Produktion und Einsatz von Enzymen in der Lebensmittelbiotechnologie
Authors: Musters Wouter , Stam Hein , Korver Onno 
Published: May 2005

Die Hauptaufgabe der Lebensmittelindustrie ist die Veredelung vorwiegend pflanzlichen Materials zu Produkten hoher Qualität, die den Vorstellungen und Wünschen der Verbraucher entsprechen. Da diese in die Richtung Naturnähe, Verträglichkeit und möglichst geringe Veränderung bei der Verarbeitung gehen, lautet die Maxime: so wenig wie möglich verändern und nur das unbedingt nötige Maß an Zutaten verwenden. Bei derzeitig angewandten Verfahren in der Lebensmitteltechnologie ist ein bestimmter Qualitätsverlust bei der Umwandlung vom Rohrmaterial zum Endprodukt meist unvermeidlich. Hinzu kommt, daß der Verbraucher bestimmten Maßnahmen bei der Lebensmittelproduktion (beispielsweise dem Einsatz von Pestiziden im Ackerbau oder der Verwendung von Konservierungsstoffen) sehr kritisch gegenübersteht. Er will hohe Qualität von sicheren Nahrungsmitteln, die auf natürliche Art und Weise hergestellt wurden. Industrie und Handel möchten diesen Wünschen bereits im Vorfeld entgegenkommen und ein reiches Angebot von Nahrungsmitteln zur Verfügung stellen, das den Vorstellungen von Vollwertigkeit, Bekömmlichkeit, Frische usw. entspricht.

Die moderne Biotechnologie versetzt uns in die Lage, insbesondere durch den Einsatz der „genetischen Modifikation”︁, neue und verbesserte Produkte aus biologischen Rohstoffen und mit Hilfe biologischer Verfahren zu erzeugen. Sie kann die Lücke zwischen den Verbraucherwünschen einerseits und den derzeit gängigen Verfahren der Lebensmitteltechnologie andererseits schließen. In der Idealvorstellung würde das biologische (pflanzliche) Rohmaterial genetisch so optimiert, daß die Verarbeitung zum Handelsprodukt nur noch geringe verfahrenstechnische Eingriffe erfordert. Meist sind wir von diesem ehrgeizigen Ziel weit entfernt, da wir noch zu wenig Kenntnisse und Erfahrung in der genetischen Manipulation von Pflanzen und von Stoffwechselwegen besitzen. In naher Zukunft wird man sich deshalb einer Kombination von genetischer Verbesserung der Rohprodukte einerseits und den Verarbeitungstechniken andererseits bedienen müssen, um den heutigen Verbraucherwünschen nahezukommen. Allerdings kann die Biotechnologie auch in der Verarbeitung eine wichtige Rolle spielen. In dieser Hinsicht ist besonders der Einsatz von Enzymen wegen der Naturnähe und der üblicherweise milden Bedingungen ein Mittel der Wahl. Da die Enzyme hochspezifische Biokatalysatoren sind, läßt sich der Verfahrensablauf exakt kontrollieren und eine hohe Qualität der erzeugten Lebensmittel garantieren.

Dies läßt sich an zwei Beispielen für die Erzeugung bestimmter Verbindungen mit Hilfe der Biotechnologie von Enzymen oder Mikroorganismen illustrieren:

Enzymatische Umesterung – Mit Hilfe von spezifischen Lipasen können ein oder zwei Fettsäurereste von Fettmolekülen (Fettsäureester des Glycerins) gegen andere Fettsäuren ausgetauscht werden, welche spezielle Fette mit wesentlich verbesserten Eigenschaften ergeben (Abbildung 1).

Veränderung von Guar – Guargummi besteht aus einem Skelett aus Mannoseresten, von denen einige Galactoseseitenketten tragen. Es ist ein interessantes Geliermittel beispielsweise für Speiseeis, Brotaufstriche und Salatsoßen. Eine teilweise Entfernung der Galactosereste durch α‐Galactosidase führt zu einem Gummi mit verbesserten Eigenschaften. Das Gen für die α‐Galactosidase wurde aus einer Pflanze isoliert und in Form multipler Kopien in einen Hefestamm geklont. Mit dieser Hefe kann die α‐Galactosidase nun biotechnisch im Großmaßstab produziert und zur Modifikation des Rohprodukts Guar eingesetzt werden.

Die beiden Beispiele repräsentieren neue Anwendungen der Biotechnologie; man darf jedoch nicht vergessen, daß der Einsatz biologischer Agenzien (Enzyme oder Mikroorganismen) in der Lebensmittelherstellung seit uralten Zeiten üblich ist: Brotherstellung (Bäckerhefe), Käserei (Milchsäurebakterien), Bierbrauerei und Weinherstellung. In Fernost werden proteinreiche Pflanzenprodukte (zum Beispiel Soja) in traditionellen Verfahren (de facto aber durch die Enzyme einer Vielzahl von Mikroorganismen) zu einer bunten Palette von Nahrungsmitteln verarbeitet (Sojasoße, Tempeh), die einen wichtigen Teil der täglichen Ernährung darstellen. In den folgenden Kapiteln werden zwei Beispiele aus der Obstverarbeitung beziehungsweise Brotherstellung näher beschrieben, welche die erfolgreiche Anwendung moderner Biotechnologie bei der Herstellung einschlägiger Enzyme aus Mikroorganismen zeigen.