Enzyme – die Supertalente der Bioindustrie
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- Das Enzym Cas9 im 3D-Modell: das Protein ist das molekulare Skalpell der programmierbaren Genschere CRISPR-Cas9. Quelle: NIH 3D Print Exchange, National Institutes of Health
Enzyme sind die unsichtbaren Stars der biobasierten Wirtschaft. Die Biokatalysatoren ermöglichen und steuern biochemische Reaktionen - ohne die Eiweißmoleküle gäbe es kein Leben. Enzyme lassen sich als Spezialwerkzeuge nutzen, um biobasierte Produkte umzubauen, abzubauen oder zu veredeln. Damit sind Enzyme unverzichtbare Helfer in der Lebensmittelherstellung, aber auch in technischen Anwendungen der Chemie-, Pharma- und Papierindustrie übernehmen die Multitalente zentrale Aufgaben. Aus Waschmitteln sind Enzyme nicht wegzudenken. Die molekularbiologische Forschung und viele gentechnische Verfahren wären ohne Enzyme nicht möglich. Das Dossier beleuchtet die enorme Anwendungsvielfalt der Enzyme und ihr Potenzial für die Bioökonomie.
Lebensmittelindustrie: Brot, Käse, Saft
Mit der Hilfe von Enzymen als biologische Werkzeuge können Stärke, Fette oder Eiweiße nach Wunsch modifiziert werden, daher sind die vielseitigen Helfer in zahlreichen Herstellungsschritten im Einsatz. Mehr als 50 Enzyme werden heute in der Lebensmittelindustrie verwendet. Sie erlauben eine effizientere Nutzung von Ressourcen, sichern und veredeln die Qualität der Lebensmittel und verbessern die Lagerfähigkeit.
Backwaren: In vielen Backmischungen der Bäckereien sind heutzutage Enzyme enthalten. Insbesondere in Hefeteig und Sauerteig helfen Amylasen, die Stärke im Mehl in Zucker zu spalten und so für die Hefe verfügbar zu machen. Andere bauen das Klebereiweiß Gluten ab. Je nach Produkt sorgen Enzyme für optimale Teigeigenschaften und zuverlässige Backergebnisse. Sie helfen dabei, dem Teig Volumen und Farbe zu verleihen. Sie sorgen für eine schöne und stabile Brotkrume. Das inzwischen weit verbreitete Aufbacken von vorproduzierten, gefrorenen Teigrohlingen wäre ohne Enzyme gar nicht möglich.
Milchprodukte: Damit aus Milch Käse wird, muss der Eiweißanteil gerinnen. Traditionell wird zum Dicklegen der Milch Labferment verwendet. Dieser Stoff kommt natürlicherweise in den Mägen junger Kälber und Ziegen vor. Heute ist klar, dass es sich beim Lab um ein Gemisch der Enzyme Chymosin und Pepsin handelt. Sie spalten bestimmte Eiweißstoffe (Caseine) in der Milch und lösen so die Gerinnung aus. Bevor gentechnische Verfahren bekannt waren, mussten die Enzyme aufwendig aus Kälbermägen gewonnen werden. Inzwischen übernehmen Schimmelpilze oder Hefen die Produktion: Sie wurden mit dem aus Kälbermägen isolierten Chymosin-Gen ausgestattet und stellen das Enzym nun in großen Mengen und in hoher Reinheit her. Andere Enzyme wie die Lipasen sorgen bei Käse und anderen Milchprodukten für die Entfaltung von Aromen und die Ausbildung einer gewünschten Textur. Auch die Lactase ist ein wichtiges Enzym in der Ernährungswirtschaft: Sie sorgt für die Spaltung des Milchzuckers Lactose. Das Enzym wird in Form von Tabletten und Kapseln angeboten, damit Menschen mit Lactoseintoleranz Milchprodukte zu sich nehmen können.
Stärkeverzuckerung: Rüben- oder Rohrzucker sind längst nicht mehr die einzigen Quellen für Zucker. Im Prinzip ist jede stärkehaltige Pflanze dazu in der Lage (insbesondere Mais, Kartoffeln, Weizen). Enzyme wie die Amylase zerlegen bei der Produktion die langkettige Stärke in ihre Molekülbestandteile – in Einfachzucker wie Glucose und Dextrose. Mithilfe anderer Enzyme wie den Isomerasen entstehen im weiteren Verarbeitungsprozess verschiedene Zuckersirupe, die Fructose oder Maltose enthalten und zum Süßen genutzt werden können.
Fleisch: Auch bei der Fleischverarbeitung werden Enzyme eingesetzt, um Struktur, Farbe und Geschmack zu beeinflussen. Enzyme werden auch dazu verwandt, um unterschiedliche Fleischteile zusammenzufügen, etwa bei Kochschinken („enzymatisches Kleben“).
Getränke: Pektinasen erleichtern und verbessern das Auspressen von Obst und Gemüse, indem sie die Zellwände der Pflanzen schneller abbauen und dadurch die Saftausbeute erhöhen. Zudem bauen sie noch vorhandene Trübstoffe ab, um etwa klaren Apfelsaft zu produzieren. Andere Enzyme sorgen für glutenfreies Bier.
In der Regel keine Kennzeichnung als Zutat notwendig
Enzyme werden in der Lebensmittelindustrie in der Regel als Hilfsmittel im Herstellungsprozess eingesetzt. Im Verlauf des Prozesses werden sie entfernt oder durch Hitze inaktiviert. Da sie nicht im Endprodukt aktiv sind, muss ihr Einsatz nicht gekennzeichnet werden. Nur die Enzyme Invertase für die Frischhaltung von Marzipan und Lysozym als Konservierungsmittel sind als Zusatzstoffe auch im Endprodukt aktiv und müssen daher auf der Zutatenliste auftauchen. Gemäß einer EU-Verordnung von 2009 dürfen nur solche Enzyme in Lebensmitteln verwendet werden, die in einer europäischen Gemeinschaftsliste eingetragen sind, die Lebensmittelbehörde EFSA prüft auf Risiken. Besondere Anforderungen für Enzyme, die mithilfe gentechnisch veränderter Mikroorganismen hergestellt werden, gibt es nicht. Für sie gelten die gleichen Sicherheitsanforderungen wie für alle anderen Enzyme. Eine spezifische Gentechnik-Kennzeichnung ist nicht vorgeschrieben.
