As partame: Ilmu Di Balik Makanan Rendah Kalori

Latar Belakang

As partame adalah pengedap buatan yang digunakan dalam makanan rendah kalori. Bahan ini terutama berasal dari dua asam amino yang terjadi secara alami dan secara kimia digabungkan, dengan nama kimia N-L-aspartil-L-fenilalanin-l-metil ester (APM). Ditemukan secara tidak sengaja pada tahun 1965, aspartame kemudian dipatenkan dan saat ini merupakan pengedap buatan yang paling banyak digunakan di Amerika Serikat.

As partame adalah bubuk kristal putih, tanpa bau. Rasa manisnya sekitar 200 kali lebih kuat dari gula dan larut dengan mudah dalam air. Rasanya manis tanpa pahit kimia atau aftertaste logam yang dilaporkan pada pengedap buatan lainnya. Sifat-sifat ini menjadikannya bahan yang baik sebagai pengganti gula dalam banyak resep makanan. Namun, aspartame cenderung berinteraksi dengan rasa makanan lain, sehingga tidak dapat menggantikan gula dengan sempurna. Resep untuk produk panggang, permen, dan produk lain harus dimodifikasi jika aspartame digunakan. Meskipun aspartame dapat digunakan dalam resep microwave, ia sensitif terhadap pemanasan berlebihan, yang membuatnya tidak cocok untuk pemanggang.

Fakta bahwa aspartame memberikan manis dan rasa tanpa memberikan karakteristik fisik lain seperti volume atau kalori seperti pengedap lainnya menjadikannya unik. Sifat berguna lainnya adalah efek sinergisnya dengan pengedap lainnya, sehingga memungkinkan penggunaan total pengedap yang lebih sedikit. Selain memberikan manis pada makanan, aspartame digunakan untuk mengurangi kalori, serta memperkuat dan memperpanjang rasa buah.

Sejarah

Manusia telah menginginkan makanan dengan rasa manis selama ribuan tahun. Lukisan gua kuno di Arana, Spanyol menunjukkan seorang manusia neolitik mengambil madu dari sarang lebah liar. Diperkirakan bahwa manusia awal mungkin menggunakan rasa manis makanan untuk memberi tahu mereka tentang mana yang aman untuk dimakan. Bahkan diyakini bahwa keinginan akan rasa manis mungkin merupakan sifat bawaan manusia. Sayangnya, banyak makanan yang secara alami manis mengandung kalori dan karbohidrat dalam jumlah yang relatif besar.

Pengedap alternatif dikembangkan untuk memberikan rasa manis tanpa kalori yang tidak perlu. Mereka juga memberikan manfaat tambahan berupa meningkatkan rasa obat, membantu dalam pengelolaan diabetes, dan menyediakan sumber yang hemat biaya di tempat gula tidak tersedia. Yang pertama, sakarin, ditemukan pada tahun 1879 dan telah digunakan dalam produk seperti pasta gigi, obat kumur, dan gumi tanpa gula.

Rasa mirip gula aspartame ditemukan secara tidak sengaja oleh James Schlatter, seorang peneliti obat Amerika Serikat di G.D. Searle and Co. pada tahun 1965. Saat bekerja pada obat antiulser, ia tidak sengaja mencurahkan beberapa APM di tangannya. Karena mengira bahan itu tidak beracun, ia melanjutkan pekerjaannya tanpa mencuci tangan. Ia menemukan rasa manis APM ketika ia menjempol jari untuk mengambil sepotong kertas timbangan. Perkembangan awal ini kemudian membawa perusahaan untuk memeriksa ratusan versi modifikasi APM. Namun, tidak ada satu pun dari bahan-bahan ini yang menawarkan semua keuntungan yang ditemukan dalam senyawa asli, termasuk manufaktur hemat biaya, kualitas rasa dan keberanian yang baik, jalur metabolisme alami untuk pencernaan, stabilitas yang baik, dan toksisitas yang sangat rendah. Akibatnya, perusahaan mengejar dan diberikan paten Amerika Serikat 3,492,131 dan berbagai paten internasional, dan penemuan awal dikomersialkan. Paten AS kedaluwarsa pada tahun 1992, dan teknologi sekarang tersedia untuk setiap perusahaan yang ingin menggunakannya.

Setelah banyak tahun pengujian toksisitas, FDA awalnya menyetujui penggunaan aspartame sebagai pengedap pada tahun 1980. Namun, ciri khas bahan kimia sintetis yang digunakan dalam produk makanan adalah keamanannya selalu dipertahankan. As partame tidak terkecuali dan telah dikelilingi oleh beberapa kontroversi mengenai keamanannya sejak diperkenalkan. Sebagian besar kekhawatiran ini diatasi pada akhir tahun 1984, ketika setelah menyelidiki berbagai keluhan terkait aspartame, FDA dan Centers for Disease Control menyimpulkan bahwa zat tersebut aman dan tidak mewakili risiko kesehatan yang luas. Kesimpulan ini didukung lebih lanjut oleh American Medical Association pada tahun 1985, dan aspartame telah terus mendapatkan pangsa pasar sejak itu. Selain penggunaan di Amerika Serikat, aspartame juga telah disetujui untuk digunakan di lebih dari 93 negara asing.

As partame dipasarkan sejak tahun 1983 oleh Searle dengan merek dagang NutraSweet dan Equal. Saat ini, NutraSweet adalah bahan yang sangat populer dan digunakan dalam lebih dari 4.000 produk, termasuk gumi karet, yogurt, minuman soft diet, jus buah, puding, seral, dan campuran minuman bubuk. Hanya di AS, penjualan NutraSweet mencapai $705 juta pada tahun 1993, menurut perusahaan.

Bahan Baku

As partame terutama berasal dari senyawa yang disebut asam amino. Ini adalah kimia yang digunakan oleh tumbuhan dan hewan untuk membuat protein yang esensial untuk kehidupan. Dari 20 asam amino yang terjadi secara alami, dua di antaranya, asam aspartat dan fenilalanin, digunakan dalam pembuatan aspartame.

Semua molekul asam amino memiliki beberapa karakteristik umum. Mereka terdiri dari grup amino, grup karboksil, dan rantai samping. Sifat kimia dari rantai samping itulah yang membedakan berbagai asam amino. Sifat lain dari asam amino adalah kemampuan untuk membentuk konfigurasi molekuler yang berbeda yang dikenal sebagai isomer. Isomer-isf ini ditentukan oleh huruf L dan D. As partame terdiri hanya dari isomer L, L; kombinasi isomer lainnya tidak berasa manis. Rasa manis aspartame tidak dapat diprediksi dengan melihat dua asam amino yang merupakan dasarnya. L-asam aspartat memiliki rasa datar dan L-fenilalanin terasa pahit. Namun, ketika kedua senyawa tersebut secara kimia digabungkan dan L-fenilalanin dimodifikasi sedikit, rasa manis dicapai.

Asam aspartat adalah salah satu dari lima asam amino yang memiliki grup samping yang "bermuatan". Grup samping yang bermuatan pada asam aspartat adalah (-CH2-COOH). Saat dimasukkan ke dalam air, bahan ini terionisasi dan menjadi bermuatan negatif. Fenilalanin memiliki grup samping nonpolar, hidrofobik yang tidak kompatibel dengan air. Ia terdiri atas cincan enam karbon dan terhubung ke tulang belakang asam amino utama melalui grup metil (-CH2). Sebelum disintesis menjadi aspartame, ia bereaksi dengan metanol. Ini menambahkan grup metil yang terhubung ke molekul oleh oksigen, dan senyawa dikonversi menjadi ester metil. Metanol yang diperlukan untuk sintesis aspartame memiliki struktur kimia (CH3-OH). Ini adalah bahan yang sangat umum dan digunakan secara luas oleh ahli kimia organik untuk berbagai sintesis kimia.

Proses Manufaktur

Meskipun komponennya—asam aspartat, fenilalanin, dan metanol—terjadi secara alami dalam makanan, aspartame itu sendiri tidak dan harus diproduksi. NutraSweet (aspartame) dibuat melalui proses fermentasi dan sintesis.

Fermentasi

Fermentasi langsung menghasilkan asam amino awal yang diperlukan untuk pembuatan aspartame. Dalam proses ini, jenis bakteri tertentu yang memiliki kemampuan untuk menghasilkan asam amino tertentu dibiakkan dalam jumlah besar. Selama waktu sekitar tiga hari, asam amino dipanen dan bakteri dimusnahkan.

• 1 Untuk memulai proses fermentasi, sampel dari kultur murni bakteri dimasukkan ke dalam tab uji yang mengandung nutrisi yang diperlukan untuk pertumbuhannya. Setelah inokulasi awal ini, bakteri mulai berkembang biak. Ketika populasi mereka cukup besar, mereka dipindahkan ke tang benih. Suster bakteri yang digunakan untuk membuat L-asam aspartat dan L-fenilalanin adalah B. flavum dan C. glutamicum masing-masing.
• 2 Tang benih menyediakan lingkungan yang ideal untuk membiakkan lebih banyak bakteri. Tang ini diisi dengan segala yang dibutuhkan bakteri untuk berkembang, termasuk air hangat dan makanan karbohidrat seperti molas tebu, glukosa, atau sukrosa. Ini juga memiliki sumber karbon seperti asam asetat, alkohol, atau hidrokarbon, dan sumber nitrogen seperti amonia cair atau urea. Ini diperlukan untuk bakteri mensintesis jumlah besar asam amino yang diinginkan. Faktor pertumbuhan lain seperti vitamin, asam amino, dan nutrisi minor melengkapi isi tang benih. Tang benih dilengkapi dengan pengaduk, yang menjaga medium pertumbuhan bergerak, dan pompa, yang mengirimi udara terkompresi yang difilter. Ketika pertumbuhan bakteri cukup, isi tang benih dipompa ke tang fermentasi.
• 3 Tang fermentasi pada dasarnya versi yang lebih besar dari tang benih. Tang ini diisi dengan medium pertumbuhan yang sama yang ditemukan di tang benih dan juga menyediakan lingkungan yang sempurna untuk pertumbuhan bakteri. Di sini bakteri diizinkan untuk tumbuh dan menghasilkan jumlah besar asam amino. Karena kontrol pH sangat penting untuk pertumbuhan optimal, air amonia ditambahkan ke tang sesuai kebutuhan.
• 4 Ketika cukup asam amino tersedia, isi tang fermentasi dipindahkan keluar sehingga isolasi dapat dimulai. Proses ini dimulai dengan pemisah sentrifugal, yang mengisolasi sebagian besar asam amino bakteri. Asam amino yang diinginkan dipisahkan dan difurnir lebih lanjut dalam kolom pertukaran ion. Dari kolom ini, asam amino dipompa ke tang kristalisasi dan kemudian ke pemisah kristal. Mereka kemudian dikeringkan dan disiapkan untuk tahap sintesis dalam produksi aspartame.

Sintesis

As partame dapat dibuat melalui berbagai jalur sintesis kimia. Secara umum, fenilalanin dimodifikasi dengan reaksi dengan metanol dan kemudian digabungkan dengan asam aspartat yang sedikit dimodifikasi yang akhirnya membentuk aspartame.

• 5 Asam amino yang berasal dari proses fermentasi awalnya dimodifikasi untuk menghasilkan aspartame. Fenilalanin bereaksi dengan metanol menghasilkan senyawa yang disebut ester metil L-fenilalanin. Asam aspartat juga dimodifikasi dengan cara untuk melindungi berbagai bagian molekul dari efek reaksi lebih lanjut. Salah satu metodenya adalah dengan bereaksi asam aspartat dengan zat-zat yang menghasilkan cincan benzil tambahan untuk melindungi situs-situs ini. Ini memastikan bahwa reaksi kimia lebih lanjut akan terjadi hanya pada bagian-bagian tertentu dari molekul asam aspartat.
• 6 Setelah asam amino dimodifikasi dengan tepat, mereka dipompa ke tang reaktor, di mana mereka diizinkan untuk mencampur pada suhu kamar selama 24 jam. Suhu kemudian dinaikkan ke sekitar 149°F (65°C) dan dipelihara selama 24 jam lagi. Reaksi kemudian didinginkan ke suhu kamar. Reaksi dicampur dengan pelarut yang sesuai dan didinginkan ke sekitar 0°F (-18°C), menyebabkan kristalisasi. Kristal kemudian dipisahkan dengan filtrierasi dan dikeringkan. Kristal ini adalah perantara aspartame yang harus dimodifikasi lebih lanjut.
• 7 Perantara dikonversi menjadi aspartame dengan bereaksi dengan asam asetat. Reaksi ini dilakukan dalam tang besar yang diisi dengan larutan asam akuatik, katalis logam paladium, dan hidrogen. Reaksi dicampur secara menyeluruh dan diizinkan bereaksi selama sekitar 12 jam.

Pemurnian

• 8 Katalis logam dihilangkan dengan filtrierasi, dan pelarut distilasi, menyisakan residu padat. Residu ini difurnir dengan melarutkannya dalam larutan etanol akuatik dan merekristalisasi. Kristal ini difilter dan dikeringkan untuk memberikan aspartame bubuk yang jadi.

Kontrol Kualitas

Kualitas senyawa diperiksa secara teratur selama proses manufaktur. Yang khusus penting adalah pemeriksaan yang sering terhadap kultur bakteri selama fermentasi. Juga, berbagai sifat fisik dan kimia produk akhir diperiksa, seperti tingkat pH, titik leleh, dan kandungan kelembaban.

Masa Depan

Saat ini, hanya ada tiga pengedap alternatif di Amerika Serikat yang dapat digunakan dalam produk makanan. Meskipun aspartame mungkin salah satu yang paling baik yang tersedia, ilmuwan mencari cara baru untuk membuat pengedap ini terasa sebanyak mungkin seperti gula. Penelitian mereka telah difokuskan pada tiga area, termasuk menemukan turunan baru, mencampur pengedap, dan meningkatkan efisiensi aspartame.

Sebagian besar pekerjaan turunan kimia telah difokuskan pada mencari senyawa yang akan lebih cocok dengan reseptor rasa lidah daripada aspartame tradisional. Menggunakan aspartame sebagai model, peneliti percaya mereka akan dapat meningkatkan berbagai karakteristik dengan melakukan modifikasi kecil. Misalnya, mereka telah menemukan bahwa ketika L-asam aspartat sendirian dimodifikasi dengan cara tertentu, ia menghasilkan produk yang memiliki rasa manis. Penelitian di masa depan mungkin akan difokuskan pada jenis turunan ini.

Area penelitian lain difokuskan pada meningkatkan stabilitas panas aspartame. Menggunakan teknologi enkapsulasi, aspartame telah dikembangkan yang dapat digunakan dalam produk panggang dan campuran panggang. Hasil uji awal positif, dan persetujuan FDA telah diberikan untuk aplikasi bakery.

Karena hanya tiga pengganti gula sintetis yang saat ini disetujui untuk digunakan dalam makanan di AS, menggabungkan pengedap buatan dalam produk menjadi kemajuan teknologi yang penting. Di sini, ilmuwan menggabungkan dua atau tiga pengedap dalam upaya untuk membuat produk terasa lebih seperti gula.