甜蜜的烦恼阿斯巴甜到底安全吗

王思远

世界卫生组织旗下国际癌症研究机构公布的一项阿斯巴甜对健康影响的评估结果，将其列为“可能”对人类致癌的2B类致癌物，同属于这个类别的物质还包括沥青、机动车尾气、汽油等。

阿斯巴甜可能致癌成为备受瞩目的消息，抛开致癌性本身，我们是否想过：人造甜味剂为什么有甜味？我们是如何感受甜味的？这与分子结构有什么关系？

自然界中的糖

为了了解人造的甜味剂，我们当然要先了解天然的甜味物质，最为熟知的自然是糖。说到糖，我们往往还会提到碳水化合物。在生物化学领域，这两个词基本可以画等号，然而在很多其他领域或者语境下，碳水化合物是一个更加广泛的概念。之所以有碳水化合物这一术语，因为这类物质往往具有C（HO）的组成通式。当然，有些具有该通式的化学物质一般不归为碳水化合物，如甲醛和乙酸。

也有些被归为碳水化合物的物质不严格遵循该通式，如糖醛酸。

我们抛开很复杂的碳水化合物大家族不谈，回归到“糖”这个称呼上来。在生物化学领域，一种相对大众的分类是将糖分为单糖、双糖、低聚糖和多糖四种。如果谈甜度，甚至可以选取更为狭义的糖的定义，即“有甜味可溶性的碳水化合物”。這时，糖基本上仅包含单糖和双糖两类。

单糖是指无法进一步水解的糖，一般只把含碳原子数不小于3个的分子包含进来。按照碳原子数的不同，我们可以把含有三、四、五、六和七个碳原子的单糖称为三糖、四糖、戊糖、己糖和庚糖。在高中生物的课程中，我们接触过三种常见的己糖即葡萄糖、果糖和半乳糖，以及两种戊糖即核糖和脱氧核糖。

我们需要认识到，单糖的家族并非只有这五种，比如木糖就是另一种重要的戊糖。它是半纤维素木聚糖的主要组成部分，且可以通过催化氢化还原反应得到我们熟知的木糖醇。

另外，可能细心的读者已经开始疑惑：为什么糖的结构式有时候写成环状，有时候写成链状？为什么有时候会在名称前加上“D-”或“L-”以及“α-”或“β-”的修饰？这就引出了两个重要的概念：单糖环化以及手性异构。

熟悉化学的读者应该知道，成环和形成双键都会引入一个不饱和度，因此对于链状单糖，由于含有一个碳—氧双键，可以将这个不饱和度转化为成环而得到相应的异构体。这种由醛基或羰基与不同碳原子上的羟基发生的可逆反应，会形成具有氧桥的杂环。一般来讲，在水溶液中，如果单糖具有四个以上的碳，则倾向于以环的形式存在。因此我们体内的各种单糖一般呈现环状。

然而，这种反应并不限制醛基或羰基与哪个碳反应成环，比如葡萄糖中醛基可以与不同碳位点反应形成五元环形式的呋喃糖或者六元环形式的吡喃糖。

对于分子中含有连接四种不同基团的碳原子时，往往会存在手性异构，即分子的两种构型组成相同但是无法通过平移旋转等操作重合。糖的结构中包含着这样的碳原子，因此几乎所有的糖都存在着需要加以区分的手性异构体。“D-”或“L-”以及“α-”或“β-”的前缀就是按照一套规范对于异构体进行分别的记号。

如果考虑这种细节，我们在课本中所学习到的三种双糖——蔗糖、乳糖、麦芽糖——其实是由特定结构的葡萄糖、半乳糖或果糖脱水缩合形成的。比如蔗糖是由吡喃型α-D-葡萄糖与呋喃型D-果糖结合形成的。乳糖是由β-D-吡喃半乳糖与D-吡喃葡萄糖结合形成的。而麦芽糖则是两个D-吡喃葡萄糖结合形成的，它也是直链淀粉的水解产物。

只有糖是甜的？

了解了这么多关于糖的知识，我们可以开始探讨这样两个问题：糖一定甜吗？只有糖有甜味吗？

一般来说，可溶于水的单糖或双糖都是有甜味的，但是不可溶的多糖如淀粉、糖原等则没有甜味。不同类型的糖甜度并不一致，我们往往以蔗糖作为参考去衡量不同物质的相对甜度，即认为蔗糖的甜度为1。

相对甜度的确定一般是通过对比达到相同甜度所需浓度得到的，比如综合一些专业测试者的意见，某种物质的1%质量分数的溶液与蔗糖10%质量分数的溶液甜度相当，那么该物质的甜度就是10。

我们可以列出一些物质相对于蔗糖的甜度，那么上面的问题也就随之有了答案：并不是只有糖类物质才是甜的。比如在表格中，我们找到了一开始提到的人工甜味剂阿斯巴甜，也看到了一些醇类、蛋白质等物质。其实，这正是人造甜味剂得以存在的原因——甜度高但是不会被人体代谢产生大量能量。因为人造甜味剂存在的目的就是让一些食物等味道好但是不会导致蛀牙、肥胖等真实糖类的不良后果。

那么除了前面提到的两点，保证甜味剂的安全无毒自然也是重要的指标。比如早在2000多年前罗马人用铅锅煮葡萄汁就曾得到含有醋酸铅的甜味糖浆，用作甜味剂，称为“铅糖”，但是这种物质被发现是有毒的而被弃用。铅中毒甚至被列为导致罗马帝国走向覆灭的可能因素之一。随后，金属铍的盐被发现有甜味，也因毒性无法用作甜味剂。所以，今天我们在讨论阿斯巴甜致癌的可能性也是在进行这类验证，尽最大可能保证甜味剂的安全性。随着历史发展，有几种相对成功且著名的甜味剂。比如1879年Ira Remsen和Constantin Fahlberg制备了糖精，使得糖尿病患者可以吃上有甜味的食物，实现了人工甜味剂的第一次重要突破。

约60年后，Michael Sveda在研究一种物质时将香烟放在实验台上，又一次拿起时发现香烟变甜了，原因是沾上了这种物质的结晶，因此意外发现了甜蜜素。

而糖精的近亲——安赛蜜也以同样偶然的方式被发现：化学家Karl Clauss于1967年在实验中为了拿起一张滤纸而舔了舔手指，发现居然是甜的！

而著名的阿斯巴甜则是1965年James Schlatter在研制药物时发现的，它是由天冬氨酸和苯丙氨酸这两种氨基酸经过脱水缩合形成的二肽。虽然这两种氨基酸是会被人体代谢而产生热量的，但由于阿斯巴甜甜度很高，可以只添加很少的量，所以仍作为相对成功的甜味剂。

为什么是甜的？

既然糖类、醇类、氨基酸类甚至无机分子都可能是甜的，那么它们在结构上有哪些共性？我们又是如何感知到甜味的？

科学家研究发现，人感受甜味是通过在细胞膜上的甜味受体——由T1R2和T1R3亚基组成的异二聚体，这是一种被称为G蛋白偶联受体的特殊结构。每个亚基都可以大体分为三个部分：嵌入在膜内的7个跨膜结构域、伸出在膜外的捕蝇器（VFT）结构域以及连接二者的连接体。其中，有多个特定的位点都可以与被探测的分子产生分子间作用。

如果分子的结构合适，那么它就能通过与这些特异性位点作用从而激活该受体，诱导出生物信号而被人体感知。比如天然的蔗糖、葡萄糖以及人工加工的三氯蔗糖可以与T1R2和T1R3的VFT结构域作用而激活受体；二肽甜味剂如阿斯巴甜仅与T1R2的VFT结构域作用，也可以产生甜的感受。

那么，什么样的结构是合适的呢？现在比较普遍接受的理论是“甜味三角形”理论。该理论认为甜的分子在立体结構中应当包含三个空间上有一定相对距离的特征区域。其中A区域是一个氢键供体（含氢，如羟基O—H），B区域是一个氢键受体，C区域（也称为X）则是一个疏水基团。因此，该理论也被称为AH-B-X理论。在阿斯巴甜分子中，也可以找到这些特征区域，因此具有甜味。

1991年，Jean-Marie Tinti和Claude Nofre提出了更复杂的多点依赖理论（MPA），其中涉及甜味剂和甜味受体之间共八个相互作用位点。该模型成功地指导了对于更高效甜味剂的寻找，比如胍类甜味剂中的Lugduname比蔗糖甜约225000倍！

对“阿斯巴甜”安全性的讨论

阿斯巴甜是一种二肽类的甜味添加剂，甜度是白糖的200倍左右。被广泛地应用于汽水饮料、雪糕、果酱、奶油等食品中，市面上常看到的“0糖0脂0卡”类食品，多半就添加了阿斯巴甜。

不久前，世界卫生组织旗下国际癌症研究机构公布了一项阿斯巴甜对健康影响的评估结果，将其列为“可能”对人类致癌的2B类致癌物，同属于这个类别的物质还包括沥青、机动车尾气、汽油等。在同一天，国家食品安全风险评估中心联合国家癌症中心，也公布了一份安全性评估，指出阿斯巴甜按照我国现行标准规范使用可以保障安全。

抛开致癌性本身，我们是否想过：人造甜味剂为什么有甜味？我们是如何感受甜味的？这与分子结构有什么关系？

事实上，自从1981年美国FDA批准阿斯巴甜上市以来，围绕其安全性的质疑不断。那么，添加了阿斯巴甜的食物还能吃吗？

怎样理解“可能致癌”？从1965年开始，国际癌症研究机构开始分析致癌物工作，将致癌物质分为四个等级。

1级致癌物，指实验可以明确证明其致癌和原理机制。如烟草、酒精、黄曲霉素、槟榔等；2级致癌物，是指在动物实验中已证实，但人群样本研究的致癌证据有限，其中又分为2A和2B两类，相比2A级致癌物，阿斯巴甜可能涉及的2B级，代表致癌可能性更低；3级致癌物，在动物实验中有致癌性，人群研究明确无致癌性；4级致癌物，指没有充足研究和实验证明其致癌性。

所谓“可能致癌”，跟很多因素有关，包括个人体质、基因不同和食用“剂量”。尤其是剂量，就像侯宝林的传统相声段子，说“阿司匹林虽治感冒，一下吃2斤也能出人命”。有报道称，阿斯巴甜达到致癌风险的剂量是——140斤重的成年人，每天喝10～15罐无糖饮料。这个说法虽然没有官方确认，但专家对我明确表示，阿斯巴甜恐慌大可不必，相比之下，酒精、火腿、培根等加工肉类有更高致癌风险。所以，只要记住“食用有节制、别任性”即可。

“阿斯巴甜风波”背后，是代糖类甜味剂产业的新机遇和挑战。阿斯巴甜是目前最普及、最稳定和产业链最完整的甜味剂。中国是阿斯巴甜最大的生产国，产能占全球75%，80%的阿斯巴甜出口海外。专家认为，国际组织的致癌安全性裁定并不会影响到阿斯巴甜在国内的合规性、应用现状和行业格局。

但从趋势上看，即使没有这次的“阿斯巴甜风波”，消费端也在不断倒逼产业创新升级，阿斯巴甜未来大概率会被替换。

行业研报指出——甜味剂市场体量不断上升，消费者更加偏好天然甜味剂。国际食品数据机构《2010—2020年代糖产品全球终端消费市场数据》显示，十年间，人工代糖在全球市场的占比从91.8%下降至70.6%，天然代糖则由8.1%提升至29.4%。常见的天然甜味剂包括赤藓糖醇、甜菊糖苷、罗汉果苷等，国内一些食品饮料企业也在密切关注功能性甜味剂的应用。

阿斯巴甜的争论还在继续，但市场中已经有一些饮料厂商，把宣传营销重点，从“0脂0卡”，变成了“0阿斯巴甜”。这听上去颇有“见风使舵”的意思，但也反映了消费市场某种程度的波动性和脆弱性。

随着市场良性竞争更加充分和人们对营养和大健康的自我管理意识加强，政策端、产业端、消费端和媒体科普端，共同发力，将形成对保障国民食品安全、高品质生活的有效抓手和压舱石。

（刘谊人摘自《科学大观园》2024年第3期）