Enzyme - wahre Alleskönner

Was sind eigentlich Enzyme? Enzym (,en zyme'= ,in Hefe') ist der griechische Begriff für Ferment (lateinisch 'fermentum' = Sauerteig). Mit Ferment bezeichnete man früher Enzyme, deren Abtrennung von lebenden Zellen wegen der noch ungenügenden Reinigungstechniken nicht gelang. Heute ist diese Unterscheidung hinfällig, beide Begriffe werden synonym benutzt; moderner ist der Begriff Enzym. Enzyme steuern als Biokatalysatoren den gesamten Stoffwechsel von Zellen. Sie arbeiten katalytisch, das heisst, sie verändern sich bei diesen Reaktionen nicht. Wie bei "Schloss und Schlüssel" besteht eine strenge Spezifität des jeweiligen Enzyms zu seinem Substrat. Enzyme werden nach funktionellen Gesichtspunkten eingeteilt und nach ihrem jeweils umgesetzten Substrat durch Anhängen der Silbe "-ase" bezeichnet: Peptidasen beispielsweise spalten Peptide, also Eiweisse; Saccharase spaltet Saccharose, den Speisezucker, in seine Bestandteile Fructose und Glucose.

Ein beachtlicher Teil der Nahrungsmittel, die wir täglich zu uns nehmen, wird mit Hilfe von Mikroorganismen produziert. Joghurt, Quark, Käse, Brot, Wein und Bier entstehen durch die Mitwirkung von Enzymen, die aus Bakterien, Hefen oder Pilzen stammen. Die Enzyme sind die Helfer der Mikroorganismen (und aller lebenden Zellen) und sorgen für die Aufrechterhaltung der Lebensfunktionen. Die Zellen stellen den Enzymen im Gegenzug den idealen Lebensraum zur Verfügung: wässriges Milieu, milde Temperatur, gleichbleibenden Druck und Säuregrad (pH-Wert).
Louis Pasteur (1822-1895) dachte noch, dass Gärungen (Fermentationen) nicht ohne lebende Zellen möglich sind: "Ohne lebenden Hefen gibt es keinen Alkohol". Der deutsche Chemiker Justus von Liebig (1803-1873) dagegen behauptete, dass die alkoholische Gärung rein chemisch und nicht biologisch sei. Im Jahr 1897 entschied Eduard Buchner (1860-1917) den Streit: er zeigte, dass auch zellfreier Hefepresssaft alkoholische Gärung in Gang bringen kann. Die verantwortliche Substanz nannte er "das Ferment Zymase".
Heute werden viele Enzyme unabhängig von lebenden Zellen verwendet. In verschiedenen Reinigungsschritten werden sie von Zellmaterial und Resten des Fermentationsmediums gereinigt. Viele Mikroorganismen lassen sich durch spezielle Zucht oder genetische Veränderung ebenfalls zur Herstellung erwünschter Enzyme in grossen Mengen verwenden.

Mit isolierten und gereinigten Enzymen wird eine Reihe von Produktionshilfsmitteln und Lebensmittelzusätzen hergestellt. Unerwünschte Reaktionen durch mikrobielle oder zelluläre Verunreinigungen lassen sich bei Verwendung isolierter Enzyme weitgehend vermeiden. Enzympräparate arbeiten durch ihre biologische Herkunft unter lebensfreundlichen Bedingungen: bei milder Temperatur, normalem Druck und bei ausgeglichenem Säuregrad. So entstehen weniger unerwünschte Nebenprodukte als dies in Folge wesentlich harscherer Reaktionsbedingungen bei nicht-enzymatischen Prozessen möglich ist. Das macht Enzyme für die Nahrungsmittelproduktion so interessant.
"Nur mit hochgereinigten und stark konzentrierten Enzymen lässt sich eine für die Industrie interessante Reaktionsgeschwindigkeit bei den biochemischen Umsetzungen erreichen", erklärt Werner Speiser, Marketingleiter für die Bäckerei Industrie der Novo Nordisk Schweiz.

Enzyme beschleunigen chemische Reaktionen um Faktoren von 100 Millionen und mehr - unter lebensfreundlichen Bedingungen. Sie machen dadurch viele Lebensprozesse erst möglich. Die Bildung von Alkohol und Kohlendioxid aus 1kg Zucker bewerkstelligen 10-20mg spezifischer Enzyme in wenigen Stunden. Ohne Enzyme würde die Reaktion etwa 5000 Jahre dauern!

Die Anwendung von Enzymen bei der Verarbeitung von Lebensmitteln verbessert z.B. deren Geschmack oder die gesundheitlichen und farblichen Eigenschaften. Enzyme als Prozesshilfsstoffe können die Verfügbarkeit von qualitätsbestimmenden Inhaltsstoffen oder auch die Haltbarkeit verarbeiteter Lebensmittel erhöhen. Laut Werner Speiser ist der grösste Markt in der Schweiz "derjenige für Pektinasen, die zur Klärung von Fruchtsäften, vor allem aus Äpfeln oder Trauben eingesetzt werden". Daneben helfen Enzyme laut Speiser bei der Herstellung beliebter würziger Saucen. Den dritten Platz in der Liste der "Verkaufsrenner" nehmen in der Schweiz Backhilfsmittel ein. Dazu gehören zum Beispiel Alpha-Amylasen, die den Bäckerhefen vergärbare Zucker aus der Stärke der verschiedenen Mehlsorten rasch für die Gärung zur Verfügung stellen. Sie tragen damit zu schnellerem und zuverlässigem "Gehen" des Teiges bei, verbessern den Geschmack der Backwaren und die Farbe der Kruste.

Gentechnisch hergestellte Enzyme: Warum?

Seit Lebensmittelhersteller erkannten, dass Enzyme wesentlich zur Verbesserung von Lebensmitteln und Herstellungsprozessen beitragen können, haben Wissenschafter die Suche nach in der Natur vorkommenden Enzymen stark ausgedehnt. Viele der wertvollen Enzyme konnten aber aus dreierlei Gründen nicht im gewünschten Grossmassstab hergestellt werden:

1. Der Wirts-Mikroorganismus produziert das Enzym nur in geringer Menge.
2. Das gewünschte Enzym kann nicht sauber genug aufbereitet werden.
3. Das gewünschte Enzym arbeitet schlecht unter bestimmten Bedingungen wie hoher Temperatur.

Mittels Gentechnologie können diese Probleme umgangen werden.