Könnte Tagatose unser Zuckerproblem lösen? Forschende der Tufts University, Boston (USA), nutzen E. coli als Mikrofabriken für Tagatose, die 60 Prozent weniger Kalorien hat und den Blutzucker kaum beeinflusst.
Von Saccharin im 19. Jahrhundert bis hin zu Stevia und Mönchsfrucht im 21. Jahrhundert haben sowohl Forschende als auch die Lebensmittelindustrie lange nach einem Süssstoff gesucht, der den Geschmack von Zucker ohne dessen Nachteile bietet – überschüssige Kalorien, Karies und ein erhöhtes Risiko für Fettleibigkeit, Insulinresistenz und Diabetes.
Jetzt haben Forschende der Tufts University in der Fachzeitschrift Cell Reports Physical Science eine Studie veröffentlicht, die eine neue Methode vorstellt, um den ansonsten seltenen Zucker namens Tagatose biosynthetisch herzustellen. Diese (die Tagatose) könnte in puncto Süsse und natürlichem Geschmack mit Haushaltszucker mithalten, ohne dessen potenzielle Nachteile. Im Gegenteil: Der seltene Zucker könnte sogar einige gesundheitliche Vorteile bieten. Tagatose kommt in der Natur nur in sehr geringen Mengen vor, verglichen mit gängigen Zuckern wie Glukose, Fruktose oder Saccharose. Sie ist in Milch und anderen Milchprodukten enthalten, wenn Laktose durch Hitze oder Enzyme abgebaut wird, wie dies beispielsweise bei der Herstellung von Joghurt, Käse und Kefir der Fall ist.
Escherichia coli manipuliert
Einige Früchte wie Äpfel, Ananas und Orangen enthalten Spuren von Tagatose als Teil ihres natürlichen Spektrums an Kohlenhydraten. Da Tagatose in der Regel weniger als 0,2 Prozent der in natürlichen Quellen vorkommenden Zucker ausmacht, wird sie für den Verzehr in der Regel hergestellt und nicht extrahiert. «Es gibt etablierte Verfahren zur Herstellung von Tagatose, aber sie sind ineffizient und teuer», sagte Nik Nair, Associate Professor für Chemie- und Bioingenieurwesen an der Tufts University. «Wir haben eine Methode zur Herstellung von Tagatose entwickelt, bei der wir das Bakterium Escherichia coli so manipuliert haben, dass es als winzige Fabrik fungiert, welche mit den richtigen Enzymen ausgestattet ist, um grosse Mengen an Glukose in Tagatose umzuwandeln. Dies ist wesentlich wirtschaftlicher als unser bisheriger Ansatz, bei dem wir weniger reichlich vorhandene und teure Galaktose zur Herstellung von Tagatose verwendet haben.»
Im Gegensatz zu Saccharose, die Karies verursachende Bakterien im Mund fördert, scheint Tagatose das Wachstum einiger dieser Bakterien zu reduzieren. Zudem gibt es Hinweise, dass sie probiotische Wirkungen hat, die gesunde Mund- und Darmbakterien unterstützen.
Die Bakterien wurden so verändert, dass sie ein neu entdecktes Enzym aus Schleimpilzen enthalten, das als Galactose-1-Phosphat-selektive Phosphatase (Gal1P) bezeichnet wird und dabei helfen kann, Galactose direkt aus Glucose herzustellen. Ein zweites von den Bakterien exprimiertes Enzym namens Arabinose-Isomerase vervollständigt die Umwandlung von Galactose zu Tagatose. Die Ausbeute an Tagatose aus Glukose, die von den Bakterien erzeugt wird, könnte bis zu 95 Prozent erreichen und ist damit deutlich höher und kostengünstiger als bei der herkömmlichen Herstellung, bei der die Ausbeute nur 40 bis 77 Prozent beträgt.
60 Prozent weniger Kalorien
Tagatose ist zu 92 Prozent so süss wie Saccharose – also Haushaltszucker – und hat etwa 60 Prozent weniger Kalorien. Tagatose wurde von der FDA als «allgemein als sicher anerkannt» eingestuft. Das bedeutet, dass er sicher in Lebensmitteln verwendet werden kann. Zum Vergleich: Dies ist die gleiche Einstufung wie für Salz, Essig und Backpulver.
Die potenziellen Vorteile für Diabetiker ergeben sich aus der Tatsache, dass Tagatose nur teilweise im Dünndarm resorbiert wird und ein Grossteil davon von Darmbakterien im Dickdarm fermentiert wird. Aus diesem Grund ist ihr Einfluss auf den Blutzucker- und Insulinspiegel viel geringer als der von herkömmlichem Zucker. Klinische Studien zeigen einen sehr geringen Anstieg des Plasmaglukose- oder Insulinspiegels nach der Einnahme von Tagatose. Im Gegensatz zu Saccharose, die Karies verursachende Bakterien im Mund fördert, scheint Tagatose das Wachstum einiger dieser Bakterien zu reduzieren, und es gibt Hinweise darauf, dass sie probiotische Wirkungen hat, die gesunde Mund- und Darmbakterien unterstützen.
Ein attraktiver «Füllstoff»
Mit ihrem geringen Kaloriengehalt und ihrer geringen Absorption ist Tagatose ein attraktiver «Füllstoff». Das bedeutet, dass sie nicht nur Zucker als Süssungsmittel ersetzen kann, sondern auch eine ähnliche Füllstofftextur beim Kochen bietet, wie sie durch die Zugabe einer bestimmten Menge Zucker entsteht. Das können hochintensive Süssstoff-Ersatzstoffe nicht leisten. Sie bräunt beim Kochen sogar wie Haushaltszucker. In Geschmackstests im Vergleich zu anderen Zuckern und Zuckerersatzstoffen weist sie die grösste Ähnlichkeit mit Haushaltszucker auf.
«Die entscheidende Innovation bei der Biosynthese von Tagatose bestand darin, das Gal1P-Enzym des Schleimpilzes zu finden und es in unsere Produktionsbakterien einzubauen», erklärt Nair. «Dadurch konnten wir einen natürlichen biologischen Stoffwechselweg, der Galaktose zu Glukose umwandelt, umkehren und stattdessen Galaktose aus Glukose erzeugen, die als Ausgangsmaterial dient. Tagatose und möglicherweise auch andere seltene Zucker können von diesem Punkt aus synthetisiert werden.»
Mike Silver, Tufts University
Übersetzung ins Deutsche: ChemieXtra
