Mit Enzymen: Zucker aus pflanzlicher Stärke

Die Umwandlung von pflanzlicher Stärke in verschiedene Zucker ist ein wichtiger Zweig der Stärkeindustrie und zugleich eines der wirtschaftlich bedeutendsten Anwendungsfelder der Gentechnik. Unzählige Lebensmittel enthalten Zutaten, die aus der Stärkeverzuckerung hervorgegangen sind. Die zentrale Rolle in diesem Prozess spielen Enzyme - und sie werden überwiegend mit gentechnisch veränderten Mikroorganismen hergestellt.

Im Prinzip kann jede stärkehaltige Pflanze als Rohstoff für diesen Prozess verwendet werden. In Nord- und Südamerika ist es vorwiegend vorwiegend  Mais, in Europa vor allem Kartoffeln und Weizen.

Mussten früher starke Säuren eingesetzt werden, um die Stärke in einzelne Zucker aufzutrennen, nutzt man heute fast nur noch Enzyme. Sie bieten eine Reihe von Vorteilen: Da Enzyme die verzweigten Stärkemoleküle an ganz bestimmten Stellen aufspalten, lässt sich der Verzuckerungsprozess gezielt steuern. So erhält man verschiedene Stärkesirupe, die sich in ihrer Süßkraft, aber auch in ihren technologischen Eigenschaften unterscheiden.

Diese Sirupe (Glukossirup, Maltosesirup) werden nicht nur als maßgeschneiderte Süßungsmittel in unzähligen Lebensmitteln und Getränken verwendet, sondern auch weiterverarbeitet zu Traubenzucker (Glukose), zahlreichen Zutaten (z.B. Dextrine) und Zusatzstoffen (Maltol), darunter Zuckeraustauschstoffe (Sorbit, Xylit) oder Fettersatzstoffe (Polydextrose).

Lange Zeit war die Stärkeverzuckerung wirtschaftlich kaum interessant. Dies änderte sich, als die zur Stärkespaltung benötigten Enzyme mit Hilfe gentechnisch veränderter Mikroorganismen billig, in unbegrenzten Mengen und in ausreichender Qualität hergestellt werden konnten.

Drei Schritte - Enzyme sind immer dabei.

Der Prozess der Stärkeverzuckerung verläuft in drei Stufen. In jeder spielen bestimmte Enzyme die entscheidende Rolle.

• Stärkeverflüssigung: In der ersten Stufe wird die Stärke in verschiedene Zuckereinheiten gespalten. Es entsteht ein Gemisch aus Maltosen (Malzzucker) und Dextrinen (Zwischenform zwischen Stärke und Dextrose). Eingesetzt werden verschiedene Amylasen.

• Stärkeverzuckerung: Die entstandenen Abbauprodukte werden nun weiter zu Einfachzuckern (Monosaccharide) aufgespalten. Es bildet sich Glukosesirup, der in vielen Süß- und Backwaren ganz oder teilweise den traditionellen Zucker ersetzt. Glukosesirup ist ein Gemisch aus Glukose (Traubenzucker) und Fruktose (Fruchtzucker); er hat geringere Süßkraft als der weiße Haushaltszucker (Saccharose), kristallisiert jedoch weniger rasch als dieser. In dieser Stufe werden Enzyme wie Glucoamylase und Pullulanase genutzt.

• Isomerierung: Das Enzym Glukose-Isomerase wandelt einen Teil der Glukose in Fruktose um. Nach mehrmaligem Prozessdurchlauf steigt der Fruktosegehalt und damit die Süßkraft immer weiter an - bis der gewonnene Fruktosesirup fast die des traditionellen Zuckers erreicht. In den USA hat dieser High Fructose Corn Sirup (Fruktosesirup) , das wichtigste Produkt der Maisstärkeindustrie, den Zucker bereits weitgehend verdrängt. Dort ist der Pro-Kopf-Verbrauch an Stärkesirup höher als der von Rohr- und Rübenzucker.

Gentechnik: Stärke und Enzyme

Bei Stärkeverzuckerungsprodukten, die als Zutaten und Zusatzstoffe in vielen Getränken und Lebensmitteln verwendet werden, sind Anwendungen der Gentechnik sowohl beim Rohstoff Stärke wie bei den "Werkzeugen", den Enzymen möglich. 

• Pflanzliche Stärkequelle: Als pflanzliche Stärkelieferanten kommen vor allem Mais, Kartoffeln und Weizen in Frage. Bei Mais werden in vielen Ländern gv-Sorten landwirtschaftlich genutzt. Maisstärke kann zu bestimmten Anteilen aus gv-Mais stammen, vor allem bei Mais aus den USA, Argentinien oder Brasilien.

• Enzyme: Die meisten in der Stärkeverzuckerung eingesetzten Enzyme stammen von gentechnisch veränderten Mikroorganismen. Für einzelne Prozessstufen der Stärkeverzuckerung sind ausschließlich Enzyme auf dem Markt, die mit Hilfe gentechnisch veränderter Mikroorganismen hergestellt werden.

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