Universitatea Ştefan cel Mare,Suceava Facultatea de Inginerie Alimentara Specializare: Controlul şi expertiza produselor alimentare Aditivi şi ingrediente în industria alimentară

Profesor coordonator: as. Drd. Ing. Oroian Mircea Student: Cădere Adelina-Cristiana, An IV,Grupa II D

Suceava 2013

Cuprins:

Generalităţi……………………………………………………………….…..3Colorant natural antrachinonic : Carminul de coşenilă-Răspândire…………4Istoric………………………………………………………………………...4Producţia de coşenilă…………………………………………………………6Procesul industrial……………………………………………………………7Proprietăţi fizice şi chimice………………………………………………..…8Impactul asupra sănătăţii……………………………………………………..9Utilizări……………………………………………………………………...10Edulcorant sintetic cu putere mare de îndulcire: Acesulfam KStructură chimică……………………………………………………...…….11Proprietăţi fizice şi chimice………………………………………………....11Impactul asupra sănătăţii……………………………………………………12Utilizări…………………………………………………………….………..13Studiu de caz…………..………………………………………...…………..14Bibliografie………………………………………………………………….25

GENERALITĂŢI

2

Aditivii alimentari sau E-urile sunt substanţele care însoţesc aproape orice produs aflat în galantarele magazinelor, ele au sau nu valoarea nutritivă sunt folosite la prepararea unor alimente în scopul îmbunataţirii calitaţii acestora sau pentru a permite aplicarea unor tehnologii avansate de prelucrare. Utilitatea acestor aditivi alimentari este că ei menţin calitatea şi siguranţa produselor o perioadă mai mare de timp, menţin sau îmbunataţesc gustul produselor, asigura controlul aciditaţii şi a alcalinitaţii produselor, menţin consistenţa produselor de asemenea mai menţin aroma sau culoarea produselor.E-urile reprezintă codificarea unor aditivi alimentari, a caror utilizare a fost permisă (din punct de vedere al siguranţei alimentare) în ţările Uniunii Europene şi în ţările care au aderat la acest sistem de codificare. La ora actuală sunt peste 20 de tipuri de aditivi alimentari cum ar fi, conservanţi, antioxidanţi, acidifianţi, corectori de aciditate, emulsificatori, gelifianţi, stabilizatori, agenţi de îngroşare, potenţatori de arome, antiaglomeranţi, îndulcitori, coloranţi, agenţi de afânare, agenţi de glazurare, agenţi de întarire, săruri de topire, agenţi de încarcare, amidon modificat, gaze propulsare si alţii.

Testele ştiinţifice efectuate periodic asupra acestor aditivi, ridică tot mai multe probleme de la an la an, dovedindu-se unele dintre acestea au totuşi un grad de nocivitate mai mare decat cel estimat iniţial. Ţările Uniunii Europene fac eforturi deosebite pentru rescrierea listelor de aditivi alimentari, scopul fiind siguranţa alimentară a consumatorului. Unele E-uri sunt considerate cancerigene, iar altele doar periculoase pentru sănatate.

O importanţă deosebită trebuie acordată respectării cu stricteţe a legislaţiei sanitare în vigoare cu privire la folosirea aditivilor. Aceştia trebuie să prezinte o puritate ridicată, să fie lipsiţi de nocivitate şi să se utilizeze doar în limitele maxime admise. Numai în acest fel, produsele alimentare vor contribui la starea de sănătate a populaţiei.

Colorant natural antrachinonic : Carminul de coşenilă

Răspândire

3

Carminul de coşenilă ( E 120 ) este un colorant natural de culoare roşie , extras din coşenilă prin desecarea corpului insectei femela , Dactylopius Coccuss Costa ,care trăieşte pe anumite specii de cactus.Acidul carminic reprezintă colorantul de bază , fiind în concentraţie de 10 % raportat la corpul uscat al insectei.

Istoric

 Insecta  coşenila, este nativă din Mexic, America Centrala şi Peru. Acolo sunt folosite din secolul X . Spaniolii sunt fascinaţi de stacojiu intensităţii culorii, vopselei de coşenilă  care a fost strălucitor şi superior înainte de a fi cunoascută de europeni în  secolul XVI. De fapt duă aur şi argint,coşenila revine cu mai multe cercetări importante din America Centrală.

De 17 secole producţia de coşenilă a fost o încercare fără succes pentru Europa,în timp ce în coloniile spaniole producţia promova cu succes. De aceea această industrie uşoară joacă un rol important în dezvoltarea Americii Centrale şi de Sud. Superfamilia Coccoidea , de obicei sunt cunoscute ca insecte coşenilă, gândaci mâncăcioşi sau insecte cu solzi; sunt insecte hemiptere care constituie un grup  omogen şi specializat de insecte fitofage mici.

          Ele deasemenea sunt caracterizate de un grad de adaptare la viaţa parazitară şi dovedind un dimorfism sexual extrem.Familia Dactylopiidae (coşenila) se formează numai pe cactus. Aceste insecte au 3-5 mm în lungime şi sunt uşor identificate prin prezenţa unui tip de bumbac alb, ca înveliş, care acoperă corpul roşu purpuriu,ce secretă ceară.

          Dactylopiidae are o singură clasă mai consistentă şi anume Dactylopius ce cuprinde 9 specii. Familia conţine carminul de coşenilă, comercial, care este bazat pe coşenila, ca vopsea (culoare) industrială, având ca spate pentru scopul comercial cactusul Opuntia ficus-indica.

4

Homeoptera, Coccidae, specia  Dactylopius

 Dezvoltarea în greutate completă a femelelor, este în jur de 45 mg, pierzând circa 70%  din masa corpului prin  uscare.  Insectele female au maturitatea sexuală, la vârsta de 90-120 zile, chiar înainte să înceapă depunerea ouălor.Într-adevar pe disecţie şi examenul microscopic din colecţia proaspătă, de concentraţie măreaţă de culoare apărută poate fi asociată cu un gălbenuş de ou.Aceasta poate fi încorporată mai târziu în tesături, a unui embrion şi presupune biosinteza culorii, continuând în timpul fazei rămase, descoperirea organismului. Mecanismele biosintetice, ale acidului carminic, sunt în mare măsura necunoscute.

                      

Producţia de coşenilă

5

Recoltarea de insecte de coşenilă se realizeză încă manual şi presupune curaţirea alb-cenusie din masa corporală a femelelor,prefacută în pulbere,imediat dupa depunerea ouălor.Procesul de bază implică uciderea organismelor şi uscarea corpului insectei.

 Simpla uscare de către soare a insectelor,prevede coşenila cenuşie care include o pudră din ouă clocite şi este privită ca fiind de calitate inferioara. 

Accelerând uciderea şi uscarea  artificială, rezultă mai multe tipuri de coşenilă neagră.Între 80000 şi 100000 de insecte sunt necesare pentru a produce 1kg de coşenilă neprelucrată,pentru export.                                                                     

        Cultivarea recoltei în Peru este raportată pe o rază de răspândire de 120-140kg/ha/an. Exporturile de obicei sunt realizate la nivel înalt de caliate şi curăţenie. Acestea de obicei implică îndepărtarea materiei externe prin cernere manuală şi cernere şi reuscare,dacă este necesar să se ajungă la o umezeală de 12%.

6

Câteva rapoarte din literatura de specialitate a statelor Mexic şi America Centrală afirmă o diferenţiere făcută între speciile de cultură şi speciile sălbatice de insecte. Prima specie de insecte,şi anume cea de cultură,este mai vastă şi conţine mai mult pigment(până la 21-22%)pe baza uscată.Specia salbatică de insecte din Peru conţine în mod normal cel puţin 16% acid carminic.

 Procesul industrial

          Prelucrarea (şi anume recuperarea şi purificarea ) acidului carminic de pe coşenila neprelucrată  este privită ca un proces complicat şi dificil .Curentul industrial produce practici derivate din procedura tradiţională, bazată pe formarea complexului cu ioni metalici.Această strategie posedă câteva dezavantaje şi nu este capabilă să transmită o siguranţă înaltă, purificând procesul cu beneficiu mare.

         Centru de Cercetare şi  Dezvoltare Internaţional, acordă un standard industrial pentru procesarea coşenilei, procedeu compus din următoarele operaţii :                        

 ☼ tratarea coşenilei cu solvenţi organici(ex. Hexanul) ;

 ☼ măcinarea particulelor apropiate ca mărime ;

 ☼ extracţia alcalina;

 ☼ separarea solid-lichid(ex. flocularea şi filtrarea);

 ☼ lacuri insolubile formate cu aluminiu şi săruri de calciu;

 ☼ recuperarea de precipitat(ex. centrifugarea);

 ☼ resolubilizarea acidului carminic;

 ☼ concentraţia;

 ☼ formula.

          Detaliile privind procedurile comerciale actuale, folosite de fabricanţii individuali, apără secretele comerţului, excluzând rivalitatea.Cu toate acestea se cunoaşte care sunt caracteristicile recoltelor scăzute (mai puţin de 52%) şi de obicei furnizează calitatea scăzută a produselor.

Aceştia suferă de asemenea din lipsa de formă de robusteţe, instabilitate datorită multiplelor cotizaţii ale factorilor operaţionali şi nonproductibili.

Proprietăţi fizice şi chimice

7

Face parte din clasa antrachinonelor.Are ca sinonime : Roşu natural 4.Denumirea chimică a aditivului este : acid 7- -glucopiranozil-3,5,6,8-tetrahidroxi-1-metil-9,10-dioxoantracen-2-carboxilic ( acid carminic ) , iar carmina este chelatul hidrat de aluminiu al acestui acid ( raport molar Al:acid,1:2).

Structura moleculară a acidului carminic

Acidul carminic are formula moleculară : C H O şi M=492,32.Este un colorant roşu , scump , neconvenabil pentru vegetarieni, fiind extras din pulberea obţinută prin zdrobirea capului insectei Dactylopius Coccus. Omorârea insectei se face prin imersarea sa în apă.Din extractul apos (alcool-apă) sau alcoolic ,este precipitat acidul carminic (coşenila), care este legat de ionul de aluminiu , rezultând un chelat hidratat al acestuia (conform structurii date).

Acest compus complex este insolubil şi se prezintă sub forma unui lac denumit carmin.Varietatea de forme comerciale ale colorantului este cauzată de modele diferite utilizate pentru obţinerea sa.De asemenea , varietatea preparatelor comerciale este determinată şi de ionii de asociaţie ai acestui colorant, ca , de exemplu , sodiu , potasiu, calciu, amoniu , precum şi de prezenţa compuşilor proteici proveniţi din corpul insectei.Se folosesc aproximativ 70000 de insecte pentru a obţine un „pound” (354,6 g) de colorant.Se prezintă sub formă de solid , friabil, sau de pudră de culoare roşie spre roşu închis.Extractul de coşenilă este în general un lichid de culoare roşu-închis,dar care poate fi uscat,oentru obţinerea unei pudre.Prin încălzire, acidul carminic se descompune la temperatura de 135 C. Este solubil în apă,în alcool,în eter,în acid sulfuric concentrat şi în soluţii de hidroxizi alcalini,este însă insolubil în eter de petrol,în benzen şi în cloroform.Carminul este colorantul caracterizat prin culoarea sa intensă „roşu strălucitor” şi prin marea stabilitate pe care o prezintă la oxidare,lumină sau la căldură.Culoarea şi solubilitatea variază cu pH-ul şi cu prezenţa diverşilor cationi de asociaţie.La pH=4,8 are

8

culoarea galbenă,iar la pH=6,2 este violet.Asociat cu ionul NH ,complexul acidului carminic-aluminiu este solubil în apă la pH=3 şi pH=8,5.Complexul de calciu este puţin solubil în apă la pH=3,dar este solubil la pH=8,5.Aditivul alimentar trebuie să aibă un conţinut minim de 2% acid carminic în chelaţi.Conţinutul de metale grele ( exprimate în Pb) este de maximum 40 mg/kg.

Acidul carminic la diferite pH-uri;

IMPACTUL ASUPRA SĂNĂTĂŢII

Aditivul E 120 este considerat inofensiv la doze foarte mici.Totuşi , dintre coloranţii naturali acesta este singurul pe care „ Hyperactive Children’s Support Group” îl recomandă să fie eliminat din alimentaţia copiilor.De asemenea au fost semnalate cazuri de alergii, astmă, erupţii cutanate şi rinite la consumarea acestui aditiv.Este considerat periculos de către unii autori,care arată că acidul carminic poate distruge vitamina B atunci când este utilizat în alimente şi băuturi .Aceştia recomandă evitarea sa.Până în prezent nu se poate face cu certitudine o evaluare toxicologică a aditivului.Totuşi există unele recomandări de a fi evitat de către suferinzii cu Parkinson şi Alzheimer.

UTILIZĂRI

Majoritatea întrebuinţărilor a acestui colorant natural se află în cosmetice şi industria farmaceutică.Este utilizat pentru restabilirea culorii iniţiale a produselor alimentare , degradată în urma prelucrărilor termice,depozitării şi transportului ( degradări produse sub acţiunea factorilor fizico-chimici,biochimici sau microbiologici).Colorantul transmite culoarea si produselor în care este incorporate.De asemena este utilizat şi pentru colorarea produselor alimentare fara culoare.pentru o mai bună percepere a gustului acestor produse.

Dozele admise în produsele alimentare

9

Aditivul E120 este utilizat singur sau în combinaţie cu alţi aditivi (conform legislaţiei în vigoare) , în produse şi în doze similare cu cele prezentate la aditivul E104.De asemenea, mai este folosit în doza de 200 mg/kg singur sau în combinaţie cu alţi coloranţi,pentru cerealele utilizate la micul dejun,în gemuri,jeleuri şi marmalade , precum şi în alte preparate similare din fructe,inclusiv produsele cu un număr scăzut de calorii, în cantitate de 100 mg/kg,în cârnaţi,pateuri şi supe,100 mg/kg, în carne tip burger cu un conţinut minim de 4% legume şi sau cereale , 100 mg/kg,în cârnaţii chorizo,200 mg/kg , în membrană comestibilă “qs”,în Americano 100 mg/l , în bitter-soda,bitter vino , 100 mg/l.

Edulcorant sintetic cu putere mare de îndulcire: Acesulfam K

Structură chimică :

10

Acesulfam K

Proprietăţi fizice şi chimice:

Sinonimele acesulfamului K sunt :acesulfam de potasiu , acesulfam,sarea de potasiu a 3,3-dihidro-6-metil-1,2,3-oxatiazin-4-on 2,2- dioxid.Denumirea sa chimică este sarea de potasiu a 6-metil-1,2,3oxatiazin-4(3H)-on 2,2 – dioxid.Acesulfamul are următoare formulă moleculară: C H NO KS ,iar M =201,24. Se obţine industrial din esterul terţbutilic al acidului acetilacetic,prin reacţia acestuia cu fluorosulfonilizocianat.În urma reacţiei rezultă un compus intermediar , care la încălzire se descompune în N-fluorosulfonilamida acidului acetilacetic ,izobutenă şi dioxid de carbon.Prin ciclizarea N-fluorosulfonilamidei acidului acetil acetic se obţine acesulfam K ,reacţie care are loc în prezenţa hidroxidului de potasiu.În procedeele moderne ,pentru sinteza acesulfamului K ,se utilizează dicetena şi un acid amido-sulfonic.Acesulfamul K se prezintă sub forma unui compus solid cristalizat sau a unei pulberi cristaline , de culoare albă.Are un gust pronunţat dulce , fiind de 200 de ori mai dulce decât sucroza.Este o substanţă nehigroscopică , iar temperature sa de topire este de 225 C.Acesulfamul K este foarte solubil în apă,dar mai puţin solubil în etanol,methanol sau acetonă.pH-ul soluţiilor apoase este aproximativ 7.O caracteristică a aditivului o reprezintă marea sa stabilitate în soluţiile apoase pentru domenii de pH cuprinse între 3-7( atât la întuneric cât şi la lumină)De asemenea, acesulfamul K prezintă stabilitate la încălzire (coacere sau tratament UHT). În ceea ce priveşte absorbţia maximă de radiaţii UV, aceasta are loc la lungimea de undă de 227 nm pentru o soluţie de 10 mg substanţă în 1000ml apă.Aditivul trebuie să conţină minimum 99% C H NO KS raportat la substanţa uscată .La uscarea produsului la temperature de 105 C timp de 2 ore ,pierderile admisibile sunt de 1%.

Impactul asupra sănătăţii

Acesulfamul K reprezintă avantajul unei eliminări rapide din organism , după ingerarea şi absorbţia sa.Studiile efectuate au arătat de asemenea , că acest aditiv se elimină fără să

11

sufere nici o modificare.În plus ,nu are nici un aport energetic.Totuşi ,în lucrarea [100] se arată că prin acumularea în organism a unor cantităţi mari de aceto-acetamidă ( produs de degradare a acesulfamului K ) , s-a constatat prin testele făcute pe animale că acest metabolit afectează glanda tiroidă.Doza zilnică admisă pentru acesulfam K este de 5 mg/ kg de greutate corporală,conform normelor stabilite de FAO/OMS.În SUA se admite o doză zilnică de 15 mg/kg .Doza zilnică maximă suportată de organismul uman este de 150 mg/kg greutate corporală 6.

Utilizări

Conform actului normative 438/295 din iunie 2002, acesulfamul K se adaugă în cantitatea de 350 mg/l în băuturi nealcoolice,ca de exemplu în băuturile aromate pe bază de lapte şi produse derivate sau pe bază de suc de fructe cu valoare energetică redusă sau fără adios de zahăr.Tot în doza de 350 mg/kg , acesulfamului K este folosit pentru deserturi şi produse similare , cum sunt deserturile aromate pe bază de apă,preparate pe bază de lapte şi produse derivate,deserturi pe bază de fructe şi legume,cu sau fără adios de zahăr,desrturi pe bază de oua,cu sau fără adaos de zahăr,deserturi pe bază de cereale,deserturi pe bază de grăsimi,cu sau fără adaos de zahăr.La cornete şi vafe pentru îngheţată,fără adaos de zahăr,se admite folosirea acesulfamului K în doze de 2000 mg/kg.Pentru cerealele utilizate la micul dejun, cu un conţinut de fibră mai mare de 15% şi cu 20% tărâţe,cu sau fără adaos de zahăr,aditivul este folosit în cantitatea de 1200 mg/kg.În cazul produselor de tip “snacks” gata de consum,pe bază de amidon sau nuci şi alune glasate , uscate ,care conţin anumite arome,ace-sulfamul K este admis în doze de 350 mg/ kg.Aditivul se mai adaugă în cantitate de 500 mg/kg în produse de cofetărie pe bază de cacao sau fructe uscate , cu valoare energetică redusă sau fără adaos de zahăr.În cazul produselor de cofetărie pe bază de amidon sau a pastelor tarinabile pe bază de cacao,lapte,fructe uscate sau grăsimi,conţinutul de aditiv admis este de 1000 mg/ kg.Pentru produsele de cofetărie sub formă de tablete, cu valoare energetică redusă, se admite doza de 500 mg/kg.În cazul dropsurilor pentru împrospătarea respiraţiei,fără adaos de zahăr,acesulfamul K se foloseşte în cantitate de 2500 mg/kg.În guma de mestecat fără adaos de zahăr, aditivul se foloseşte în doză de 2000 mg/kg.Pentru cidru şi rachiu de pere,bere nealcoolică sau cu o concentraţie de alcool de până la 1,2% vol,pentru bere de masă,bere brună de tip “oud bruin”,băuturi spirtoase cu o concentraţie alcoolică de 15% vol,pentru fructe conservate cu valoare energetică redusă sau fărp adaos de zahăr,acesulfamul se adaujă în cantitate de 350 mg/kg.În gemuri , jeleuri şi marmalade cu valoare energetică redusă se admite doza de 1000mg/kg.În conservele de fructe şi legume dulci acrişoare,aditivul este admis în cantitate de 200mg/kg.Acesulfamul K se mai adaugă în conserve şi semiconserve de peşte dulci-acrişoare,în marinate de peşte,de crustacee şi moluşte , în cantitate de 350 mg/kg.În sosuri şi muştaruri,doza este de 350 mg/kg.Pentru produsele fine de brutărie destinate unei alimentaţii speciale,aditivul se foloseşte în cantitate de 1000 mg/kg.În preparatele complete de regim sau aporturi nutriţionale utilizate sub supraveghere medicală , 450 mg/ kg.În suplimentele alimentare ( integratori dietetici în stare lichidă),acesulfamul k se adaugă în cantitate de 350 mg/kg,iar pentru integratorii dietetici în stare solidă, 500 mg/kg.În suplimentele alimentare / integratori dietetici pe bază de vitamine şi / sau elemente minerale sub formă de sirop sau

12

masticabile ,este adăugat în doză de 2000 mg/ kg.Aditivul se mai adaugă în guma de mestecat cu adaos de zaharuri,în doză de 800 mg/kg.

Acesulfamul K face parte din grupa edulcoranţilor de sinteză cu putere mare de îndulcire.Este utilizat în industria alimentară ca îndulcitor dietetic precum şi din raţiuni tehnologice.Fiind un îndulcitor acaloric,este utilizat pentru alimentaţia bolnavilor de diabet sau în diete hipocalorice.Acesulfamul K are un domeniu larg de utilizare ,deoarece din punct de vedere tehnologic prezintă o mare stabilitate termică şi microbologică ,nu se caramelizează,higroscopicitatea sa este foarte redusă şi în anumite situaţii,prezintă proprietatea de potenţiator de arome.În ceea ce priveşte stabilitatea acesulfamului K ,acesta nu se degradează în timp,la întuneric sau expus la lumină.La pH=7,5 în soluţii apoase,rezistă fără să se compună un timp îndelungat.Rezistenţa sa la descompunere se constată chiar la valori de pH acid (pH=3).Acesulfamul K este rezistent la încălzirea produselor alimentare (200 grade C ), iar în soluţii de pH=4-7 nu se descompune la temperatura de 120 grade C.Nu se degradează,chiar la pasteurizarea produselor alimentare acide.Un alt avantaj al utilizării acesulfamului K constă în faptul că acesta nu este metabolizat de flora intestinală sau de bacteriile întâlnite în produsele alimentare.Necesitatea utilizării acesulfamului se datorează şi faptului că gustul său dulce este apropiat de al zaharozei la concentraţii mici şi se instalează rapid.Dar, la concentraţii mari apare un gust neplăcut ,amar, mai puţin intens ca al zaharinei.Acesulfamul K are un efect sinergetic cu alţi îndulcitori ,fapt pentru care este utilizat în combinaţie cu aspartamul sau ciclamatul de sodiu.Pe lângă efectul sinergetic,se mai constată şi o ameliorare a gustului dulce .În produsele din fructe şi legume conservate fără zahăr ,se recomandă adăugarea şi a unui conservant (sorbat de potasiu în proporţie de 0,05-0,1%) ,deoarece produsele sunt susceptibile de atacul microorganismelor .Este un îndulcitor acaloric ,necesar în dietele diabeticilor ,obezilor şi în general pentru evitarea consecinţelor neplăcute ale consumului exagerat de zahăr.

BIOLOGICAL DATA

BIOCHEMICAL ASPECTS

13

Absorption, distribution and excretion

Single oral doses of 10 mg 14C-acesulfame K/kg bw given to rats and dogs were rapidly absorbed. Maximum blood levels reached were 0.75 ± 0.2 µg/ml in rats, 0.5 h after dosing, and 6.56 ± 2.08 µg/ml in dogs, 1-1.5 h after dosing. In rats, 82-100% of the dose, and in dogs, 85-100% of the dose was excreted in the urine; in both species, 97-100% of their total radioactivity was excreted in faeces, and total recovery approximated to 100%.Rats given 10 consecutive daily doses of 10 mg/kg orally did not show evidence of accumulation. Three days after dosing, the concentration in the organs and plasma was 0.4 nMol/g in liver, and less than 0.2 nMol/g in other tissues. Seven days after dosing, the concentration in dogs was less than 0.2 nMol/g in all tissues examined (Kellner & Christ, 1975a).

After intravenous administration of a single dose of 10 mg 14C-acesulfame K/kg bw to rats, the radioactivity was excreted quantitatively in urine and the plasma half-life was 0.23 h (Kellner & Christ, 1975a).

Following oral administration of a single dose of 3.6-4.5 mg 14C-acesulfame K/kg bw to pigs, maximum blood levels ranged between 0.35-0.72 µg/ml between 1-2 h after dosing and fell to undetectable levels within 48 h. Excretion occurred mainly in the urine (Kellner & Christ, 1975b).

Bio-transformation

The metabolism of Acesulfame K was investigated in the urine and faeces of rats and dogs which had received single oral doses of 10 mg/kg bw, and in the urine and bile of pigs dosed orally with 5 mg/kg bw. The analytical methods used (thin-layer chromatography, mass spectrometry and isotope dilution) detected only the original substance in these samples (Volz, 1975).

Effects on enzymes

In vitro studies on acetoacetamide, a possible minor breakdown product of Acesulfame K, showed that it did not function as a substrate for thiolase, ß-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase, and ß-hydroxybutyrate-dehydrogenase indicating that in vivo formation of acetamide is not probable (Anon., 1980b).

Effects on bacteria

14

Acesulfame K was without antibacterial activity against 12 bacterial strains in vitro, and did not show antibacterial activity in experimental septicaemia in the mouse with Streptococcus pyogenes A77 or Salmonella typhimurium. Long-term culture (30 daily passages) of Staphylococcus aureus and E. coli with a range of concentrations of Acesulfame did not affect growth characteristics nor sensitivity towards antibiotics, ampicillin, cephalothin, tetracycline or gentiamycin (Schrinner & Limbert, 1977).

Nitrosation of Acesulfame K

In vitro studies were performed to investigate whether Acesulfame K could form N-nitroso derivatives. Nitrosation was carried out using N2O3 in glacial acetic acid, or excess NaNO2, at pH 3 and pH 1. An N-nitroso compound was detected in low yield with N2O3 or with nitrite at pH 1 but not at pH 3. The yield at pH 1 was estimated to be 0.4 × 10-3% (Eisenbrand, 1979).

TOXICOLOGICAL STUDIES

Special studies on acetoacetamide - acute toxity and mutagenicity

The oral LD50 of acetoacetamide in female rats was greater than 15 g/kg bw (Anon., 1977).

Acetoacetamide was non-mutagenic in bacterial assays using four strains of Salmonella typhimurium, with and without metabolic activation (Gericke, 1977), did not induce point mutations in cultured V79 Chinese hamster cells, and was negative in the cell transformation assay using M2 mouse fibroblasts (Marquardt, 1978). Special studies on carcinogenicity

Four groups of 100 male and 100 female Swiss mice were fed diets containing 0, 0.3, 1.0, or 3.0% Acesulfame K for 80 weeks. All survivors were sacrificed and autopsied, and weights of livers and kidneys were recorded. All tumours and tissues showing gross lesions suspected of being tumours and the livers of all animals were examined microscopically (haematoxylin and eosin sections).

The feeding of Acesulfame K did not cause adverse effects on general appearance, behaviour or survival at any of the dietary levels but body weights were slightly decreased at the 3.0% dose level in both sexes. The relative liver weight was decreased at all dose levels in males only but there was no evidence of a dose-related response. Deaths occurring during the course of the study were attributed to

15

chronic nephropathy, severe liver degeneration, respiratory infections and lung tumours.

Gross and microscopic examination revealed a variety of tumours in both test and control animals, but evaluation of the data on type of tumour, location and incidence did not indicate that the test compound was carcinogenic to mice at dietary levels up to 3% for 80 weeks (Beems & Til, 1976).

See also Long-term studies in rats.Special studies on mutagenicity

An oral mutagenicity study (micronucleus test) was carried out in which Acesulfame K was administered orally to male and female NMR1 mice at doses of 450, 1500, and 4500 mg/kg on two consecutive days. The animals were killed six hours after the second application, bone marrow was taken from the femur and 2000 polychromatic erythrocytes per animal counted and scored for micronuclei. The mutagenic index did not differ significantly from 1 (Baeder & Horstmann, 1977).

In a dominant lethal assay, Acesulfame K was administered to male Wistar rats at dietary levels of 1.0 or 3.0% for five consecutive days prior to mating. At day 1, 8 and 15 post-treatment each male was caged with two untreated females for seven days. Pregnant females were sacrificed mid-term and scored for pregnancy rate and total and dead implants. No adverse effects were observed and it was concluded that Acesulfame K at these dietary levels did not induce dominant lethal mutations in spermatozoa of vas deferens and epididymis, testicular sperm or late spermatids (Willems, 1974).

Cytogenetic investigations were conducted on bone marrow cells of Chinese hamsters treated orally with five consecutive daily doses of Acesulfame K of 0, 450, 1500, or 4500 mg/kg bw. The ratios of chromosomal abnormalities in control and treated animals were low, and values normally found in this strain were not exceeded (Mayer et al., 1978a).

The ability o£ Acesulfame K and of acetoacetamide to induce mutations in V79 Chinese hamster cells in vitro (8-azaguanine susceptibility to resistance) was investigated at concentrations of 10-10 000 µg/ml. Neither of the compounds was mutagenic in this system; acetoacetamide was slightly cytotoxic at the highest

concentration. The compounds were also screened for induction of transformations in M2 mouse fibroblasts at similar concentrations. Acesulfame K did not cause any transformations, but reduced plating

16

efficiency (cytotoxicity) was observed at concentrations of 5000 and 10 000 µg/ml; one (out of 14) transformed focus was observed with acetoacetamide at a concentration of 5000 µg/ml but not at the higher concentration, and this was not considered to be evidence of potential oncogenic activity. In addition, Acesulfame K was not mutagenic nor cytotoxic against four strains of Salmonella typhimurium at concentrations up to 100 mg/plate (Marquardt, 1978).

Acesulfame K was neither mutagenic nor cytotoxic in the Ames' test using four strains of Salmonella typhimurium (detecting both base-pair and frame-shift mutations) either with or without activation by rat microsomes (Rohrborn, 1976).

Special studies on pharmacological aspects

Dosages of Acesulfame K of 400 m/kg i.p., 500 m/kg orally, or 320 mg/kg subcutaneously, did not depress motor activity of mice excited by Pervitin. The hexobarbital sleeping time in mice was not changed by pretreatment with Acesulfame K at doses of 500 mg/kg per os or 160 mg/kg subcutaneously. Metrazol-induced convulsions in mice were not influenced by Acesulfame K at doses of 500 mg/kg per os, 300 mg/kg i.p., or 320 mg/kg subcutaneously; anti-convulsant activity can thus be excluded. Administration of Acesulfame K (200 mg/kg i.p.) to mice was without effect on tetrabenazine-induced ptosis and catalepsy, thus the compound is without anti-depressant properties. Acesulfame K (200 mg/kg i.p., 160 mg/kg s.c., or 500 m/kg per os) was without effect on compulsive gnawing behaviour induced by the combined application of apomorphine and imipramine, therefore antidepressant and anticholinergic effects are unlikely. At doses of 320 mg/kg s.c. or 500 mg/kg orally, Acesulfame K had no analgesic effect on mice.

Predosing of rats with Acesulfame K (500 mg/kg orally or 160 mg/kg s.c.) was without anti-inflammatory effect on Aerosil- induced paw oedema, and similar doses had no antipyretic effect in rats with yeast-induced fever. Eight daily doses of Acesulfame K (0-100 mg/kg) per os had no effect on serum cholesterol, total glycerol, free glycerol or glucose levels; relative liver weights were unchanged. In acute tests, Acesulfame K had no effect on blood sugar levels in rats given 100 mg/kg orally, guinea-pigs given a similar dose i.p., or rabbits receiving 100 or 500 mg/kg orally or 50 mg/kg i.v. Acesulfame K had no diuretic effect in rats and dogs at oral dose levels of 50 mg/kg and 20 mg/kg respectively.

Acesulfame K given intravenously to guinea-pigs at a dose level of 24 mg/kg reduced digoxin toxicity. This effect was due to the

17

potassium content and not to antiarrhythmic activity of the compound. Intravenous administration of 1-5 mg Acesulfame K/kg to anaesthetised guinea-pigs one minute before treatment with histamine was without effect on the bronchial musculature.

Cardiovascular experiments in anaesthetized dogs showed that intravenous administration of Acesulfame K was without effect up to a dose of 6 mg/kg; doses of 12 and 24 mg/kg caused a decrease in contractility of the heart with a transient reduction of blood pressure and peripheral blood flow. The changes were compensated for in 3-5 minutes. Intraduodenal administration of Acesulfame K to anaesthetized dogs at dose levels of 0-1000 mg/kg induced a slight reduction of blood pressure at 500 mg/kg and this was accompanied by a reduction of cardiac contractility of about 20% at 1 g/kg. The effect was reversed in 50-80 minutes and other cardiovascular parameters were unchanged. In the conscious dog, after a five day treatment with Acesulfame K at 100 mg/kg per os daily, no change in blood pressure or cardiac activity could be detected. Acesulfame K at doses of 0-24 mg/kg i.v. had no anti-arrhythmic effect on anaesthetised dogs poisoned with K-strophanthin. Daily oral administration of Acesulfame K (1 g/kg) to dogs for 14 days was without effect on thromboplastin time, thrombin time, recalcification time and thromboelastography of plasma samples.

No functional changes were detected after application of 50 µg Acesulfame K to isolated guinea-pig heart using the Langendorff techniques; the compound did not show antiarrhythmic activity in isolated, perfused guinea-pig heart with aconitine and digitoxin-induced fibrillation. In the isolated ileum of guinea-pig, Acesulfame K at a concentration of 10 µg/ml had no neurotropic or spasmolytic effect on smooth muscle.

Addition of Acesulfame K to dog plasma in vitro was without effect on thrombin time, thromboplastin time or recalcification time.

Investigation of the carbonic anhydrase-inhibiting effect in vitro showed that Acesulfame K had virtually no effect, concentrations of 180 mg/ml being required for 50% inhibition (Vogel & Alpermann, 1974).

Special studies on reproduction

A multigeneration study in rats was carried out, in which males and females received Acesulfame K at dietary levels of 0, 0.3, 1.0 and 3.0% for three successive generations, each comprising two consecutive litters. A teratogenicity study was conducted with 15 females per

18

group of the F2b and F3a generations. Rats from the F3b generation were submitted to clinical and pathological examination. Pups from the F1a litters were used for a chronic toxicity/carcinogenicity study at the same dietary levels of Acesulfame K as the parents (see Long-term studies).

Fertility, number of young per litter, birth weight, growth rate and mortality during the lactation period were not adversely affected and there were no indications of increased mortality in utero.

Growth rate was slightly decreased in the top dose group of the F0 and F1 generations, and the mid-dose group of the F0 generation.

In the teratogenicity studies, no adverse effects were seen in appearance, food consumption, autopsy of the dams, organ weights, or litter data; no visceral or skeletal abnormalities attributable to the treatment were observed.

In a four-week feeding study on rats of the F3b generation, body weights and food efficiency figures were slightly decreased in males at the highest dose level. The relative weights of the caecum were slightly increased in both sexes of the high-dose group and in males of the mid-dose group. Gross and microscopic examination did not reveal any treatment-related pathological changes (Sinkeldam et al., 1976).

In a separate study, Acesulfame K was fed to pregnant rats at dietary levels of 0, 0.3, 1.0, or 3.0% from day 6 up to and including day 15 of pregnancy; a positive control group received 75 000 i.u. vitamin A/rat/day during the same period. An increase in food consumption was observed at all three dose levels of Acesulfame K, most pronounced in the 0.3% group. Mean foetal weight showed a slight, dose-related increase in the test groups but skeletal and visceral examination of the foetuses revealed no teratogenic effects attributable to the feeding of Acesulfame K. A wide range of abnormalities was induced by teratogenic doses of vitamin A in positive controls (Koeter, 1975).

A reproduction study was carried out in which male and female rats were fed diets containing 0, 0.3, 1.0, or 3.0% Acesulfame K for 12 weeks prior to mating; the dams received the same diet throughout pregnancy and lactation. Observations were made on the fertility of the females, number of young per litter, sex rates, gross abnormalities, mortality, body weight, and resorption quotient. Growth rate was slightly decreased in parent rats of the top dose group and in the mid-dose group females. No dose-related effects were seen in

19

any of the observations made on the offspring, and there were no indications of increased mortality in utero.

At weaning, 60 animals of each sex were selected from the litters for a two-year feeding study (see below, Long-term studies) (Sinkeldam, 1976).

An embryotoxicity study with Acesulfame K was carried out in which female rabbits received doses of 0, 100, 300 or 900 m/kg bw by gastric intubation from the seventh to the nineteenth day after mating. On the twenty-ninth day of pregnancy, foetuses were delivered by Caesarean section; live and dead foetuses, resorptions and placentas were counted, weighed and examined macroscopically. The 24-hour survival was determined by incubation and half of the foetuses examined for skeletal abnormalities and the remaining half for visceral changes. One dam from the 300 mg/kg group had a premature birth. All other observations were within the range of control values and there was no evidence of compound-related malformations (Baeder & Horstmann, 1977).

Aspecte biochimiceAbsorbţia, distribuţia şi excreţia

20

O singură doză orală de 10 mg acesulfam K/kg corp dată şoarecilor şi câinilor a fost rapid absorbita.Nivelul maxim atins în sânge a fost 0,75±2 µg/ml la şoareci la 0,5h după dozare şi 6,56±2,08 µg/ml la câini la 1-1,5h după dozare.

În cazul şoarecilor 82-100% din doza ingerată, iar în cazul câinilor 85-100% au fost excretate prin urina; la ambele specii 97-100% din radioactiviatea totală a fost excretată prin fecale, iar procentul de recuperare a fost de aproximativ 100%.

Şoarecii cărora li s-au dat 10 zile consecutiv doze orale de 10 mg/kg nu au prezentat semne evidente (clare) de acumulare a acesulfamului K.La 3 zile după dozare concentratia de acesulfam K în organe şi plasmă a fost de 0,4 nMol/g în ficat şi mai puţin de 0,2 nMol/h în alte ţesuturi.La 7 zile după dozare, în cazul câinilor, concentraţia de acesulfam K o fost de mai puţin de 0,2 nMol/g în toate ţesuturile analizate.

În urma administrării intravenoase a unei singure doze de 10 mg/kg corp de acesulfam K şoarecilor, s-a constatat că radioactivitatea a fost eliminată masiv prin urină, iar semi-viaţa plasmitică a fost de 0,23h.

După administrarea orala a 3,6-4,5 mg acesulfam K/kg corp aricilor s-a constatat că eliminarea a avut loc în special prin urină, iar după 48h de la administrare nivelul de acesulfam K în sânge nu a putut fi detectat.

Biotransformarea

Metabolismul acesulfamului K a fost investigat prin analiza urinei şi fecalelor provenite de la şoareci şi câini cărora li s-au administrat doze orale de 10 mg/kg corp, precum şi prin analiza urinei şi bilei provenite de la porci carora li s-au administrat doze orale de 5 mg/kg corp acesulfam K.Metodele analitice utilizate (cromatografia în strat subţire, spectrometria de masă, diluţia izotopilor) au detectat doar substanţa „originala” (acesulfam K) în probele supuse analizei.

Efecte asupra enzimelor

21

Studiile în vitro asupra acetoacetamidei, o substanţă rezultată în urma degradării a acesulfamului K, au arătat că acestă nu poate fi considerat substrat pentru tiolază, β-hidroxiacil-CoA-dehidrogenaza si β-hidroxibutirat-dehidrogenaza, ceea ce indică faptul că formarea acetamidei in vivo nu este posibilă.

Efecte asupra bacteriilor

Acesulfam K nu a prezentat activitate bacteriană asupra 12 tulpini de bacterii în vitro şi de asemenea nu a prezentat activitatea antibacteriană în cazul unui experiment pe şoareci carora li s-a indus septicemia cu ajutorul St. Pyogenes A77 sau Salmonella Typhimurum.Aplicarea unor concentraţii de acesulfam K asupra culturilor (de lungă durată) de Staphylococus aureus, E.coli nu a influenţat creşterea (dezvoltarea) acestora şi nici sensibilitatea fată de antibiotice, ampicilină, tetraciclină, gentamicină.

Nitrozarea acesulfamului K

Au fost făcute studii în vitro pentru a vedea dacă acesulfam K poate forma N-nitrozo derivaţi.Nitrozarea s-a realizat prin utilizarea N2O3 în acid acetic glacial, sau NaNO2 în exces la pH=3 si pH=1.Un compus N-nitrozo a fost detectat prin utilizarea N2O3 la pH=1 dar nu şi la pH=3.

Studii toxicologice

Doza orală DL50 de acetoacetamidă în cazul femelelor şoarece a fost stabilită ca fiind mai mare de 15 g/kg corp.

Acetoacetamida s-a dovedit a nu fi nitrogenă în cazul experimentelor efectuate pe 4 tulpini de Salmonella Typhimurium, cu şi fără activare metabolică, nu a indus mutaţii în culturile de celule V 79 de hamster Chinezesc,s-a dovedit a fi negativă în transformarea celulelor utilizând fibroflaste M2 de şoarece.

Studii speciale asupra cresterii în greutate a cecului

Studiile de scurtă şi lungă durată au arătat că în urma administrării de acesulfam K are loc o creştere reversibilă în greutate a cecului.Studiile au fost efectuate pe femele tinere de sobolani Wistar, cu greutatea corporală de aproximativ 115 g cărora li s-a dat acesulfam K în concentraţii de 3 şi respectiv 10% din raţia alimentelor timp de 45, 49 şi

22

respectiv 90 zile.S-a constatat o creştere a consumului de apă şi alimente, dar şi o scadere în greutate a animalelor,situaţie care s-a remediat în perioada de după efectuarea studiului (experienţei).Greutatea cecului a revenit la normal în aproximativ 15 zile de la încetarea administrării de acesulfam K.

Şi în cazul femelelor adulte situaţia a fost aceeaşi : în primele zile acestea au prezentat semne de anorexie, dar în 2 săptamâni consumul de apă şi alimente a crescut. Greutatea cecului a revenit la normal tot în aproximativ 14 zile de la încetarea administrării de acesulfam K.

Studii speciale asupra carcinogenitaţii

S-au efectuat experimente pe patru grupuri a câte 100 femele şi 100 masculi de şoareci Surss, cărora li s-a administrat acesulfam K timp de 80 săptamâni în doze : 0; 0,3; 1,0 şi 3,0%. Toţi supravieţuitorii au fost sacrificaţi şi autopsiaţi, fiindu-le cântărită greutatea ficatului şi a rinichilor.Deasemenea, au fost prelucrate şi examinate la microscop toate leziunile suspectate a fi canceroase.

În urma studiului s-a observat o scădere în greutate a animalelor precum şi o scădere a greutaţii ficatului acestora.Analiza microscopică a ţesuturilor a dezvăluit apariţia unor tumori canceroase, dar în urma evaluarii tipului de tumoare, locaţiei şi incidenţei acesteia nu au existat dovezi clare care să ateste faptul că acesulfam K a fost responsabil de apritia cancerului.

Studii speciale asupra mutagenitaţii

În urma experienţelor efectuate pe şoarecii Wistar s-a constatat că acesulfam K nu este responsabil de inducerea mutaţiilor în ceea ce priveşte spermatogeneza; de asemenea în urma experimentelor efectuate pe chinese hamsters s-a ajuns la concluzia că acesulfam K nu este citotoxic pentru celulele măduvei osoase.Acetoacetamida s-a dovedit a fi usor citotoxica în concentraţii mari.

Studii speciale asupra aspectelor farmacologice

Administrarea acesulfamului K oral sau subcutanat nu a deprimat activitatea motorie la şoarecii carora li s-a dat

23

Perxitin.De asemenea acesulfam K nu a influenţat eficienţa hexobarbitalului.Convulsiile induse prin administrarea de Metrazol nu au fost influenţate de acesulfam K.De asemenea s-a stabilit că acesulfam K nu are efecte antidepresive şi anticolinergice şi nici efecte analgezice în cazul şoarecilor.

Administrarea de acesulfam K nu a avut efecte antipiretice în cazul febrei induse şoarecilor şi nici efecte antiinflamatorii; nu influenţează colesterolul din sânge, nivelul de glicerol şi glucoză; nu prezintă efecte anti-aritmice în cazul afecţiuniilor cardiovasculare.

În urma experimentelor s-a concluzionat că în cazul acesulfamului K, responsabil de unele efecte adverse în urma studiilor toxicologice este ionul de K (în special împiedică creşterea în greutate).

Studii speciale asupra reproducerii

Studiile au fost efectuate pe şoareci şi iepuri, cărora li s-au administrat diferite doze de acesulfam K în timpul gestaţiei şi perioadei de lactaţie.S-a constatat că fertilitatea, numarul de pui, greutatea la naştere, rata de creştere şi mortalitatea în perioada de lactaţie nu au fost influenţate negativ şi nu au existat indicii care să ateste creşterea mortalitaţii intrauterine.

În ceea ce priveşte teratogenitatea, nu s-au observat efecte adverse în ceea ce priveşte aspectul, consumul de hrană, greutatea, perioada de gestatie sau anormalităţi ale scheletului şi viscerelor.

Obsevaţii făcute pe oameni cu greutate corporala de 70-80 kg

Celor 3 voluntari li s-a administrat doze unice de 30 mg acesulfam K în ceaiul de mentă.Absorbţia substanţei a fost rapidă, concentraţia maximă în sânge (0,28 µg/ml) găsindu-se dupa 1-1,5h.Eliminarea s-a facut rapid, semi-viata plasmatică fiind de aproximativ 2h.Peste 99% din doză a fost eliminată prin urină şi mai putin de 1% prin fecale.Eliminare s-a facut în proporţie de 98% în primele 24h.

Metabolismul acesulfamului K a fost studiat din serul şi urina voluntarilor umani.Doar substanţa „originală” (acesulfam K) a fost detectată în toate probele.

24

Bibliografie:

1. http://www.azazza.com/search.php?keywords=Potassium%20Test

2. http://ro.wikipedia.org/wiki/List%C4%83_de_aditivi_alimentari

3. http://e.slabute.ro/e950-acesulfam-k-acesulfam-potasiu.html

4.

25