Der Konsum von Zucker weltweit hat in den vergangenen Jahrzehnten kontinuierlich zugenommen, obwohl das Lebensmittel Karies, Bluthochdruck und Volkskrankheiten wie Diabetes Typ 2 und Herz-Kreislauferkrankungen begünstigt. Die WHO empfiehlt, die Tagesdosis von 25 Gramm Haushaltszucker pro Kopf und Tag nicht zu überschreiten – das entspricht etwa fünf bis zehn Teelöffeln.
Im Projekt Novel Sweets unterstützen Forschende des Fraunhofer IME gemeinsam mit den Partnern Meta X Institut für Diätetik GmbH und der Firma Candidum GmbH das Ziel des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), den Zuckergehalt in Fertigprodukten und Getränken zu reduzieren, um den steigenden gesundheitlichen Problemen durch falsche Ernährung entgegenzuwirken. Auf Basis von süss schmeckenden Proteinen, sogenannten SPs, die als natürliche Moleküle in einigen Pflanzen und Früchten vorkommen, wollen sie mit biotechnologischen Verfahren proteinbasierte Süssungsmittel als künftigen Zuckerersatz herstellen. Aufgrund ihrer Struktur docken die SPs – ähnlich wie Zucker – besonders gut an die Rezeptoren auf der Zunge an, durch die wir süssen Geschmack wahrnehmen.
Brazzein als Basis für neue Proteinvarianten
Eines der bekannten SPs ist Brazzein aus der afrikanischen Pflanze Pentadiplandra brazzeana. Die Extraktion des SPs aus der Pflanze wäre zwar möglich, ist aber zu aufwändig und wenig ertragreich. Daher entwickeln die Projektpartner Proteinvarianten basierend auf der Proteinsequenz des Brazzeins, optimieren diese in puncto pH- und Temperaturstabilität und stellen sie biotechnologisch her. Zudem verbessern sie die Proteinvarianten hinsichtlich ihrer Süsskraft und ihres Geschmacks. »Brazzein kratzt im Hals. Wir verändern die Proteinsequenz, um diesen unerwünschten Effekt zu verhindern. Ziel ist eine verbesserte Sensorik ohne unangenehmen Bei- oder Nachgeschmack«, erläutert Dr. Stefan Rasche, Wissenschaftler am Fraunhofer IME in Aachen.
10000-fach süsser als Haushaltszucker
Hergestellt werden die verbesserten Kandidaten biotechnologisch durch mikrobielle Fermentation: Das Gen, das für das süss schmeckende Protein kodiert, also eine Beschreibung der Aminosäuresequenz dieses Proteins enthält, wird in Hefezellen eingeschleust, die dann in einem Bioreaktor unter kontrollierten Bedingungen so vermehrt werden, dass möglichst grosse Mengen des SPs gebildet werden. Nach einem Reinigungs- und Trocknungsprozess liegt das proteinbasierte Süssungsmittel vor – X3 nennen die Forschenden den so hergestellten Zuckerersatz.
«Ein Gramm des Ersatzstoffs hat die gleiche Süsskraft wie etwa 10 kg Zucker. Gemeinsam mit unseren Partnern konnten wir also ein SP entwickeln, das ca. 10 000-fach süsser ist als Haushaltszucker«, sagt Rasche. Im Vergleich zu natürlichem Brazzein weist es eine drei- bis vierfach höhere Süsskraft auf. Für figurbewusste Verbraucherinnen und Verbraucher ist das innovative Süssungsmittel eine echte Zucker-Alternative: »Eine typische Cola enthält ca. 106 Gramm Zucker pro Liter. Das entspricht 1800 Kilo/Joule (kJ). Wenige Milligramm unseres SPs reichen aus, um die gleiche Süsse zu erzielen, wodurch die Kalorienzahl erheblich reduziert werden kann.»
Darüber hinaus schmeckt X3 leicht nach Honig, was es zu einem idealen Kandidaten für ein Süssungsmittel macht. «Im Vergleich zu bisher verfügbaren künstlichen Süssstoffen überzeugt X3 durch seinen besseren Geschmack, wie unsere Verkostungen mit Testpersonen zeigen konnten. Da sie praktisch kalorienfrei ist, verursacht unsere modifizierte Brazzein-Variante keine Karies und wirkt sich nicht auf den Blutzuckerspiegel aus», betont der Forscher weitere Vorteile. Zunächst soll der Ersatzstoff Getränken hinzugefügt werden. Erste Produkte mit X3 wie ein eiweissarmes, kakaohaltiges Getränkepulver werden derzeit beim Projektpartner Meta X getestet und entwickelt. Bevor jedoch der Zulassungsprozess starten kann, stehen die Optimierung des Herstellungsprozesses sowie weitere Massnahmen zur Produktvalidierung an, um so das volle Potenzial der Proteinvariante X3 zu erschliessen.
Weitere Informationen unter www.fraunhofer.de