum может рассматриваться как метод получения
D-сорбита и D-маниита [110, 111]. Смесь D-сорбита (85—87%)
и D-маннита (12—15%) образуется при гидрировании са-
харозы на рутениевом катализаторе в присутствии фосфор-
ной кислоты при 80°C. При гидрировании D-фруктозы на ни-
келевом катализаторе в присутствии оптически активной вин-
ной кислоты и глутаминовой кислоты образуется D-сорбит
с выходом 66 %.
Ксилит содержится в тканях растений, н он накапливает-
ся в живых организмах в количествах 5—15 г ежедневно.
В промышленности ксилит получают каталитическим гидри-
рованием d-кснлозы, составляющей основу высокомолекуляр-
ных кснланов древесины, соломы, плевел овса, ботвы куку-
рузы и др.
Сахаридные спирты — бесцветные вещества, прекрасно
растворяющиеся в воде (некоторые весьма гигроскопичны),
4 Зак, 729
46
Глава 2
например D-сорбит. Ксилолы в кислых и щелочных средах
значительно устойчивее, чем альдозы н кетозы. Биохимиче-
ское окисление под действие Acetobacter syboxydans D-сор-
бита приводит к ь-сорбозе, и эта реакция является ключе-
вой стадией получения витамина С.
По сравнению с сахарозой интенсивность сладкого вкуса
ксилита составляет 0,85—1,2, сорбита — 0,6 и маннита — 0,4.
Во рту ощущение сладкого вкуса веществ сохраняется доль-
ше и появляется ощущение холода. Среди полиолов в на-
стоящее время только сорбит в значительных масштабах
используется в пищевой промышленности. Выпускается по-
рошок сорбита и водный раствор 50—67%-ной концентра-
ции (в качестве примеси присутствует маннит до 10%).
В СССР производится н широко используется в диетическом
питании ксилит.
В организме человека расщепление полиолов не требует
инсулина, поэтому они используются главным образом в ра-
ционе питания больных диабетом. Сорбит и ксилит, усваи-
ваясь организмом, выделяют ~ 17 кДж/г. Калорийность ман-
нита значительно ниже и составляет 8,5 кДж/г. В Финлян-
дии развито производство ксилита из березовой коры и под-
робно изучены лечебные свойства полиолов.
Пищевые продукты, содержащие ксилит, не плесневеют,
их использование предотвращает кариес и укрепляет зубы.
Сорбит благоприятно влияет на деятельность желудочно-
кишечного тракта, стимулирует выделение желудочного сока
и обладает желчегонной активностью.
Сахар в питании человека. Калорийность сахарозы состав-
ляет от 16,54 до 16,75 кДж/г. Ежедневная потребность в са-
харидах составляет -~500 г, но в пище в основном содер-
жится не сахароза, а мучной или картофельный крахмал.
Сахароза и другие сахара усваиваются организмом человека
значительно быстрее, чем крахмал, и благодаря своему слад-
кому приятному вкусу имеют огромное значение в питании.
Однако если медленное разложение крахмала приводит к
равномерному поступлению в кровь сахарозы, то быстрое
растворение сахаров приводит к тому, что избыточная глю-
коза превращается в жир и усваивается только 25 % сум-
марного потребления сахаридов (максимум 125 г сахарозы
в день, т. е. 45 кг в год). При рациональном питании макси-
мальная ежедневная доза сахарозы не должна превышать
75 г, т. е. 28 кг сахарозы в год на человека. Потребление
сахара в ЧССР в последние годы составляет 36—40 кг в год
на человека, что значительно превышает норму.
Роль и значение сахара в питании человека продолжают
оставаться в центре внимания ученых большинства стран
Природные сладкие вещества 47
мира. Биосинтез сахарозы позволил объяснить механизм ме-
таболизма сахаридов в живом организме. Исследовано влия-
ние сахара на заболевание зубов, содержание в организме
витаминов, фосфора, аминокислот и т. д. Доказано, что са-
хароза и глюкоза являются наиболее высококалорийными
и быстро усваивающимися продуктами питания.
Сахар — это традиционный материал, используемый в пи-
щевой и кондитерской промышленности. Для консервирова-
ния требуются бактериологически чистые продукты, и рас-
творы с 60%-иым содержанием сахара защищают среду от
действия бактерий. Одиако известно, что н на кристалличе-
ском сахаре размножаются термофильные бактерии н суще-
ствуют дрожжи Zygosaccharomyces, которые вызывают бро-
жение сиропов и других продуктов (отсыревший мед) с со-
держанием сахара более 70 %.
Использование сахара в продуктах питания.
1. Сахарная свекла, сырая илн вареная,используется при
приготовлении различных овощных салатов. Высокая твер-
дость и неприятный запах сдерживают широкое применение
в питании этого продукта.
2. Сок или отвар сахарной свеклы получают в домашних
и промышленных условиях. Перед использованием его необ-
ходимо очистить.
3. Сырой сахар часто неправильно называют натураль-
ным сахаром. Утверждение, что такой сахар более полезен
и питателен, чем рафинад, ие верно. В то же время прият-
ный аромат сырого сахара обусловливает его использование
при приготовлении пряников, напитков и т. д. Транспорти-
ровка и расфасовка сырого сахара неудобна, поскольку он
быстро высыхает и затвердевает в большие куски неправиль-
ной формы.
4. Рафинад состоит на 99,8 % из сахарозы (неорганиче-
ские вещества и вода составляют не более 0,2%). Изделия
из рафинада в некоторых случаях окрашивают ультрамари-
ном и другими пищевыми красителями.
5. При добавлении к сахару веществ, необходимых орга-
низму человека (соли кальция, хлорид натрия, органические
кислоты, витамины), его ценность как продукта возрастает.
6. Из сока сахарной свеклы, сахарного тростника и сы-
рого сахара вырабатывают сладкие сиропы, которые благо-
даря приятному аромату находят широкое применение в пи-
щевой н кондитерской промышленности.
7. Особым типом сахара является так называемый жид-
кий сахар, который представляет собой водный раствор са-
харозы, фруктозы и глюкозы с содержанием приблизительно
40 % сухого остатка.
4»
48
Глава 2
8. Быстрорастворимый сахар получают при действии на
порошок водяного пара. Затем образующиеся частицы су-
шат и измельчают. Этот продукт прекрасно растворяется, не
гигроскопичен, устойчив при резких колебаниях температуры
окружающей среды.
Основы производства сахара из сахарной свеклы. Сахар
(сахарозу) получают при переработке специально выращи-
ваемой сахарной свеклы (в южных странах — сахарного тро-
стника). Принципиальная схема получения сахара [113, 114]
включает следующие этапы (схема 2.3): водную экстракцию
корнеплодов, удаление побочных продуктов из экстракта,
обработку сока известковым молоком, насыщение углекис-
лым газом, фильтрацию, упаривание с выделением кристал-
лического сахара и его рафинирование.
Сахарная свекла содержит ~75% воды и ~25% сухого
остатка, в котором 15—17 % сахарозы, а остальное — неорга-
нические и органические вещества; последние при перера-
ботке необходимо удалить.
На заводе очищенные от механических примесей и ботвы
и вымытые корнеплоды разрезаются иа куски требуемой фор-
мы и размера. Далее в строго контролируемых количествах
свекла поступает в экстрактор, где получают сок, содержа-
щий ~15% сахара и ненужные примеси, которые удаляются
обработкой известковым молоком. Известковое молоко, как
правило, получают непосредственно на предприятии из СаО.
После обработки среда становится щелочной. Очищенный
сок насыщается СОг, после чего шлам мы удаляются филь-
трацией и образующийся легкий сок светло-желтого цвета с
содержанием сахара ~15% постепенно густеет и превра-
щается в тяжелый продукт темио-красиого цвета, содержа-
щий около 60 % сахара. В дальнейшем концентрирование тя-
желого сока приводит к смесн кристаллического сахара и
сиропа. В специальных сепараторах получают белый сахар,
который после охлаждения и очистки от мелкого порошка
направляют на сортировку. Сироп, содержащий иезакристал-
лизоваиную сахарозу, после упаривания и фильтрования дает
влажный сахар и «зеленый сироп», дальнейшая переработка
которого позволяет дополнительно получить сахар и темный
сироп — патоку. Последняя содержит ~50% сахарозы, ие
засахаривается и является важным сырьем для пишевой про-
мышленности, используется при изготовлении спирта, дрож-
жей, лимонной и молочной кислот и идет иа корм скоту, по-
скольку содержит ценные высококалорийные продукты.
Твердые отходы содержат 0,3—0,5 % сахара и применяют-
ся либо как натуральный корм, либо как консервированные
Природные сладкие вещества
49
♦ -
Оахарнь/и нониемтрат
Охае- J
лите/н — »- ОтОели/оние
—-1 t
УпариОание
Кристаллизация
О 0ану уме
j
Сепарирование--
I
Сахар-сырей
♦
Рафинирование
V
Оистцй
сахар
Ла топа -
лроме/шлелире
сыр»е
Схена2,9..
30
Глава 2
корма. Неорганические остатки представляют хорошие изве-
стковые удобрения. Продукты их хлорирования используются
как прекрасное средство защиты сахарной свеклы от вреди-
телей.
Кристаллическая сахароза охлаждается, отделяется от са-
харной пыли при сортировке и пригодна к упаковке и тран-
спортировке. Измельчением кристаллического сахара, к кото-
рому для лучшего затвердевания добавляется 1—3% крах-
мала, получают сахарный песок.
Кроме того, промышленность производит ряд других сор-
тов. имеющих различные формы и области применения.
Заключение. Практическое применение наряду с сахарозой
находят сладкие вещества, вырабатываемые из крахмала
(крахмальный сироп), отличающиеся высоким содержанием
фруктозы, что делает их незаменимыми для приготовления
диетических продуктов. Сладкие вещества по относительной
интенсивности сладкого вкуса (в расчете иа 1 кг) распола-
гаются в следующем порядке: сахароза—4,84; глюкоза —
15,40 (сироп глюкозы — 7,52), сорбит — 56,0 [97].
Возможность и целесообразность замены сахарозы на дру-
гие сладкие вещества в продуктах питания широко обсуж-
дается. При этом необходимо учитывать калорийность саха-
розы, способность консервировать пищевые продукты и влиять
на их цвет и запах. При использовании заменителей допол-
нительно необходимо использовать консерванты, одоранты и
другие вспомогательные вещества. В промышленно развитых
странах параллельно с использованием в продуктах питания
сахароза применяется в синтезе широкой гаммы органиче-
ских реагентов, в частности ПАВ. В ЧССР реализовано про-
изводство из сахарозы щавелевой кислоты и глюкозы [97].
Последняя далее перерабатывается в лизин и идет иа изго-
товление антибиотиков.
2.2. БЕЛКИ
Со второй половины 60-х годов нашего столетня резко возрос
интерес к сладким веществам на основе природных белков.
Причины этого — увеличение потребности в низкокалорий-
ных сладких продуктах, а также запрет иа применение по-
тенциально канцерогенных синтетических сладких веществ.
Хотя белковые соединения со сладким вкусом сравнительно
труднодоступны, ряд положительных эффектов, связанных с
их применением, делает эти соединения конкурентоспособ-
ными с новыми безвредными синтетическими соединениями.
Природные сладкие вещества
Б1
2.2.1. Миракулин
Более 100 лет назад миракулин был получен из Овальных
фруктов красного цвета, растущих на кустарнике Syn&pa-
lum dulcificum Danielli, обнаруженном в Западной Африке
[115, 116]. Эти плоды (Richardella dulcifica, Sapotace'a^ 'iio'-
лучили название «чудодейственные» благодаря своей способ-
ности менять вкусовые ощущения. Например, у уксуса появ-
ляется приятный винный вкус, кислый лимонный' при-
обретает вкус сладкого напитка с лимонным ароматом,’При-
чем этот эффект сохраняется довольно длительное время. '
Химическое строение мнракулина. Миракулин содержится
во фруктах в низкой концентрации и чрезвычайно чувств^-'
телен к изменению pH среды, что существенно затрудняло
его выделение в чистом виде. Миракулин представляет* ЪЬ$Ои
гликопротеин [117] с молекулярным весом 42 000 ± 3000, *€0-
держащий в протеиновой части 373 аминокислоты (т18л.-2;4):,
Таблица 2.4. Составные аминокислоты сладких белков
Аминокислота Содержание аминокислот
мираку- ЛИИ мбнелкя тауматик
формы общий I ‘ П - 1 a. i, i .L1 Ч
А , Б .
Аспарагиновая кислота (Asp) 42 4 6 10 21 19 21
Глутаминовая кислота (Glu) 24 4 8 12 10 ,10 10
Серин (Ser) 24 2 — 2 12 10 10
Треонии (Thr) 31 1 3 . < 19 17 17.
Пролин (Pro) 26 4 2 6 12 12
Глицин (Gly) 34 3 5 8 23 22 24
Алании (Ala) 13 2 1 3 15 14 15
Валин (Vai) 37 2 2 4 9 8 9
Лейцин (Leu) 20 4 2 6 9 9 9
Изоленцнн (Не) 15 2 6 8 7. 7 7-
Метионин (Met) 2 — 1 1 1 1 1
Фенилаланин (Phe) 26 2(3) 3 5 10 10 10
Тирозин (Туг) 13 5 2 7 7 8 . <.7
1/2 цистина (Cys) — — 1 1 14 14 14
Гистидин (His) 3 — , — . 0 0 . .Р:
Лизин (Lyz) 22 4 . 9 . 10 11 10.
Аргинин (Arg) 20 5 2 ; 7= . 11 12 .11
Триптофан (Тгр) 9 — 1 1 3 3 {,.з.
Всего: 373 44 94 50 193 187: 190
52
Глава 2
и изоэлектрической точкой около 9. В ряде работ указывает-
ся, что в сахаридной части содержится 6,7 % арабинозы и
ксилозы [118], от 7,5 до 21 % глюкозы, арабинозы, галак-
тозы и рамиозы [119], в том числе 6,3 % фруктозы, ксилозы,
маннозы и галактозы [117]. Несовпадающие результаты по-
лучаются при использовании различных методов выделения
и очистки,.поскольку миракулин термостабилен при pH 3—12.
Вероятный механизм действия миракулина. В настоящее
время {миракулин. является наиболее изученным из белков,
вызывающих сладкнй вкус. В то же время, несмотря на на-
личие нескольких гипотез, описывающих механизм его дей-
$твия [ 120]. детальный механизм его действия не установ-
лен. Курихара и Бейдлер [121] предложили модель, согласно
которой в кислой среде форма молекулы изменяется таким
образом, чур фрагменты арабинозы и ксилозы имеют воз-
можность, взаимодействовать с рецепторами, отвечающими
за появление сладкого вкуса. Доказано, что белковая часть
играет существенную роль в механизме действия мираку-
лина, поскольку ее модификация ведет к утрате активности.
Дзендолет '[122] полагал, что миракулин блокирует кислые
рецепторные зоны и тем самым позволяет аминогруппе кис-
лой молекулы вызывать сладкий вкус. Бартошук и сотр.
[123].на.основании этой и других теорий пришли к выводу,
что в кислой среде миракулин усиливает сладкий вкус. Ни
одна из теорий, однако, не объясняет все вкусовые эффекты,
вызываемые миракулином. Известны два способа применения
миракулина. Согласно первому, препараты, содержащие ми-
ракулнн, следует принимать незадолго до употребления не-
сладких, продуктов. По второму методу миракулин непосред-
ственно вносится в продукты питания. В начале 70-х годов
фирма Miralin Corporation (США) расширили плантации
«чудодейственного» фрукта S. dulcificum в Индии и Брази-
лии и приступила к продаже концентрата MFC, содержа-
щего миракулин. Однако в 1977 г. в США было запрещено
шшольрование в пищевой промышленности концентрата
S. dulcificum и продуктов на его основе.
22.2. Монелин
Произрастающее в Западной Африке растение Dioscoreophyl-
1шд cqmminsii со сладкими ягодами [120] было подробно
описано Ирвнйом [124] в 1895 г. Растение имеет длинные
волосяные вьющиеся стебли, напоминающие виноградную
лозу. Желеобразное вещество ошеломляюще сладкого вкуса
находится у иглообразной косточки красных ягод.
Природные сладкие вешестиа
63
Химическое строение монелнна. Инглет н Мей [125]
ошиблись, когда предположили, что монелин является высо-
комолекулярным сахаридом (молекулярный вес 10000). Две
группы исследователей [126, 127] в 1972 г. независимо уста-
новили, что монелин это белок. Моррис и др. [126] назвали
это сладкое вещество «моиелииом» по названию своего ин-
ститута. При использовании современной экстракционной
техники удается получить из 1 кг фруктовой массы 3—5 г
чистого белка с интенсивностью сладкого вкуса в 1500—
2000 раз больше, чем сахарозы. В работе [128] найдены
молекулярный вес (11500±100), изоэлектрическая точка
(9,03) и химический состав аминокислот монелнна (табл. 2.8).
Хадсон и Биман [129] установили, что монелин состоит из
двух субъединиц, связь между которыми удается нарушить.
Затем в каждой субъединице (А и В) был установлен по-
рядок чередования аминокислот, общее количество которых
соответственно 44 и 50.
Последовательность чередования аминокислот в субъ-
единице А:
о в 10 15
Phe-Arg-Glu-lle-Lyz-Gly-Tyr-Glu-Tyr-GIn-Leu-Tyr-Val-Tyr-Ale-Ser-Asp-
20 ss эо
Lyx-Leu-Phe-Arg-Ala-Asp-lle-Ser-Glu-Asp-Tyr-Lyx-Thr-Arg-Gly-Arg-Lyz-
35 40 44
Leu-Leu-Arg-Phe-Asn-Gly-Pro-Val-Pro-Pro-Pro
Последовательность чередования аминокислот в субъеди-
нице В:
5 10 15
Gly-Glu-Trp-Glu-Ile-lle-Asp-Ile-Gly-Pro-Phe-Thr-Gln-Asn-Leu-Gly-Lyz-
20 25 30 35
Phe-A1a-Val-Asp-G!u-Asn-Lyz-11e-Gly-Gln-Tyr-Gly-Arg-Leu-Thr-Phe-Asn-
40 45 50
Lyz-Val-Ile-Arg-Pro-Cys-Met-Lyz-Lyz-Thr-Ile-Tyr-Glu-Asn-Glu
Согласно расчетам, молекулярные веса частей следующие:
А — 5233, В — 5836, а молекулы в целом — 11 069. Прибли-
зительно 10% молекул содержат фенилаланин на N-конце
цепи А. Мои ел нн выделяют в кристаллическом виде [120].
Зависимость сладкого вкуса от строения. Важным и ин-
тересным представляется выяснение роли и влияния состав-
ных частей молекулы монелнна на появление сладкого вку-
са, поскольку на основе этих сведений, очевидно, можно со-
здавать синтетические аналоги. Нагревание до 55—65 °C
[127] и ферментативный гидролиз приводят к потере слад-
кого вкуса [130]. Монелин стабилен в средах с pH 2—9 и
неустойчив к нагреванию. Попытки Морриса н Кагана
[128, 130] выделить полнпептидный фрагмент, обладающий
54
Глава 2
сладким вкусом, расщепляя молекулу трипсином и химо-
трипсином, оказались неудачными. Кроме того, разделение
на фрагменты А и В приводит к потере сладкого вкуса, так
как они по отдельности сладким вкусом не обладают. Мень-
шая часть молекулы имеет спиралевидную структуру с кон-
формацией циклов |131].
Физиологическое действие монелина. Человек и млекопи-
тающие по-разному реагируют на монелин. Известны слу-
чаи, когда сладкое ощущение, связанное с сахарозой, не вы-
зывается монелииом [132, 133]. Полагают, что сладкий вкус
белков связан с их взаимодействием с особыми рецептор-
ными зонами, которые отсутствуют у некоторых млекопи-
тающих [120]. Монелии не токсичен, но термическая нестой-
кость и трудность выделения делают крайне маловероятным
его промышленное использование.
2.2.3. Тауматины и талин
Наряду с монелином подробно исследовался сладкий при-
родный белок, найденный Даниэлем в 1839 г. в «чудодей-
ственных фруктах» Thaumatococus daniellii (Benth), расту-
щих в Западной и Центральной Африке. Эти ярко-красные
мясистые плоды треугольной формы содержат сладкий бе-
лок в мембранной части семян.
Химическое строение тауматннов. Ван дер Вел н сотр.
[134, 135] выделили эти белки и назвали их тауматин I и II
(Т| и Тп). Из 1 кг фруктовой массы экстрагируется 0,9 г
сладкого белка с интенсивностью вкуса в 1600 раз больше,
чем у сахарозы (отсюда 0,9 г тауматина эквивалентно 1,5 кг
сахарозы). Это обстоятельство предопределило необходи-
мость работ по выделению и установлению структуры тау-
матинов. Найдено [120], что количество экстрагируемого
белка можно повысить, используя разбавленные растворы
солей, особенно алюминия, присутствие которого повышает
чистоту и усиливает сладкий вкус экстракта. Удалось увели-
чить выход белка до 6 г из 1 кг свежих фруктов. Установ-
лено, что тауматины имеют приблизительно одинаковый мо-
лекулярный вес, одну и ту же последовательность амино-
кислот (табл. 2.8), концевой группой является аланин; также
совпадает их основность и вкусовые характеристики. Отли-
чие между ними заключается в разном строении амидного
заместителя (изоэлектрическая точка Ti = Тц = 12; молеку-
лярный вес Ti = 21 000 ± 600, Тп = 20 500 ± 600). При тща-
тельном анализе [134] были получены еще три сладких
белка Та-, Ть- и Тс-, которые по содержанию аминокислот и
молекулярному весу (18000—20000) близки к тауматинам
Природные сладкие вещества Я
Tj и Тц, но уступают им по интенсивности вкусового ощу-
щения.
Влияние физико-химической модификации на вкус тау-
матинов. Интенсивность сладкого вкуса тауматинов зависит
от основности среды. Ван дер Вел и Бел {135) показали,
что сладкий вкус уменьшается по мере модификации лизино-
вых групп вТ|И полностью исчезает, если проацетилировать
4 из 10 лизиновых фрагментов. Сладкий вкус'тауматинов
меняется при изменении температуры, концентрации' белка,
от присутствия солей, кислорода и pH. Корвер и др. |13б]:
показали, что происходят денатурация при 75 °C и pH 5 или
при 55°C и pH 3. Сладкий вкус утрачивается, если разруша-
ются дисульфидные мостики. •
Наибольшее влияние на интенсивность сладкого Вкуса
оказывает взаимодействие молекул тауматинов с катионами
алюминия [137]. Комплекс «тауматин — АЬ* (Торговое 'На-
звание) фирмы Tale and Lyle Ltd. (талин) обладает необы-
чайно высоким сладким вкусом. Талин в 3500В раз1 слаще,
чем сахароза (на молекулярном-уровне вкусовое ощущение
талина в 200000 раз выше). Этим определяется перспектив-
ность его применения в медицинских, парфюмерных, космё-1
тических и кондитерских целях. ,
2.3. ДИГИДРОХАЛКОНГЛИКОЗНДЫ
Хорошо известно, что в плодах цитрусовых деревьев* содер-
жатся горькие вещества. К этим веществам относятся фла-
ванон-7-гликозиды, которые легко выделяются и вполне до-
ступны (схема 2.4).
R’
I неогесперидин - неогесперидозил -осн, —ОН
II нарингин неогесперидозил —он "“Н
III понцнрмн неогесперидозил -осн, —Н
IV геспернднн рутинозил —он —ОН
Схема 2.4.
Эти соединения содержат различные функциональные груп-
пы в положениях 3' и 4' и различаются строением сахарных
фрагментов в положении 7, которыми может быть Д-рутиноза
86
Глава 2
:(6нО-₽-^рамнопиранозил-₽-в-глюкопираноза) или р-неогеспе-
ридоза (2-0-а-ь-рамиопиранозил-р-о-глюкопираноза).
Неожиданно оказалось, что горький вкус связан прежде
всего с сахарной частью молекулы. Полагают, что флава-
ноид, неогесперидозида вызывает горький вкус, а флава-
ноиды.р-рутииозы безвкусны. Так, если агликон нарингенин
ИЛИ гесперидия сочетать с 7-а-о-глюкозой, оба вещества ока-
жутся слабогорькими, хотя агликоны горьким вкусом не об-
ладают.
[.-< Гесперидии представляет собой основную флаваноидную
масть апельсинов и лимонов; нарингин содержится в грейп-
фрутах, а неогесперидин — в севильских апельсинах (Citrus
aurantium) [138] и кожуре цитрусовых (Poncirus trifolita)
Ц138]. В [963 г. Горовиц и Джентиле [138], исследуя связь
структура — сладкий вкус неожиданно обнаружили, что фла-
Ванонды цитрусовых после каталитического гидрирования
Приобретают сладкий вкус. Это послужило толчком к син-
.тезу.аналогов дигидрохалконов [139], например нарингин-
'ДНГИДрохалкоиа (схема 2.5).
HOpiWSlMffusufylWMKOH
Схема 2.5.
При. ^щелочном гидролизе неогесперидин а образуется
4-ацетил-З,5-дигидроксифенил-1-₽-иеогесперидозид ~ веще-
ство с интенсивным горьким вкусом:
рнтеакрвйпшг-
и
:ochj
-н
Природные сладкие вещества
67
Его конденсация с соответствующими производными;: бенз-
альдегида в щелочной среде приводит к халконам, которые
при гидрировании на палладии дают дигидрохалконы. Пол-
ный синтез днгндрохалконов экономически не выгоден, по»
этому основные исследования были направлены на химиче-
скую модификацию известных и доступных дигидрохалконов
с целью получения на их основе полусинтетнческнх сладких
веществ, например неогеспернднндигидрохалкона, образую-
щегося из нарингина кожуры очень горьких грейпфрутов.
Химическая модификация нарингина включает щелочной
гидролиз, конденсацию с З-гндрокси-4-метоксибёнзальдеги-
дом и гидрирование. Химическая переработка природных
флаванон-7-глюкозидов имеет целью разделить молекулы на
фрагменты или провести замещение флаванонового агликона.
Синтез аналогов дигидрохалконов включает замену нео-
гесперидозиЛовой группы на глюкозил-, галактозил-, ксило-
зил- и карбоксиметилгруппу нли замещение у а-углёродного
атома карбоксиметильного остатка (заместители—CHjCOOH,
—CRHCOOH и —СН2СОО_). Другие аналоги дигидрохалко-
нов можно получить в результате замещения в ядре В (схе£
ма 2.6). Ряд аналогов дигидрохалконов и относительная
интенсивность их сладкого вкуса приведены в табл. 2.5.
Изучение большого числа синтезированных дигидрохал-
конов позволила Горовицу и Джентиле сделать следующие
выводы [138, 145]: 1
а) наличие гидроксильной группы в ядрах А и В (3' и
4') является необходимым, но недостаточным условием для
появления сладкого вкуса; -.-
б) алкоксильная группа в ядре В (4') должна быть уда-
лена как можно дальше от атома углерода С-1', чтобы она
могла способствовать появлению сладкого вкуса;
в) соединения, содержащие в ядре В три заместителя
(группы ОН или OR), не обладают сладким вкусом;
г) если в фрагменте А присутствует только одна гидрок-
сильная группа, то интенсивность сладкого вкуса умень»
шается. < . ы
58
Глава 2
Таблица 2.5. Некоторые аналоги дигидрохалконов и относительная
интенсивность их сладкого вкуса по сравнению с сахарозой
. : .? R R1 R’ Относительная интенсивность сладкого вкуса Литература
р-Неогесперидозил Н он 100—300а 138-140, 149
Д-Неогесперидозил ОН ОМе 1000-1500° 138, 139, 150
fi-Неогесперидозил ОН н 100 139, 150
р-^еогесперндозил он OEt 1000» 139, 150
р-Неогесперидозил он ОРг-н 2000 139, 150
Р-Неог^сперндозил он ОРг-изо 1000 138, 150
p-D-Глйкозил ” он ОМе 80 138, 141, 150
p-D-Ксилозил он ОМе 160 138, 142, 150
P-D-Г алактозил он ОМе 140 143, 150
—CHjCOOH он ОМе 200 144, 150
—CHiCOONa он ОМе 500 144, 150
—CH(CH,)COOH он ОМе 30 144, 150
—CH(CH3)COONa он ОМе 115 144, 150
* Нарнвгнвдпгидрохалкон.
Неогесперндиндигидрохалкои.
"I кТомоаеогесаерндиадигцдрохалкоа.
Кроме того, сахара ь-ряда можно заменить фрагментом
L-рамнозы без уменьшения сладкого вкуса, однако, их замена
на'Ъахара D-ряда снижает ощущение сладости. Сладкий вкус
может сохраняться при замещении одной или обеих моноса-
харидных частей. Всегда имеет сладкий вкус аналог, в ко-
тором! вместо моносахарида имеется карбоксиметильная
группа (табл. 2.5).
Дигидрохалконы малорастворнмы в воде (0,8—3,0 г/л
при 25°С), хорошо растворяются в разбавленных щелочах,
метаноле и высших спиртах, стабильны в кислых средах до
pH 2. Применение нарннгинднгндрохалкона ограничено его
плохой ‘растворимостью в воде. Аналоги дигидрохалконов
вызывают ощущение сладкого вкуса и ментоловой свежести,
Природные сладкие вещества
59
которое долго сохраняется. Интенсивность сладкого вкуса
по сравнению с сахарином в 2,5—7 раз выше, а по сравнению
с цикломатом натрия — в 25—40 раз выше. Высокая степень
сладости иеогесперидииднгидрохалкона позволяет его приме-
нять в малых дозах, а также в сочетании с другими слад-
кими веществами. Это соединение в США используется при
изготовлении жевательных резинок, зубных паст (146] и
широко рекомендуется в качестве сладкого компонента про-
дуктов (149] и безалкогольных напитков (140].
Количественное содержание дигидрохалконов в продук-
тах питания и напитках определяется жидкостной хромато-
графией высокого давления либо тонкослойной хроматогра-
фией (140, 147].
После запрета на использование цикламатов было изу-
чено фармакологическое действие дигидрохалконов. Дозы
0,2—1,0 г/кг не оказывали токсического действия. Неогеспе-
ридиндигидрохалкон распадается под действием кишечных
бактерий. В моче гетероциклический фрагмент разрушается
и образуется 4-гидроксибензойная кислота (140].
В целом днгидрохалконы менее токсичны, чем сахарин
и цикламаты, поэтому широко рекомендуются к примене-
нию, особенно как компоненты смешанных сладких веществ
(140]. В ЧССР производство дигидрохалконов до 2000 г. не
планируются (148].
2.4. ДРУГИЕ ПРИРОДНЫЕ СЛАДКИЕ ВЕЩЕСТВА
Острая необходимость использовать в лечебном питании не-
токсичные, низкокалорийные сладкие вещества стимулирует
повышенный интерес к фундаментальным н прикладным ис-
следованиям в этой области. В результате приведенных ис-
следований существенно увеличилось число природных н
синтетических сладких веществ, используемых в продуктах
питания. Однако до настоящего времени основным источни-
ком природных сладких веществ являются сахарная свекла,
сахарный тростник, сладкие плоды и растения.
2.4.1. Глицирнзии
(сладкое дерево лакрица Glycyrrhiza glabra)
Кустарник Glycyrrhiza glabra, распространенный в Юж-
ной Европе и Средней Азии, в корнях которого находятся
кальциевые и калиевые соли глициризи новой кислоты (6—
14 %, а иногда до 23 %) в смеси с крахмалом, сахарами, бел-
ками, аспарагином, флаванондами и т. д. Глициризнн (глн-
60
Глава 2
Рис. 2.L Химическая структура глицмризина
циризиновая кислота) обладает наркотическим действием.
Описание этого сладкого вещества имеется в египетских
папирусах. Находит применение для лечения катара дыха-
тельных путей.
Глицмрнзии (рис. 2.1)—это гликозид трнтерпеиоглицнрети*
новой кислоты, которая связана с Ор-о-глюкуроиозил-(Г,2)-
p-D-глюкуроиовой кислотой [151]. Представляет собой бес-
цветное кристаллическое вещество, практически нераство-
римое в холодной воде, ио хорошо растворимое в горячей
воде и этаноле. При охлаждении в водных растворах кис-
лоты и аммонийных и калиевых солей образуются гели, ко-
торые можно перекристаллизовать из ледяной уксусной кис-
лоты или этанола. Кристаллический агликон — гл ициретино-
вая кислота (порошок без вкуса, нерастворимый в холодной
воде) — получается прв гидролизе соли глициризиновой кис-
лоты; при этом в жидкую фазу переходит глюкуроновая
кислота. Установлено [152], что глюкуроновая кислота по-
добно днсахариду связана с группой ОН глициретииовой
кислоты. Битон и Спринг [153] исследовали абсолютную
конфигурацию агликона глициретииовой кислоты и устано-
вили, что в природном глициризине присутствует только 18-0-
глициреткиовая кислота.
Наиболее выгодно на практике использовать аммоний-
ную соль глициризиновой кислоты. Экстракты корней слад-
кого дерева применяются для улучшения аромата табака,
9 пищевой, кондитерской промышленности и т. д. [154]. По
Природные сладкие вещества
61
Рис. 22. Химическая структура стевиозида (R1 р-о-глюкопираиоаил,
R’ — p-D-софорозил) и етемола (R'—R1 — Н).
интенсивности сладкого вкуса глициризин в 50—100 раз пре-
восходит сахарозу. Для него характерен специфический
привкус и аромат, что ограничивает область применения. Ои
усиливает действие сахарозы, но поскольку является анало-
гом кортикостероидов, то в ряде стран его использование
в продуктах питания запрещено. В противоположность саха-
розе глициризин обладает синергетическим действием.
2.4J. Стевиозид (Stevia геЬашИаяа)
Стевиозид содержится в сладком растении, давно и хорошо
известном в Парагвае, листья которого традиционно исполь-
зовались для подслащивания напитков. В настоящее время
выращивается в Китае, Японии и Корее. Сладкий кристал-
лический гликозид стевиозид [155] выделяется экстракцией
сушеных листьев растения (65 г из 1 кг). Стевиозид пред-
ставляет собой белый кристаллический гигроскопичный по-
рошок с т. пл. 196—198°С (из смеси дноксаи —метанол),
очень хорошо растворяющийся в воде. Его ферментативный
гидролиз приводит к 3 молям d-глюкозы и 1 молю безвкус-
ного агликона, получившего название стевиол. При кислот-
ном гидролизе стевиозида образуется D-глюкоза и агликон
нзосгевиол. Мосеттиг и др. изучал структуру агликона [156]
и абсолютную конфигурацию дитерпенового фрагмента [157].
Стевиозид является производным стевиола, в котором вос-
станавливающий дисахарид софороза (2-О-0-глюкопнрано-
зил-р-о-глюкопираноза) связан с кислородом гидроксильной
группы при атоме С-13, а моносахарид (Р-о-глюкопираноза)
соединен с кислородом карбоксильной группы при атоме С-4
(рис. 2.2). Оба сахара имеют жесткую пространственную
структуру.
Синтезирован также ряд других аналогов стевиозида. На-
пример, вещество с R* — (CHth SOjNa и R2= ₽-1>-софорознл
обладает сладким вкусом, тогда как соединение с R1"
82
Глава 2
(CHj)sSOsNa hR! = H вызывает ощущение горечи (158].
При экстракции кроме стевиоэида и стевиолбиозида были
выделены еще два сладких глюкозида — ребаудиозиды А
и В. Ребаудиознд В имеет структуру 13-О-(Р*о-глюкопирано-
зил-(1 — 2)-р-о-глюкопиранозил-(1—3)]-р-о-глюкопиранозилсте-
виола; ребаудиознд А является его p-D-глюкопиранозиловым
эфиром (159].
Ограниченная сырьевая база и трудности выделения
в чистом виде делают стевиозид неперспективным для ис-
пользования в пищевой промышленности и фармакологии.
Стевиол по строению подобен стероидным гормонам н
обладает слабой антиандрогенной активностью. Стевиозид
ие токсичен, термически не стоек, интенсивность сладкого
вкуса в 300 раз выше, чем у сахарозы.
2.4.3. Осладии (Pdypodium vtlgare)
Около 1800 лет известно [160], что земляные орехи папо-
ротника, растущего в лесах Европы, Азнн и Америки, исполь-
зуются в качестве наркотика. На их сладкий вкус обратили
внимание химики и фармацевты. В результате экстракции
сухих орехов был выделен в крайне низкой концентрации
(0,03%) бнсглнкознд нового типа стероидного сапонина, на-
званный осладниом (рис. 2.3). Его абсолютная конфигурация
Рис. 23. Химическая структура осладина.
была установлена в работе [161]. При кислотном гидролизе
осладина образуются а-ь-рамнопираноза, 0-о-глюкопнраноза
и осладинагликон, неполный синтез которого описали Хавел
и Черны [162]. Подобно стевнознду, в молекуле осладина
иа одном конце агликона закреплен дисахарнд, а на дру-
гом — моносахарид. Сладкий вкус осладина в 3000 раз ин-
тенсивнее, чем сахарозы, но его крайне низкая концентра-
ция в плодах существенно ограничивает практическое при-
менение,
Природные сладкие вещества
63
2.4.4. Тритерпеновый гликозид
из китайских фруктов Ло Хан
Фрукты Ло Хан (Momordica grosvenori) произрастают в Ки-
тае. Это плоды дыневндной формы (6—11 см длиной, 3—4 см
шириной) темно-коричневого цвета с очень тонкой кожурой
(0,5—0,8 мм). Народная китайская медицина рекомендует
использовать сушеные фрукты для лечения гриппа, болезней
горла и при тяжелых отравлениях. Сладкое вещество экстра-
гируется водой нли 50 %-ным этанолом и по вкусу напоми-
нает стевиозид или глициризин. Сладкий вкус сохраняется
даже после пятичасового нагревания в воде [163]. Установ-
лено, что сладкое вещество представляет собой тритерпено-
вый гликозид с 5 или 6 гликопиразиновыми единицами [13].
Тщательно очищенное соединение в ~400 раз слаще саха-
розы. Сведения об использовании в пищевой промышленно-
сти практически отсутствуют.
2.4.5. Гексагидрофлуоренднкарбоновая кислота
Японские специалисты [164] в 1971 г. описали выделение
нового типа сладкого вещества с неизвестной ранее струк-
Рис. 2.4. Стереоизомеры гексагидрофлуоренкарбоновой кислоты.
турой. Из канифоли сосны (Pinus) были выделены четыре
стереоизомерных 40,10а-диметил-1,2,3,4,5,10-гексагидрофлуо-
рен-4,6-днкарбоновые кислоты, из которых только форма А
обладает сладким вкусом, а Б, В и Г — безвкусны (рнс. 2.4).
Кислота А в 1300—1800 раз, а ее натриевая соль в 1600—
2000 раз слаще сахарозы, но обе обладают неприятным горь-
ким привкусом. Сведения о токсичности, канцерогенности и
возможности применения не приводятся.
64
Глава 2
2.4.6. Хлорогеновая кислота и синарин
Давно известно, что артишоки (Cynara scolymus) подобно
миракулииу (см. разд. 2.2.1) обладают способностью моди-
фицировать вкусовые ощущения. Было показано, что рас-
творы с различным вкусом (сахароза, лимонная кислота,
хинниийхлорид, хлорид натрия) вызывают одинаково слад-
кое вкусовое ощущение, если предварительно прополоскать
рот экстрактом из артишоков. Сладкий вкус артишоков со-
храняется в течение 4—5 мин [165].
Два основных соединения, которые обеспечивают этот эф-
фект (рис. 2.5)—хлорогеновая кислота (а) и сииарнн (б).
Рис. 2.5. Хлорогеновая кислота (а) и синарин (б).
Эти соединения выделяют экстракцией свежих листьев ар-
тишоков спиртами. По данным Паиницци н Скарпатн [166],
синарин представляет собой бесцветное кристаллическое ве-
щество, плохо растворяющееся в воде, но хорошо растворяю-
щееся в спиртах и уксусной кислоте. Гидролиз разбавлен-
ными щелочами приводит к 1,3,4,5-тетрагидроксициклогек-
санкарбоновой кислоте и двум молекулам 3,4-дигндроксико-
ричиой кислоты. Высказано предположение [165], что бла-
годаря модифицирующим способностям компонентов арти-
шоков удастся улучшить вкус пищевых продуктов, получен-
ных из водорослей и других нетрадиционных источников.
В то же время широкого применения в пищевой промышлен-
ности артишоки ие находят [167].
2.4.7. Филодульцин
Филодульции — сладкое вещество, впервые выделенное в
1916 г. из листьев чая Hydrangea macrophylla. Его струк-
тура была установлена японскими учеными Асахиио и Асано
[168]. Они экстрагировали чай этанолом, содержащим не-
большое количество уксусной кислоты, и после испарения
растворителя сырой филодульции перекристаллизовывали из
этанола. В молекуле к асимметрическому атому С-3 присо-
единен заместитель с абсолютной конфигурацией 3/? (идеи-
Природные сладкие вещества
65
тифицироваииый как 2-гидрокснбутандновая кислота, что
было установлено озонолизом фнлодульцнна [169]).
Фнлодульцин оказался первым представителем природ-
ных нзокумаринов. Его синтез включает конденсацию три-
гндрокснфталевого ангидрида с З-гидрокси-4-метоксифенил-
уксусной кислотой до 7,3'-дигидрокси-4'-метоксибензальфта-
лнда с дальнейшим восстановлением и расширением лакто-
нового цикла действием NaBH«—С2Н5ОН и водного раствора
NaOH (схема 2.7).
он
I. NiBH< 2.UU**
(Е1ОН)
Японские исследователи [170] получили рацемический
фнлодульцин из траяс-3-(3-бензнлокси-4-метокснфеиил)-2-про-
пеналя.
Фнлодульцин в 200—300 раз слаще сахарозы. Сладким
вкусом обладает также аналог фнлодульцнна 2-(3-гидрокси-
4-метоксифеннл)-1,3-бензодноксан, полученный из 2-гидрокси-
бензилового спирта и З-гидрокси-4-метоксибензальдегнда
[171].
2.4.8. Перилартин [(Е)-пернлальдокснм]
Соединение входит в состав химически модифицированных
природных сладких веществ. Перил альдегид (а) является со-
ставной частью маслй растения Perilla nankinensis н в 12 раз
слаще сахарозы; его альдоксим известен как перилартин (б)
и он в 2000 раз слаще сахарозы
а, t>
В США, Англии и Франции нслользоиа!ше иерилартина
ввиду его токсичности запрещено. Однако в Японии это ве
6fl
Глава 2
шесто применяется для облагораживания вкуса трубочного
।абака |172|. Химическое строение перилартина было дока*
запо методами ПМР-спектроскопии [173]. С целью поиска
хорошо растворимых соединений, не вызывающих ощущение
горечи, было синтезировано более 80 аналогов перилартина.
Анализ влияния строения иа свойства вещества позволил
установить следующее:
а) максимально сладким вкусом обладают соединения
с £-а,р-конфнгураиией енальдоксима;
н
6) введение полярных групп в боковые цепи перилартина
снижает интенсивность сладкого вкуса, но повышает раство-
римость в воде;
в) атомы кислорода в цикле снижают интенсивность
сладкою вкуса: алкоксильные заместители повышают рас-
творимость, но уменьшают сладость;
г) циклоалкильиые заместители увеличивают сладкий
вкус; линейные, бициклические и ароматические фрагменты
вызывают появление горького вкуса.
В 450 раз слаще сахарозы оказался (£)-4-(метоксиме-
тил ) • 1,4- циклогексадиеи- 1-карбальдоксим [149]:
/Н
ОН
сн=о
HjOCH)
Схема 2.3.
[ген,), сиен,], am
Природные сладкие вещества
67
Это соединение стабильно до pH ж 3 и может успешно при-
меняться в натуральных н консервированных продуктах
питания.
Основные стадии синтеза этого соединения [150] пред-
ставлены на схеме 2.8.
Литература
1. Lippmann Е. О., Geschichte des Zuckers, Berlin, 1929.
2. Deerr N., History of Sugar, London, 1950.
3. Marggraf A. S., Mem. Acad. Royale, Berlin III, 1747, 90-
4. Lowitz J. T., Crells Ann. I, 218, 345 (1972).
5. Proust J. L., Journ. Phys., 66, 113 (1802).
6. Proust 1. L„ Journ. Phys., 61, 399 (1804).
7. Kirchhoff R. G., Technol. Journ. der Akad. Wiss. Petersburg, 9, 3
(1812).
8. Kirchhoff R. G„ Schweiggers Journ., 14, 392 (1815).
9. Dumas J. B„ Compt. rend., 7, 107 (1838).
10. Kekule F. A., Lehrbuch der org. Cnemie, II, Erlangen, 1866, 330.
11. Jungfieisch E., Lefranc A., Bull. Soc. Chim. Fr., (2), 34, 675 (1880).
12. Jungfieisch E., Lefranc A., Compt. rend., 93, 547 (1881).
13. Dubrunfaut A. P., Compt. rend., 32, 252 (1851).
14. Berthelot M., Chimie Organlque II., Paris, I860, 229.
15. Fischer E., Chem. Ber., 23, 935 (1890).
16. Votobek E., Rozpravy Csl. akademie, 1910, 19.
17. Nelson P. F., J. Chem. Educ., 34, 179 (1957).
18. Rodewald H. J., Biochem. Z., 320, 174 (1950).
19. Fischer E., Chem. Ber., 24, 1836 (1891).
20. Fischer E., Chem. Ber., 24, 2683 (1891).
21. Hudson C. S„ J. Chem. Educ., 18, 353 (1941).
22. Villiers A., Fayoie M., Bull. Soc. Chim. Fr., (3), il, 692 (1894).
23 Tobie V. C., Ind. Eng. Chem. Anal. Ed., 14, 405 (1942).
24. Alexander J., McCarty K. S., Ar exander-Jackson E., Science, ill, 13
(1950).
25. Tollens B„ Chem. Ber., 16, 922 (1883).
26. Haworth V. N., The Constitution of Sugars, London, 1929.
27. Blaha K, Chemie (CS), 9, 233 (1957).
28. Reeves R. E.. J. Amer. Chem. Soc., 72, 1499 (1950).
29. Reeves R. E., Advan. Carbohyd. Chem., 6, 107 (1951).
30. Reeves R. E., J. Amer. Chem. Soc., 71, 212 (1949).
31. Reeves R. E., J. Amer. Chem. Soc., 71, 215 (1949).
32. Reeves R. E„ J. Amer Chem. Soc., 71, 1737 (1949).
33. Reeves R. E., J. Amer. Chem. Soc., 71, 2116 (1949).
34. Reeves R. E., J. Amer. Chem. Soc., 73, 957 (1951).
35. Fischer E„ Chem. Ber., 23, 799 (1890).
36. Fischer E., Chem. Ber., 23, 2621 (1890).
37. Bilik V., Stankovlt L„ Chem. Zvesti, 27, 544 (1973).
38. Bilik K, Caplovlt J., Chem. Zvesti, 27, 547 (1973).
39. Bilik V., Tihldrik K, Chem. Zvesti, 28, 106 (1974).
40. Phelps F. P., Isbell H. S., Pigman V. V., J. Amer. Chem. Soc., 56,
747 (1934).
41. Breaereck H., Chem. Ber., 71, 408 (1938).
42- Leveny P. A., Clark E. P-> J. Biol. Chem., 46, 19 (1921),
68
Глава 2
43. Mongomery Е. М„ Hudson С. S., J. Amer. Chem. Soc., 68, 2073
(1934)
44. Isbell H. S„ Pigman IF. IF, J. Res. Nat. Bur. Stand., 18, 141 (1937).
45. Hudson C. S., Harding T. S., J. Amer. Chem. Soc., 40, 1601 (1918)*
46. Tanret C., Compt. rend., 120, 1001 (1895).
47. Tanret C., Bull. Soc. Chim. Fr„ T3, 728 (1894).
48. Isbell H. S., Pigtnan W. IF, J. Org. Chem., I, 505 (1937).
49. Richards E. M., Faulkner I. J., Lowry T. M., J. Chem. Soc., 1927, 1733.
50. Riiber C. N., Minsaas J., Chem. Ber., 80, 2402 (1927).
51. Wells P. A., Stubbs J. J., Lockwood L. B., Roe E. I., Ind. Eng.
Chem., Ind. Ed., 29, 1385 (1937).
Б2. Schlubach H. H., Vorwerek J., Chem. Ber., 66, 1251 (1933).
53. Hudson C. S., Brauns D. H., J. Amer. Chem. Soc., 38, 1222 (1916).
54. IUPAC, Editorial Report on Nomenclature, J. Chem. Soc., 1962, 5120.
55. Hudson C. S., Yanowski E., J. Amer. Chem. Soc., 39, 1013 (1917).
56. Whelan IF. /., Bailey J. M., Roberts P. J. B„ J. Chem. Soc., 1953,
1293.
57. Peterson F. C., Spencer С. C., J. Amer. Chem. Soc., 49, 2822 (1927).
58. Hamilton J. K., Kircher H. W., J. Amer. Chem. Soc., 80, 4703 (1958).
59. Schmoeger M., Chem. Ber., 13, 1920 (1880).
60. Versuchuur R., Rec. trav. chim., 47, 123 (1928).
61. Hassid IF. Z., Doudoroff M., Barker H. A., J. Amer. Chem. Soc, 66,
1416 (1944).
62. Hassid W. Z„ Doudoroff M., Adv. Enzymol, 10, 123 (1950).
63. Kraus H., Nalurforsch, 17b, 698 (1962).
64. Lemieux R. U., Huber G., J. Amer. Chem. Soc., 76, 4118 (1963).
65. Tsuchida H., Komoto M., Agr. Biol. Chem., 29, 239 (1963).
66. Ness R. K., Fletcher G. H., Jr., Carbohydr. Res., 17, 465 (1971).
67. Iley D. F., Fraser-Reid B., J. Amer. Chem. Soc, 97, 2563 (1975).
68. Beevers C. A., Cochran W., Proc. Roy. Soc. London, Ser. A, 190, 257
69. teeners C. A, McDonald T. R. R., Robertson J. H., Stern F., Acts
Crystallogr, 6, 689 (1952).
70. Hough L., Mufti K. S., Khan R., Carbohydr. Res, 21, 144 (1972).
71. Brown G. M^ Levy H. A, Acta Crystallogr, Sect. 13, 29, 790 (1973).
72. Percival E. G., J. Chem. Soc, 1935, 648.
73. Bredereck H„ Hagelloch G., Hambsch E„ Chem. Ber, 87, 1 (1952).
74. Lindley M. G„ Birch G. G„ Khan R., Carbohydr. Res, 43, 360 (1975).
75. Lindley M. G., Birch G. G., Khan R, J. Sci. Food Agric, 27, 140
(1976).
76. McKeown G. C, Serenius R. S. E., Hayward L. D., Can J. Chem,
35, 28 (1957).
77. Khan R„ Adv. Carbohydr. Chem. Biochem, 33, 236 (1976).
78. Haines A. H., Adv. Carbohydr. Chem. Biochem, 33, 11 (1976).
79. Szarek W. A, Adv. Carbohydr. Chem. Biochem, 28, 225 (1973).
80. Hough L., Phadnis S. P., favelli E., Carbohydr. Res, 44, 37 (1975).
81. Feingold S. D., Avigard G-, Hestrin S., J. Biol. Chem, 224, 295
(1957).
82. Khan R„ Carbohydr. Res, 25, 232 (1972)
83. Khan R, Mufti K. S., Carbohydr. Res, 43, 247 (1975).
84. Otake T., Bull. Chem. Soc. Japan, 47, 1938 (1974).
85. Binkley IF. IF, Horton D., Bhacca N. S., Carbohydr. Res, 10, 245
(1969).
86. Lemieux R. U., Nagorafan R., Can. J. Chem, 42, 1270 (1964).
87. Allerhand A, Doddrell D., J. Amer Chem. Soc, 93, 2777 (1971).
88. Ho-Sze-Cheung, Koch H. J., Stuart R. S., Carbohydr. Res, 64, 251
(1978).
Природные сладкие вещества
69
89. Hough L., Phadnis S. Р., Taralli Е., Price R.. Carbohydr. Res., 47,
151 (1976).
90. Almquist R. G., Reist E. J., J. Carbohydr. Nucleosides, I, 461. (1974).
91. Almquist R. G., Reist E. J„ Carbohydr. Res.. 46, 33 (1976)
92. Batt D. H„ tenner M. R., Mufti K. Carbohydr. Res., 39, 253
(1975).
93. Kotchetkov N. R., Motodcov N. V., Tchizhov O. S.. Tetrahedron, 24,
5587 (1968).
94. Binkley IF. W., Dougherty R. C., Horton D., Wander J. D., Carbohydr.
Res., 17, 121 (1971).
95. Biemann K., Dejongh D. C., Schnoes H. K., J. Amer. Chem. Soc.. 85,
1763 (1963).
96. Ballard J. M-, Hough L., Richardson A C., Fairclouch P. H.. J. Chem.
Soc. (Perkin I), 1973, 1524.
97. Pohlovd M., Kastl F., Sladidla v potravinarskom priemysle. najmS
fruktozov£ sirupy. Vysk. ustav potrav. priem., Praha 1979, s. 7—42.
98. Vdcovd T., Studia о perspektlvnom vyvoji spotreby curkru Vysk. ustav
potraviharsky. Bratislava, 1977.
99. Vitkovibovd Z., Vyrobnj spotreba cukru a moinosti jej znitovania.
V^sk. ustav potravinSrsky, Bratislava. 1982.
100. Food Technol.. 35, 98 (1981)
101. Bertrand G., Nilzberg G., Compt. rend.. 186. 1773 (1928)
102. Khouvine K. Nilzberg G., Compt. rend., 196. 218 11933)
103. Isbell H. Karabinos J. IF.. J. Res. Nat. Bur. Stand., 48. 438 (1952).
104. Neuberg C., Marx F., Biochem. Z„ 3. 539 (1907).
105. Humoiler F. L., Wolfrom M. L., Lew B. IF., Goepp R. M., J. Amer.
Chem. Soc., 67, 1226 (1945).
106. Ballou G. E„ J. Amer. Chem. Soc., 79, 165 (1957).
107. Roseman S„ J. Amer. Chem. Soc., 74, 4467 (1952).
108. Abdel-Akker M„ Smith F„ Nature. 166. 1037 (1950).
109. Ness R. S., Fletcher H. G„ Hudson C. S., J. Amer. Chem. Soc., 73,
4759 (1951).
ПО. Деконозидзе Г. E„ Яразашвилли А. Турабелидзе Д. Г., Кемерте-
лидзе Е. П. — Химия природн. соед., 1974, 10, с. 79.
111. Wright L. W., Chem. Technol., 4, 42 (1974).
112. Веркслер M. А., Петров Ю. И., Гелинг H. Г., Клабуновский Е. И —
Изв. АН СССР, сер. хим., 1974, с. 53.
113. Vaiatko /., ChemickS technologia uhlohydratov. Bratislava, 5Ш.
nakl., 1952, 322 s.
114. Bretschneider R., Technologie cukru, 2. vyd., Praha, SNTL-ALFA,
1980, 423 s.
115. Daniel W. F., Pharrn. J , 11, 445 (1852).
116. Inglett G. E„ May J. F., Econ. Bot., 22, 326 (1968).
117. Giroux E. L., Henkin R. I., J. Agric. Food Chem., 22, 595 (1974).
118. Kurihara K., Beldler L. M.. Science, 161, 1241 (1968).
119. Brouwer J. N„ Van Der Wei H., Francke A., Henning G J., Nature.
22, 373 (1968).
120. Higginbotham 1. D., Dev. Sweeteners, 1. 87 (1979) [C A. 92. 39902
(1980)].
121. Kurihara K., Beldler L. M.. Nature, 222, 1176 (i960).
122. Dzendoiet E., Percept. Psychophys.. 6, 187 (1969).
123. Bartoshuk L. M., Gentile R. L., Moskowitz H. R., Meisetman H. I. ,
Physiol. Behavior, 12, 449 (1974).
124. Irvine F. R., Woody Plants of Ghana, London, Oxford University
Press, 1961. 256 s.
125. Inglett G. E„ May J. F., J. Food Sci.. 34, 408 (1969).
126. Morris J. A., Cagan R. H., Biochem. Biophys., Acta, 261, 114 (1972).
70
Глава 2
127. Von Der Wei H., FEBS Lett., 21, 88 (1972).
128. Morris J. A., Mortenson R., Deibler G. J., Cagan R. H., J. Biol. Chem.,
248. 534 (1973).
129. Hudson G., Biemann K., Biochem. Biophys. Res. Common., 71, 212
(1976).
130. Morris 1. A., Cagan R. H., J. Agric. Food Chem., 24, 1075 (1976).
131. Jirgensons B„ Biochim. Biophys. Acta, 446, 255 (1976).
132. Brouwer J. N.. Heilekant H., Kasahara K, Van Der Wei H., Zotter-
man X., Acta Physiol. Scand., 89. 550 (1973).
133. Heiienkanl G., Chem. Senses Flavor, 2, 97 (1976).
134. Van Der Wei H„ Loeve K., Eur. J. Biochem., 31, 221 (1972).
135. Van Der Wei H., Bei W. M., Chem. Senses Flavor, 2, 221 (1976).
136. Korver 0., Van Gorkom M., Van Der Wei H., Eur. J. Biochem., 35,
554 (1973).
137. Higginbotham J. D., Hough C. A., Sensory Properties of Foods,
Birch G. G., Parker K. J. (eds.), London, AppL Sci. PubL, 1977,
s. 129-147.
138. Horowitz R. M., Gentili B., J. Agric. Food Chem., 17, 696 (1969).
139. Krbechek L., Inglett G. E., Holik M., Dowling B„ Wagner R„
Riter R.. J. Agric. Food Chem., 16, 108 (1968).
140. Beerens H., Ann. Fals. Exp. Chim., 74, 261 (1981).
14i. Венгр, пат. 4026 (1970) ГС. A., 77, 60321 (1972)1.
142. Пат. США 3 826 856 (1974) [С. А., 82, 29923 (1975)1.
143. Пат. США 3 876 777 (1975) ГС. А.. 83, 28539 (1975)].
144. Dubois G. Е., Grosby G. A., Saffron Р., Science, 195, 397 (1977).
145. Bragg R. W., Chow J., Dennis L., Ferguson L. N., Howell S.,
Mor go G., Ogino C„ Pugh H., Winters M., J. Chem. Educ., 55, 281
(1978)
146. Berk К. Л1.. Sweeteners Dent. Carries, 1977, 241.
147. Gentili В , Horowitz R. M., J. Chromatogr., 63, 467 (1971).
148. Davidkovd E., Rozsivai 0,, Sprava VCJ potrav. prOm., Praha, FMZVi,
bfezen 1982.
149. Seltzer R. J., J. Chem. Eng. News, 34, 27 (1975).
150. Crammer B., Ikan R., Chem. Soc. Revs., 6, 431 (1977).
151. Inglett G. E.. Food Techn., 1981, 37.
152. Voss W„ Pfirschke J., Chem. Ber., 70, 132 (1937).
153. Beaton J. M., Spring F. S., J. Chem. Soc., 1955, 3126.
154. Inglett G. E., Sweeteners Dent. Carries, 1977, 327.
155. Wood H. B„ Allerton R., Diehi H. U7., Fletcher H. G., J. Org. Chem.,
20, 875 (1955).
156. Mosettig F... Nes W. R., J. Org. Chem., 20, 891 (1955).
157. Mosettig E., Begiinger U„ Dolder F., Lichti H„ Quilt P., Waters J. A.,
J. Amer. Chem. Soc., 85, 2305 (1963).
158. Dubois G. E., Dietrich P. S., Lee 1. F., McGarraugh G. V., Stephen-
son R. A., J. Med. Chem., 24, 1269 (1981).
159. Yamazaki K-. Kohda H„ Kobayashi T., Kasai R., Tanaka 0., Tetra
hedron Lett., 1976, 1005.
160. Kresanek J., Ktejta J., Atlas liefivych rastlin a lesnych plodov, Martin,
Osveta, 1977, s. 554.
161. Jizba J-. DolejS L., Herout V., Sorm F., Tetrahedton Lett., 1971, 1329.
162. Havel M . Cerny V., Collect. Czechoslov. Chem. Commun., 40, 1579
(1975).
163. Lee С. H , Experientia. 31, 533 (1975).
164. Tahara A . Kakala T., Ohtsuka Y.. Nature, 233, 619 (1971).
165. Bartoshuk L. M.. Lee С. H, Scarpellino R., Science, 178, 988 (1972).
166. Panizzi I., Scarpati M. L., Nature. 174, Ю62 (1954).
'.(>7. Seidemann J., Edesipar, 28, 141 (1977).
Природные сладкие вещества 71
168. Asahino У., Asano J., Chem. Ber.. 62, 171 (1929).
169. Arakawa H., Nakazaki M., Chem. Ind, 1969, 671.
170. Takeuci N.,' Murase M., Ochi K-, Toblnaga S, J.GS. Chem. Commun4
1976, 820.
171. Dick V. E., Hodge J. E„ J. Agric. Food Chem, 26, 723 (1978).
172. Tsuzukl У, J. Chem. Educ., 47, 695 (1970).
173. Acton E. M., Stone H., Laeffer M. A., Oliver S. AL, Experientia, 26,
173 (1970).
174. Acton E. AL, Stone H^ Science, 193, 584 (1976),
3
Синтетические сладкие вещества
В 1879 г. Фальбергер случайно обнаружил, что сахарин об*
ладает интенсивным сладким вкусом, и это послужило толч-
ком к изучению синтетических сладких веществ. В 1883 г.
было сообщено о сладком вкусе 4-этоксифенилмочевины, а
к настоящему времени синтезированы сотни органических
веществ, обладающих сладким вкусом.
Известные недостатки применения сахарозы — сравни-
тельно ограниченные ресурсы и отрицательное действие на
здоровье человека (ожирение, диабет) — определили все воз-
растающий интерес к химии синтетических сладких веществ.
В обозримом будущем сахар все же останется одним из
основных продуктов питания, а синтетические сладкие ве-
щества* будут применяться при приготовлении низкокало-
рийных диетических продуктов, пищи для больных диабетом,
изделий из рыбы, морской капусты, а также в косметических
и фармакологических составах.
Каковы же особенности синтетических сладких веществ?
Их вкусовые характеристики позволяют применять эти со-
единения в пищевых продуктах и напитках, а также успешно
использовать для подавления горького вкуса лекарств. Очень
важным требованием к синтетическим сладким веществам
является их химическая стабильность при повышенных тем-
пературах.
Процессы приготовления продуктов питания и лекарств
включают нагревание, глубокое охлаждение, контакт со спир-
тами, водой, кислотами, щелочами и другими агрессивными
средами. В этой связи чрезвычайно важна устойчивость син-
тетических сладких веществ в диапазоне температур от —30
до +260°C и интервале pH среды от 2,5 до 8. Естественно,
главным требованием к синтетическим сладким веществам
является их полная и абсолютная безвредность для здоровья.
Из широкой гаммы синтезированных соединений этим тре-
* Здесь в далее к ним будут относить соединения, не уступающие
по сладкому вкусу сахарозе н имеющие практически нулевую калорий-
ность [17].
Синтетические сладкие вещества
73
бованиям отвечает лишь небольшое число сладких веществ.
В частности, использование сахарина в продуктах и напит-
ках ограничивается присущим ему горьковатым привкусом.
Во многих странах нашли применение цикламаты либо в чис-
том виде, либо в смеси с сахарином (1:1). Весьма перспек-
тивным синтетическим сладким веществом, не Влияющим на
уровень сахара в крови и пригодным для использования в пи-
тании больных диабетом, оказался усал (аспартам). Сведе-
ния о его вредном воздействии на здоровье отсутствуют.
Ряд синтетических сладких веществ (дульцин, Р-4000, пе-
рилальдоксим), применявшихся в прошлом, в настоящее вре-
мя запрещены к употреблению ввиду их токсичности.
Перспективным синтетическим сладким веществом пред-
ставляется ацетосульфам. На практике важно располагать
несколькими типами синтетических сладких веществ и'‘ ис-
пользовать их с максимальной эффективностью. : н
В настоящее время и в дальнейшем основным требова-
нием, определяющим возможность использования сладкого
вещества, является строгое доказательство его полной без-
вредности для человека. ' -
В ЧССР в 1980 г. было использовано 21,6 т сахарина,
8,74 т цикламатов; предполагается, что к 2000 г. годовое по-
требление сахарина составит 64,5 т, цикламатов—17,57 т
и усала (аспартама) — 75,75 т.
3.1. САХАРИН
(3-оксо-2,3-дигндробензо[<1]изотиазол-1,1-диоксид)
Первое синтетическое сладкое вещество сахарин (в 300—
350 раз слаще сахарозы) было получено немецким химиком
Константином Фальбергом в 1879 г. прн исследовании окис-
ления о-толуолсульфонамида. Фальберг работал в лабора-
тории проф. Ремсена в университете Гопкинса (США). По-
лучение сахарина было сразу запатентовано и опубликовано
в Германии и США [1, 2]. В 1884 г. это вещество начало
производиться в промышленном масштабе. Сахарин пред-
ставляет собой белое кристаллическое вещество с т. пл.
сахарин (
CjHjNOjS М-183,2
228—229 °C. Один грамм растворяется в 290 мл холодной или
25 мл горячей воды, в 50 мл глицерина, 31 мл этанола или
12 мл ацетона. Сахарин практически не растворяется в хло-
роформе и хорошо экстрагируется эфиром. Его раствори-
74
Глава 3
.мость в воде повышается в присутствии лимонной, винной
-пли. уксусной кислот. Сахарин является сильной кислотой
ДрЛф w. 1,3) и проявляет способность к димеризации; стаби-
лен в водных растворах, при pH 3,3, 7,0 н 9,0 в течение часа
( -при температуре 150°C. В кислой среде гидролизуется с об-
разованием аммонийной соли 2-сульфобензойной кислоты, а
В ; щелочной среде — соли 2-карбоксибензолсульфонамида.
Обе соли нмевдт одинаковый сладкий вкус. Чаще всего ис-
пользуется натриевая соль сахарина, которая кристаллизу-
ется, с двумя молекулами воды (кристаллоза). Высушива-
нием в течение 4 ч при 120 °C получают безводный продукт.
Водные растворы этой соли имеют нейтральную илн слабо-
-щелочную среду, они стабильны при pH 3,3—7,0. Кальциевая
РОЛЬ-криста ллизуется с 3,5 молекулами воды с образованием
-белого. кристаллического порошка, обладающего интенсив-
ным сладкнм вкусом. Воду также можно удалить нагрева-
ющем при 125°C в течение 4 ч. Один грамм солн растворяется
.в 1,5м л воды или в 33 мл 92%-ного этанола. По интенсив-
ности сладкого вкуса кальциевая соль уступает натриевой.
Получение сахарина. Наиболее известный метод получения
сахарина из толуола предложил Фальберг [3]. о- и п-Толу-
юлсульфохлориды, образующиеся при сульфохлорированин
толуола, разделяют центрифугированием: выделяют целевой
орто-нзомер, который в реакции с аммиаком дает о-толуол-
сульфонамид. Последний далее окисляется КМпО<, КгСг2О7
либо электролитически (возможна комбинация этих мето-
дов) в соответствующую кислоту, из которой при внутримо-
лекулярной дегидратации образуется сахарин (схема 3.1).
JCH1 соон
- irV
г. имл, Ikzl
. - ..ь - . SO>CI. $Ог NH$
'JНаi£* • -» • .
—MjO
*4';* • « - О О
NNa « (Mmco Kll
* Дымам. 1
Образующийся на первой стадии кристаллический п-то-
луолсульфохлорид (тозилхлорид) применяется в синтезе хлор-
амина т (антисептическое средство) и для введения тозиль-
НОЙ •.группы в органические молекулы. В основе других
способов’'синтеза сахарина лежат антраниловая кислота [5]
(с^ема 3.2) и ангидрид фталевой , кислоты (4) (схема 3-3) <
Синтетические сладкие вещества
75
Синтезированы и изучены вкусовые ощущения более 80 про-
изводных сахарина [6].
2.СН1ОН
NaOH
NnCOl
Схема 3.3.
Химические реакции сахарина. Для сахарина характерны
реакции, связанные с замещением амидного водорода (обра-
зование солей, N-алкнл- и N-арилпроизводных), а также кон-
денсация с фенолом. Нуклеофильные реагенты раскрывают
изотиазольный цикл 2-замещенных производных сахарина
в положении 5.
и - И, Na, аллил, арил
Nu-OH, NH)NH(
76
Глава 3
Легко можно синтезировать производные сахарина, содер-
жащие заместители в ароматическом ядре, например 6-ами-
иосахарин (7] (схема 3.4):
Схема ЗЛ 6 - аниносахарин
Описан синтез З-оксо-2,3-дигидротнено (3,4-t/] изотиазол-
1,1 -диоксида — производного сахарина, содержащего вместо
бензольного тиофеновый фрагмент [8]:
По интенсивности сладкого вкуса это соединение в
1000 раз превосходит сахарозу и в 2 раза сахарин. Исход-
ными веществами прн синтезе служит метиловый эфир тио-
гликолевой кислоты и акриловая кислота (схема 3.5)
Jw
н- нетиморфалин
ацетон
Синтетические сладкие вещества
77
Его изомер — 3-оксо-2,3-дигидротиено [2,3-d] изотиазол-1,1-
диоксид — был получен [16] по схеме 3.6.
В неочищенном сахарине [4] обнаружены с помощью
хроматографии [14, 15] примеси следующих веществ:
кислета
п-тллуллсулнрамиЯ Ь-сумфамилЯензойная
Кислллга
78
Глава 3
ХаЧМЗДЧ }А'.л*-?ииетилЗи1ренил-
сущюны
В результате сопоставления химического строения более
80 производных сахарина с их вкусом были сделаны три
основных вывода [6]:
а) замещение имидного протона на катионы Na*, NH<
или Са** уменьшает сладкий вкус; N-алкил-, циклоалкил- и
гетероциклоалкильиые производные соединения безвкусны;
б) введение электроноакцепторных заместителей в бен-
зольное ядро резко увеличивает горький вкус веществ;
в) электронодоиориые заместители (NHj, СН8, С5Н5О)
способствуют повышению сладкого вкуса.
Замена группы NH в молекуле может понизить интен-
сивность сладкого вкуса. В целом в результате химических
превращений сахарина получают соединения с различным
вкусом (схема 3.7):
мнений
Синтетические сладкие вещества
79
Ряд обстоятельств препятствует широкому применению
сахарина. Горький привкус ограничивает использование в пи-
щевой промышленности и, как правило, сахарин добавляют
в смеси с модификаторами (желатин) либо с другими слад-
кими компонентами (разд. 4.2) |9]. Сахарин часто исполь-
зуется в таблетках в виде натриевой соли или в смеси с гид-
рокарбоиатом натрия (1:4), который при растворении в воде
образует СО2. Центральное место занимает вопрос о безвред-
ности сахарина для человека. Доказано, что сахарин быстро
усваивается, и ~98 % быстро выводится из организма (4].
В то же время в опытах на крысах установлена прямая за-
висимость между использованием сахарина и возникнове-
нием рака мочевого пузыря.
Интересные сведения о совместном действии канцероген-
ных и неканцерогенных компонентов (кокарциногенезе (10])
опубликовали Хикс и др. |11] в 1978 г., и это объясняет при-
чины возникновення рака мочевого пузыря у крыс, которые
получали сахарин и цикламаты вместе с метилнитрозомоче-
вииой. Большое количество сахарина в питании оказывало
канцерогенное действие на животных, которым заранее вво-
дили в небольших количествах неканцерогениую метилнитро-
зомочевину, — наблюдалось ускоренное развитие раковой
опухоли мочевого пузыря у 60 % крыс. Следовательно, нель-
зя ограничиваться заключением о том, что прямой канцеро-
генностью синтетическое сладкое вещество не обладает. Не-
обходимы углубленные исследования его действия в смесях
с различными веществами.
В настоящее время считается установленным, что небез-
опасно ежедневно употреблять сахарин в течение длитель-
ного времени.
По этой причине вопрос о массовом использовании саха-
рина до настоящего времени не решен. Чаще всего сахарин
используется для модификации вкуса лекарственных препа-
ратов. Во время второй мировой войны сахарин в широких
масштабах заменял сахарозу. Сахарин употребляют для
придания сладкого вкуса пище для людей, склонных к ожи-
рению, сердечно-сосудистым заболеваниям, а также больных
диабетом. Его использование было основано на простом ме-
тоде получения и низкой стоимости.
Всемирной организацией здравоохранения разрешено при-
менять сахарин не более 5 мг/кг, а в диетических продуктах
до 25 мг/кг. В частности, в ЧССР разрешены добавки саха-
рина до 15 мг/кг в овощные салаты, конфеты, печенье, дие-
тические продукты, напитки, кондитерские изделия для диа-
бетиков (12]. Предельная ежедневная доля сахарина для
80
Глава 3
взрослого человека составляет 2,5 мг/кг (17J. Предполага-
ется, что в 2000 г. потребление сахарина составит 64,5 т [ 13).
3.2. ЦИКЛАМАТЫ — ПРОИЗВОДНЫЕ
АМИНО'И-СУЛЬФОНОВОЙ КИСЛОТЫ
Цикламаты как синтетические сладкие вещества были от-
крыты в 1937 г. Свед в ходе изучения производных амино-
сульфокислоты в Иллинойсском университете обнаружил, что
сигареты, на которые попадали цикламаты, приобретали
сладкий вкус. В 1940 г. производные аминосульфоновой и
циклогексиламино-Ы-сульфоиовой кислот, а также их соли
были запатентованы в качестве новых низкокалорийных слад-
ких веществ; в США нашли практическое применение нат-
риевая (с 1950 г.) и кальциевая (с 1953 г.) соли циклогексил-
амнно-Ы-сульфоновой кислоты. Первая работа Сведа была
опубликована в 1944 г. [18].
Циклогексиламино-Ы-сульфоновая кислота
NHSO3H
CeHtJO3S М=166
представляет собой белое кристаллическое вещество слад-
кого вкуса, без запаха, хорошо растворимое в воде (1 г в
13 мл) и полярных органических растворителях (1 г в 25 мл
Z2H5OH, 9 мл глицерина или 25 мл 1,2-пропандиола), плохо
растворимое в хлороформе и бензоле и нерастворимое в гек-
сане; 10%-ный водный раствор имеет pH в интервале
0,8—1,6. В водном растворе кислота стабильна в диапазоне
pH 1-10.
Натриевая соль циклогексиламино-Ц-сульфоновой кисло-
ты представляет собой белый кристаллический порошок с ин-
тенсивным сладким вкусом (в 30 раз слаще сахарозы) и вы-
сокой термостабильностью (т. разл. ^260 °C). Соль хорошо
растворима в воде (1 г в 5 мл воды или 24 мл 1,2-пропан-
диола), не растворяется в этаноле, бензоле, хлороформе,
ацетоне и эфире. Водные растворы нейтральны. При увели-
чении содержания до 1 % интенсивность сладкого вкуса воз-
растает, дальнейший рост концентрации не приводит к по-
вышению сладости, а затем возрастание доли цикламата
приводит к снижению интенсивности вкусового ощущения.
Белые кристаллы кальциевой соли циклогексиламино-N-
сульфоновой кислоты обладают интенсивным сладким вкусом
и содержат две молекулы воды, которая удаляется при 80 °C;
безводная соль разлагается при 260 °C. Растворимость соли
следующая: 1 г в 4 мл воды, 60 мл СгН5ОН или 1,5 мл
Синтетические сладкие вещества
81
1,2-пропандиола; в бензоле, хлороформе и эфире нераство-
рима. Водице растворы соли нейтральны. Кальциевая и нат-
риевая соли имеют равную интенсивность сладкого вкуса.
Другие соли (калиевая и магниевая) также являются слад-
кими веществами, ио практического применения не нахо-
дят [19].
Получение Цикламатов. По методу, предложенному Од-
риетом и Сведом [18], циклогексиламиио-М-сульфоиовую
кислоту синтезировали из циклогексиламииа и хлоросульфо-
иовой кислоты в инертном растворителе при температуре —
О— 20°С. При этом две молекулы циклогексиламииа реаги-
руют с молекулой хлоросульфоиовой кислоты с образованием
циклогексиламмоиийциклогексилсульфамата, а третья моле-
кула амина связывает выделяющуюся молекулу НС1 с обра-
зованием циклогексиламмоиийхлорида:
NH, + CISOjOH
ссц
6*С*
После обработки щелочью циклогексиламин отгоняют и оста-
ток, содержащий натриевую соль циклогексиламнно-М-суль-
фоповой кислоты очищают перекристаллизацией из воды.
Этот процесс не нашел применения, поскольку оказалось не-
возможным очистить конечный продукт в соответствии с тре-
бованиями, предъявляемыми к синтетическим сладким веще-
ствам [20]. В промышленности [20] используются процессы,
базирующиеся на аминосульфоиовой кислоте, ее натриевой и
аммонийных солях или серном ангидриде. Конденсацию про-
водят в присутствии третичных аминов, например триэтил-
или триметиламииа (схема 3.8).
NHiifhOH
110—113*0
NHi8ChONH4N«|
NHfr
SO,—N,
70-110 "C
aso,oH
(C.H,hN
Схема 3.&.
Общим недостатком всех процессов является промежугочиое
образование циклогексиламмоиийциклогексилсульфамата, ще-
82
Глава 3
лочной гидролиз которого приводит к циклогексиламину и
натриевой соли циклогексиламино-Ы-сульфоновой кислоты.
Наряду с этими методами известны способы, не связанные с
применением циклогексиламина, в частности, синтез на осно-
ве циклогексилгидроксиламииа, который действием SO2 пере-
водят в целевую циклогексиламино-Ы-сульфоновую кислоту,
или по реакции с NaHSOj сразу получают натриевую соль
[20]. Описано каталитическое гидрирование ароматических
сульфаматов [16], например:"
н>
ямьш Ni
NHSOjNa
Эффективным методом получения кальциевой соли цикло-
гексиламино-Ы-сульфоиовой кислоты является взаимодействие
циклогексилизоцианата с концентрироваииой серной кисло-
той с последующей нейтрализацией промежуточного продук-
та смесью СаО + Са(ОН)2 в ледяной воде; продукт выде-
ляли перекристаллизацией [20].
NCO + H,SO4 —►
NHSOjOH 4- СО,
С40 + <Ж0Н),
Са
Подобными способами удается, согласно данным патентов
[21, 22], получать цикламаты, которые после многократной
перекристаллизации и очистки пригодны для использования
в пищевых и фармацевтических продуктах. В соответствии с
литературными данными выход составляет 75—95 %.
Цикламаты химически стабильны. Связь N—S разрыва-
ется под действием азотистой кислоты (эта реакция исполь-
зуется для аналитического определения содержания цикла-
матов) [19].
NHSO® + HONO
+ HSO,® + N,f + Н»О
Взаимосвязь сладкого вкуса цикламатов и их строения.
В настоящее время не найдены общие закономерности, свя-
зывающие химическую структуру цикламатов с их сладким
вкусом. Одриет н Свед [18] показали, что определяющее зна-
чение для возникновения сладкого вкуса имеет циклогексано-
вый фрагмент. Однако в 1975 г. было найдено, что нецикли-
ческое соединение н-бутилсульфамат в 50 раз слаще саха-
розы [23]. Замена в функциональной группе NHSO3Na атома
Синтетические сладкие вещества
83
водорода на метильную, этильную нли циклогексильную груп-
пу приводит к потере сладкого вкуса.
Проанализировав обширный материал, Бенсон и Спиллан
'124] предположили, что сладкий вкус цикламатов определяет-
ся наличием в молекуле функциональной группы NHSOsNa и
насыщенного циклоалкильного фрагмента. В ряду циклама-
тов последовательно варьировались размер цикла, заместите-
ли у атомов углерода цикла, заместители в группе NHSOjNa,
а также были получены соединения с алифатическим и гете-
роциклическим остатками. На основании полученных данных
пришли к следующим заключениям:
цикламаты, содержащие 5—9-членные углеводородные
циклы, обладают сладким вкусом; молекулы с циклопропнль-
иым, циклобутильным и макроциклическими фрагментами
безвкусны:
(сн<1н
CH—NHSOsNa
л = 3—7 — сладкие; л — 1, 2, 10 — безвкусные
введение в циклоалкильный заместитель метильной, этиль-
ной или другой углеводородной группы не снижает сладкого
вкуса [16]:
•NHSOjNa
130раз сяащз
сахарозы
наличие метиленового звена между циклоалкнльным фраг-
ментом и группой NHSOsNa может повлиять на вкус соеди-
нения [25]:
н-СНг—NHSOjNa
ЯезОкусный
Н2—NHSOjNi
по слаОкму Онусу
f/JUJffX X UUXJlffgffXCU/h-
N-алкилпроизводные сладким вкусом не обладают:
-N—SOjNa безвкусный;
R = алкил (Ci—С»), цикловлкил
соединения, содержащие вместо циклоалкильного 4-окса-
циклоалкильный фрагмент, безвкусны. Однако производные,
содержащие в цикле серу, сохраняют сладкий вкус, что было
84
Глава 3
показано в работе [261:
h—NHSOjNa
йзвиусиый
___, R
/ \ 1
s N—SO/Na
О"\____f
Я*зтил, н-пролил, изв-лртил
славнии
производные, содержащие пирролидиновый или N-морфо-
линовый фрагменты, безвкусны:
^N—NHSOjNa
йсзвнусиый
р—NHSOjNa
(езбкдсхый
Показано [24], что необходимым условием наличия слад-
кого вкуса является присутствие атома водорода у С-1 атома
цикла например:
йзбиусньш
Синтезированный в работе [24] 1Ч-(1-адамантил)сульфамат
натрия оказался несладким, что подтверждает предположе-
ние, согласно которому цикламаты, имеющие сладкий вкус,
должны содержать фрагмент ^СН—N(R)—SO?
Соединения, содержащие алкильные группы нормального
и изостроения могут иметь различный вкус [24]:
н3сч
СН3—(CH2)n—CHjNHSOjNa ^СН-(СН2)„—NH-SO,Na
н3с/
л=1,2 (сладкие) /1=1,2 (сладкие)
л = 4, 6, 13, 16 (безвкусные)
Длительными и тщательными исследованиями не удалось
обнаружить какого-либо вредного действия цикламатов на
печень, почки и другие органы человека. Хотя продукты ме-
таболизма цикламатов достаточно быстро удаляются из орга-
низма [27], от 0,1 до 0,9 % распадается на исходный цикло-
гексиламин, обладающий высокой токсичностью, и канцероген-
ный дициклогексиламнн. Показано, что цикламаты в боль-
ших дозах вызывают у подопытных животных рак мочевого
пузыря. Хикс и сотр. [11] установили, что кальциевая соль
Синтетические сладкие вещества
85
циклогексиламино-Ы-сульфоновой кислоты подобно сахарину
стимулирует появление опухоли мочевого пузыря у крыс (до
60% [Ю]), которым предварительно вводили неканцероген-
пую метилнитрозомочевииу.
Широкое применение цикламатов в продуктах питания
требует дальнейшего изучения их биологической активности.
Наибольшее распространение цикламаты получили в США
и Японии при приготовлении соков и безалкогольных напит-
ков. Кальциевая соль рекомендуется лицам, которым проти-
вопоказано употребление натрия. Цикламаты не следует ис-
пользовать в питании маленьких детей и беременных жен-
щин.
Кальциевая соль использовалась в производстве напитков,
фруктовых соков, компотов, кондитерских изделий (печенье,
конфеты) и как компонент пищевых приправ и добавок. Цик-
логексиламино-Ы-сульфоновая кислота имеет приятный вкус
и ее целесообразно использовать в сочетании с лимонной
кислотой в различных напитках. Эта кислота и ее соли моди-
фицируют горький или другой неприятный вкус лекарств,
улучшают их растворимость (20].
В ЧССР натриевая соль (торговое название споларнн) на-
ходит применение в производстве диетических продуктов и
шоколада, а также используется в смеси с сахарином (рас-
твор по 25 мл называется дукарил), поскольку устраняет не-
приятный привкус и улучшает вкусовые качества. Существен-
ного роста потребления цикламатов в ЧССР ие ожидается;
так, в 1985 г. оно составило 14,82 т, а в 2000 г. планируется
17,57 т [13].
3.3. ОКСАТИАЗИНОНДИОКСИДЫ
В 1973 г. Клаус и Йенсеи [28] открыли новую группу синтети-
ческих сладких веществ —замещенные 3,4-дигидро-1,2,3-окса-
тиазии-4-он-2,2-диоксиды, из числа которых наиболее интен-
сивный сладкий вкус имеют соединения с метильной группой
у атома С-6 цикла (табл. 3.1). Соединения этого класса пред-
ставляют собой кристаллические порошки с высокой термиче-
ской и химической стабильностью, хорошо растворимые в
воде и органических растворителях (метанол, этанол, глице-
рин). В водных растворах оксатиазинондиоксиды хорошо дис-
социированы и со щелочными металлами образуют нейтраль-
ные соли (т. пл. >200° С). Синтез этих веществ основан на
реакции фторо-, хлоро- или арилоксисульфонилизоцианатов с
карбонильными соединениями или алкинами. Так, при кон-
денсации 2-бутпна (димстилацетилена) с фторосульфонпл-
изоцианатом образуется соответствующий урацил, строение
86
Глава 3
Таблица 3.1. Относительная иитеисивиость сладкого вкуса
оксатиазииоидиоксндов по сравнению с сахарозой
R' R’ X Относительная интенсивность сладкого вкуса Литература
н н н 10 16
н н Na . ю 28
II сн8 Na 130 28
н сн8 К 130, 200е 28, 30-32, 34
н сн8 Са 130 28
сн8 н Na 20 28
сн8 CHj Na 130 28
н с2н8 № 150 28
с,н, н Na 20 28
сн, с»н8 Na 130 28
с2н8 СИ, Na 250 28
н h-CJH, Na 30 28
h-CjHj сн8 Na 30 28
с2н8 н-С3Н7 Na 70 28
«зо-С8Нг сн8 Na 30 28
н CHj-Ci К 150 32
н CHj-Br К 150 32
н СН2-ОСН8 К 50 32
н сн2-он К 50 32
н ch2-n8 К 150 32
* 4 %-иый раствор сахарозы.
6 3 %-иый раствор сахарозы.
которого доказано рентгеноструктурным анализом [29]; его
гидролиз приводит к амиду фторосульфоиовой кислоты, кото-
рый в щелочной среде циклизуется с 70%-ным выходом в
оксатиазинодиоксид (схема 3.9). Аналогично протекает про-
цесс с использованием 1-бутина или 1-гексина,, однако этот
метод не нашел широкого применения.
Промышленный способ базируется на взаимодействии кар-
бонильных соединений с галогеносульфоиилизоцианатами
(схема 3.10). Их реакции с трет-бутиловым эфиром 3-оксобу-
Синтетические сладкие вещества
87
/мп/ЛГЯ( т.м.№8,{‘£
СввсмаЗ.&
x-ci. F
Схема 3.10.
таковой кислоты протекает в диэтиловом эфире при 0—20 °C.
Из образующегося продукта при нагревании до 40—70 °C вы-
деляются СОг и изобутилен; в результате с выходом 80 % по-
лучается N-X-сульфоиамид 3-оксобутаиовой кислоты, который
в щелочной среде циклизируется в целевой продукт (схе-
ма 3.11),
Промышленное производство основано на фторосульфо-
нилизоцианате н трет-бутиловом эфире 3-оксобутановой кис-
88
Глава 3
»Ф»Р
0-20 *C
CHjCOCH—CO—NH—SO,X
X—SO,—N==C==O
+
CHSCOCH2CO— ОС(СН»),
X = Cl, F
Et = этил
(0
выход 91%
выход 85% выход 55%
т. пл. 86 "С
Схема 3.11.
лоты. Для циклизации используется КОН и целевая соль ио*
сит название ацетосульфам [30] или ацесульфам-К [31]. Ее
очистка перекристаллизацией из водных растворов позволяет
получить вещество 99 % -ной чистоты (растворимость при
20 °C 27 г в 100 мл воды, при 100 °C — около 30 г в 100 мл
воды). Вероятный механизм циклизации приведен на схе-
ме 3.12.
и’-н
R’-CHj
Схема 3.1 Z.
Использование 4-замещеиных трет-бутиловых эфиров
3-оксобутановой кислоты приводит с высокими выходами к
соответствующим 6-галогенометил-, 6-алкоксиметил-, 6-ацет-
оксиметил-, 6-гидроксиметил- или 6-азидометилпроизводиым;
их строение показано методом ПМР-спектроскопии [32]. Ок-
сатиазинондиоксиды хорошо растворяются в воде, а из вод-
ных растворов легко экстрагируются органическими раство-
рителями tнапример, этилацетат). Бснзопроизводное окса-
тпазппонднокснда (4-оксо-1,2,3-бе113оксатиаз1111-2,2-диокс11д)
Синтетические сладкие вещества
89
было получено из 2-беизилоксибеизойной кислоты (схе-
ма 3.13) и оказалось в 100 раз слаще сахарозы [16].
ООН
O«=C=N—SOiF
>—CHr-C.Hj
I.N1OH
1.Й*
о
Схема 3.13.
ЗыхоЗ 65%'
т.па 170*С
Описано применение арилоксисульфоиилизоцианатов [28]
в синтезе оксатиазииондиоксидов (схема 3.14).
O-=C=N-SOjOR
СНзСНаСОСН,
N»OH
-ROH
CHjCOCHjCOOCfCHsh
-----------------+
R=-C.H,
4-С1С.Н,
2, 4, 6-ClaC*Hs
выход 55%
Схема SJ4.
Реакции и свойства оксатиазииондиоксидов. Оксатиазинон-
диоксиды представляют собой кристаллические вещества, хо-
рошо растворимые в воде и органических растворителях; это
одноосновные кислоты, реагирующие со щелочными металла-
ми с образованием устойчивых солей с т. пл. >200 °C (соль
натрия — 220°C, калия — 250°C, кальция — выше 310°C).
5,6-Днметил- и 5-этил-6-метилпроизводиые оксатиазиноидиок-
сидов можно перегнать в высоком вакууме.
Кальциевая соль 6-метнлпроизводного в водной среде
(pH 7) сохраняет стабильность в течение 8 ч. до 120 °C, одна-
ко исходный 6-метилоксатиазииондиоксид в этих условиях
разлагается с промежуточным образованием 3-оксобута повой
90
Глава 3
кислоты (схема 3.15).
уСН,
СН2-с;
/сн» 1
,сн2—
'ХОН 4- nh4hso4-
—> 2CHjCOCH2 4- 2СО2 4- (NH4)2SO4.-|- H2SO4
Схема 3.15.
Зависимость сладкого вкуса оксатиазинондиоксидов от
химического строения. В результате определения вкуса самых
разнообразных замещенных оксатиазинондиоксидов было
установлено следующее. Соединения без заместителей или
содержащие небольшие алкилные группы обладают сладким
вкусом. Минимальная интенсивность сладкого вкуса харак-
терна для 3,4-дигидро-1,2,3-оксатиазин-4-он-2,2-диоксида
(табл. 3.1), а максимальную интенсивность проявляет его
5-этил-6-метилпроизводиое. Природа катиона не влияет на
интенсивность вкуса, а наиболее сладкими являются соедине-
ния с объемными заместителями в положении 6 цикла. За-
мена атома кислорода кольца на группы NH нли NCH3 при-
водит к потере сладкого вкуса [28].
безвкусный
безвкусный
Наибольшее внимание исследователей привлекает 6-ме-
тилпроизводное (ацесульфам), которое обладает ярковыра-
жеиным сладким вкусом, хорошо растворяется в воде и обра-
зует стабильные соли, сохраняющие вкус в кислых освежаю-
щих напитках. Это соединение стабильно до pH 4 и темпера-
туры 120 °C. В водных растворах в течение одного месяца
при 40 °C гидролиза и снижения сладкого вкуса ие наблю-
дается. Однако ацесульфам распадается в сильнокислотных
(pH <2,5) либо сильнощелочных средах. Это соединение ис-
пользуется при приготовлении горячих и холодных напитков,
кондитерских и кисломолочных продуктов [28]. Комплексные
фармакологические исследования, включающие оценку аналь-
гетической, психотропной и диуретической активности, пока-
зали, что ацесульфам практически не токсичен и не канцеро-
Синтетические сладкие вещества
91
генен. В организме человека ацесульфам не разлагается, не
откладывается в тканях, практически полностью выводится.
Не наблюдается накопления ацесульфама в тканях и органах
при его длительном потреблении. Для аналитического опре-
деления ацесульфама применяется тонкослойная хроматогра-
фия [33].
3.4. АСПАРТАМ И ЕГО АНАЛОГИ
Случайное обнаружение сладкого вкуса метилового эфира
ь-а-аспартил-ь-феиилаланина Мазуром и Шлаттером [35, 36]
послужило толчком к синтезу, изучению и применению аспар-
тама (такое название получило это сладкое вещество, про-
мышленное производство которого было осуществлено фир-
мой G. D. Searle Company в США). В ЧССР гидрохлорид
аспартама получил торговое название усал.
В настоящее время аналоги и производные аспартама на-
ходятся в центре внимания исследователей и полученные ре-
зультаты существенно углубляют и расширяют теорию и прак-
тику производства и применения синтетических сладких ве-
ществ [37].
Пептиды, обладающие сладким вкусом, как и другие низ-
кокалорийные природные и синтетические сладкие вещества,
необходимы для диетического питания и рекомендуются в
первую очередь больным диабетом и ожирением [38, 41].
H?N—СН—CONH—СН—соосн»
си»—соон
L- а-аспартил-г-фенилаланин
(аспартам')
Сладкие дипептиды типа аспартама весьма эффективны
для модификации вкуса детских лекарств [42—44], поскольку
аспартам безвреден для человека [45]. Кроме того, существен-
ным преимуществом аспартама по сравнению с сахарозой
является то, что он не стимулирует развитие кариеса зубов
[46].
Аспартам усиливает вкус сахарозы, глюкозы, цикламатов
и сахарина, в результате снижается расход требуемых слад-
ких компонентов [46]. Наряду с этим небольшие количества
(2—3%) аспартама или его аналогов полностью подавляют
неприятные вкусовые ощущения сахарина [42], что определяет
его преимущества по сравнению с другими сладкими веще-
ствами [46]. Подробно исследован метаболизм аспартама, изу-
чена его токсичность [47] и каицерогениость [36]. Аспартам
влияет на содержание молочной кислоты в слюне человека
и тем самым изменяет pH среды.
92
Глава 3
Аспартам подвергается гидролизу в сильнокислотных и
слабощелочных средах, что ограничивает области его приме-
нения. Для устранения этого недостатка было предложено
химически прикреплять молекулы, вызывающие ощущение
сладкого вкуса, к устойчивым макромолекулам, например к
декстрану [48, 49]. Такие системы можно получить при ваку-
умной сушке многокомпонентных водных растворов. Основной
трудностью является поиск макромолекул оптимальной вели-
чины, поскольку контакт химически активного фрагмента с
рецептором зависит от размера агрегата в целом и возможно
резкое снижение или полная потеря сладкого вкуса.
Важно также создание структурных аналогов аспартама,
устойчивых к гидролизу, в частности, синтез производных
дикетопиперазина. В синтез и исследование свойств дипепти-
дов, обладающих сладким вкусом, существенный вклад внес-
ли Блах и его сотрудники [50].
Методы синтеза аспартама и его аналогов. В декабре
1965 г. американский исследователь Слаттер, сотрудник чи-
кагской лаборатории Searleho, перекристаллизовывал аспар-
там, являющийся промежуточным продуктом пептидного гор-
мона гастрина, и по неосторожности поднес ко рту руку, иа
которой случайно находилось это вещество. Так был открыт
сладкий вкус аспартама.
В дальнейшем синтезу аспартама был посвящен ряд ис-
следований [51—57]. Одной из аминокислот, входящих в мо-
лекулу аспартама, является фенилаланин, широко распростра-
ненный в природе. Поэтому наиболее удобным и дешевым
способом получения аспартама является аминолиз ангидрида
аспарагиновой кислоты (схема 3.16), в котором аминогруппа
защищена фрагментами, используемыми в синтезе пептидов
[58-63].
СН2— СООН
I (CHsCOhO
Z—ЫН—СН—СООН ---------►
сн,—со. ?н‘с‘н‘
—► I ;о + h2n—сн—coocHj —►
z—NH—CH—C0Z '
СН2—СООН сн,—с,н,
—> Z—NH—СН—СО—NH—Ан—COOCHj +
а-форм а
СООН сн2— с»н,
+ Z—NH—Ан—СН2—СО—NH—Ан—соосн,
P-форма
Схема 3.16.
Синтетические сладкие вещества
03
Аминолиз проводится в органических или водных средах, а
также в смешанных растворителях (при контролируемом pH)
[62]. Аминолиз ангидрида можно проводить с высокой селек-
тивностью с преимущественным образованием а-изомера.
С этой целью необходимо вести процесс при низкой темпера-
туре в избытке аминокислоты и в присутствии следующих
добавок [53]: 1) уксусная кислота [53], ортофосфорная кисло-
та, угольная кислота [53—55]; 2) смеси слабых кислот и низ-
ших алифатических спиртов [53]; 3) смеси сильных кислот и
спиртов [61—65]. На практике аминолиз ангидрида аспараги-
новой кислоты проводят в водных растворах неорганических
соединений [66].
Главным недостатком этого простого метода является
сложность выделения целевого продукта и трудность его
очистки от p-.изомера, который обладает горьким вкусом [67—
69]. Предложено несколько способов разделения изомеров.
Один из них основан на различной растворимости солей
а- и p-изомеров в сильных.неорганических [70, 71] или арома-
тических [72] кислотах (как правило, соля а-изомера менее
растворимы в водных и водно-органических средах, чем соли
р-изомеров).
Другой способ основан на меньшей активности р-изомера
в реакции с кетонами. В частности, а-изомер аспартама и не-
которые его аналоги в ацетоне дают растворимые 4-имидазо-
лидиноны, а p-изомер не участвует в реакции и не растворяет-
ся [73, 74]. Недостатком этбго метода является необходимость
гидролиза при высоких температурах весьма стойкого 4-имид-
азолидинона и образующийся при этом аспартам частично
разлагается [75].
Еще один метод получения аспартама [76] базируется на
реакции N-замещенной аспарагиновой кислоты (схема 3.17) с
эфиром 2-изоцианато-3-К-пропановой кислоты (R = фенил,
циклогексил). К недостаткам этого метода относятся необхо-
димость работы с фосфогеном при высоких температурах и
образование p-изомера в качестве побочного продукта.
В работе [77] описано получение аспартама реакцией N-
замещенной аспарагиновой кислоты с формальдегидом, кон-
денсацией образующихся оксазолидинонов с ь-фенилалани-
ном и выделением целевого продукта при удалении защитной
группы (схема 3.18).
Синтезы производных а-аспартама, обладающих сладким
вкусом, исходят из N-карбоксиангидрида или р-бензилового
эфира аспарагиновой кислоты [78]. Эти методы включают ами-
нолиз N-карбоксиангидрида при pH 9—12, что одновременно
приводит к частичному гидролизу сложноэфирной группы.
94
Глава 3
/СООСН, соси
h2n—ch; --------------
x:h2r
R •» фенил, циклогексил
R'~ H, PhCH.COO"
O=C=N—CH—COOCH2
CH»—R
2.
L-R'NH-CH—CH1-COOH
tooH
наг
1.-R
HSN—сн—СН2—СО—NH-CH1—COOCHj
Аоон
побочный продукт
L, L-NH,—ch—CO—NH— CH—COOCHj
<!:h,cooh in,—r
основной продукт
Схела 3.17.
СНгСООН
R—NH—CHCOOH + CH2=O —» R—N-
< >-О
:Н;СООН
N№
R—NH—CH—CONH—CH—COOCHj
IHiCOOH
иа(и«нси|он
4*MW.M*C
HjN-
:n—coocHj
Стена 318..
[jCOOH Сн2-#У>
аспартам
Описан синтез аспартама из дихлорида малеиновой кисло-
ты, причем этим методом получена ы- —ь-форма [79]. Ориги-
нальный синтез аспартама осуществил Питч [80]. Окисление
4-винил-2-азетидинона приводит к лактаму, что защищает
аминогруппу и [(-карбоксильную группу аспарагиновой кис-
лоты при конденсации с метиловым эфиром фенилаланина.
Расщепление 2-азатидиноиа соляной кислотой приводит к ас-
партаму (схема 3.19),
Синтетические сладкие вещества
95
О COOCHj
НОс/УМ^ИЛН,
NHl аспартам
CHi-€>>«.-
HjK -<[h-COOCIIi
Схема 3.19.
Для получения аспартама и его аналогов также широко
использовали классические пути синтеза пептидов (карбоди-
имидный метод, метод смешанных ангидридов или активиро-
ванных эфиров [81, 82J). Преимущества и недостатки этих
методов хорошо известны. Описан синтез аспартама с ис-
пользованием трифтороацетоксисукцинимида [83J. Этот ре-
агент обеспечивает быструю и полную замену N.p-0-замещен-
ного карбоксильного компонента на соответствующий эфир,
который легко вступает в реакцию аминолнза.
В ряде работ [84—86] описаны модифицированные спосо-
бы удаления защитных групп в синтезе эфиров дипептидов,
имеющих сладкий вкус.
В Японии разработано производство аспартама фермен-
тативным гидролизом рацемической смеси аминокислот, что
представляется экономически наиболее выгодно [87].
Зависимость сладкого вкуса аналогов аспартама от строе-
ния. Мазур и сотр. [36] впервые получили ряд аналогов
аспартама (~50 соединений) и обсудили влияние структуры
на сладкий вкус соединений, содержащих а-аспартильный
фрагмент. Они пришли к выводу, что сладкий вкус обуслов-
лен следующими факторами: строго определенным расстоя-
нием между аминогруппой и карбоксильной группой; строго
определенной конфигурацией асимметрического атома угле-
рода; наличием эфирной группы иа концевом углеродном ато-
ме дипептидиой чвсти. Было сделано предположение [36], что
нарушение хотя бы одного из этих требований приводит к
потере сладкого вкуса (табл. 3.2).
Длительное время отсутствовали доказательства того, что
перечисленные требования не являются обязательными для
производных аспартама, обладающих сладким вкусом. Так,
при замене аспарагиновой кислоты близкими по структуре
кислотами, в частности глутаминовой кислотой, сладкий вкус
исчезает [36]. Очевидно, что при взаимодействии с рецепто-
рами необходимо, чтобы система АН,В была плоской, т. е. в
96
Глава 3
Таблица 3.2. Относительный сладкий вкус аспартама, его аналогов
и изомеров [36]
Соединенне
Относительная интенсивность
сладкого вкуса *
Сладкие
a-L-Asp—L-Ph—ОМе
a-L-Asp—L-Met—ОМе
a-L-Asp—L-Туг—ОМе
a-L-Asp—L-Phe—OEt6
a-L-Asp—L-Phe—OPr-w 6
a-L-Asp—L-Phe—OPr-uso 6
a-L-Asp—L-Phe—OBu-rper ®
Безвкусные или горькие
г-a- L - Asp- L -Ph—i
100-150
100
10
10
1
1
1
a-*- - Asp—l- P he—NH,
a-L-Asp—L-Phe
I
NH,
a-L-Asp—L-Phe
OMe
a- L -Asp
।— L-Phe-OMe
a-L-Asp—L-Phe
0- L -Asp
L L-Phe
0
0
О
o-L-Glu—L-Phe—ОМе
a-L-Asp—d- Р he—ОМе
a-D-Asp—L-Phe—ОМе
a-D-Asp—D-Phe—OMe
За единицу принимается степень сладости сахарозы.
Согласно работам )58. 91).
данном случае аминогруппа и карбоксильная группа амино-
кислоты должны давать плоскую циклическую ионную струк-
туру [87, 88]. Это требование реализуется, если в качестве
аминокислоты выступает аспарагиновая кислота или амнио-
малоновая кислота. Другая часть молекулы аспартама можег
варьироваться в широких пределах, в частности при замене
фрагмента L-Phe на ь-Туг или L-Met сладкий вкус сохраняется
Синтезированные l—d-, d—l- и d—D-изомеры аспартама об-
ладают горьким вкусом, что дополнительно доказывает не-
Синтетические сладкие вещества
97
обходимость выполнения требования о строго определенном
пространственном строении молекул. В работе [89] отмечает-
ся, что вещества с dl—dl-, dl—l- и l—DL-структурон сохра-
няют сладкий вкус, интенсивность которого, одиако, суще-
ственно ниже, чей у ь—L-изомера.
В работе [36] показано, что с увеличением размера С-кои-
цевой эфирной группы сладкий вкус уменьшается. Отсюда
следует, что размеры молекул имеют большое значение для
характера их взаимодействия с рецепторами [90]. Мазур и
сотр. [81] установили, что к числу дипептидов, обладающих
сладким вкусом, относятся эфиры ь-а-аспартил-ь-треонина и
ь-а-аспартил-Э-алкил-ь-гомоцистеиисульфоиа. Ярко выражен-
ным сладким вкусом обладают аналоги аспартама, содер-
жащие алкоксильиые, гидроксильные группы или атомы
галогена в лара-положеиии фенильного заместителя [42, 60,
91]. Показано [43, 60, 76, 92—94], что частичное или полное
гидрирование бензольного ядра в ряде случаев увеличивает
интенсивность сладкого вкуса.
Мазур и сотр. [105], исследуя влияние заместителей иа ин-
тенсивность сладкого вкуса дипептидов, установили, что ами-
нокислота при С-коицевом атоме углерода может включать
вместо фенильного заместителя алифатическую группу. В ра-
боте [94] показано, что интенсивность сладкого вкуса эфиров
дипептидов, содержащих а-аспартильную часть, зависит от
строения и гидрофобности алкильного радикала R (табл. 3.3),
причем метиловые эфиры дипептидов к—ь-формы не обла-
дают сладким вкусом, если число атомов углерода в фраг-
менте R меньше четырех.
Таблица S.3. Эфиры дипептидов * типа H*N—СН—CONH—СН—СООСН3,
^Hj—COOH R
содержащие а-аспартильиую группу
Относительная
мпенст иость
сладкого вкуса
Литература
СН»
USO-CjH;
н-С4Н»
изо-С4Нв
к-С$Нц
«зо-С5Нц
н-СаН|з
0
о
40
0
50
60
75
94
94
94, 95
94
84, 95
84, 95
84, 95
* L—L-Конфнгурацня.
98
Глава 3
Таблица 3.4. Эфиры а-аспартилалаиина и а-аспартил-С*
алкилглицина *
H,N—СН—CONH—СН— COOR*
СН.СООН А*
R* R* Относите лысая ннтенсяв кость сладкого вкуса Литератур,
СН, СН, 25 94
с,н» СН, 80 94, 96
K-C3H7 СН, 170 82, 94, 96
«зо-С,Н7 СН, 125 82, 94, 96
M-C4H9 СН, 10 94
изо-С,Н7 с*н. 170 82, 94, 96
изо-CjH; мзо-С,Н7 170 82, 94, 96
мзо-CjH, «-С,Н7 17 94
изо-CjH, втор-С^И» 4 94
изо-С3Н7 изо-CJcit 0 94
изо-CjHj н-С,Н, 0 94
* L — D-Коифнгурация
Максимальной интенсивностью сладкого вкуса (табл. 3.4)
обладают дипептиды l—о-конфигурации ряда эфиров а-ас-
партилалаиииа и а-аспартил-С-алкилглицина [82, 94, 96].
В ряду этих соединений (табл. 3.4) обнаружены следую-
щие закономерности [82, 94]: достаточно большие размеры
группы R1 (н-пропил, изо-пропил и т. д.) и небольшие разме-
ры группы R2 (метил, этил) обусловливают интенсивный
сладкий вкус; большие размеры R2 приводят к исчезновению
сладкого вкуса.
Строго доказано, что все дипептиды, обладающие сладким
вкусом, обязательно содержат две гидрофобные группы
(табл. 3.3). Показано [97], что в соединениях типа.
H,N—СН—СО—NH—СН—COOR*
Ан,—СООН (Ан,)„—R*
сладкий вкус имеют производные, в котором R* — маленький
гидрофобный радикал (СН3, С2Н5, С3Н7, — СН2ОН,
—СООСНз), a R2— большой гидрофобный радикал (Rs =
= М-С4Н9, -ОС4Н9, -SC4H9, -СООС4Н9).
Отмечено [98], что особо сладкими являются соли подоб-
ных оснований и некоторых органических кислот (яблочной,
лимонной и др.). Как правило, аспартам целесообразно ис-
пользовать вместе с лимонной кислотой [99, 100]. Согласно
Синтетические сладкие вещества
99
гипотезе Бейдлера [101], усиление сладкого вкуса эфиров
дипептидов’в присутствии лимонной кислоты объясняется тем,
что уменьшение pH среды меняет конформацию молекул мем-
бран вкусовых клеток, в результате чего возрастает интенсив-
ность ощущения сладкого вкуса.
В работе [36] был получен новый тип устойчивых к гидро-
лизу производных а-аспартила. Соединения I и II l—D-конфи-
гуряиии содержат в различных положениях пептидной цепи
метиленовую группу, что исключает возможность образова-
ния замещенных дикетопиперидииов [51].
H,N—СН—СО—NH—СН—СН1—COOR*
£н,СООН R’
I
H*N—СН—СО—NH—СНг—CHj—CH—COOR1
CHjCOOH R*
II
В соответствии с длиной углеводородной цепи некоторые
из этих соединений подобны «-пропиловому эфиру ь-а-аспар-
тил-о-аланина (относительная интенсивность сладкого вкуса
170). Изменения в структуре этих молекул приводят к сниже-
нию сладкого вкуса иа 20 единиц.
Сладким вкусом обладают также соединения III
H2N—СН—СО—NH—СН—CHjOOCR1
iHjCOOH R*
III
которые отличаются от соединений I строением С-концевой
группы. Установлено [51], что ряд эфиров 2-(а-ь-аспартил-
амино)-D-алканолов (III) в 100 и более раз слаще сахарозы.
Природа радикалов R1 и R2 влияет на их сладкий вкус так
же, как и в ряду эфиров дипептидов. Необходимо, чтобы кон-
фигурация эфиров 2-аминоалканолов соответствовала о-форме
аминокислоты; ни один из эфиров2-(а-ь-аспартиламино)-ь-ал-
канолов не обладает сладким вкусом.
В работах [102—104] было изучено влияние строения а-ас-
партилпроизводных гидроксиламинокислот иа интенсивность
их сладкого вкуса. Был сопоставлен вкус эфиров ь-а-аспар-
тил-ь-р-эритрс-гидроксинорлейцина, ь-а-аспартил-ь-р-трео-г.!-
дроксииорлейцина, ь-а-аспартцл-О-ацил-ь-серина, ь-а-аспартил-
D-серина, ь-а-аспартил-о-треонииа и ь-а-аспартил-в-аллотреони-
на с соответствующими производными дипептидов, не содержа*
щими гидроксильных групп [ЮЗ]. В результате было показано,
ЧТО гидроксильная группа по-разному влияет на вкус L—L-
100
Глава 3
и l—D-изомеров. В ряду l—ь-эфиров интенсивность сладкого
вкуса снижается, а у ь—э-изомеров повышается. В частности,
эфиры сн.-аспартил-о-серина и а-ь-аспартил-о-треонина зна-
чительнослаще, чем соответствующие производные а-ь-аспар-
тил-о-аланина и D-a-аминомасляной кислоты. Кроме того,
было показано [103], что трео- и эритро-изомеры отличаются
по интенсивности сладкого вкуса. Высокой интенсивностью
сладкого вкуса, как отмечалось выше, обладают метиловые
эфиры a-ь-дипептидов [1], а самыми сладкими среди их ь—D-
аналогов, содержащих гидроксигруппу, являются «-пропило-
вые и изобутиловые эфиры [102, 103].
Среди эфиров 2-а-ь-аспартиламино-о-алканолов [51] заме-
на метильной группы в боковой цепи на гидроксиметиленовую
в одном случае способствует повышению, а в остальных вы-
зывает уменьшение интенсивности сладкого вкуса. Введение
метильной группы в ₽- или у-положения боковой цепи приво-
дит к появлению горького вкуса у эфиров дипептидов, содер-
жащих гидроксигруппу [103]. В совокупности приведенные
данные указывают, что гидроксильные группы только в ис-
ключительных случаях препятствуют взаимодействию веще-
ства с рецепторами.
В работе [104] было изучено влияние строения боковой
цепи в соединениях ряда S-алкил-ь-цистеина, О-алкил-ь-сери-
на, эфиров ь-серина и несимметричных диэфиров аминомало-
новой кислоты на интенсивность их сладкого вкуса. Было уста-
новлено, что интенсивность сладкого вкусавсех исследован-
ных соединений зависит от гидрофобности, объемов и строения
боковой цепи и во многом аналогична данным работы [94].
Интересно [104], что важную роль играет ие только степень
разветвленности фрагмента R2, но и пространственное строе-
ние этого фрагмента. В целом, становится очевидным, что с
гидрофобными центрами рецепторов взаимодействуют группы
R2 боковой цепи эфиров дипептидов [90]. Этот вывод справед-
лив только для ь—ь-изомеров, тогда как для эфиров ь—d-ди-
пептидов (вследствие иной конфигурации заместителей уасим-
метрического атома углерода D-аминокислоты) во взаимодей-
ствие с гидрофобными центрами рецепторов могут вступать
С-концевые эфирные группы, а в эфирах М-а-ь-аспартил-о-
аминоалканолов группы —OOCR. Этим объясняется возраста-
ние интенсивности сладкого вкуса [82, 94, 96, 103] с увеличе-
нием размеров эфирной группы и уменьшением объема боко-
вой цепи в ь—D-формах a-аспартилпроизводных. .
a-Аспартиламиды. Мазур [105] на примере а-аспартил-
амида показал, что производные ь-аспарагиновой кислоты,
обладающие сладким вкусом, ие обязательно должны вклю-
чать эфирную группу; позднее эти данные нашли подтвержде-
Синтетические сладкие вещества
101
ние в работе [51]. Полученные данные в целом легко объясни-
мы, поскольку замена карбоксильной группы в дипептидах
L—ь-конфигурации не сказывается на основной гликофорной
части молекулы, которая непосредственно взаимодействует с
рецептором. Непременным условием сохранения сладкого
вкуса является строго определенная конфигурация метильной
группы в a-положении (у асимметрического атома углерода);
H,N—СН—СО—NH—СН—СН,
(Lh3—СООН i
в случае оптически активных аминов необходимо также, что-
бы пространственное расположение заместителей было пол-
ностью аналогично пространственному расположению заме-
стителей в дипептидах l—L-конфигурации-.
Введение галогена в лара-положение бензольного ядра или
гидрирование последнего не приводит к повышению интенсив-
ности сладкого вкуса в ряду а-аспартилфенил ал кил амидов
[105]. Ароматическая часть этих амидов, так же как и в эфи-
рах дипептидов, может быть заменена на ароматический ра-
дикал. Соединения с наиболее интенсивным сладким вкусом
содержат фрагмент из семи атомов углерода, а его уменьше-
ние или увеличение приводит к частичной илн полной потере
сладкого вкуса. Соединение с максимально сладким вкусом в
этом ряду — а-аспартил-а,д-диметиламид — в 100 раз слаще
сахарозы. Среди амидов не найдено веществ, обладающих
более интенсивным сладким вкусом, чем аспартам. К аспар-
таму приближаются описанные в работе [106] a-L-аспартил-
о-аланиламиды
H,N—СН,—СО—NH—СН—CONHR1
^Н,—СООН СН,
R‘=-h-C4H», erop-C4H9, грег-С4Н^ циклогексил
Соединения этого типа в 100—125 раз слаще сахарозы.'
Следует отметить, что присутствие а-амидной группы во
всех известных производных а-аспарагиновой кислоты обяза-
тельно приводят к появлению сладкого вкуса. Вкус исчезает
либо становится горьким, если а-аминогруппу омылить или
заменить на эфирную. Высказано предположение [46], что при
этом так изменяется пространственное строение, что трехцен-
тровое взаимодействие с рецептором (см. гл. 1) становится
невозможным.
N-Ацил-а-аспартил производные. Неожиданно оказалось,
что некоторые N-ацилпроизводные ь-аспарагиновой кислоты
обладают сладким вкусом [107]. Случайно (как и в случае
102
Глава 3
аспартама) был обнаружен сладкий вкус трифторацетил-
а-ь-аспартиламида (соединение 1, табл. 3.5). Только в 1978 г.
в работе [108] было показано, что система АВ, Н не исключает
фиксацию молекулы на поверхности рецептора. Высказано
предположение, что даже одна водородная связь, в. образова-
нии которой участвует карбоксильная группа, может удержи-
вать молекулу, если при этом ее размеры и пространственное
строение хорошо соответствуют поверхности рецептора [108].
В работах [107, 109—112] была определена связь между
сладким вкусом и строением М-ацил-а-ь-аспартиланилидов
(табл. 3.5). Отмечено, что введение атома галогена (исклю-
чая иод) или цианогруппы в лара-положение бензольного
ядра повышает сладкий вкус. Соединения с атомами галогена
в орто-положении сладким вкусом не обладают. Такие заме-
стители в лара-положении, как метил, триф>орометил и гидр-
оксил, отрицательно влияют на интенсивность сладкого вкуса.
Среди различных ацильных фрагментов наибольшее увеличе-
ние сладкого вкуса наблюдается в случае групп CFgCO и
ССЦСО, причем их влияние примерно одинаково (соединения
6 п 10, табл. 3.5). По сравнению с ними вещество со свобод-
ной аминогруппой (соединение 11, табл. 3.5) обладает иа два
порядка меньшей интенсивностью сладкого вкуса (3000 и 12).
Таблица ЗЛ. Ы-Ацил-а-ь-аспартиланилиды
Номер X Y Относительная интенсивность сланного вкуса Литература
1 CFjCO н 12 107, 109-112
2 CF3CO С1 120 107, 109, НО, 112
3 CF3CO F 1 107, 109, 110, 112
4 CF3CO Вг 120 107, 109, 112
5 CF3CO I а 107
6 CF3CO CN 3000 107, 109, НО, 112
7 CCI3CO Н 1 107, ПО, 112
8 CCfjCO С1 « НО, 112
9 CC13CO F б НО, 112
10 ССЦСО CN 3000 107, НО, 112
И н CN 12 107, 112
* Горький.
° 0 литературе нет сведений о вкусе.
Синтетические сладкие вещества
103
Производные о-аспарагиновой кислоты аналогично ее
эфирам не обладают сладкнм вкусом [107]. Введение CF3CO-
н СС13СО-заместнтелей в аминогруппу аспартама не изменяет
интенсивности сладкого вкуса [107, 110, 112]. Важно подчерк-
нуть, что синтез N-трифтороацетнлпронзводного аспартама
значительно проще, чем самого аспартама, поскольку проте-
кает на стадии амннолиза N-трифтороацетангндрнда ^-аспа-
рагиновой кислоты. При этом отпадает необходимость в прове-
дении реакций, связанных с удалением защитной группы.
Эфиры а-а'спартиламииомалоновой кислоты. Максимально
сладкнм вкусом средн всех известных соединений обладают
несимметричные эфиры а-аспартиламиномалоиовой кислоты
[113—117]. Примечательно, что производные днпептидов, со-
держащие прн N- или С-концевых атомах амнномалоновую
кислоту, обладают ярковыраженным сладкнм вкусом. Бли-
жайший аналог аспартама — метиловый эфир d, ь-амииомало-
нил-с-феиилаланина [113] превосходит аспартам по интенсив-
ности сладкого вкуса (153 и 237 соответственно).
Согласно данным работ [113—117], размеры сложноэфнр-
ных групп в производных амнномалоновой кислоты изменя-
ются в широких пределах (табл. 3.6). Наиболее сладкнм вку-
сом обладают соединения, содержащие одну метильную груп-
пу. Вторая эфирная группа обусловливает взаимодействие с
гидрофобными центрами рецепторов н от ее строения во мно-
гом зависит вкус вещества. В ряду соединений типа
H3N—СН—СО—NH—СН—COOR'
£н,соон iooR»
R'-CH„ C,HS
интенсивность сладкого вкуса возрастает при замене алифа-
тического радикала R2 на циклоалкнльный, 2-замещенный
циклоалкильный н фенильный фрагменты. Введение замести-
телей в другие положения (помимо положения 2) гексанового
кольца, а также увеличение числа заместителей приводит к
уменьшению сладкого вкуса [118].
Поскольку в опытах использовали не индивидуальные со-
единения, а рацемические смеси, остается невыясненным, ка-
кие изомеры обладают максимально сладким вкусом. Сопо-
ставление эфиров дипептндов с соответствующими амино-
кислотами [119] позволило установить, что среди диэфиров
а-аспартнламнномалоиовой кислоты сладкий вкус имеют
l—ь-нзомеры. Этот вывод был подтвержден в работе [120|.
Хотя полагают, что конфигурация d—ь-нзомеров лучше со-
ответствует модели рецептора н сладкий вкус имеют в—ь-нзо-
меры, чаще предпочтение отдают L—ь-форме, которая
104
Глава 3
Таблица 3£. Производные а-аснартиламнномалоновой кислоты
H,N—СН—СО—NH—СН—COOR '
Ан,—соон Aoor*
R1 R* Относительная интенсивность сладкого вкуса Литератур»
СН, изо-С,Н н 500 116
СН, 300-600 ИЗ, не, 120
СН, — 656-860 113, 116, 120
Н,с.
СН, 6450-7300 113, 116, 117
СНз
СН, \ / 22 200-33 200 113- -116
СЛ, 128-166 116
с,н, 192-284 116
С,н, \ / 524-648 116
Н,С'
с,н, СНз 4200-5400 116, 116
СНз
СНэ
Синтетические сладкие вещества
106
аналогична структуре аспартама [120]. В будущем эти раз-
ногласия могут быть устранены, если будут получены опти-
чески чистые формы этих дипептидов.
Свойства аспартама и его использование. Аспартам яв-
ляется сладким веществом, ие оказывающим побочного дей-
ствия на организм человека [121]. Показано, что в процессе
пищеварения метоксикарбонильная группа гидролизуется н
дипептид расщепляется иа две основные аминокислоты. Стан-
дартная доза аспартама составляет 1—3 % от ежедневного
поступления в организм аспарагиновой кислоты и фенилала-
нина.
В водных растворах аспартам гидролизуется до а-аспар-
тилфенилалаинна [121], который далее (схема 3.20) циклизу-
ется в дикетопиперазии (3-бензил-2,5-диоксо-6-пиперазилук-
сусная кислота).
Схема 3.Z0.
Химическая устойчивость аспартама зависит от pH среды
и температуры (табл. 3.7). Чистый и сухой препарат при
комнатной температуре весьма стабилен (при наличии 3—5 %
воды при 40 °C за год образуется 1 % дикетопиперазииа).
Если влажность составляет 55—80 %, то за один месяц
Таблица 3.7. Устойчивость аспартама в зависимости от pH
и температуры
pH Температура, *С Время полураспада, я
2 40 568
4 40 1644
7 32 10,2
7 40 3,9
8 40 1.4
103
Глава 3
образуется 1,5 % дикетопиперазина. До 105°С аспартам
устойчив (5 % дикетопиперазина за 70 ч при 105°C), термо-
стабильиость резко ухудшается.
Токсикологические исследования показали, что 3-бензил-
2,5-диоксо-6-пиперазилуксусная кислота не обладает побоч-
ным действием и не имеет вкуса.
Аспартам пригоден для использования в пищевых продук-
тах, приготовление которых не требует термообработки, на-
пример мороженого и кремов. Он ие утрачивает сладкий вкус
при выдерживании в течение 45 мин при 150 °C. Сроки хра-
нения аспартама зависят от температуры: при комнатной
температуре — от 24 до 48 ч, при 10 °C — неделя, при темпе-
ратуре ниже 4 °C — две недели. При нарушении этих условии
сладкий вкус утрачивается. В этой связи аспартам малопри-
годен для использования в пищевых продуктах, которые изго-
тавливаются при высоких температурах, а затем долго хра-
нятся (стерилизованные компоты, пиво). Аспартам пригоден
для людей, которые восприимчивы к метаболическим рас-
стройствам и должны ограничивать употребление фенилала-
нина.
При соблюдении этих условий все клинические исследова-
ния, проведенные во Франции и США на детях и взрослых,
показали отсутствие нежелательных побочных последствий
[121].
Выводы. Синтетические сладкие вещества класса амино-
кислот имеют ряд существенных преимуществ. Можно на-
деяться, что в будущем среди большого числа этих веществ
будут найдены универсальные препараты, удовлетворяющие
всем предъявляемым требованиям, и они заменят сахарозу в
пищевой промышленности. В настоящее время основная про-
блема заключается в разработке наиболее рациональных и
экономически обоснованных методов синтеза соединений этого
типа, что должно повысить доступность для применения в ле-
чебных целях [122].
3.S. ПРОИЗВОДНЫЕ МОЧЕВИНЫ
Уже в 1883 г. было известно, что 4-этоксифенилмочевина об-
ладает интенсивным сладким вкусом. Это соединение, извест-
ное как дульцин [50] (сукрол), по своему вкусу в 150—250 раз
слаще сахарозы
__ о
CjHjO
м-1«од т.м.ПЧГЪ
Синтетические сладкие вещества
107
При конденсации л-феиетидина с мочевиной при 160 °C по
реакции [139]
с2н,о
на ,
chjcooh
CiHj
NHCONHi + NH4C1.
образуются бесцветные игольчатые кристаллы, растворимые
в воде и этаноле. При нагревании в кислой среде дульцин
распадается «на несладкие составные части.
В результате сопоставления вкуса аналогов дульцина
установлено, что о-производное безвкусно, а S-пронзволпое
имеет горький вкус [16]
безвкусный
CiHiO
в 150-260раз слаще
Дульцин хорошо усваивается. Однако установлено, что он
способствует циррозу печени крыс. При длительном примене-
нии (в дозах 0,5—1 % на 1 кг массы) вызывает задержку
роста, анемию, и повышение смертности [4]. В ЧССР ранее
дульцнн использовался в сочетании с сахарозой или сахари-
ном для подслащивания напитков [123], однако в настоящее
время его применение запрещено (имеются подозрения, что
дульцин — канцероген [17]).
Прн исследовании производных диизоцианатов [124] слу-
чайно открыт сладкий кус Ь1-(4-нитрофеиил)-Ы'-карбокси-
этилмочевины (суосан) [50] (в 350 раз слаще сахарозы).
OjN
к
NH-C—NH-CHj-CHj-COOH
т.пл. 7М*С
М-253,1
Суосан хорошо растворим в воде, устойчив при температурах
ниже 2404С. Методы синтеза, структура и свойства суосана
описаны Мюллером [125]. Одним из простейших способов'по-
лучения является реакция 4-нитрофенилизоцианата с В-ала-
нином:
O;N
+ IbN—CHj—СН;СООН
N HCONHCHjCHjCOOH.
В ЧССР суосан также не используется при приготовлении
пищевых продуктов [123].
103
Глаиа 3
В литературе описаны также другие сладкие производные
мочевины, например 4-этокснстирилмочевина
__ о
’—’ т.пл. IZS'Z
которую можно получить исходя из 4-этоксибеизальдегида
[126]; она хорошо растворяется в этаноле. Интенсивность
сладкого вкуса не определена.
3.3. ПРОИЗВОДНЫЕ ТРИПТОФАНА
Триптофан в 25—50 раз слаще сахарозы. В 1968 г. было уста-
новлено, что его производные также обладают сладким вку-
Схгма 3.Z1.
Синтетические сладкие вещества
109
сом, например ос-6-трифторометилтриптофан [16]. Это послу-
жило толчком к синтезу производных триптофана с различ-
ными заместителями в положении 6 по реакциям Реймера —
Тнммапа и Манниха нз соответствующих производных индо-
ла (схема 3.21).
Интенсивным сладкнм вкусом без неприятного привкуса
обладал также п-6-хлоротрнптофаи (в 1000—1300 раз слаще
сахарозы);l-форма этого соединения безвкусна, но обладает
антидепресснвным действием [16]. Рацемическую смесь этих
изомеров разделяли с помощью ферментов щелочным гидро-
лизом.
Кроме вышеупомянутых соединений синтезированы Вг-,
F-, СНзО- и (СНз)2СН-производные триптофана, также обла-
дающие сладкнм вкусом. В литературе описаны N-формнл- и
N-ацетнлкинуреннны (127); кинуренин является метаболитом
триптофана:
СО—СНз—сн-соон
NH:
‘NH—R
К-Н,СН-О,СН>СО
Дальглпш [128] в 1958 г. описал синтез кинуренина и его
N-пронзводных из о-хлороанилина (схема 3.22). Структура
«5 -С
СН—сю
и >
СН—со
mempajuff/re^paH
О—сНг-СН—СООН
NIi>
NHCOCHj
DL-Н -ацстилкинурении
Сжна.3.с2.
CHj-CH—СООН
(TjE NH
ъ\.-Ъ-формилкиндренин
полученных соединений подтверждена с помощью ПМР- и
ЙК-спектроскопии. Ощущение сладкого вкуса этих соедине-
ний появляется при непосредственном контакте с рецептором;
N-формнл- и N-ацетнлпронзводные в 35 раз слаще сахарозы.
по
Глава 3
Сведения об их использовании в пищевых продуктах и ре-
зультаты токсикологических исследований в литературе от-
сутствуют.
3.7. ПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛА
Широкое распространение синтетические сладкие вещества
получили в период второй мировой войны. В их число вошли
производные 3-иитроаиилина, которые, однако, в дальнейшем
практически не использовались
Максимально интенсивным сладким вкусом обладало
II-пропоксипроизводиое (общепринятое название Р-4000 [129]),
которое в 4000 раз слаще сахарозы и не вызывает ощущения
горечи. Однако высокая токсичность этого препарата не по-
зволила использовать его в широких масштабах (табл. 3.8).
Было установлено, что Р-4000 вызывает экзему и желудочные
заболевания [123, 130].
Производные 3-нитроанилина были получены по реакции
Вильямсона (схема 3.23) из соответствующего алкоголята
натрия и 2,4-динитрохлоробензола с последующим восстанов-
лением одной иитрогруппы [131].
CHjCHjCHjSn» +
(NaiSi
н-пропанм
7U-9OX
Схема 3.32.
т. пл. 88,5 V
Дуоксан (1-этокси-2-амино-4-нитробензол) представляет
собой желтые кристаллы, растворимые в воде при 96 °C и в
Синтетические сладкие вещества
111
Таблица JJ. Относительный сладкий вкус некоторых производных
бензола *
X Y Z Отвоемтельаая шггемсивность сладкого акуса Литература
ОН NH, NO» 100 132
ОСН» NH, NO» 160 129, 133
ос»н» NH, NO» 330 дуоксаи 123, 129, 134
ос»н7-« NH, NO» 4000 50, 123, 129,
131, 134, 135
ОС»Н7-изо NH, NO» 500-1000 123, 129
ОС«Н»-атор NH, NO» 300-500 123, 129
СН» NH, NO» 300 50, 123
ОС»Н7-« NH, CN 2500 132, 136
с*н, ОН NO» Сладкий 132
Вг ОН NO» « 132
С1 ОН CF» « 132
ос»н7-« NO» NH, Безвкусный 132
Вг NH, NO» 700 132
F, CI, Вг NH» CF, Сладкий Едкий прн-
вкус, 132
СН»ОН NH» NO, Безвкусный 132
(СН»)»СООН NH» NO» « 132
О(СН»)»СН» ОН NO» « 132
* За стандарт принят сладкий вкус сахарозы.
330 раз слаще сахарозы (табл. 3.8). Все производные нитро-
анилина обладают высокой токсичностью, термически не
стойки и, как отмечалось выше, не имеют практического зна-
чения [123].
В результате сопоставления химического строения и вкуса
производных иитроанилина было установлено, что сладкий
112
Глава 3
вкус появляется, когда X и Y — электроиодоиорные замести*
тели, a Z — электроноакцепторная группа (X = NH2, ОН, ал-
кил, галоген, алкоксил; Y = NHS, ОН, СНа; Z NOj, CN,
CF3). Некоторые производные 4-нитроанилииа не обладают
сладким вкусом [132], например:
Найдено [132] также, что помимо рассмотренных выше про-
стых молекул соединения с большими гидрофобными группа-
ми (димеры и тримеры) обладают сладким вкусом (раство-
римы в воде).
По данным Сеттзера [133], полимеры представляют собой
перспективный класс новых синтетических сладких веществ.
3.8. НЕКОТОРЫЕ ДРУГИЕ
СИНТЕТИЧЕСКИЕ СЛАДКИЕ ВЕЩЕСТВА
3,4-Дегидро-2(-индолилметил) - 1-метилпиперидин-4-карбоно-
вая кислота является новым синтетическим сладким веществом
индолового ряда.
Сладкий вкус этого соекинеиия (в 500—1000 раз интенсив-
нее -сладкого вкуса сахарозы) был открыт случайно при син-
тезе лизергиновой кислоты [137]. При этом 3-формилиндол
конденсировали с этиловым эфиром 3,4-дегидро-3-гидрокси-1-
метилпиперидинкарбоновой кислоты с последующим восста-
новлением промежуточного продукта (гидрирование на пла-
тиновом катализаторе), дегидратацией и гидролизом конеч-
ного эфира (схема 3.24),
Синтетические сладкие вещества
113
Запатентован также синтез 3-гидроксйпроизводного [16].
Медико-биологическое изучение этого, препарата в полном
объеме ие завершено.
Натриевая соль 2-‘(4-метоксибензоил)бензойной кислоты
co8n*
в 150 раз слаще сахарозы н хорошо растворима в воде. Она
относится к числу не содержащих азота синтетических ве-
ществ (обозначается S 23/64 и суссхилф). С повышением кон-
центрации (более 0,02 %) сладкцй вкус переходит в горький.
При нагревании вещество не разлагается [130]. Полагают, что
вредного воздействия на здоровье человека не оказывает, но
в ЧССР использование этого соединения не разрешенр. Ре-
зультаты медико-биологического изучения не известны. -
Глюцин — это натриевая соль дисульфокйслоты и трн-
сульфокислоты триазина. Представляет собой желтое кри-
сталлическое вещество, разлагающееся при температуре выше
250 °C. Примерно в 300 раз слаще сахарина.
Производные тетразола. Соединения этого типа, как.пола-
гают [16], могут найти применение в качестве сладких препа-
ратов, но их токсичность не оценивалась [к ним относятся
5-замещенные аминотетразолы или 5-(х-гидроксифенил)тет-
разол].
фгнияшш циллеамав
114
Глава 3
Тригалогеносодержащие бензамиды. В 1983 г. было уста*
новлено [138], что 2,4,6-трибромо-З-карбоксиалкилбензамиды
обладают ярко выраженным сладким вкусом. Относительная
а-с№сн>соои,ос№соон«*
интенсивность сладкого вкуса этих веществ зависит от типа
заместителя (R) в положении 3; например, соединения с R=
= CHj—CHj—СООН и ОСН2СООН соответственно в 2400 и
300 раз слаще сахарозы. Эти продукты получают кислотным
либо щелочным гидролизом веществ, содержащих цйаногруп-
пу. По токсичности они близки к натриевой соли сахарина и
цикламатам [138]. В целом их медиКо*биологическое действие
изучено не достаточно.
Литература
t. Fahlberg С., Remsen I., Chem. Вег., 12, 469 (1879).
2. Remsen I., Fahlberg C„ J. Amer. Chem. Soc., 1, 426 (1880).
3. Hettier H., In: Advances Heterocycl. Chem., 15, 233 (1973).
4. Fablanl P., Ann. Fals. Exp. Chirn., 74, 273 (1981).
5. Beck К. M., Sweeteners, nonnutrive, In: Kirk-OIhmer: Encyclopedia
of Chemical Technology, vol. 19, New York, J. Wiley and Sons, Inc.,
1969, p. 595.
6. Hamor G. H„ Science, 134, 1116 (1961).
7. Rose N. C., Rome S., J. Chem. Educ., 47, 649 (1970).
8. Rossy P. A., Hoffmann IF., MUller N., J. Org. Chem., 45, 617 (1980).
9. Rader Ch. R., Tihanyl Sz. G., Zlenty F. B„ J. Food Sci., 32, 357
(J967).
10. Sula J., Chem. Listy, 75, 962 (1982).
11. Hicks R. M., Chovanie I., Wakefield J., In: Mechanism of Tumor
Promotion and Cocarcinogenesia, vol. 2, 1978, s. 457.
12. Pohlovd M., Kastl F., SiadidlA v potravinirskom priemysle, naimS
fruktdzovi sirupy. Spriva VO potravinirskeho priemyslu, Praha, 1979,
145 s.
13. Davidkovd E., Rozslval O., Spriva VO potrav. priemyslu, FMZV2,
Praha, marec 1982.
14. Szokolay A. M„ J. Chromatogr., 187, 249 (1980).
15 Orsi F., Ember-Kdrpdti M., Lasztlty R., Abrahdm-Szabo A., Elelmezesi
[par, 37, 41 (1983).
16. Grammer B., Ikan R., Chem. Soc. Revs., 6, 431 (1977).
17. Rozsival L, Szokolay A. et al., Cudzorodfe lAlky v poiivstinich, Mar*
tin. Os vela, 1983, s. 449.
18. Audrieih L F., Sveda M., J. Org. Chem,, 9, 89 (1944)..
Синтетические сладкие вещества
115
19. Beck Д. М., Sweteners, nonnutrive, In: Kirk-Othmer: Encyclopedia
of Chemical Technology, vol. 19, New York, J. Wiley and Sons, Inc.,
1969, s. 598.
20. Myika L, Jokl J., Kalina 0., Chem. Llsty, 61, 1489 (1967).
21. Пат США 2800501 (1957).
22. Пят. США 3082247 (1963).
23. Nofre С., Pautet F., Bull. Soc. Chim. France, 1975, 686.
24. Benson 6. A., Spillane V. J., J. Med. Chem., 19, 869 (1976).
25. Nofre C„ Pautet F., Naturwissenschaften, 62, 97 (1975).
26. Unterhalt B., Bdschenmejer L., Naturwissenschaften, 69, 271 (1972).
27. Ferrando R., Ann. Fals. Exp. Chim., 74, 285 (1981).
28. Clauss K., Jensen H., Angew. Chem., 85, 965 (1973).
29. Kobelt D., Paulus E. F„ Clauss K-, Tetrahedron Lett., 1971, 3627.
30. Clauss K., LUck E., Volhard G., Lipinski R., Z. Lebensm. Unters.
Forsch. 162, 37 (1976).
31. Arpe J., Health Sug. Subst., 1978, 178..
32 Clauss K., Ann. Chem., 1980, 494.
33. Volhard G., Lipinski R., Brixuix H. Ch., Z. Lebensm. Unters. Forsch.,
168, 212 (1979).
34. Inglett G. E., Food Techn., 1981, 37.
35. Mazur R. H., Ripper A., Dev Sweeteners, 1, 87 (1979).
36 Masur R. H„ Schlatter J. M„ Goidkamp A. H., J. Amer. Chem. Soc.,
91, 2684 (1969).
37. Franke R., Chem. Llsty, 72, 945 (1978).
38. Daoidkovd E., Prudel M„ Pram. Potr., 29, 367 (1978).
39. Knopp R. H., Brandt K, Arky R. A., J. Toxicol. Envirom. Health. 2,
417 (1976).
40. Пат. США 3753739 (1973) [Chem. Abstr., 80, 13818 (1974)].
41. Пат. ФРГ 2264394 (1973) [Chem. Abstr., 80, 58607 (1974)1.
42. Франц, пат. 2087843 (1971) [Chem Abstr., 77. 99898 (1972)].
43. Пат. ФРГ 1948788 (1970) [Chem. Abstr.. 75, 19014 (1972)].
44. Пат. ФРГ 2227528 (1973) [Chem. Abstr., 78, 102035 (1973)].
45. Frey G. H„ J. Toxicol. Environ. Health, 2, 401 (1976).
46. Павлова Л. А., Комарова T. В., Давыдович Ю. A„ Рогожин С. Б.,
Усп. хим., 1981, 4, с. 590.
47. Crosby G. A. Critic. Rev. Food. Sd. and Nutr., CRC, 7, 297 (1976).
48. Chem. Eng. News, 56, 25 (1978)
49. Пат. США 3971857 (1976) [РЖХим., 1977, ЮР 359].
50 Bldha К, Glanzood J., PospiSek J., Chem. Llsty, 73, 698 (1979).
51. Miyoshi M., Nuntani K., Sugano H„ Fujii T., Bull. Chem. Soc. Japan,
51, 1433 (1978).
52 Ariyoshl У., Yamatani T., Uchiyama N., Adachi Y., Sato N., Bull.
Chem. Soc. Japan, 46, 1893 (1973).
53. Ariyoshl У., Yamatani T., Adachi E, Bull. Chem. Soc. Japan' 46,
2611 (1973).
54. Япон. пат. 18249 (1973) [Chem. Abstr., 78, 160119 (1973)].
55, Пат. США 3901871 (1975) [РЖХим., 1976, 1102].
56. Пат. ФРГ 2233535 (1973) [them. Abstr., 78, 98023 (1973)].
57 Англ. пат. 1481186 (1973) [РЖХим., 1978, 80 13].
58. Шведск. пат. 508590 (1971) [РЖХим., 1972, 2Н 125].
59. Япон. пат. 76836 (1973) [Chem. Abstr.. 80, 48405 (1974)].
60. Голланд, пат. 70071 (1971) [Chem. Abstr., 76, 86150 (1972)]
61 Англ. пат. 1339101 (1973) [Chem. Abstr., 80, 96372 (1974)].
62. Пат. ФРГ 2256055 (1973) [Chem. Abstr., 79, 42847 (1973)].
63. Пат. ФРГ 2452285 (1975) [Chem Abstr., 83, 79615 (1975)].
64. Пат. ФРГ 2233535 (1973) [Chem. Abstr., 78, 98023 (1973)].
65. Пат. США 4859720 (1976) Chem. Abstr., 86, 6055 (1976)].
tie
Глава 3
66. Пат. США 380890 (1973).
67 Япон. пат. 67243 (1973) [Chem. Abstr., 80. 27474 (1974)1.
68. Пат. ФРГ 2326897 (1972) [Chem. Abstr., 80, 60216 (1974)1.
69. Пат. США 3833554 (1974) ГРЖХнм, 1975, 14024].
70. Пат. ФРГ 2152111 (1970) [Chem. Abstr., 77, 20029 (1972)].
71. Япон. пат. 13737 (1976) [Chem. Abatr., 85, 6056 (1976)].
72. Arlyoshl У., Sato N., Bull. Chem. Soc. japan, 45, 942 (1972).
73. Arlyoshl У, Sato N., Bull. Chem. Soc. Japan, 45, 2015 (1972).
74. Япон. пат. 25190 (1973) [Chem. Abstr., 80, 3798 (1974)].
75. Furda I., Mallzia P. D.,. Koloo M. G, Vernleri P. I., J. Agr. Food
Chem., 23, 340 (1975).
76. Англ. пат. 1298700 (1972) .[Chem. Abstr., 78, 111764 (1973)].
77. Япон. пат. 00812 (1973) (Chem. Abstr., 78, 148238 (1973)].
78. Япон. пат. 42491 (1974) [Chem. Abstr., 80, 96371 (1974)].
79. Япон. пат. 42491 (1974) [Chem. Abstr., 83, 10848 (1975)].
80. Pietsch H., Tetrahedron Lett., 1976, 4053.
81. Пат. США 8475403 (1969) [РЖХнм, 1970, 23H, 323].
82. Франц, пат. 2114657 (1972) [Chem. Abstr., 78, 84821 (1973)].
83. Пат. СССР 713863 (1978).
84. Пат. СССР 713862 (1978).
85. Пат. ФРГ 2608174 (1977). .
86. Пат. США 4021418 (1976) [Chem. Abstr., 85, 124370 (1976)].
87. Lelj F„ Tancredi T„ Temussi P. A., Tonlolo C., J. Amer. Chem. Soc.,
98, 6669 (1976).
88. Goodman M., Gilon C., Peptides 1974, Ed. Wolman Y, New York,
Halsted Press, 1975, p. 271.
89. Пат, США 3492131 (1970) [РЖХнм., 1971,ЧН 348].
90. Hel/iden A., Brussel L. В. P., Peer H. G., Food Chem., 3, 207 (1978).
91. Пат. США 3475404 (1969) [РЖХнм., 1979, 23H, 323].
92. Канад, пат. 948185 (1974) [Chem. Abstr., 82, 86641 (1975)].
93. Пат. ФРГ 1936159 (1970) [Chem. Abstr., 72, 101098 (1970)].
94. Mazur R. fi., Reuter !. A., Swiatek K- A., Schlatter J. M., j. Med.
Chem., 16, 1284 (1973).
95 Пат. США 3799918 ,1974) [РМХнм., 1975, 2H 84].
96. Пат. США 3853835 (1973) [Chem. Abstr, 81, 58606 (1974)].
97. Goodman М., Gilon С., Peptides 1974, Ed. Wolman Y, Proceeding of
the 13th European Peptide Symposium, Kiryat Anavim. Israel, New
York, Wiley, 1974.
98. Пат. ФРГ 2315646 (1973) [Chem. Abstr, 81, 58606 (1974)].
99. Пат. США 3956507 (1976) [Chem. Abstr, 85, 45178 (1976)].
00. Пат. США 4004039 (1977), [Chem. Abstr, 86, 119534 (1977)].
01. Kurlhara K., Beidler L. M., Nature, 222, 1176 (1969)
02. Пат. США 3798204 (1974) [РЖХнм., 1975, ЗР 267].
03. Arlyoshl У, Yasuda N., Yamatanl T., Bull. Chem. Soc. Japan, 47, 326
104 ^Brussel L. В. P., Peer H. G., Heijden A. Z., Lebensm. Unters. Forsch.
В159, 337 (1975).
105. Mazur R. H„ Goldkamp A. H., James P. A, Schlatter !. M., J. Med.
Chem., 13, 1217 (1970).
106. Sukehlro M, Mlnematsu H., Noda K., Seikatsu Kagaku, 11, 9 (1977).
107. Lapldtis'M., Sweeney M. J., J. Med. Chem, 16, 163 (1973).
108. Temussi P. S, Lelj F., Tancredi Г, J. Med. Chem, 21, 1154 (1978).
109. Пат. США 3769333 (1973) [Chem. Abstr, 80, 71097 (1974)1.
110. Пат. США 3725453 (1973) [Chem. Abstr, 79, 53780 (1973)].
111. Пат. США 3814747 (1974) [РЖХнм, 1975, 70 211.
112. Пат. США 3818077 1974) [РЖХнм, 1975, 70 20].
Синтетические сладкие вещества
117
113. Fufino М., Waklmasu М„ Tanaka К., Aoki Н., Nakajima N., Natur*
wissenschaften, В60, 351 (1973).
114. Пат. ФРГ 2355010 (1974) [Chem. Abstr., 80, 121331 (1974)].
115. Пат. США 3907766 (1975) [РЖХим., 1976, I2P 316].
116. Пат. США 3801563 (1974) [РЖХим., 1975, 30 II].
117. Пат. США 3959245 (1976) [РЖХнм., 1977, ЗН 841.
118. Fujino М.. Wakimasu М., Мало М., Tanaka К.. Nakajima N., Aoki Н.
Chem. Pharm. Bull. (Tokyo), 24, 2112 (1976)
119. Aryoshi Y., Agr. Biol Chem., 40, 983 (1976).
120. Fujino M., Wakimasu M., Tanaka K., Aoki H., Nakajima N., Proc.
XI. Symp. on Peptide Chemistry, (ed.) Kotake H., Tokyo, 1973,
p 103.
121. Joltoet A., Lyon Pharmaceutique, 31, 303 (1980).
122. Пат. США 4332718 (1982) [Chem. Abstr., 98, 4789 (1983)].
123. Hrdliika J., Vyiiva lldu, 28, 9 (1973).
124. Petersen S„ Muller E., Chem. Ber., 8), 31 (1948).
125 Mohler R., Z. Lebensm. Unters. Forsch., 90, 431 (1950).
126. Noyce IP. K., Coleman Ch. C„ Barr 1. T., J. Amer. Chem. Soc., 73,
1295 (1951).
127. Finley J. W., Friedman M., Agric. Food Chem., 21, 33 (-1973).
128 Dalgllesh С. E., E. J Chem. Soc., 1952, 137.
129. Blanksma I. Weydan Рал Der P. IP. M. Rec. trav. chim., 59,
629 (1940).
130. Vltkooltovd Z., VJrobni spolreba cukru a moinosti - jej znliovania,
Bratislava, Vtfskumny ustav polravinArsky, 1982, 64 в.
131, Verkade P. £., Dijl Van С. P.. Meerburg IP., Rec. trav. chim., 65,
346 (1946).
132. Bragg R. IP., Cha» У., Dennis L, Ferguson L. N., Morga G.,
Ogino.C., Pugh H., Winters M., J. Chem. Educ., 55, 281 (1978).
133. Seltzer R. Chem. Eng. News, 1975, 27.
134. Blanksma J. J., Rec. trav. chim., 65, 203 (1946).
135. Blanksma /. t., Hoegen D., Rec. trav. chim., 65, 333 (1946),
136. Blanksma i. 1., Petri E. M., Rec. trav. chim., 66, 365 (1947).
137. Hofmann A., Helv. Chim. Acta, 55, 2934 (1972).
138. Cries H., Mlzel W„ Belitz H. D.,' Weiser n„ Krause I., Siemfi IP.,
Z. Lebenzm. linters. Forsch., 176, 376 (1983).
139. Org. Synthesis Coll, 4, New York, J. Wiley, 1963, p. 52.
4
Смешанные сладкие вещества
Сахарозе присущ «естественные» сладкий вкус, а синтетиче-
ские сладкие вещества имеют искусственный («неестествен-
ный») вкус. Для придания пищевым продуктам, лекарствен*
ным препаратам и т. д. сладкого вкуса широко используются
смеси компонентов, что обеспечивает синергетическое дей-
ствие двух или более сладких веществ, используемых одновре-
менно; комплексное действие веществ, формирующее в по-
лости рта требуемый вкус (органические и неорганические
соли и кислоты); модифицирующее действие различных ве-
ществ.
Большинство смешанных сладких веществ производится
на основе сахарина, причем его горький привкус маскируется,
а в некоторых случаях усиливается комбинацией с другими
веществами (фруктоза, гидролизаты крахмала, лактоза,
D-галактоза, глицин, глутаминовая кислота, соли лимонной
кислоты, NaCl, CaCI21 MgSOj, цикламаты и т. д .). В качестве
так называемых объемных наполнителей используются соли
органических кислот или гидролизаты крахмала. При этом
получаются сладкие вещества, во многом похожие иа саха-
розу.
4.1. СМЕСИ ПРИРОДНЫХ СЛАДКИХ ВЕЩЕСТВ
Для приготовления смесей из природных сладких веществ в
основном используются сахароза и фруктоза, а также [1] до-
бавки сиропов фруктозы и глюкозы (в соотношении 1:1), тем
самым достигается необходимый сладкий вкус при меньших
затратах.
Сахароза в смеси с сорбитом (или другими полиола-
ми)' применяется при изготовлении жевательных ре-
зинок.
Гидролизаты крахмала, кроме сахарозы, используются в
комбинации с полиолами (с добавками яблочной кислоты).
В США .применяется низкокалорийное сладкое вещество
в смеси с гидролизатом крахмала с добавками в небольших
количествах фосфата натрия и маннита [2].
Смешанные сладкие вещества
119
4Л. СМЕСИ СИНТЕТИЧЕСКИХ СЛАДКИХ ВЕЩЕСТВ
Основным компонентом большинства смесей из синтетических
сладких веществ является сахарин, а также цикламаты, в том
числе усал (дипептиды) н др. Для снижения калорийности
сладких пищевых продуктов можно использовать сахарин в
комбинации с менее сладкими веществами, например, ксило-
зой или сиропом глюкозы. Интенсивность сладкого вкуса
смеси сахарина и цикламатов, (в соотношении 1:1) эквива-
лентна ~ 75-кратному количеству сахарозы и без побочных
привкусов. Применяется и смесь иеогесперидиндигидрохалко-
на с сахарином или цикламатами, причем предпочтительны
смеси, содержащие основное вещество в количество 25, 64 или
11 %. В таких смесях проявляется синергетическое действие
компонентов, модифицируется аромат. При приготовлении
напитков лучше использовать смесь сахарозы и неогесперн-
диндигидрохалкоиа в количествеииом соотношении 1:1 [3].
Фирма Hoechst AG предложила сладкую смесь, содержа-
щую ацесульфам в комбинации с другими синтетическими
сладкими веществами [2J.
Хорошие результаты получены для смеси сладких дипеп-
тидов с сахарозой, ксилозой, сорбозой и карбокснметилцел-
люлозой.
Необходимо отметить, что обилие информации не позво-
ляет оценить все известные иа сегодняшний день способы и
комбинации, приводящие к улучшению вкусовых качеств са-
харина.
Литература
I. Pohlavd М., Prum. Potrav., 32, 416 (1981).
2. VUkovUovd Z., Vyrobna spotreba cukru a moinostl jej znlfovanla,
Bratislava, Vyskumny ustav potravinfirsky, 1982, 64 a.
8. Beerens H., Ann. Fals. Exp. Chim., 74, 261 (1981).
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода .............. 5
Предисловие авторов к русскому изданию......................7 •
Введение ................................................ 8
1. Зависимость сладкого вкуса от химического строении вещества 9
1.1. Физиология восприятия вещества.................... 9
1.2. Структура молекул и сладкий вкус.............* . . 9
. 1.2.1. Гипотеза Шелленбергера...............II
1.2.2. Развитие гипотезы Шелленбергера ..............14
1.2.3. Факторы, обусловливающие сладкий вкус дипептидов 19
1.2.4. Система АН,В в сахарах........................20
I.2.S. Взаимосвязь между сладким и горьким вкусом ... 24
1.2.6. Количественная оценка сладкого вкуса.........25 .
1.3. Взаимосвязь основных типов вкусовых ощушвннй.......26
1.4. Заключение.........................................26
Литература •.........................................27
2. Природные сладкие вещества.............................,.29
2.1. Сахариды................................................
2.1.1. Моносахариды . ...................................
2.1.2. Дисахариды........................................
2.1.3. Сладкие вещества из группы сахаридов ......
2.2. Белки ..................................................
2.2.1. Миракулин.........................................
2.2.2. Монелнн...........................................
2.2.3. Тауматниы и талин.................................
2.3. Днгндрохалконглякозиды .................................
2.4. Другие природные сладкие вещества ......................
2.4.1, - Глнцнрнзнн (сладкое дерево лакрица Glycyrrhiza glabra)
2.4.2. Стевиознд (Stevia rebaudiana).....................
2.4.3. Осладии (Polypodium vulgare]......................
2.4.4. Трнтерпеиодый гликозид из китайских фруктов Ло Хаи
2.4.5. Гексагидрофлуоренднкарбоновая кислоте.............
2.4.6. Хлорогеновая кислота и сниарнн....................
2.4.7. Фнлодульцин ......................................
2.4.8. Перилартин [(Е)-перн)1альдокснм] .................
Литература ..............................................
29
31
37
42
50
51
52
54
55
59
59
61
62
63
63
64
64
65
67
3. Синтетические сладкие вещества ..............................72
3.1. Сахарин (3-оксо-2,3-дигидробензо[<Лиэотиазол-1,1-диоксид) . . 73
3.2. Цикламаты — производные амияо-н-сульфоновой кислоты . . 80
3.3. Оксатиазинокдноксиды.......................................85
3.4. Аспартам и его аналоги................. .................91
3’5. Производные мочевины....................................106
3.6. Производные триптофана ..................................108
3.7. Производные бензола.................................. 110
3.8. Некоторые другие синтетические сладкие вещества . . . .112
Литература.................................................114
4. Смешанные сладкве вещества . ..............................118
4. 1. Смеси, природных сладких веществ......................118
12. Смеси синтетических сладких псшести.....................119
Литература .............................................,119