Přírodní a umělá sladidla a jejich metabolismus v lidském organismu

Alice Kemrová

Bachelor's thesis

Natural and artificial sweeteners and their metabolism in the human body

Abstract:

Termín „sladidla“ zahrnuje heterogenní skupinu přírodních i syntetických látek, které při příjmu potravou vyvolávají sladkou chuť. Nejvýznamnějšími přírodními sladidly jsou cukry, které náleží mezi sacharidy. Sacharidy hrají důležitou roli v lidské stravě, jsou zdrojem energie (4 kcal/g), determinují senzorické vlastnosti potravin (chuť, textura, přijatelnost) a mají vliv na fyziologii, neboť zvyšují hladinu krevní glukosy, čímž působí na uvolňování insulinu. Centrální roli v metabolismu sacharidů hraje glukosa, která díky své relativně bohaté potenciální snadno štěpitelné energii slouží jako rychlý zdroj energie pro rostliny, živočichy i mikroorganismy. Prvním krokem využití glukosy jako energetického substrátu je centrální dráha katabolismu glukosy, zvaná glykolýza – dvoufázový proces deseti na sebe navazujících chemických reakcí vedoucích k rozštěpení molekuly glukosy na 2 molekuly pyruvátu za uvolnění energie. K maximálnímu výtěžku energie je třeba dále oxidovat tyto 2 vzniklé molekuly pyruvátu v rámci navazujících drah aerobního metabolismu. FAO (Organizace pro výživu a zemědělství) a WHO (Světová zdravotnická organizace) společně pravidelně přezkoumávají vědecké studie zabývající se různými aspekty významu sacharidů v lidské výživě. WHO potvrdila, že konzumace volných cukrů má spojitost s rostoucím výskytem nadváhy a obezity, jakož i s rozvojem neinfekčních onemocnění souvisejících se stravou, včetně zubního kazu, diabetu 2. typu, kardiovaskulárních onemocnění a nádorového bujení. Tento trend se nadnárodní organizace snaží zvrátit svými doporučeními podloženými vědeckými studiemi. Doporučený příjem sacharidů by měl tvořit 55-75 % celkového denního energetického příjmu, a to především v minimálně zpracované formě. Příjem volných cukrů je doporučeno omezit pod 10 % přijaté energie a s ohledem na riziko kazivosti zubů až na méně než 5 %. Alternativní sladidla jsou v potravinářství používané a povolené alternativy klasických kalorických sladidel. Lze je rozdělit na intenzivní, objemová a vzácné cukry. Intenzivními jsou nazývána ta, jež dosahují vysoké intenzity sladivosti již při použití velmi malých koncentrací těchto různorodých látek (acesulfam K, aspartam, cyklamát, sacharin, sukralosa, neohesperidin DC a thaumatin) a jsou pro ně stanoveny akceptovatelné denní dávky. Naopak objemová sladivostí příliš nevynikají, ale slouží především jako plniva (erythritol, isomalt, laktitol, maltitol, mannitol, sorbitol, xylitol). Mezi vzácné cukry jsou řazeny monosacharidy a jejich deriváty, které se v přírodě nacházejí v malých množstvích a v současné době se pracuje na zlevnění jejich laboratorní výroby (psikosa, tagatosa, allosa). Mnoho současných studií se zabývá otázkou vhodnosti zařazení náhradních sladidel do každodenního stravování s důrazem na zdravotní aspekty. Většina studií na lidech naznačuje, že umělá sladidla mohou mít neutrální účinek na tělesnou hmotnost a kontrolu glykémie, nebo mohou mít příznivý vliv na dlouhodobou regulaci tělesné hmotnosti. Aktuální zjištění uvedená v práci Basson et al. (2021) naznačují, že umělá sladidla interagují se střevem a periferními tkáněmi prostřednictvím bakteriální produkce mastných kyselin s krátkým řetězcem (SCFA). K tomu, zda mohou tato sladidla modulovat kontrolu tělesné hmotnosti ovlivňováním energetického výdeje prostřednictvím změněné produkce SCFA ve střevě, jsou však zapotřebí další studie (Pang et al. 2021). Studie na zvířatech ukazují, že umělé náhražky cukru mohou vyvolat kompoziční i funkční změny ve střevní mikrobiotě. Avšak určit, jak ovlivňují umělá sladidla střevní mikrobiotu u lidí zůstává náro

Abstract:

čné vzhledem k mnoha proměnným. Prozatímní výsledky připouští, že dlouhodobá konzumace některých sladidel by mohla měnit diverzitu lidské střevní mikrobioty (sukralosa, acesulfam-k), a také zvyšovat schopnost bakterií tvořit biofilm a měnit mikrobiální rovnováhu (sukralosa, sacharin a aspartam) (Wąsik et al. 2023). Nicméně žádný jasný důkaz, že konzumace umělých sladidel ve schváleném množství nepříznivě ovlivňuje střevní mikrobiotu u lidí neexistuje (Hughes et al. 2021). Je zřejmé, že k učinění závěrů týkajících se vhodnosti zařazení umělých sladidel do běžné stravy, jsou opodstatněné další dobře kontrolované dlouhodobé studie na lidech zkoumající účinky různých umělých sladidel a jejich dopad na střevní mikroflóru, regulaci tělesné hmotnosti a homeostázu glukosy, stejně jako základní mechanismy jejich působení (Pang et al. 2021).

Abstract:

The term “sweeteners” includes a heterogeneous group of natural and synthetic substances that produce a sweet taste when ingested. The most significant natural sweeteners are sugars, which belong to carbohydrates. Carbohydrates play an important role in the human diet, they are a source of energy (4 kcal/g), determine the sensory properties of food (taste, texture, acceptability) and have an effect on physiology, as they increase the level of blood glucose, thereby influencing insulin release. A central role in the metabolism of carbohydrates is played by glucose, which, thanks to its relatively abundant potential easily split energy, serves as a quick source of energy for plants, animals and microorganisms. The first step in the utilisation of glucose as an energy substrate is the central pathway of glucose catabolism, called glycolysis – a two-phase process of ten successive chemical reactions leading to the splitting of a glucose molecule into two pyruvate molecules, releasing energy. For maximum energy yield, these two formed pyruvate molecules must be further oxidized within the following pathways of aerobic metabolism. The FAO (Food and Agriculture Organization) and WHO (World Health Organization) jointly regularly review scientific studies dealing with various aspects of the importance of carbohydrates in human nutrition. The WHO has confirmed that the consumption of free sugars is linked to increasing rates of overweight and obesity, as well as the development of diet-related non-communicable diseases, including tooth decay, type 2 diabetes, cardiovascular disease and cancer. Multinational organizations are trying to reverse this trend with their recommendations supported by scientific studies. The recommended intake of carbohydrates should be 55-75 % of the total daily energy intake, especially in a minimally processed form. The intake of free sugars is recommended to be limited to less than 10 % of the energy intake and, considering the risk of tooth decay, to less than 5 %. Alternative sweeteners are used and permitted alternatives to classic caloric sweeteners in the food industry. They can be divided into intense, bulk and rare sugars. Those that reach a high intensity of sweetness even when using very low concentrations of these various substances (acesulfame K, aspartame, cyclamate, saccharin, sucralose, neohesperidin DC and thaumatin) are called intense, and acceptable daily doses are set for them. On the contrary, bulk sweeteners do not excel in sweetness, but serve mainly as fillers (erythritol, isomalt, lactitol, maltitol, mannitol, sorbitol, xylitol). Rare sugars include monosaccharides and their derivatives, which are found in small quantities in nature and are currently being worked on to make their laboratory production cheaper (psicose, tagatose, allose). Many current studies deal with the question of the appropriateness of including substitute sweeteners in the daily diet with an emphasis on health aspects. Most human studies suggest that artificial sweeteners may have a neutral effect on body weight and glycemic control, or may have a beneficial effect on long-term weight management. The current findings reported in Basson et al. (2021) suggest that artificial sweeteners interact with the gut and peripheral tissues through bacterial production of short-chain fatty acids (SCFA). However, further studies are needed to determine whether these sweeteners may modulate body weight control by affecting energy expenditure through altered intestinal SCFA production (Pang et al. 2021). Animal studies show that artificial sugar substitutes can induce both compositional and functional changes in the gut microbiota. However, determining how artificial sweeteners affect the gut microbiota in humans remains challenging due to many variables. Interim results admit that long-term consumption of some sweeteners could change the diversity of the human gut microbiota (sucralose, acesulfame-k), as well as increase t

Abstract:

he ability of bacteria to form a biofilm and change the microbial balance (sucralose, saccharin and aspartame) (Wąsik et al. 2023). However, there is no clear evidence that consumption of artificial sweeteners in approved amounts adversely affects the gut microbiota in humans (Hughes et al. 2021). Clearly, further well-controlled long-term human studies investigating the effects of different artificial sweeteners and their impact on gut microbiota, weight management and glucose homeostasis, as well as their underlying mechanisms of action, are warranted to draw conclusions regarding the appropriateness of including artificial sweeteners in the regular diet (Pang et al. 2021).

Keywords

sacharosa, glukosa, cukr, umělé sladidlo, aspartam, metabolismus, střevní bakterie

Keywords

sucrose, glucose, sugar, artificial sweetener, aspartame, metabolism, intestinal bacteria

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 28. 5. 2024
• Supervisor: Ing. Barbora Burešová, Ph.D.
• Reader: Zora Kotíková, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme:
Food and Nutrition