Softdrinks

Zuckerfreie Süße und veganes Eiweiß: Die Synthetische Biologie auf dem Weg in die Supermärkte

(24.08.2016) Die perfekte Süße: Null Kalorien, schmeckt wie Zucker und fühlt sich auch so an. Mit ihr soll gelingen, was der Getränkeindustrie bisher vergeblich versuchte. Softdrinks süß wie immer, aber ganz ohne dickmachende Zucker. EverSweet, so der Markenname, wird mit einer besonderen Hefe produziert. In sie ist ein Stoffwechselweg eingebaut, der sie zwei süße pflanzliche Proteine produzieren lässt. Es ist eines der ersten Produkte der Synthetischen Biologie im Lebensmittelbereich. Kritiker brandmarken sie als „extreme Gentechnik“, doch EverSweet ist längst nicht mehr allein.

Veganes Eiweiß

Eiweiß ohne Hühner. Das kleine Startup-Unternehmen Clarafoods will veganes Eiweiß in Hefe herstellen. Es soll vor allem als Trockeneiweiß in Fertigprodukten eingesetzt werden. Foto: Baiser aus veganem Eiweiß

Steviablatt

Stevia, der Strauch mit den süßen Blättern, wird heute vor allem in Südamerika und Afrika angebaut. Seit ein paar Jahren darf der Extrakt aus den Blättern als Süßstoff (E960) verwendet werden.

Stevia Cola

Stevia hat einen leicht bitteren Beigeschmack und kann deswegen den Zucker nicht vollständig ersetzen. Mit Eversweet, der Stevia-Variante aus Hefe, könnte sich das ändern.

Krokus, Safran

Safran, Blütenfäden aus Krokussen, ist eines der teuersten Gewürze. Der überwiegende Teil der Safran-Produktion (300t/a) kommt aus dem Iran. Die Alternative: Herstellung mit Hefe.

Vanilleeis

Nur ein Prozent des verwendeten Vanille-Aromas ist echte Vanille, die gemahlene Schote. Der Rest ist Vanillin, die chemisch oder biotechnisch hergestellte Schlüsselkomponente. 2014 kam eine neues, besseres Vanillin heraus, hergestellt mit Hefe und Synthetischer Biologie.
Fotos: Clarafoods/New Harvest, suljo-123rf, Inga Nielsen-123rf, George Tsartsianidis-123rf. Großes Foto oben: kazoka30-123rf

Die neue Süße verspricht einen Riesenmarkt. Denn gegen den Zucker können die kalorienarmen Alternativen bisher kaum bestehen. Mal werden sie als „chemische“ Zusatzstoffe kritisch beäugt, mal schmecken sie metallisch. Und Stevia, der natürliche, extrem süße Extrakt aus den Blättern eines südamerikanischen Strauches, kann den Zucker – so etwa bei der neuen Cola life – nur teilweise ersetzen. Der Grund ist der bittere Nebengeschmack – der tritt jedoch nur bei einer bestimmte Variante des süßen Proteins (Rebaudiosid A, kurz: Reb A) auf. Zwei andere – Reb M und Reb D - haben diesen Nachteil nicht. Mit ihnen könnten Softdrinks und andere süße Produkte ohne Geschmackseinbußen ganz auf Zucker verzichten. Allerdings kommen Reb M und Reb D in den Stevia-Blättern nur in so geringen Mengen vor, dass sie als pflanzliche Extrakte wirtschaftlich nicht nutzbar sind.

Aber natürliche Knappheit ist inzwischen kein unüberwindbares Hindernis mehr. So hat Evolva, ein innovatives, 2004 in der Schweiz gegründetes Unternehmen, einen neuen Herstellungsweg für die beiden Reb D- und Reb M-Varianten des Stevia-Proteins entwickelt. Wie schon für mehrere Aromen, Duft- und Wirkstoffe nutzt Evolva dafür Hefe als Produktionsorganismus.

Damit Hefe pflanzliche Proteine wie die aus Stevia herstellen kann, muss sie dafür „umgebaut“ werden. Mit den Konzepten der Synthetischen Biologie ist inzwischen vieles möglich geworden, was vor ein paar Jahren noch undenkbar schien. Anders als bei der klassischen Gentechnik werden meist nicht einzelne, aus anderen Organismen isolierte Gene möglichst „naturgetreu“ übertragen, sondern biologische Elemente – etwa ein zu dem gewünschten Produkt führender Stoffwechselweg – in bekannte, technisch gut beherrschbare Mikroorganismen eingefügt. Die rasante Entwicklung, die Mikrobiologie, Bioinformatik und Labortechniken in den letzten Jahren durchlaufen haben, lassen es heute zu, biologische Systeme – in Teilen – ingenieurmäßig zu konstruieren. Oft werden dazu auch Gene verwendet, deren DNA-Abfolge „am Computer“ entworfen wurde, damit sie einen jeweils vorgegebenen Zweck erfüllen.

Ganz ähnlich wie bei der industriellen Gentechnik werden auch die Organismen der Synthetischen Biologie in „geschlossenen Systemen“ kultiviert. Meist erhalten sie Zucker als Nährstoffe. Die Substanzen, die sie daraus bilden, werden gereinigt und sind am Ende nahezu rückstandsfrei. Wie die Unternehmen immer wieder versichern, hat die mikrobielle Herstellung hochwertiger pflanzlicher Stoffe viele Vorteile: Sie benötige weniger Flächen und es müssten keine Pestizide gespritzt werden. Die Qualität der Produkte sei konstant hoch und gut kontrollierbar, Mengen und Preise werden nicht von Wetterkapriolen oder unsicheren politischen Verhältnisse in fernen Anbauländern beeinflusst.

Neuer Schwung für alte Anti-Gentechnik-Kampagnen

Im Juni erhielten die EverSweet-Hefen von der US- Lebensmittelbehörde FDA den GRAS-Status (Generally Recognizid As Safe). Damit muss die neue Süße kein weiteres Zulassungsverfahren durchlaufen, sondern könnte nun ohne spezielle Deklaration und ohne Mengenbeschränkungen – etwa in kalorienfreier Cola oder Softdrinks – eingesetzt werden. Dennoch zögerten Evola und der Agro-Gigant Cargill, die sich bei der Vermarktung von EverSweet verbündet haben, und verschoben die für 2016 angekündigte Markteinführung. Der Herstellungsprozess müsse wirtschaftlich noch weiter optimiert werden, hieß es. Doch das ist vermutlich nicht der einzige Grund. Denn ganz so einfach wie gedacht ist es wohl nicht, den Konsumenten die Synthetische Biologie schmackhaft zu machen. Wenn es ums Essen geht, scheint das deutlich schwieriger als bei Biotreibstoffen oder Medikamenten, den anderen bereits weiter fortgeschrittenen Anwendungsbereichen.

Seit 2014 das erste Produkt, ein ebenfalls in Hefe hergestelltes Vanille-Aroma, auf den Markt kam, laufen Gentechnik-Gegner dagegen Sturm. Synthetische Biologie sei „extreme Gentechnik“, alles andere als „natürlich“ und wenn die „künstlichen“ Produktionsorganismen aus den Anlagen entweichen sollten, seien die Risiken für Mensch und Umwelt „unübersehbar“. Die Einwände sind die gleichen wie vor 25 Jahren bei den ersten gentechnischen Anlagen für Medikamente oder Enzyme. Eingetreten sind die Befürchtungen nicht und schon lange sind solche Produkte akzeptiert.

Dennoch zeigen die auf die Synthetische Biologie zielenden Kampagnen in den USA Wirkung. Schon haben die ersten Hersteller von Speiseeis – darunter die Premiummarke Häagen Dazs – erklärt, das neue Vanillin nicht in ihren Produkten verwenden zu wollen. Zahlreiche Verbraucher- und Umweltgruppierungen fordern strenge Regulierung, spezielle Vorschriften und Kennzeichnung für Produkte der Synthetischen Biologie. Zudem solle es verboten werden, diese als „natürliche“ Aromen und Zutaten deklarieren zu können.

Trotz der Widerstände – in der Branche herrscht weiterhin Aufbruchsstimmung. „Die Synthetische Biologie ist derzeit einer der am schnellsten wachsenden Technologie-Bereiche“, so Sam Altman, Chef von Gingko Bioworks in Boston – und er meint damit nicht nur technische und medizinische Anwendungen, sondern zunehmend auch Kosmetik und Lebensmittel. Vor allem Aromen und Duftstoffe bieten sich dafür an - etwa Nootkatone, markante Aromen aus Grapefruit und Zitrusfrüchten, die nicht nur in Limonaden, sondern vor allem als Schutz vor Mücken oder Zecken verwendet werden. Auch Safran, die getrockneten Blütenfäden von Krokussen und das wohl teuerste Gewürz der Welt, soll schon bald von Hefen hergestellt werden können – zumindest die drei wichtigsten Schlüsselkomponenten des Safranaromas.

EU: Besondere Gesetze für die Synthetische Biologie? In der Regel sind dafür die Gentechnik-Gesetze maßgebend. Für Produktionsanlagen wie auch für die Produkte selbst (Aromen, Zusatzstoffe) gelten die gleichen Vorschriften wie für alle gv-Mikroorganismen. Zudem fallen in der EU neuartige oder mit einem „neuartigen Verfahren“ hergestellte Lebensmittel unter die NovelFood-Verordnung. Bisher sind danach zwei gentechnisch hergestellte Resveratrol-Produkte zugelassen.

Und selbst im skeptischen Europa mit seinen strengeren Gesetzen hat Evolva gerade „natürlich gewonnenes“ Resveratrol auf den Markt gebracht, eine in Weintrauben und anderen Früchten vorkommende Substanz, die „positive Wirkungen“ für eine „gesunde Alterung“ haben soll und vor allem als Nahrungsergänzungsmittel angeboten wird. Bisher wird Resveratrol aus japanischem Knöterich gewonnen, Evolva produziert es „mithilfe eines innovativen Fermentationsprozesses aus Hefe“. Ähnlich hergestellte Resveratrol-Produkte gibt es auch von anderen Herstellern. In der EU sind sie als „neuartige Lebensmittel“ (Novel Foods) zugelassen.

Nicht nur für pflanzliche, sondern auch für tierische Stoffe wollen junge Pioniere der Synthetischen Biologie neue Herstellungsmöglichkeiten eröffnen – ohne dafür Tiere halten oder gar schlachten zu müssen. So haben drei enthusiastische Biotechnologen Clarafoods gegründet und einen Weg ausgetüftelt, in Hefe veganes Eiweiß zu produzieren. Die Kollegen von Muufri haben Ähnliches für vegane Milch geschafft. Bisher haben beide Start-ups ihre Ideen zu vorzeigbaren Prototypen entwickelt. Damit konnten sie das notwendige Kapital einwerben, um weitermachen zu können. Mit ähnlichen Projekten – darunter eines, das Fleisch in Zellkulturen erzeugen will - haben sie sich zu New Harvest zusammengeschlossen, einem Non-profit-Institut, das sich der zellulären Landwirtschaft – ohne Tiere – verschrieben hat.

Noch ist die Synthetische Biologie erst am Anfang. Inzwischen deutet sich an, was technisch möglich sein könnte. Die Skepsis der kritischen Konsumenten in den Industriestaaten zu überwinden, scheint die schwierigere Aufgabe zu sein.

Mögliche Anwendungen der Synthetischen Biologie im Lebensmittelbereich (Beispiele)

Produkt Organismus Unternehmen Stand Vermarktung
Stevia (Eversweet) Hefe Evolva/Cargill GRAS 2018
Vanillin Hefe Evolva/IFF GRAS 2014
Nootkatone (Aroma aus Grapefruit) Hefe Evolva GRAS 2015, als Mücken- und Zeckenschutz 2018
Resveratrol Hefe Evolva, DSM GRAS, Novel Food USA 2012, EU 2016
Safran Hefe Evolva GRAS-Antrag eingereicht 2017/18
Öle mit DHA-Fettsäuren Mikroalgen TerraVia (vorher: Solazyme) auf dem Markt (USA)
veganes Eiweiß Hefe Clarafoods Prototyp
vegane Milch Hefe Muufri, Horizon Prototyp 2017 (Asien)

GRAS = Generally Recognizid As Safe (allgemein als sicher anerkannt): Status für die Unbedenklichkeit von Zusatzstoffen, wird in den USA von der Lebensmittelbehörde erteilt. Für GRAS-Stoffe gibt es keine besonderen Auflagen oder Verzehrbeschränkungen



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