Z. Ern~ihrungswiss. 18, 139-144 (1979) 9 1979 Dr. Dietrich Steinkopff Verlag, Darmstadt ISSN 0044-264 X 1VIltteilung aus dem Instdtut ff~r Lebensmittelchemie und -technologie der Technischen Universit~t Wien in Zusammenarbeit m i t dern Institut [iJr Botanik, Technische Mdkroskopie und organische Rohstos der Technisehen Universit~t Wien

Der Einflufl v o n N a t r i u m s a c c h a r i n u n d N a t r i u m c y c l a m a t auf w a s s e r l 6 s l i c h e V i t a m i n e u n d e s s e n t i e l l e Aminos~iuren G. K r o y e r

u n d J. W a s h i i t t l

Mit 4 Tabellen (Eingegangen am 29. Januar 1979)

Einleitung Die s y n t h e t i s c h e n S~iBstoffe N a t r i u m s a c c h a r i n u n d N a t r i u m c y c l a m a t zfihlen zu d e n a m h ~ u f i g s t e n v e r w e n d e t e n k i i n s t l i c h e n StiBungsmitteln. Sie h a b e n als Z u c k e r e r s a t z in L e b e n s m i t t e l n u n d G e t r ~ n k e n bei E r k r a n k u n g e n , bei d e n e n aus m e d i z i n i s c h - t h e r a p e u t i s c h e n G r t i n d e n die Aufn a h m e y o n S a c c h a r o s e r e d u z i e r t bzw. v611ig e i n g e s c h r ~ n k t w e r d e n soll, der P a t i e n t j e d o c h nicht auf die G e s c h m a c k s e m p f i n d u n g ,,stiB" verzichten will, E i n g a n g g e f u n d e n . I n z u n e h m e n d e m MaBe w u r d e n diese StiBungsmittel j e d o c h a u c h y o n G e s u n d e n als Z u c k e r e r s a t z v e r w e n d e t , urn e i n e r Z u f u h r u n e r w t i n s c h t e r K a l o r i e n e n t g e g e n z u w i r k e n . Die Literaturffille der letzten J a h r e fiber S a c c h a r i n u n d i n s b e s o n d e r e tiber C y c l a m a t l~iBt das z u n e h m e n d e w i s s e n s c h a f t l i c h e I n t e r e s s e auf diesern G e b i e t e r k e n n e n . Es sind zahlreiche U n t e r s u c h u n g e n tiber die Toxizit~t, Karzinogenit~t, Embryotoxizit~it u n d Mutagenit~it dieser S u b s t a n z e n d u r c h g e f t i h r t w o r d e n . J e d o c h blieb die F r a g e n a c h der W e c h s e l b e z i e h u n g der k t i n s t l i c h e n StiBstoffe m i t L e b e n s m i t t e l i n h a l t s s t o f f e n , v o r a l l e m Proteinen, A m i n o s ~ u r e n u n d V i t a m i n e n , fast u n b e a c h t e t , o b w o h l g e r a d e diese T h e m a t i k e n o r m e l e b e n s m i t t e l c h e m i s c h e u n d e r n ~ h r u n g s w i s s e n schaftliche A u s w i r k u n g e n zeitigen k 6 n n t e . U b e r die I n t e r a k t i o n y o n Saccharin bzw. C y c l a m a t m i t P r o t e i n e n (Aminos~uren) b e r i c h t e n K o j l m a et al. (1), daB A l b u m i n u n d Casein a u s einer wM~rigen L S s u n g bei Z u s a t z y o n N a t r i u m c y c l a m a t gef~llt w e r d e n . A n d e r e A u t o r e n (2, 3, 4, 5) w i e s e n eine t~indung der StiBstoffe an B l u t p r o t e i n e nach. B e z t i g h c h der Wechselwirk u n g y o n C y c l a m a t bzw. S a c c h a r i n m i t V i t a m i n e n gibt es s e h r divergier e n d e A n s i c h t e n . So b e h a u p t e n einige A u t o r e n , daB die Z u g a b e y o n S a c c h a r i n bzw. N a t r i u m s a c c h a r i n stabilisierend w i r k e n soll. E i n e Z u g a b e Yon S a c c h a r i n b e e i n f l u g t e a n g e b l i c h die Aktivit~t y o n V i t a m i n z u s ~ t z e n nicht (6). A u c h Riboflavin-, T h i a m i n - u n d A s c o r b i n s ~ u r e - h a l t i g e S~fte (Sirup) k o n n t e n d a d u r c h stabilisiert w e r d e n , i n d e m S a c c h a r o s e , Vanillin u. a. d u r c h Sorbitol, N a t r i u m s a c c h a r i n usw. ersetzt w u r d e n (7). I m G e g e n 558

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Z e i t s c h r i f t f ~ r E r n ~ h r u n g s w i s s e n s c h a f t , B a n d 18, H e f t 2 (1979)

satz dazu stehen allerdings die Untersuchungen v o n F u k u d a e t al., wonach eine Stabilisierung yon Ascorbins~iure und Natriumascorbat durch Natriumsaccharin vermindert, durch Natriumcyclamat bemerkensw e r t v e r m i n d e r t w u r d e (8). Im Rahmen unserer Untersuchungen fiber die Wechselwirkung yon k / S n s t l i c h e n Sfi]Bstoffen m i t L e b e n s m i t t e l i n h a l t s s t o f f e n b e f a ~ t s i c h d i e v o r l i e g e n d e S t u d i e ~iber d e n Einflu[~ v o n N a t r i u m s a c c h a r i n u n d N a t r i u m cyclamat auf wasserlSsliche Vitamine und essentielle Aminos~iuren bei Raumtemperatur und erhShter Temperatur in Modellversuchen. Gleichzeitig wurde zum Vergleich auch das Verhalten dieser Lebensmittelinhaltsstoffe gegenfiber dem natflrlichen SfiBstoff Saccharose untersucht. Material und Methodik Die ktinstlichen SfiJ3stoffe Natriumsaccharin und Natriumcyclamat sowie der natiirliche SfifSstoff Saccharose w u r d e n mit einer e n t s p r e c h e n d e n Menge der wasserlSslichen Vitamine C, B 1, 82, B e, 812 und Nicotins~iureamid (Vitamin PP) bzw. der essentiellen Aminos~uren Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Phenylalanin, Threonin, T r y p t o p h a n und Valin versetzt. Vom natfirlichen SiifSstoff Saccharose w u r d e n 10 gl) eingesetzt und yon den kfinstlichen StiBstoffen jene Menge, die in ihrer Sfil3kraft 100 g Saccharose entspricht, n~imlich 300 mg Natriumsaccharin und 3,5 g Natriumcyclamat. Bei den Vitaminen und Aminos~uren k a m e n die t~iglichen Bedarfsmengen im Verh~iltnis dazu zum Einsatz. Die Mischungen reagierten dabei sowohl in w~i[Sriger LSsung bei R a u m t e m p e r a tur und 80 ~ als auch im festen Zustand bei 120 ~ u n d 150 ~ Die Versuche bei R a u m t e m p e r a t u r erstrecken sich fiber mehrere Tage (20 bis 30 Tage), diejenigen bei erh6hter T e m p e r a t u r w~hrten eine S t u n d e lang. Die B e s t i m m u n g der Vitaminmengen erfolgte diknnschichtchromatographisch auf Kieselgel GF2~ mit Eisessig/Aceton/Methanol/Benzol (5 + 5 + 20 + 70) als Laufmittel u n d Messung im UV-Licht bei 254 n m (Vitamin C, B1, Be, Nicotins~iureamid) bzw. 365 n m (Vitamin B2, B12). Die Bestimmung der Aminos~iuremengen w u r d e gleichfalls auf dfinnschichtc h r o m a t o g r a p h i s c h e m Wege durchgefi~hrt. Als Sorptionsmittel w u r d e Kieselgel G verwendet, als Laufmittel diente n-Butanol/Eisessig/Wasser (80 + 20 + 20), der Nachweis erfolgte mittels Ninhydrin.

Ergebnisse und Diskussion Wie die durchgef~ihrten vergleichenden Untersuchungen im Modellfall b e i w~i~rigen L S s u n g e n y o n N a t r i u m s a c c h a r i n u n d N a t r i u m c y c l a m a t s o w i e S a c c h a r o s e m i t e s s e n t i e l l e n A m i n o s ~ u r e n u n d w a s s e r l S s l i c h e n Vita m i n e n z e i g t e n , w a r i n d e n m e i s t e n F~illen k e i n Einflu/3 d i e s e r S u b s t a n z e n auf die untersuchten essentiellen Lebensmittelinhaltsstoffe zu erkennen. So konnten insbesondere im Lagerversuch bei Raumtemperatur bei den V i t a m i n e n C, B1, B2, B6, B12 u n d N i c o t i n s ~ u r e a m i d k e i n e b e m e r k e n s w e r t e n V e r l u s t e , w e d e r b e i Z u g a b e y o n n a t f l r l i c h e n SCtBstoffen n o c h b e i Zugabe yon kfinstlichen SiiBstoffen, festgestellt werden. Genauso lagen a u c h d i e V e r h ~ l t n i s s e f~ir d i e e s s e n t i e l l e n A m i n o s ~ u r e n I s o l e u c i n , L e u c i n , Lysin, Methionin, Threonin und Valin. Dagegen konnten bei Phenylalanin 1) Die den kfinstlichen Sfi~stoffen in der S/2fSkraft e n t s p r e c h e n d e Menge w~ire 100 g Saccharose. A u f g r u n d analytischer A s p e k t e w u r d e jedoch eine Menge yon 10 g Saccharose bei den Versuchen verwendet.

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K r o y e r u n d Wash(~ttl, D e r E i n f l u f l yon Natriurnsaccharin

Tab. 1. Prozentuale Darstellung der A b n a h m e des Gehaltes an Tryptophan u n d Phenylalanin nach Zugabe von Natriumcyclamat, Natriumsaccharin u n d Saccharose bei R a u m t e m p e r a t u r in Abh~ingigkeit yon der Lagerdauer. Einwirkungsdauer

% Tryptophanabnahme bei E i n w i r k u n g yon NaNaSacchaSaccharin Cyclamat rose

% Phenylalaninabnahme bei E i n w i r k u n g yon NaNaSacchaSaccharin Cyclamat rose

lh ld 5d 10 d 14 d 24 d 28 d

0 0 7 5 9 13 -

0 1 2 5 10 10

0 0 18 25 42 47 -

0 0 0 2 3 3 -

0 1 4 i1 16 17

0 0 1 2 3 3

Die Werte stellen Mittelwerte aus zwei v o n e i n a n d e r u n a b h ~ n g i g e n Versuchsdurchgtingen dar. geringe, bei Tryptophan aber erhebliche Verluste bei NatriumcyclamatZusatz gegen Ende des durchgeftihrten Lagerversuchs nachgewiesen Werden. I n T a b e l l e 1 ist d a h e r d i e p r o z e n t u e l l e A b n a h m e d e r W e r t e ftir T r y p t o p h a n (0,25 g) u n d P h e n y l a l a n i n (1,1 g) i n e i n e r w~13rigen L 6 s u n g m i t N a t r i u m s a c c h a r i n (0,3 g), N a t r i u m c y c l a m a t (3,5 g) bzw. S a c c h a r o s e (10 g) bei Lagerung bei Raumtemperatur angefiihrt. Die im Modellfall durchgeftihrten vergleichenden Untersuchungen bei Mischungen yon wasserlSslichen Vitaminen mit Natriumsaccharin, N a t r i u m c y c l a m a t u n d S a c c h a r o s e i n f e s t e r F o r m z e i g t e n , da/~ b e i e i n s t i i n d i g e r E i n w i r k u n g b e i 120 ~ bzw. 150 ~ b e i d e n V i t a m i n e n B2, B6, B12 u n d N i c o t i n s ~ i u r e a m i d k e i n e b e m e r k e n s w e r t e n V e r l u s t e a u f t r a t e n . J e d o c h lie/3en s i c h b e i d e n V i t a m i n e n C u n d B1 e i n i g e s e h r d e u t l i c h e V e r ~ n d e r u n g e n erkennen. I n T a b e l l e 2 ist d i e p r o z e n t u e l l e A b n a h m e d e r M e n g e a n V i t a m i n C b e i e i n s t t i n d i g e r E i n w i r k u n g s z e i t b e i e i n e r T e m p e r a t u r y o n 120 ~ b z w . 150 ~ angeffihrt. B e m e r k e n s w e r t ist d i e t i b e r a u s s t a r k e A b n a h m e d e s V i t a m i n - C - G e h a l tes b e i d e r E r h i t z u n g e i n e s G e m i s c h e s m i t N a t r i u m s a c c h a r i n a u f 150 ~ Tab. 2. Prozentuale Darstellung der A b n a h m e des Gehaltes an Vitamin C nach Zugabe yon Natriumsaccharin, Natriumcyclamat u n d Saccharose bei einsttindiger thermischer Behandlung. Probe

% Vitamin-C-Abnahme 120 ~ 150 ~

Vitaminstandard (75 mg) Vitamin (75 mg) + Na-Saccharin (300 mg) Vitamin (75 rag) + Na-CycLamat (3,5 g) Vitamin (75 mg) + Saccharose (i0 g)

0 14 8 3

Die Werte sind Mittelwerte aus 3 Versuchsdurchg~ngen.

0 93 11 9

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Zeitschrift f~r Ern~hrungswissenschaft, Band 18, Heft 2 (1979)

Tab. 3. Prozentuale Darstellung der A b n a h m e des Gehaltes an Vitamin B 1 nach Zugabe yon Natriumsaccharin, Natriumcyclamat u n d Saccharose bei einstfindiger thermischer Behandlung. Probe

% Vitamin-B~-Abnahme 120 ~ 150 ~

Vitaminstandard (15 mg) Vitamin (15 mg) + Na-Saccharin (300 rag) Vitamin (15 rag) + Na-Cyclamat (3,5 g) Vitamin (15 rag) + Saccharose (10 g)

0 6 8 4

0 33 7 3

Die Werte sind Mittelwerte aus 3 Versuchsdurchg~ngen. T a b e l l e 3 z e i g t d i e p r o z e n t u e l l e A b n a h m e d e r M e n g e a n V i t a m i n B1 i m G e m i s c h m i t S a c c h a r o s e s o w i e d e r b e i d e n k f i n s t l i c h e n S(i/3stoffe b e i e i n e r T e m p e r a t u r y o n 120 ~ bzw. 150 ~ B e i e i n s t ( i n d i g e r B e h a n d l u n g a u f 150 ~ t r i t t e i n e d e u t l i c h e V e r r i n g e rung des Vitamingehaltes bei Anwesenheit von Natriumsaccharin gegenf i b e r d e n V e r g l e i c h s p r o b e n auf. B e m e r k e n s w e r t ist j e d o c h das A u f t r e t e n w e i t e r e r n i c h t u n b e a c h t l i c h e r Substanzpeaks auf dem Chromatogramm der Vitamin-B1-Na-SaccharinM i s c h u n g , w o b e i es s i c h h 6 c h s t w a h r s c h e i n l i c h u m n i c h t n ~ h e r b e k a n n t e R e a k t i o n s - o d e r Z e r s e t z u n g s p r o d u k t e h a n d e l n d(irfte, d a z u d e m d i e M e n g e a n V i t a m i n B1 u n d N a t r i u m s a c c h a r i n a b g e n o m m e n h a t (9) u n d d i e s e P e a k s a u f d e m C h r o m a t o g r a m m d e r S t a n d a r d s u b s t a n z e n f e h l e n , so wie eine intensive, f r e m d a r t i g e G e r u c h s e n t w i c k l u n g auftritt. Wie f e r n e r d i e d u r c h g e f f i h r t e n v e r g l e i c h e n d e n V e r s u c h e b e i M i s c h u n gen von essentiellen Aminos~iuren mit Natriumsaccharin, Natriumcyclam a t u n d Saccharose in fester F o r m bei erh6hter T e m p e r a t u r zeigten, t r a t e n k a u m m e r k l i c h e V e r ~ n d e r u n g e n i m A m i n o s ~ i u r e g e h a l t auf. I n d e r T a b e l l e 4 s i n d d i e M i s c h u n g e n m i t d e n v e r g l e i c h s w e i s e st~irksten A b n a h m e n in der A m i n o s ~ i u r e m e n g e bei t h e r m i s c h e r B e h a n d l u n g auf 150 ~ a n g e f ( i h r t . Tab. 4. Prozentuale A b n a h m e der Aminos~uremenge bei einst~indigem Erhitzen auf 150 ~ Amino s~iure-Sfi;Ssto ff-Mischung

A b n a h m e der Aminos~uremenge in %

Phenylalanin (1,1 g) + Na-Cyclamat (3,5 g) Phenylalanin (1,1) + Na-Saccharin (0,3 g) Tryptophan (0,25 g) + Na-Cyclarnat (3,5 g) Methionin (1,1 g) + Na-Cyclamat (3,5 g)

16 9 10 8

Die Werte sind Mittelwerte aus 3 durchgefi~hrten Versuchsdurchg~ingen. 2) Dieser Versuch wurde aus analytischen G r 6 n d e n mit der zehnfachen Menge des mittleren t~iglichen Bedarfs an Vitamin Bl durchgeffihrt. Dabei zeigten sich bereits nicht unbetriichtliche Vitaminverluste, die sich bei Verwendung einer relativ geringeren Menge mSglicherweise noch erhShen kSnnten.

K r o y e r u n d Washi~ttl, D e r E i n f l u B von N a t r i u m s a e e h a r i n

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Zusammenfassung I m Z u s a m m e n h a n g mit der in jdngster Zeit wieder aufgetretenen Diskussion dber die V e r w e n d u n g kiinstlicher S/~Bstoffe in der Ern~ihrung des Menschen soll diese Studie eine m6gliche Wechselwirkung dieser Sii/Sungsmittel mit lebenswichtigen Nahrungsbestandteilen aufzeigen. Es wurde im Modellfall mit Reinsubstanzen untersucht, inwieweit die ki/nstlithen Si~Bstoffe Natriumsaccharin und Natriumeyclamat im Vergleieh zu Saccharose einen EinfiuB auf essentielle Aminos/~uren und wasserl6sliche Vitamine aus6ben. Die Versuche mit Misehungen dieser Substanzklassen wurden sowohl in w~Briger L6sung bei Raumtemperatur (25 ~ und bei 80 ~ als aueh in fester F o r m bei 120 ~ und 150 ~ durehgefiihrt. Die Einwirkungszeit betrug bei Raumtemperatur mehrere Tage, bei erh6hter Temperatur jeweils eine Stunde. Dabei konnte eine bemerkenswerte A b n a h m e der Tryptophan- und Phenylalaninmenge bei Anwesenheit beider kiinstlichen S/~Bstoffe nach mehrw6chiger Lagerung bei Raumtemperatur festgestelltwerden, wohingegen bei Saeeharosezusatz die Aminos~uremenge k a u m ver~indert wurde. Bei den i~brigen essentiellen Arninos~uren Leucin, Isoleuein, Threonin, Methionin, Valin und Lysin sowie bei allen untersuehten, wasserl6slichen Vitaminen (Vitamin C, B I, B2, B6, B12 und Nieotins~ureamid) konnten hierbei keine nennenswerten Mengenverluste beobachtet werden. Bei einst/~ndiger Einwirkung yon Natriumsaccharin bei einer Temperatur yon 120 ~ bzw. 150 ~ lieBen sich Vitamin-B I- und besonders Vitamin-CVerluste nachweisen. Natriumeyclamat-Zusatz bewirkte unter gleichen Bedingungen etwas geringere Mengenabnahme. Keine M e n g e n a b n a h m e n waren bei den Vitaminen B2, Be, Bl2 und Nieotins~ureamid durch Zusatz von Sfi/]stoffen festzustellen. V o n den essentiellen Aminos~uren (Isoleucin, Leucin, Threonin, Methionin, Phenylalanin, Lysin, Tryptophan und Valin) war nur bei Phenylalanin, Tryptophan und Methionin infolge einstfindiger Hitzebehandlung auf 150 ~ bei Anwesenheit yon Natriumcyclamat eine bemerkenswerte Substanzreduktion zu verzeichnen. Natriumsaccharinzusatz bewirkte diesen Effekt nur bei Pheny]alanin. Summary In c o n n e c t i o n w i t h t h e d i s c u s s i o n a b o u t t h e a p p l i a n c e of artificial s w e e t e n e r s in t h e n u t r i t i o n of m a n k i n d , w h i c h r e a p p e a r e d r e c e n t l y , t h i s s t u d y s h o u l d i n d i c a t e a P o s s i b l e i n t e r a c t i o n b e t w e e n t h e s e s w e e t e n e r s a n d e s s e n t i a l i n g r e d i e n t s of food. It w a s e x a m i n e d in t h e s e m o d e l e x p e r i m e n t s w i t h p u r e s u b s t a n c e s , h o w far t h e artificial s w e e t e n e r s s o d i u m s a c c h a r i n a n d s o d i u m c y c l a m a t e e x e r t a n i n f l u e n c e o n e s s e n t i a l a m i n o a c i d s a n d w a t e r - s o l u b l e v i t a m i n s , c o m p a r e d to s a c c h a r o s e . T h e e x p e r i m e n t s w i t h m i x t u r e s of t h e s e c a t e g o r i e s of s u b s t a n c e s w e r e c a r r i e d o u t b o t h in a q u e o u s s o l u t i o n at r o o m t e m p e r a t u r e (25 ~ a n d at 80 ~ a n d i n solid s t a t e at 120 ~ a n d 150 ~ T h e r e a c t i o n t i m e w a s at r o o m t e m p e r a t u r e s e v e r a l days, at i n c r e a s e d t e m p e r a t u r e a n h o u r each. At t h e s e e x p e r i m e n t s a r e m a r k a b l e d i m i n u t i o n of t h e q u a n t i t y of t r y p t o p h a n a n d p h e n y l a l a n i n e c o u l d b e n o t i c e d at t h e p r e s e n c e of b o t h artificial s w e e t e n e r s a f t e r s t o r a g e of s o m e w e e k s at r o o m t e m p e r a t u r e , w h e r e a s w i t h t h e a d d i t i o n of s a c c h a r ose t h e q u a n t i t y of t h e a m i n o a c i d s w a s h a r d l y c h a n g e d . T h e r e c o u l d n o t b e f o u n d a n y c o n s i d e r a b l e d e c r e a s e of q u a n t i t y w i t h t h e r e m a i n i n g e s s e n t i a l a m i n o a c i d s l e u c i n e , i s o l e u c i n e , t h r e o n i n e , m e t h i o n i n e , valine, a n d l y s i n e as w e l l as w i t h all t h e e x a m i n e d w a t e r - s o l u b l e v i t a m i n s ( v i t a m i n C, B 1, B2, B6, 812 a n d n i c o t i n a m i d e ) . L o s s e s of v i t a m i n B~ a n d p a r t i c u l a r l y of v i t a m i n C c o u l d b e p r o v e d d u r i n g t h e r e a c t i o n of s o d i u m s a c c h a r i n o n t h e s e v i t a m i n s for 60 m i n u t e s at a t e m p e r a t u r e of 120 ~ r e s p e c t i v e l y 150 ~ T h e loss of q u a n t i t y w a s n o t so h i g h at t h e s a m e c o n d i t i o n s , w h e n s o d i u m c y c l a m a t e w a s a d d e d . T h e q u a n t i t y d i d n o t c h a n g e at all w i t h t h e v i t a m i n s B2, B6, B12 a n d n i c o t i n a m i d e at t h e a d d i t i o n of s w e e t e n e r s . A n o t a b l e r e d u c t i o n of s u b s t a n c e c o u l d b e r e a l i z e d f r o m all t h e e s s e n t i a l a m i n o a c i d s

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Zeitsehrift fi~r E r n ~ h r u n g s w i s s e n s c h a f t , B a n d 18, H e f t 2 (1979)

(isoleucine, l e u c i n e , t h r e o n i n e , m e t h i o n i n e , p h e n y l a l a n i n e , lysine, t r y p t o p h a n a n d valine) o n l y w i t h p h e n y l a l a n i n e , t r y p t o p h a n a n d m e t h i o n i n e , r e s u l t i n g f r o m treatm e n t at a t e m p e r a t u r e of 150 ~ for o n e h o u r w i t h t h e p r e s e n c e of s o d i u m cyclam a t e . T h e a d d i t i o n of s o d i u m s a c c h a r i n b r o u g h t a b o u t t h i s r e d u c t i o n o n l y w i t h phenylalanine.

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