Kein Leben ohne Enzyme

Kein Leben ohne Enzyme Biotechnologie

Enzyme ermöglichen chemische Reaktionen unter natürlichen Bedingungen, ohne große Hitze und ohne hohen Druck: Enzyme sind natürliche "Katalysatoren", denn sie gehen selbst völlig unverändert aus den Reaktionen hervor und sind dann erneut einsatzbereit. Ohne Enzyme wäre kein Leben auf unserer Erde möglich. Sie kommen daher in allen Lebewesen, in Mikroorganismen, Pflanzen, Tieren und natürlich auch in jeder Zelle des menschlichen Körpers vor. Der Mensch etwa müsste bei vollem Nahrungsangebot verhungern, wenn nicht in seinem Darm vorhandene Enzyme für den Abbau der vielfältigen Nahrungsbestandteile sorgen würden.

Enzyme in der industriellen Produktion

Enzyme können als Naturstoffe nur aus natürlichen Quellen wie Mikroorganismen gewonnen werden. Die zur Enzymproduktion verwendeten Mikroorganismen haben eine lange Tradition in der Herstellung von Lebensmitteln. Sie werden in Nährlösungen in großen Stahlbehältern gezüchtet.

Die Bedeutung der Enzyme für die Lebensmittelherstellung
Der Mensch nutzt die Wirkung von Enzymen (früher auch als Fermente bezeichnet) schon seit Jahrtausenden z.B. zur Herstellung von Brot oder alkoholischen Getränken. Mitte des letzten Jahrhunderts entstand in Europa die Enzymindustrie. Sie erfuhr in den Fünfziger Jahren unseres Jahrhunderts einen enormen Aufschwung, und die europäische Enzymindustrie ist bis heute Weltmarktführer.
Wie die Tabelle zeigt, spielen Enzyme etwa in der Milch- und Backwaren-, sowie in der Getränke- und Süßwarenindustrie eine wichtige Rolle. Seit etwa 10 Jahren werden Enzyme auch aus gentechnisch verbesserten Mikroorganismen gewonnen. Dies gilt insbesondere für die stärkeverarbeitende Industrie. Dieses Verfahren hat sich sowohl im Produktionsbereich als auch für den Verbraucher als völlig unbedenklich erwiesen. Der zunehmende Einsatz beruht auf der hohen Wettbewerbsfähigkeit des Verfahrens.

Verwendungsbeispiele für Enzyme in der Lebensmittelherstellung

  • Umwandlung von pflanzlicher Stärke (vor allem Mais) in Stärkeabbauprodukte wie Glukosesirup zur Verwendung u.a. in Süßspeisen und Süßwaren, in Backwaren, Dressings, Saucen sowie in nicht-alkoholischen Getränken 
  • Verbesserung von Qualität und Haltbarkeit des Brotes 
  • Ausgleich von verschiedenen Mehlqualitäten 
  • Verbesserung der Haltbarkeit und der Bekömmlichkeit von Milchprodukten (Lactoseabbau) 
  • Käseherstellung 
  • Erleichterung und Beschleunigung verschiedener Schritte in der Getränkeherstellung 
  • Herstellung von Light-Produkten mit niedrigem Kohlenhydratgehalt 
  • Bessere Verwertbarkeit von Pflanzenbestandteilen in Viehfutter


Biologie statt Chemie
Mit Enzymen kann in der Industrie unter sehr milden Bedingungen gearbeitet werden: ohne das Entstehen störender Nebenprodukte, bei niedrigen Temperaturen und mit normalem Druck. Man kann die Enzyme mehrfach verwenden. Diese Wiederverwendbarkeit, der geringere Energiebedarf, höhere Stoffausbeuten und hohe Reinheitsgrade der Produkte bieten nicht nur wirtschaftliche Vorteile, sondern leisten einen erheblichen Beitrag zur Umweltentlastung. Die Enzyme lassen sich aber oftmals nicht in ausreichenden Mengen aus Mikroorganismen oder anderen Quellen gewinnen. Durch den Einsatz der Gentechnik können die Herstellungsverfahren verbessert und die Enzyme wirtschaftlich gewonnen werden.

Die klassische Verbesserung der Mikroorganismen
Weil Mikroorganismen natürlicherweise oft nicht genügend von einem ganz bestimmten Enzym produzieren, wurden und werden zur Steigerung ihrer Leistung erbgutverändernde chemische Substanzen (Mutagene) oder auch Bestrahlungen eingesetzt. Basierend auf dem Zufallsprinzip können die dabei auftretenden Veränderungen im Erbmaterial der Mikroorganismen auch zu der gewünschten verbesserten Leistung führen: Einer der unzähligen behandelten Mikroorganismen stellt ein ganz bestimmtes Enzym jetzt in größeren Mengen oder mit veränderten Eigenschaften her. Dieser Mikroorganismus wird dann zur Weiterzüchtung verwendet.

Gentechnisch verbesserte Mikroorganismen
Die Verbesserung der Leistung von enzymproduzierenden Mikroorganismen erfolgt mit gentechnischen Methoden im Vergleich mit den herkömmlichen Verfahren schonend und sehr gezielt. Dabei werden die gleichen Bakterien oder Hefen wie bei der traditionellen Herstellung verwendet. Der in der Tabelle aufgeführte Vergleich zwischen einem herkömmlichen für die Produktion verwendeten Mikroorganismus und dem gleichen, gentechnisch verbesserten Mikroorganismus verdeutlicht die enorme Wettbewerbsfähigkeit und Umweltfreundlichkeit der neuen Technologie. Die Wettbewerbsfähigkeit als Voraussetzung für preiswerte Produkte und der Beitrag zur Umweltentlastung ohne Einfluss auf die Qualität der Lebensmittel dienen letztlich allen Verbrauchern.

Biologie statt Chemie
Mit Enzymen kann in der Industrie unter sehr milden Bedingungen gearbeitet werden: ohne das Entstehen störender Nebenprodukte, bei niedrigen Temperaturen und mit normalem Druck. Man kann die Enzyme mehrfach verwenden. Diese Wiederverwendbarkeit, der geringere Energiebedarf, höhere Stoffausbeuten und hohe Reinheitsgrade der Produkte bieten nicht nur wirtschaftliche Vorteile, sondern leisten einen erheblichen Beitrag zur Umweltentlastung. Die Enzyme lassen sich aber oftmals nicht in ausreichenden Mengen aus Mikroorganismen oder anderen Quellen gewinnen. Durch den Einsatz der Gentechnik können die Herstellungsverfahren verbessert und die Enzyme wirtschaftlich gewonnen werden.

Die klassische Verbesserung der Mikroorganismen
Weil Mikroorganismen natürlicherweise oft nicht genügend von einem ganz bestimmten Enzym produzieren, wurden und werden zur Steigerung ihrer Leistung erbgutverändernde chemische Substanzen (Mutagene) oder auch Bestrahlungen eingesetzt. Basierend auf dem Zufallsprinzip können die dabei auftretenden Veränderungen im Erbmaterial der Mikroorganismen auch zu der gewünschten verbesserten Leistung führen: Einer der unzähligen behandelten Mikroorganismen stellt ein ganz bestimmtes Enzym jetzt in größeren Mengen oder mit veränderten Eigenschaften her. Dieser Mikroorganismus wird dann zur Weiterzüchtung verwendet.

Gentechnisch verbesserte Mikroorganismen
Die Verbesserung der Leistung von enzymproduzierenden Mikroorganismen erfolgt mit gentechnischen Methoden im Vergleich mit den herkömmlichen Verfahren schonend und sehr gezielt. Dabei werden die gleichen Bakterien oder Hefen wie bei der traditionellen Herstellung verwendet. Der in der Tabelle aufgeführte Vergleich zwischen einem herkömmlichen für die Produktion verwendeten Mikroorganismus und dem gleichen, gentechnisch verbesserten Mikroorganismus verdeutlicht die enorme Wettbewerbsfähigkeit und Umweltfreundlichkeit der neuen Technologie. Die Wettbewerbsfähigkeit als Voraussetzung für preiswerte Produkte und der Beitrag zur Umweltentlastung ohne Einfluss auf die Qualität der Lebensmittel dienen letztlich allen Verbrauchern.


Gewinnung des Enzyms Alpha-Glucosidase

 in herkömmlicher Hefein rekombinanter Hefe
Hefebedarf236 t10 t
Abwasser in Hefefabrik2000 t90 t

Entsorgung von:
Hefeabfall400 t12 t
Ammoniumsulfat1100 t25 t
Kaliumphosphat25 t 0.5 t
Aluminiumgel90 t -----
Filterhilfe133 t5 t
Fester Abfall540 t18 t
Flüssiger Abfall1125 t25,5 t

Energieeinsatz für:
  
Vollentsalztes Wasser3700 m350 m3
Eiswasser52000 m32000 m3
Strom44500 kW9000 kW
Dampf220 t50 t

Energiekosten

154400 DM

8370 DM


Darüber hinaus können mit Hilfe der Gentechnik auch andere Enzyme, die bisher aus anderen natürlichen Quellen aufwendig isoliert werden mussten, aus Mikroorganismen gewonnen werden. Die Herstellung in gentechnisch veränderten Mikroorganismen ist in diesen Fällen nicht nur wirtschaftlicher, sondern führt auch zu reineren Produkten. Das wird am Beispiel des Enzyms Chymosin, das man zur Käseherstellung braucht, deutlich.

  • Die gewonnenen Enzyme enthalten keine Mikroorganismen, unabhängig davon, wie deren Leistungssteigerung erreicht wurde. 
  • Die Enzyme werden in der Regel nur im Produktionsprozess eingesetzt und sind im Lebensmittel nicht oder allenfalls in Spuren vorhanden. 
  • Die Lebensmittel sind vom veränderten Verfahren zur Enzymherstellung nicht betroffen: 
  • Sie sind unverändert.


Kein Käse ohne Enzyme
Käse wird aus Milch gemacht. Dazu muss die Milch erst einmal gerinnen, oder, wie es in der Käserei heißt, "dickgelegt" werden. Für diese "Dicklegung" der Milch braucht man Chymosin: ein Enzym, das im Kälbermagen vorkommt. Die Zugabe dieses Enzyms führt zur Bildung der festen Käsemasse.

Gewinnung von Chymosin
Traditionell wird das Chymosin aus dem Magen von jungen, säugenden Kälbern gewonnen, die das Enzym zur Verdauung der Muttermilch brauchen. Der Extrakt aus Kälbermägen, der in die Käsereimilch kommt, enthält nur eine geringe Menge Chymosin. Für die Käsemenge, die heute weltweit verbraucht wird, würde man trotzdem jedes Jahr 70 Millionen Kälbermägen benötigen. Deswegen wurden mit dem wachsenden Käsebedarf auch Ersatzenzyme aus Mikroorganismen eingesetzt. Diese Ersatzenzyme haben aber nicht die gleiche Wirkung wie das richtige Chymosin, ihr Einsatz führt oft zu ungenießbarem Käse.

Weltweit schon fast alltäglich: Das Chymosin aus Mikroorganismen
Mit gentechnischen Methoden ist es gelungen, das Gen, d.h. den Bauplan zum Aufbau des Chymosins aus Kälbermagenzellen zu isolieren und in Mikroorganismen zu übertragen. Die Mikroorganismen bauen das Chymosin entsprechend diesem Bauplan auf. Es kann in reinster Form aus ihnen gewonnen werden.

Gesundheitliche Bedenken gibt es bei dem so hergestellten Chymosin nicht. Ohne den Nachweis der Unbedenklichkeit hätte es keine Zulassung in den verschiedenen europäischen Ländern, u.a. Belgien, Dänemark, Finnland, Griechenland, Großbritannien, Irland, Italien, Norwegen, Polen, Portugal, Schweden Tschechien, Ungarn und auch vielen außereuropäischen Ländern gegeben. In Deutschland ist das Chymosin aus Mikroorganismen aus politischen Gründen noch nicht zugelassen (Stand 1992).

Allein in USA wurden damit mittlerweile über 70 Millionen Kilogramm Käse hergestellt und auch entsprechend verzehrt. Der deutsche Urlauber, der gern Käse isst, hat sehr wahrscheinlich auch schon Käse gegessen, der mit dem Chymosin aus Mikroorganismen hergestellt wurde. Einen Unterschied kann er dabei allerdings nicht festgestellt haben, denn es gibt keinen.

"Es ist der gleiche Käse"
Das in Mikroorganismen hergestellte Chymosin ist identisch mit dem Chymosin aus dem Kälbermagen, und die Herstellung von Käse mit Chymosin aus gentechnisch veränderten Mikroorganismen unterscheidet sich nicht von der traditionellen Herstellung mit Kälbermagenextrakt: "Es entsteht genau der gleiche Käse".

Die öffentliche Debatte
Um die großen Missverständnisse in der Öffentlichkeit bezüglich der Gentechnik in der Lebensmittelherstellung zu veranschaulichen, sei hier stellvertretend für die mangelnde sachliche Qualität der Diskussion eine deutsche Europaparlamentarierin zitiert, die sich mit dem Thema der Kennzeichnung von "gentechnisch veränderten" Lebensmitteln beschäftigt: "Man kann dem Käse, der nichts mehr mit der Kuh zu tun hat und aus Chymosin gewonnen wird, nicht ansehen, ob er aus dem Genlabor kommt".

Mit 10.000 Litern Milch werden etwa 1.000 kg, d.h. eine Tonne Käse hergestellt. Dazu werden ungefähr 0,5 Gramm Chymosin, das entspricht wenigen Tropfen, benötigt.

Quelle: BioLinX