Indulcitorii si utilitatea lor in afectiunile metabolice

Prof. dr. Constantin Ionescu Tîrgoviște, Institutul Național de Diabet, Nutriție și Boli Metabolice “Prof. N. C. Paulescu” , Membru corespondent al Academiei Române

Rezumat:

Indulcitorii sunt impartiti in naturali si sintetici. Cei naturali sunt la randul lor de origine zaharidica (zaharoza, fructoza, maltoza) si poliolii (sorbitolul, xylitolul). Acestia din urma au un indice glicemic mai mic decat cel al glucozei, evitand astfel cresterile glicemice postprandiale mari, dar au continut caloric. Cei sintetici (zaharina, aspartamul, ciclamatii) nu au continut caloric dar au dezavantajul de a fi produsi de sinteza, ceea ce a generat si probabil va mai genera controverse legate de siguranta utilizarii lor.

Abstract:

Sweeteners are classified into natural and synthetic. On their turn, natural sweeteners cam be carbohydrates (sucrose, fructose ,maltose) and alcoholic polyols (sorbitol, xylitol). The last have a lower glycemic index, thus avoiding the important post-prandial increases of blood glucose. However, they do have caloric content. The artificial sweeteners (saccharine, cyclamates, aspartame, etc.) have no or negligible caloric content but they have the disadvantage to be of synthetic origin. This led (and perhaps will lead also in the future) to controversies regarding the safety of their use.

Indulcitorii – introducere

Gustul dulce este pe langa cel sarat, amar si acru, unul din cele patru gusturi fundamentale si apreciate in mod particular de catre oameni. Zaharul reprezinta un simbol al mancarurilor rafinate si posibil cel mai puternic cand ne referim la efectele negative asupra sanatatii. De fapt, putem privi zaharul mai putin ca pe un aliment si mai mult ca pe un compus chimic.

In esenta, zaharoza este un dizaharid format dintr-o molecula de glucoza si una de fructoza, care , in cantitati mici poate fi un nutrient extrem de folositor. Din pacate, in unele tari dezvoltate, consumul de zahar per capita este uneori mai mare de 70 kg/an. Din acest motiv, in Statele Unite ale Americii, zaharul este consideret de catre unii nutritionisti o adevarata “otrava alba”. De fapt, oamenii nu au fost conceputi sa manance cantitati mari de zahar, fie el alb sau brun, sirop de porumb, sucraloza, dextroza, fructoza, lactoza, maltoza, malt, miere, sirop de orez sau sirop de artar [1].

Indulcitorii sunt clasificati in naturali si sintetici

Un indulcitor reprezinta orice substanta naturala si/sau artificiala care are un gust dulce si poate fi utilizata in mancare sau bautura. Este cunoscut faptul ca zaharul poate duce la crestere in greutate si hipoglicemie reactiva, atat la copii cat si la adulti. El duce la cresterea trigliceridelor si a LDL – colesterolului, actionand ca si un factor de risc cardiovascular. La copii, mai mult decat la adulti, consumul de zahar poate provoca dependenta fata de acest gust, ducand la cresterea in timp a consumului. De aceea, inlocuirea zaharului cu indulcitori este o strategie care e luata in considerare peste tot in lume [2].

Indulcitorii sunt clasificati in naturali (zahar, fructoza, sorbitol, xylitol) si sintetici sau artificiali (zaharina, ciclamat, aspartam). Spre deosebire de indulcirorii sintetici care nu sunt calorigeni , indulcitorii naturali sunt calorigeni de aceea sunt legati de anumite afectiuni cum ar fi obezitatea, diabetul, cariile dentare.

Indulcitorii naturali

Indulcitorii de origine zaharidica [3]

Zaharul (zaharoza) reprezinta un dizahard natural ce se descompune din glucoza si frucoza. Puterea sa calorica este de 4,1 kcal/g iar indicele sau glicemic este mare, apropiat de cel al glucozei.
Fructoza este un monozaharid ce se gaseste in miere, fructe si un mare numar de plante. Are aceiasi putere calorica cu cea a zaharului. Fructoza se absoarbe mai greu decat glucoza si este transformata in glucoza la nivel hepatic. Ca urmare indicele sau glicemic este mai redus, evitand cresterile glicemice postprandiale mari. Ea poate fi utilizata numai la pacientii diabetici bine echilibrati metabolic si fara tendinta la hipertrigliceridemie, in caz contrar ducand la cresterea glicemiei, trigliceridelor, colesterolului total si LDL-colesterolului intrucat ficatul nu o mai poate transforma in glicogen.
Maltoza este un dizaharid format din doua molecule de glucoza unite intre ele printr-o legatura de tip α(1→4). Izomerul sau poarta numele de izomaltoza in care cele doua molecule de glucoza sunt unite printr-o legatura de tip α(1→6). Maltoza reprezinta dizaharidul care este generat in momentul in care amilaza pancreatica degradeaza amidonul. Ea se mai gaseste in mod natural in seminte in curs de germinare deoarece acestea isi degradeaza rezervele de amidon pentru a obtine energia neceswara cresterii. De aceea, maltoza se gaseste in cantitati mai mari in malt si siropul de porumb. De asemenea ea poate apare in cursul caramelizarii glucozei.
Lactoza – este un dizaharid format dintr-o molecula de glucoza si una de galactoza. Reprezinta dizaharidul caracteristic laptelui si produselor lactate. Concentratia ei in lapte este de aproximativ 0-8%, procentul variind de la o specie la alta si in functie de procentul de grasime al laptelui.
Siropul de porumb – reprezinta un grup de produsi zaharidici inruditi obtinuti din amidonul de porumb si care contin procente variabile maltoza, glucoza, fructoza si alte oligozaharide. Toate aceste molecule au 6 atomi de carbon si pot fi folosite ca indulcitori in diferite produse alimentare. Siropul de porumb este folosit pentru indulcirea unor produse ca alternativa la zahar pentru ca poate contribui la ameliorarea texturii acestora, la cresterea volumului acestora, previne cristalizarea caracteristica zaharului si amelioreaza gustul alimentelor. Un derivat al siropului de porumb este repreentat de siropul de porumb cu continut crescut de fructoza (High-Fructose Corn Syrup – HFCS). Acesta este produs prin convertirea unui procent din glucoza in fructoza. In acest fel puterea de indulcire este crescuta ca urmare a procentului crescut de fructoza. Siropul de glucoza este o alternativa a siropului de porumb, obtinut prin hidrolizarea enzimatica a zaharidelor din amidonul multor specii vegetale precum graul, cartoful si tapioca. Acest tip de indulcitori este mai folosit in Statele Unite si America de Nord.

Indulcitorii alcoolici (poliolii) [4]

Acest tip de indulcitori naturali se gasesc in plante si elibereaza calorii aproximativ la jumatate fata de zahar. Se vor folosi la pacientii cu diabet zaharat bine echilibrat, in caz contrar ducand la cresteri ale glicemiei. Acesti indulcitori au si un efect laxativ care poate avea variatii individuale. Acesta poate duce la apritia unor efecte nedorite precum aparitia crampelor abdominale, flatulenta, diaree, copiii fiind mai sensibili la acest efect. Acestea sunt insa temporare, iar consumul regulat se pare ca duce la o adaptare a intestinului, cu cresterea pragului la care apar aceste efecte. Din familia indulcitorilor alcoolici fac parte sorbitolul, xylitolul si steviolul.

Sorbitolul este un indulcitor alcoolic pe care corpul uman il metabolizeaza lent. Prin metabolizare sorbitolul elibereaza 2.6 kcal/g fata de cele 4 kcal/g ale zaharului. De regula sorbitolul este obtinut din sirop de porumb dar el se mai gaseste si in mere, pere, piersici si prune. In corpul uman, sorbitolul este convertit la fructoza sub actiunea sorbitol dehidrogenazei si a succinat dehidrogenazei.
Xylitolul este un compus natural descoperit independent in secolul XIX de catre doua grupuri de cercetatori, unul din Germania condus de Fischer [5] si celalalt din Franta condus de Bertrand (1891). De aceea, descoperirea xylitolului este atribuita ambelor grupuri de cercetatori. Pana la sfarsitul anilor 1950, Touster si colaboratorii au descoperit ca xylitolul este produs in cantitati mici si in corpul uman [6]. Aceasta descoperire a fost facuta in contextul cercetarilor legate de L-xyluloza, un zaharid particular care apare in urina in pentozuria esentiala, o afectiune genetica recesiva rara.

Prin metabolizare, Xylitolul elibereaza 2.4 kcal/g fata de 4.1 kcal/g in cazul glucozei, putand astfel fi folosit ca si sursa de energie [2,7]. Cu toate acestea, indexul glicemic al xylitolului este foarte scazut prin comparatie cu cel al glucozei sau cel al altor surse de carbohidrati. Din acest motiv, s-a propus ca acest poliol sa fie folosit la pacientii supraponderali pentru prevenirea aparitiei obezitatii si a diabetului zaharat de tip 2. Xylitolul are proprietati chimice foarte interesante. Astfel, xylitolul este o substanta care poate genera din abundenta NADH si NADPH, ambele molecule implicate in generarea potentialului oxidoreducator al celulelor. Modularea potentialului redox al celulelor poate interveni in reglarea sintezei unor coenzime si chiar a unor hormoni [8]. Conform studiilor lui Makinen, xylitolul poate fi considerat ca un furnizor suplimentar de atomi de hidrogen care pot fi transferati enzimatic catre alte molecule organice, eventual generand forme reduse ale diferitelor coenzime.

Din punct de vedere chimic, xylitolul este o pentoza care poate fi generata prin metabolizarea glucozei alaturi de multe alte pentoze precum ribuloza-5 fosfat sau xyluloza-5 fosfat. Xylitolul este produs de metabolismul normal al unui adult sanatos in cantitate totala de circa 15 pe zi. Este important de remarcat faptul ca xylitolul difera de ceilalti indulcitori de tip poliol (precum sorbitolul). Astfel, daca sorbitolul este un hexitol cu 5 atomi de carbon, xylitolul este un pentatol cu 4 atomi de carbon. Aceasta diferenta este foarte importanta deoarece sorbitolul poate favoriza dezvoltarea bacteriilor carogenice in cavitatea bucala in timp ce xylitolul nu. Astfel, bacteriile nu pot utiliza xylitolul pentru obtinerea de energie prin metabolizare, astfel incat acesta poate preveni aparitia cariilor. Pentru toate acestea, xylitolul este considerat a avea efecte profilactice in patologia stomatologica, avand chiar si proprietati antibacteriene [9,10].

Steviolul este un indulcitor poliolic care explica gustul dulce al frunzelor de stevie (Stevia rebaudiana). Steviolul are o putere de indulcire de 40-300 de ori mai mare decat cea a zaharului. In plus, el este stabil la caldura, si variatii de pH si nu fermenteaza. In plus, indexul glicemic al steviolului este mai mic decat cel al glucozei ceea ce il face atractiv ca indulcitor pentru diabetici si pacientii care urmeaza diete de slabire hipoglucidice. Steviolul a fost declarat ca fiind sigur in alimentatia umana de catre Autoritatea Europeana pentru Siguranta Alimentara. Doza zilnica maxima acceptata pentru steviol este de aproximativ 4 mg/kg corp/zi [11].
Tagatoza (cunoscuta si drept D-tagatoza) este un indulcitor caloric cu numar redus de calorii derivat din lactoza. Tagatoza este un monozaharid natural din familia hexozelor. Ea se regaseste in cantitati mici in fucte, cacao si produsele lactate. Are o putere de indulcire echivalenta cu 92% din cea a zaharului dar contine numai 38% din caloriile acestuia. Efectul sau de crestere a glicemiei si stimulare a secretiei de insulina este redus [12]. De asemenea, exista date care ar indica un efect de protectie impotriva cariei dentare. Ea poate fi produsa comercial pornind de la galactoza printr-un proces de transformare enzimatica.

Indulcitorii artificiali non-calorici

Indulcitorii sintetici au dezavantajul, dupa cum le este si denumirea, de a nu fi produsi naturali. Din acest motiv, de-a lungul timpului au fost si vor mai fi controverse legate de siguranta acestor produsi. Actualmente exista mai multi indulcitori sintetici utilizati in diverse tari [13].

Zaharina este cel mai vechi indulcitor sintetic introdus in alimentatie. Deoarece poate traversa placenta cu riscuri posibile asupra fatului, folosirea sa in sarcina nu este recomandata. Au existat numeroase controverse legate de un posibil efect carcinogenic (de crestere a riscului penbtru unele neoplazii, efect observat de altfel la doze foarte mari pe unele modele animale). Cu toate acestea, nu exista date la om care sa confirme acest risc. Zaharina prezinta particularitatea de a lasa in gura un gust usor amarui.
Aspartamul este un indulcitor sintetic de natura peptidica. El este un dipeptid format din doi aminoacizi reprezentati de catre acidul aspartic si fenilalanina. Din acest motiv, el este contraindicat la pacientii cu fenil-cetonurie. Are o putere de indulcire foarte mare, fiind de aproximativ 200 de ori mai dulce decat zaharul. Desi prin metabolizare aspartamul genereaza 4 kcal/g (ca toti aminoacizii de altfel), el este consumat in cantitati foarte mici si ca urmare aportul real de calorii este neglijabil.
Ciclamatii sunt saruri de sodiu sau de calciu ale acidului ciclamic. Ei au o putere de indulcire de 30 de ori mai mare decat cea a zaharului. O tableta de ciclamat de sodiu contine aproximativ 100 mg substanbta activa iar doza maxima admisa este de 2.5 mg/kg/zi, ceea ce inseamna 1-3 tb pe zi. Datorita unor efecte adverse , nu este aprobat in Statele Unite ale Americii si in unele tari europene..
Sucraloza este un indulcitor non-caloric de 600 de ori mai dulce decat zaharul. Este foarte stabila la o mare varietate de factori fizici si chimici si de aceea poate fi folosita pentru indulcire in diferite metode de procesare a alimentelor. Nu produce carii dentare. Unele studii au aratat ca adminstrarea ei poate amplifica cresterea glicemica in cursul TTGO [14].
Acesulfamul de potasiu este un indulcitor sintetic cu o putere de indulcire de 200 de ori mai mare decit cea a zaharului. El nu determina modificari ale glicemiei la pacientii cu diabet zaharat. Asemanator zaharinei, acesulfamul poate lasa dupa consum un gust discret amarui, in special in cazul folosirii unor doze mari. Spre deosebire de aspartam, acesulfamul de potasiu este stabil la cadlura chiar si in conditii de pH usor acid sau bazic si, ca urmare, poate fi folosit ca aditiv alimentar in procesul de preparare termica a alimentelor sau in produse care au o durata indelungata de pastrare pe raft. El este folosit si la prepararea unor bauturi carbogazoase indulcite artificial dar aproape intotdeauna in asociere cu alti indulcitori sintetici precum aspartamul sau sucraloza. Este de asemenea folosit ca indulcitor in unele preparate farmaceutice cum ar fi preparate proteice de nutritie enterala, medicamente masticabile sau solutii buvabile. In toate acestea, el are rolul de a ameliora proprietatile organoleptice ale ingredientelor active din aceste produse [15].
Alitamul si neotamul sunt indulcitori sintetici de natura dipeptidica de generatie mai noua. Asemanator aspartamului, alitamul este un dipeptid care contine acid aspartic. Neotamul este un alt reprezentant al acestei clase si a fost dezvoltat de producatorii gamei NutraSweet.

Alitamul are unele avantaje certe comparativ cu aspartamul. Astfel, el are o putere de indulcire de 2000 de ori mai mare decat cea a zaharului si de 10 ori mai mare decat cea a aspartamului. In plus nu lasa un gust neplacut dupa consum. Durata sa de viata in conditii de expunere la caldura sau de pH acid este cel putin dubla fata de cea a aspartamului dar totusi mai mica decat cea a altor indulcitori sintetici precum zaharina sau acesulfamul de potasiu. Spre deosebire de aspartam, alitamul nu contine fenilalanina si ca urmare poate fi folosit in conditii de siguranta de catre pacientii cu fenilcetonurie [16].

Referinte bibliografice:

Sellman S. Xylitol: Our Sweet Salvation? The SPECTRUM vol. 4, No. 8, February 2003, p. 23;
Carr CJ, Krantz JC Metabolism of the sugar alcohols and their derivatives. Adv Carbohydr Chem 1943; 1:115-192;
Mota M, Mota E. Alimentatia in diabetul zaharat. In: Alimentatia omului sanatos si bolnav. Mota M (Ed.) Editura Academiei, Bucuresti, Romania, 2005;
Mäkinen KK. Sugar alcohol sweeteners as alternatives to sugar with special consideration of xylitol. Med Princ Pract. 2011;20(4):303-20;
Fischer E, Stahel R. Zur Kenntniss der Xylose. Ber Dtsch Chem Ges 1891; 24:528-539;
Touster O, Shaw DRD. Biochemistry of the acyclic polyols. Physiol Rev 1962; 42:181-225;
Georgieff M., Moldawer LL, Bistrian BR, Blackburn GL. Xylitol an energy source for Intravenous nutrition after trauma. J Parenter Enteral Nutr 1985; 9:199-209;
Mäkinen K The Rocky Road of Xylitol to its Clinical Application J Dent Res 2000; 79(6):1352-1355;
Birkhed D. Cariologic aspects of xylitol and its use in chewing gum: a review. Acta Odontol Scand 1994; 52:116-127;
Edgar WM. Sugar substitutes, chewing gum and dental caries – a review. Br Dent J 1998; 184:29-3;
Yadav SK, Guleria P. Steviol glycosides from Stevia: biosynthesis pathway review and their application in foods and medicine. Crit Rev Food Sci Nutr. 2012;52(11):988-998;
Espinosa I, Fogelfeld L. Tagatose: from a sweetener to a new diabetic medication? Expert Opin Investig Drugs. 2010 Feb;19(2):285-294;
Raben A, Richelsen B. Artificial sweeteners: a place in the field of functional foods? Focus on obesity and related metabolic disorders. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2012 Nov;15(6):597-604;
Pepino MY, Tiemann CD, Patterson BW, Wice BM, Klein S. Sucralose affects glycemic and hormonal responses to an oral glucose load. Diabetes Care. 2013 Sep;36(9):2530-2535;
Karstadt ML. Testing needed for acesulfame potassium, an artificial sweetener. Environ Health Perspect. 2006 Sep;114(9):A516;
Renwick AG. The intake of intense sweeteners – an update review. Food Addit Contam. 2006 Apr;23(4):327-338.