EU-Projekt liefert neuartige Enzyme zur Verbesserung der Lebensmittelqualität
Im Rahmen eines kürzlich abgeschlossenen, von der EU geförderten Projekts wurden mehrere neuartige Enzyme entwickelt, die potenziell die Konsistenz und Qualität von Lebensmitteln verbessern, zum Beispiel indem sie sogar Magerjoghurt eine gehaltvolle und cremige Textur verleihen. Das Projekt CROSSENZ (novel cross-linking enzymes and their consumer acceptance for structure engineering of foods - neue Cross-Linking-Enzyme für die Strukturentwicklung von Lebensmitteln und deren Akzeptanz durch die Verbraucher) wurde im Jahr 2002 gestartet und mit 1,6 Millionen Euro unter der Schlüsselaktion "Lebensmittel, Ernährung und Gesundheit" des Fünften Rahmenprogramms (RP5) gefördert. Nachdem die Forschung 2005 abgeschlossen wurde, untersucht das Konsortium jetzt gemeinsam mit seinen Industriepartnern die Möglichkeiten der kommerziellen Nutzung der Technologie. Bei einem Treffen am 27. Januar in Brüssel stellte die Projektkoordinatorin Professor Johanna Buchert vom technischen Forschungszentrum VTT in Finnland die Projektergebnisse vor. Bei dieser Gelegenheit sprach Professor Buchert mit CORDIS-Nachrichten: "Die Natur ist voller Enzyme. Unsere Aufgabe war es, diese natürlichen Werkzeuge zu nutzen, die richtigen Enzyme zu ermitteln und sie in ausreichenden Mengen für Produktionsprozesse herzustellen." Eine der Kolleginnen von Professor Buchert am VTT, Dr. Kristiina Kruus, erklärte, dass Enzyme biologische Verbindungen sind, die in allen lebenden Organismen vorkommen. Sie fungieren als leistungsstarke und vielseitige Katalysatoren, die biochemische Reaktionen bis zu mehreren Millionen Mal beschleunigen. Von Enzymen ausgelöste Veränderungen kommen in Lebensmitteln natürlich vor, zum Beispiel bei der Reifung von Obst, und werden schon seit langem industriell bei der Herstellung von Brot und Käse genutzt. Für die industrielle Verwendung werden sie entweder aus Mikrobenkulturen erzeugt, wie Pilze und Bakterien, oder direkt Pflanzen entnommen. Dann werden sie in Bioreaktoren unter optimalen Bedingungen in großen Mengen hergestellt. Dr. Kruus erläuterte die zahlreichen Vorteile von Enzymen: Man braucht für jede Reaktion nur eine geringe Menge (10 Milligramm Enzym pro Kilo Mehl beim Brotbacken zum Beispiel), sie sind im Allgemeinen umweltfreundlich und nicht schädlich für den Menschen, sie arbeiten oft am besten unter milden Reaktionsbedingungen, das heißt, es sind keine hohen Temperaturen notwendig, und sie sind extrem vielseitig - derzeit sind mehr als 4.000 Nutzungsmöglichkeiten dokumentiert, auch wenn nur wenige davon gewerblich eingesetzt werden. Die meisten Enzyme werden entweder dazu verwendet, um mit Hilfe von Wasser Moleküle in kleinere Einheiten herunterzubrechen (die so genannte Hydrolyse), um Moleküle aneinander zu binden (Polymerisation) oder für Oxidationsreaktionen. Manche Enzyme können jedoch auch Biopolymere wie Proteine und Kohlehydrate verbinden - ein Prozess, der Cross-Linking genannt wird. Mit diesem Prozess können neuartige Lebensmittel mit funktionalen Eigenschaften hergestellt werden, und genau diese Enzyme interessierten die CROSSENZ-Partner. "Der Prozess begann mit der Entdeckung potenzieller Enzyme und ging über deren Charakterisierung bis zur Massenproduktion und zu Tests in potenziellen Anwendungen", erklärte Dr. Kruus. "Wir haben 600 Mikroben- und Pflanzenstämme untersucht und ihre funktionalen Parameter wie pH-Wert und Temperatur sowie ihre Genstruktur charakterisiert. Wir haben die Methoden für die Massenproduktion optimiert und ihren Einsatz in Bäckerei-, Fleisch und Milchprodukten getestet." Die Enzyme stammen aus Pflanzen oder von Mikroben und sie wurden sowohl mit konventionellen Methoden als auch durch gentechnische Veränderung hergestellt. Laut Dr. Jakob Nielsen vom Dänischen Institut für Agrarwissenschaften, einem der Projektpartner, war das Ziel des Projekts die Verbesserung von ganz normalen Lebensmittelzutaten. "Das Cross-Linking von Enzymen kann die Lebensmittelqualität beeinflussen, zum Beispiel in Bezug auf Gelstärke, thermische Stabilität, Viskosität, Volumen und die Fähigkeit, Wasser zu speichern. [...] In Zukunft können sie vielleicht auch verwendet werden, um gesündere Produkte herzustellen. Und es gibt theoretische Hinweise, dass über das Cross-Linking von Enzymen Allergene in Lebensmitteln reduziert werden könnten. Damit wäre zum Beispiel Menschen mit einer Nussallergie oder mit Glutenintoleranz geholfen." Das bekannteste durch Cross-Linking entstandene Enzym, das derzeit verwendet wird, ist die so genannte Transglutaminase, die Mehl beigegeben wird, um das Volumen von Brot- und anderen Teigprodukten zu steigern. Darüber hinaus wird sie bei der Restrukturierung von Fleischprodukten eingesetzt. "Neue Enzyme, die im Rahmen von CROSSENZ entdeckt wurden, werden in ähnliche Bereichen eingesetzt werden können", ist Dr. Nielsen sicher, aber auch in Milchprodukten wie Eiskrem, Joghurt und Käse, in Fruchtprodukten wie Marmeladen, in fettbasierten Produkten wie Margarine und Schokolade und in bestimmten Delikatessen. Die Partner sind zuversichtlich, dass die neuen Enzyme, die sie in ihrem Projekt entdeckt haben, sowohl Herstellern als auch Verbrauchern echte Vorteile bieten. Dennoch hat die Reaktion der Öffentlichkeit auf gentechnisch veränderte Nahrungsmittel in den letzten Jahren gezeigt, dass es äußerst schwierig sein kann, das Vertrauen der Verbraucher in neue Lebensmitteltechnologien zu gewinnen. Daher hat sich das CROSSENZ-Projekt auch auf die Verbraucherforschung konzentriert: Wie stehen die Verbraucher Enzymen in Lebensmitteln und deren Produktion mit konventionellen und mit gentechnischen Methoden gegenüber? Professor Klaus Grunert vom Zentrum für Verbraucherforschung im Lebensmittelbereich, MAPP, in Aarhus, Dänemark, der die Verbraucherumfrage geleitet hat, hält es für wenig sinnvoll, die Menschen zu fragen, ob sie Enzyme mögen oder nicht, denn die meisten wissen kaum etwas über Enzyme. "Zunächst einmal muss man der Öffentlichkeit einige allgemeinen Informationen über Enzyme an die Hand geben", erklärte er. Professor Grunert und seine Kollegen befragten 400 Verbraucher in drei Ländern - Deutschland, Finnland und Italien. Sie wollten herausfinden, was die Verbraucher über die vier unterschiedlichen Methoden der Enzymherstellung denken, die in dem Projekt angewendet wurden, nämlich pflanzliche Herstellung ohne Gentechnologie, pflanzliche Herstellung mit Gentechnologie, mikrobielle Herstellung ohne Gentechnologie und mikrobielle Herstellung mit Gentechnologie. "Am positivsten wurden Methoden ohne Gentechnologie bewertet, und Enzyme aus Pflanzen waren beliebter als Enzyme von Mikroben", so Professor Grunert. "Die Verbraucher gehen anscheinend davon aus, dass manche Produktionsmethoden natürlicher oder 'besser' sind als andere." Die Umfrage, so Professor Grunert, habe ergeben, dass im Allgemeinen die Menschen Enzymen eher neutral gegenüber stehen. Aber sobald sie hören, dass in der Lebensmittelherstellung Gentechnologie eingesetzt wurde, reagieren sie ablehnend. "Das zeigt uns, wie sich Menschen eine Meinung bilden über Dinge, über die sie kaum etwas wissen. Es gibt Hinweise darauf, dass Menschen, wenn sie sich eine Meinung über ein spezifisches Thema wie Gentechnologie als ein Instrument der Enzymherstellung bilden müssen, dies zunächst mit allgemeineren Ansichten in Verbindung bringen, zum Beispiel die Manipulation von Natur, Aufgeschlossenheit gegenüber technologischen Prozessen oder Umweltschutz. Das heißt, ihre allgemeinen soziopolitischen Ansichten 'färben' ihre Ansichten über Enzyme." Was Professor Grunert dann als nächstes herausfinden wollte, war, ob Menschen ihre Meinung ändern, wenn sie mehr Informationen zur Verfügung haben. Also legte er den Befragten erfundene "Pressemitteilungen" von einer maßgeblichen Verbrauchergruppe vor, die weitere Informationen über Enzyme enthielten, die mithilfe der Gentechnologie erzeugt wurden, und dafür plädierten, dass diese in der Lebensmittelherstellung eingesetzt werden. "Wir fanden heraus, dass das überhaupt nichts änderte", so Professor Grunert. "Verbraucherhaltungen gegenüber Gentechnologie sind resistent gegen Informationen und Überzeugung, weil sie mit grundlegenden soziopolitischen Ansichten verbunden sind." An diesem Punkt, so Professor Grunert, hätte er einfach aufhören und den Projektpartnern empfehlen können, sich auf Enzyme zu konzentrieren, die ohne Gentechnologie hergestellt wurden. Aber er wollte wissen, ob unmittelbare Erfahrung einen stärkeren Einfluss auf die Einstellungen von Menschen ausübt als reine Informationen. Daher führte sein Team eine weitere Untersuchung durch, bei der die Verbraucher die Produkte direkt vergleichen konnten: ein normales Produkt und ein verbessertes Produkt, das dieselben Eigenschaften aufwies wie ein Projekt, das unter Zugabe der Cross-Linking-Enzyme hergestellt wurde. Die tatsächlichen Enzyme konnten nicht ausgegeben werden, da sie noch nicht zugelassen sind. Die Ergebnisse waren überraschend. In Italien sagten mehr als 90 Prozent der Befragten, dass sie das "enzymverbesserte" Produkt bevorzugten, auch nachdem ihnen mitgeteilt worden war, dass es sich dabei um ein gentechnologisches Verfahren handelte. In Deutschland und Finnland dagegen sagten 60 Prozent, dass sie das mit Enzymen behandelte Produkt bevorzugten. Das hat laut Professor Grunert zwei Implikationen: "Erstens: Direkte sensorische Erfahrung des realen Produkts führt zu einer anderen Meinungsbildung als die reine Versorgung mit Informationen. Zweitens: Verbraucherhaltungen gegenüber Gentechnologie können verändert werden, indem die Produkte auf den Markt gebracht werden und die Verbraucher die Möglichkeit erhalten, sie auszuprobieren." Es mag ein unnötiges Risiko sein, Enzyme gentechnologisch herzustellen, wenn die Verbraucher offensichtlich den konventionellen Ansatz bevorzugen. Professor Buchert wies gegenüber CORDIS-Nachrichten jedoch darauf hin, dass für die Massenproduktion von Enzymen gentechnologische Verfahren einfacher und wirtschaftlicher sind. Bis heute hat das CROSSENZ-Projekt zur Entdeckung vieler neuartiger Enzyme mit Cross-Linking-Potenzial geführt, zu einem besseren mechanischen Verständnis von Enzymmodellen, zur Validierung neuer Produktionskonzepte und zu einem besseren Verständnis der Verbraucherhaltungen gegenüber Enzymen. Derzeit hat das Konsortium ein Patent beantragt, aber weitere Anträge werden gerade mit den Industriepartnern des Projekts ausgearbeitet. "Es dauert immer noch Jahre, um von der Forschung zum Verbraucherprodukt zu gelangen, und es werden mindestens noch zwei bis drei Jahre vergehen, bis Anwendungen Marktreife erlangt haben", so Professor Buchert gegenüber CORDIS-Nachrichten. "Aber der Bereich hat viel Potenzial, und [die CROSSENZ-Partner] suchen weitere Möglichkeiten in EU-finanzierten Programmen. Ich denke, dass diese Technologie eine große Zukunft hat." Rosanna D'Amario, CROSSENZ-Projektmitarbeiterin bei der Kommission, schloss: "Der Wert dieses Projektes liegt darin, dass es Verbraucherforschung und Lebensmitteltechnologie miteinander verbunden hat. Wir sprechen oft über Verbraucher, aber bei diesem Projekt hat man sich wirklich bemüht herauszufinden, was die Verbraucher von diesen Enzymen halten."