Так ли хороша жизнь без сахара: правда и мифы о сахарозаменителях

Довольно часто на витринах магазинов в разделе здорового питания можно увидеть сладости, в которых сахар заменен на фруктозу. Однако фруктоза, хотя и входит в состав сахара, метаболизируется в печени иначе, чем глюкоза. При избыточном потреблении фруктоза в два-три раза активнее глюкозы стимулирует накопление жира в печени, что может приводить к неалкогольной жировой болезни печени. Поэтому переход на фруктозу не приносит пользы и может даже навредить.

Чтобы сохранить сладость продуктов, но убрать калории и риски для диабетиков, доступно множество заменителей сахара. Их можно разделить на полиспирты, редкие сахара и интенсивные сахарозаменители — вещества несахарной природы, как натуральные, так и синтетические.

Этими свойствами они обладают из-за своей структуры. Они содержат больше доступных спиртовых групп, чем сахара. Такие группы притягивают молекулы воды, поэтому полиспирты способны удерживать больше молекул вокруг себя. Однако это имеет и побочный эффект. Полиспирты хуже всасываются в нашем кишечнике, притягивают к себе воду из тканей и разрушаются нашим микробиомом с образованием газов. В сумме это приводит к слабительному эффекту при употреблении в больших дозах.

Примером таких подсластителей служат сорбит, ксилит и эритрит. Это природные молекулы, но они содержатся в ягодах и фруктах в малых количествах, поэтому в промышленных масштабах их получают химическим или биотехнологическим путем. Так, например, сорбит получают методом гидрирования (восстановления) глюкозы, а эритрит с помощью ферментации дрожжей при высоких концентрациях глюкозы. Дрожжи синтезируют эритрит, чтобы сохранить воду в клетках в стрессовых условиях.

Но даже эритрит с 0 ккал не следует употреблять бесконтрольно. Избыток полиолов нагружает почки. Кроме того, исследования 2023 года выявили возможную связь высокого потребления эритрита с повышением риска тромбозов у людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями, хотя это требует дальнейшего изучения.

Они менее сладкие, чем глюкоза, но также способны поддерживать объем в продуктах. Редкие сахара встречаются в еще меньших количествах в природе, поэтому промышленно их получают ферментативным путем — обработкой фруктозы и галактозы специальными эпимеразами и изомеразами, которые меняют положения атомов в молекуле, не меняя ее суммарный состав. Глюкоза, фруктоза, аллюлоза и тагатоза имеют одну формулу — C6H12O6, — но разную структуру.

Именно различия в структуре не дают нашему организму использовать их так же эффективно, как глюкозу: калорийность тагатозы составляет около трети от сахара, и ее усвоение растянуто во времени. То есть нет резкого влияния на уровень глюкозы в крови. Аллюлоза практически не метаболизируется человеком, поэтому может считаться продуктом без калорий.

Заменители сахара, которые обсуждались ранее, более или менее равны по сладости самому сахару. Но если нас интересует существенное придание сладости нашему продукту, то на помощь приходят интенсивные подсластители — их сладость в сотни и даже тысячи раз больше сахара.

Ответ на этот вопрос кроется в том, что вкусовой профиль сахзамов отличается от сахара. Сладость сахара наступает быстро (0-2 секунды), держится около 30 секунд, а потом плавно исчезает без послевкусия. Подсластители же взаимодействуют с рецепторами сладкого иначе: некоторым нужно больше времени, чтобы связаться с ними, а другие держатся за них крепче остальных, из-за чего мы дольше ощущаем сладость и послевкусие.

Например, сладость аспартама ощущается с задержкой — через 4-6 секунд — и сохраняется значительно дольше сахара (до 77 секунд), что нередко приводит к появлению «металлического» послевкусия. А ацесульфам (Е950), наоборот, дает быстрый всплеск сладости, но исчезает гораздо быстрее, да еще и оставляет легкое горьковатое послевкусие. Именно поэтому в напитках и продуктах редко используют всего один подсластитель: чаще применяют смеси, в которых одни подсластители компенсируют недостатки других.

Есть еще одно неочевидное преимущество комбинаций из сахарозаменителей. Смеси подсластителей могут быть слаще каждого компонента в отдельности. Разные вещества связываются с разными участками рецепторов сладкого и, таким образом, независимо сообщают нашему организму о сладости, а связываясь вместе, передают усиленный сигнал. Так, производители получают двойную выгоду: более приятный вкус подсластителей при меньшем расходе.

Сомнения в безопасности сахарозаменителей появились в 70-е годы, когда проводились исследования на крысах с сахарином в огромных дозах (до 15% их суточного рациона). В таких дозах сахарин кристаллизовался в мочевом пузыре, повреждал его стенки, вызывая хроническое воспаление, что в итоге приводило к раку. Для того, чтобы человеку получить эквивалентную дозу сахарина, потребовалось бы выпивать тысячи банок диетической колы в день, что физиологически невозможно. Более того, позднее было показано, что механизм развития рака специфичен для крыс и не может быть экстраполирован на человека.

В настоящее время они производятся химическим синтезом в больших объемах и широко используются в пищевой индустрии.

Один из наиболее известных природных представителей интенсивных подсластителей — стевиогликозиды. Они были известны коренным американцам задолго до встречи с европейцами, но научное изучение стевии началось на рубеже XIX-XX веков, а в промышленное производство она попала только в период страхов по отношению к искусственным подсластителям.

Стевиогликозиды — группа веществ с общим скелетом (стевиолом, тетрациклический дитерпен) и разным положением и количеством прикрепленных остатков глюкозы. Несмотря на присутствие глюкозы, она не влияет на наш организм — ее потребляют бактерии в нашем кишечнике. Сладость стевиогликозидов в 150-450 раз больше сладости сахара. Концентрация стевиогликозидов в сухих листьях стевии достигает 20%, что делает их экстракцию экономически выгодной (сопоставимо с содержанием сахарозы в сахарной свекле — 16-20%).

Поэтому стевию получают именно экстракционным методом: водный экстракт очищают от примесей, после чего сушат и используют в виде сиропа или порошка. Однако «натуральность» стевиогликозидов имеет и обратную сторону — вкус и выраженность горького послевкусия заметно зависят от сорта растения и условий его выращивания.

Однако стевия — не единственное растение со сладкими гликозидами. Другим набирающим популярность продуктом является монк фрут (monk fruit, луо хань го или архат), сладость плодов которого известна китайским монахам уже 800 лет. Сладость в нем создают могрозиды. Как и у стевиогликозидов, молекула состоит из скелета (тетрациклический тритерпен) и остатков глюкозы. Это приводит к схожести свойств: низкая биодоступность, высокая растворимость, схожий механизм взаимодействия с рецепторами. Но могрозиды более термостабильны и имеют слабое фруктовое послевкусие (а не горькое). Могрозиды выделяют экстракцией из плодов монк фрута и очищают от примесей для получения готового продукта.

Но и здесь фантазия природы не ограничилась. В плодах некоторых растений были обнаружены сладкие белки, которые придают им сладость без сахаров. На текущий момент известно шесть таких (тауматин, браззеин, монеллин, пентадин, малин и неокулин), но ближе всего к коммерческому применению тауматин, браззеин и моннелин.

Поскольку его содержание в плодах родных растений мало для промышленного производства, их получают микробным синтезом, то есть создавая бактерии или дрожжи, которые синтезируют сладкий белок. Хотя тауматин и доступен коммерчески, выход целевого продукта даже у него все еще недостаточно высок для обеспечения конкурентоспособной цены по сравнению с другими подсластителями. Работой в этой области занимается множество компаний в мире, помимо упомянутой ЭФКО: американская Oobli, китайская Bestzyme и стартап из Сколтеха Сладкие белки.

Но действительно необычно то, как белки взаимодействуют с рецепторами. Они не связываются с определенным сайтом, как это делают маленькие молекулы подсластителей, а формируют множественные связи с поверхностью рецептора, охватывая один или несколько регионов связывания «сладких» молекул. Это позволяет таким непохожим на сахар молекулам все равно активировать рецепторы и вызывать у нас ощущение сладости. Большая площадь контакта создает сильное взаимодействие с рецептором, и сладкие белки оказываются в тысячи раз слаще сахара.

Тауматин достаточно быстро (на уровне сахара) активирует рецепторы, но сладость держится вдвое дольше, что может быть недостатком. Браззеин наиболее близок по временному профилю к сахару: его сладость быстро развивается и держится среднее время, после чего без выраженного послевкусия сходит на нет. Монеллин вызывает чувство сладости с задержкой, сохраняется дольше сахара и оставляет после себя вяжущее послевкусие.

Сладкие белки привлекают исследователей своей простотой: достаточно клонировать один ген, чтобы воспроизвести синтез сладости. Поэтому ученые экспериментировали не только с микробным синтезом, но и с некоторыми трансгенными растениями. Белок, например, действительно обнаруживается в плодах томатов, но пока все это исключительно исследовательская история. На пути к коммерциализации лежит скепсис и регуляция ГМО, необходимость подтверждения безопасности такого продукта.

Получается, что в настоящее время уже существует широкий спектр подсластителей с разными свойствами, профилем сладости и ценой. Из всех этих предложений можно выбрать то, что понравится больше. Кроме того, научный прогресс не стоит на месте: ученые продолжают создавать новые, еще более сладкие подсластители, а также открывать их в растениях.

Материал подготовлен с участием Алексея Замалутдинова, выпускника аспирантуры Сколтеха «Агробиотехнологии и инжиниринг», старшего биоинформатика стартапа Ойлджин, преподавателя в Институте биоинформатики.