330041 VO Biotechnologie und Gentechnik in der
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05.04.2011 330041 VO Biotechnologie und Gentechnik in der Lebensmittelproduktion Alexander Haslberger, Eva Aumüller, Berit Hippe 24.März: Fermentation – klassisch, gt 31.März: Enzyme – „weiße Revolution“ 1 05.04.2011 Mikroorganismen - Vielseitig, anpassungsfähig, produktiv Seit Jahrtausenden werden Mikroorganismen zur Herstellung von Lebensmitteln wie Brot oder Bier eingesetzt. Lange Zeit wussten die Menschen nichts von ihrer Existenz. Erst durch die Erfindung des Mikroskops wurden die winzigen Lebewesen für das menschliche Auge sichtbar. Naturforscher Antoni van Leeuwenhoek (1632 – 1723) entdeckte die Mikroorganismen in Regenwasser Pionierarbeit Chemiker Louis Pasteur (1822 – 1895) untersuchte die Fermentation (auch Gärung genannt) und entwickelte das Verfahren der Pasteurisierung Mediziner Robert Koch (1843 – 1910) beschäftigte sich mit der Funktion der Mikroorganismen in Stoffwechselprozessen, entwickelte ein Mittel gegen Tuberkulose. 2 05.04.2011 • Bis Ende des 19. Jahrhunderts hatten die Menschen keine Vorstellung von den tatsächlichen Prozessen, wie sie etwa bei der Reifung des Käses und dem Brauen von Bier ablaufen. • Heutige Hygienetechniken waren unbekannt - und so gelangten häufig auch unerwünschte Mikroorganismen in die Lebensmittel, darunter viele Krankheiterreger. • Vor allem bei Geschmack und Konsistenz der Produkte gab es nicht selten unliebsame Überraschungen. • Die Qualität fermentierter Lebensmittel nahm zu, als es gelang, die mikrobiellen Prozesse besser zu kontrollieren. Schimmelpilzkolonien im Stereomikroskop, 40fach vergrößert. Einige Arten helfen bei der Produktion von Käse oder Salami. Mikroorganismen; Mit und ohne Zellkern Zellkern: Algen, Schimmelpilze, Hefen und Protozoen Kernsubstanz, die nicht durch Membran abgetrennt ist: Bakterien Hefe-Zellkern 3 05.04.2011 Definition of Biotechnology "any technological application that uses biological systems, living organisms, or derivatives thereof, to make or modify products or processes for specific use” Convention on Biological Diversity (CBD), 2000 4 05.04.2011 Die Biotechnologie (auch als Synonym zu Biotechnik und kurz als Biotech) ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, die sich mit der Nutzung von Enzymen, Zellen und ganzen Organismen in technischen Anwendungen beschäftigt. Ziel ist die Entwicklung neuer oder effizienterer Verfahren zur Herstellung von chemischen Verbindungen, die Entwicklung von Diagnosemethoden und anderes. In der Biotechnologie werden Erkenntnisse aus vielen Bereichen, wie vor allem Mikrobiologie, Biochemie (Chemie), Molekularbiologie, Genetik, Bioinformatik und den Ingenieurwissenschaften mit der Verfahrenstechnik (Bioverfahrenstechnik) genutzt.Die Grundlage bilden chemische Reaktionen, die von frei oder in Zellen vorliegenden Enzymen katalysiert werden (Biokatalyse oder Biokonversion). Produktionsorganismen und Starterkulturen Starterkulturen • sind MO, die einem LM gezielt von außen zugesetzt werden, um bestimmte Stoffwprozesse auszulösen • Sie verändern die Zusammensetzung des NM, um es zu konservieren oder um typische Eigenschaften wie gewisses Aroma oder bestimmte Konsistenz zu erreichen • Die MO verbleiben im Nahrungsmittel und werden mitverzehrt • Häufig sind sie dann jedoch nicht mehr aktiv • Beim Backen von Brot wird beispielsweise ein Großteil der Hefe durch das Erhitzen abgetötet • Bevor Bier und Wein in den Handel gelangen, werden die MO abgefiltert Produktionsorganismen • produziert einen bestimmten Stoff • Hat der MO das gewünschte Produkt in hoch spezialisierten technischen Anlagen gebildet, wird er abgetrennt und erfüllt daher nur eine vorübergehende Funktion • Mit Hilfe von Produktionsorganismen kann man Vitamine und Enzyme für Futtermittel, Waschmittelenzyme und diverse Arzneimittel gewinnen. • Auch Enzyme, Zusatzstoffe und Aminosäuren für NM werden auf diese Weise industriell erzeugt. nächste VO 5 05.04.2011 Während Gentechnik bei Produktionsorganismen weit verbreitet ist, gibt es bei Starterkulturen bisher wenig praktische Anwendungen. Käse: Schimmelpilze sind nicht nur für den Verderb vieler Lebensmittel verantwortlich. Durch den Schimmelpilz Penicillium roqueforti (im Lichtmikroskop, 600-fach vergrößert) bekommt der Blauschimmelkäse erst seinen besonderen Geschmack. Brot, Bier, Wein, Käse Vielfalt durch Starterkulturen Starterkulturen sind »aufgrund spezifischer Eigenschaften selektierte, definierte und vermehrungsfähige MO in Rein- oder Mischkultur «. starten im NM einen mikrobiellen oder fermentativen Prozess. Diese Stoffwechselvorgänge verändern die Zusammensetzung des Nahrungsmittels. Bildung von charakteristischen Aromen, bestimmte Konsistenz und Textur, Verlängerung der Haltbarkeit: Aus Milch wird Käse, aus Fleisch wird Wurst... Jogurt: Es werden verschiedene Milchsäurebakterien verwendet. Für probiotische Produkte wählt man gegen Magensäure un-empfindliche Stämme aus, die im Darm positiv wirken können. 6 05.04.2011 Spontane Gärungsprozesse Spontanfermentation läuft natürlicherweise ab und wird ebenfalls von MO hervorgerufen. Diese werden aber nicht gezielt zugegeben, sondern haften auf der Oberfläche von LM oder den eingesetzten Rohstoffen. Beispiel: Früher verließen sich die Winzer zum größten Teil auf die Spontangärung durch auf den Trauben vorhandene MO. Heute werden bewusst bestimmte Hefen eingesetzt, um den Prozess der Weinherstellung besser kontrollieren zu können. Bei der Herstellung von Bier und Wein veranlassen Hefekulturen die Vergärung von Stärke zu Alkohol. Auch für Brot- und Backwaren sind Hefen unentbehrlich. Hier bilden sie Gase, damit der Teig "geht". Milchsäurebakterien wandeln Milch in haltbare Produkte um und konservieren Gemüse wie Sauerkraut oder Mixed Pickles. Auch für die Reifung von Schinken und Rohwürsten sind Bakterien verantwortlich: Sie wandeln das Fleisch in eine haltbare Form um, bilden für das Produkt typische Aromastoffe und stabilisieren noch dazu die Fleischfarbe. Technische Fermentation • Produktion von Bioethanol, Biogas, AS, org. Säuren, Vitaminen, Enzymen, Antibiotika, Insulin, Hyaluronsäure uvm. • Rohstoffe: Stärke, Saccharose, va. Dicksaft und Melasse Angedacht: Cellulose 7 05.04.2011 Bioreaktoren (Fermenter) • • • • Rührkesselreaktoren Schlaufenreaktoren Airliftreaktoren Photobioreaktoren In Bioreaktoren wichtige steuerbare Faktoren: Zusammensetzung des Nährmediums (auch Nährlösung oder Substrat), die Sauerstoffzufuhr, Temperatur, pH-Wert, Sterilität und andere Anwendungen: Kläranlagen, Biogasanlagen, Brauereien und Winzereien, Pharma- und Kosmetikindustrie Batch vs. kontinuierliche Fermentation Batch: zu fermentierendes Gut wird bis zum Abschluss der Fermentation in einem Behälter belassen (mehrere Tage). keine Kontaminationsgefahr eher in der Forschung kontinuierlich: ununterbrochener Betrieb durch Substratzugabe und Produktentnahme, bei höherem Durchsatz wird bei höherer Mikrobendichte in wenigen Stunden fermentiert. Immobilisierung der Mikroorganismen auf Trägermatrix nötig. Eher in Produktionsanlagen 8 05.04.2011 Gärbottiche zur Bierherstellung Insulin Fermetor Ethanol Vakzine Kläranlage Schwechat Geschichte des Bierbrauens Neolithikum/Jungsteinzeit: Fermentation von LM und Getränken 1861: Louis Pasteur erkennt die Rolle der Hefe bei der Umwandlung von Zucker zu Ethanol und CO2 1883: Erste reine Hefekultur. Emil Christian Hansen (Carlsberg Brauerei) 1980s: hybridisierte und gentechnisch veränderte Hefen 9 05.04.2011 Bierherstellung Heisses Wasser Malz Hopfen Maische Sudkessel Abtrennen der Schwebstoffe Hauptgärung: ca. 1 Woche 4-6 Wochen Lagerung und Nachgärung Kühler Gärbottich Sekundäre Fermentation In Brauerei eingesetzte Hefen • Obergärige Hefe (ale) – Polyploid – Eng verwandt mit Laborstämmen von Saccharomyces cerevisiae • Untergärige Hefe (lager) – S.carlsbergensis > S.pastorianus – Tetraploid 10 05.04.2011 Kontinuierliches Brauverfahren Dank sehr grosser Mengen immobilisierter Hefen, wird die Fermentation stark beschleunigt. Die Reifung (Lager) ist für Geschmacksentwicklung trotzdem nötig (einige Wochen). Branyik et al. Biotechnol.Prog.2005 Problemstellen des kontinuierlichen Brauverfahrens • Störende Geschmacksstoffe werden vermehrt gebildet (Acetyl) • Filtrierbarkeit (β-Glucan) • Unerwünschte Eigenschaften des Bieres möglicherweise aufgrund Altern der Hefen 11 05.04.2011 Beim (Gen-) Bier hört die Gemütlichkeit auf Brauereien berufen auf das altehrwürdige Reinheitsgebot von 1516, das außer Wasser, Gerstenmalz und Hopfen keine weiteren Zutaten erlaubt. Bier aus Bt-Mais. In Schweden wird ein Bier aus gentechnisch verändertem Mais gebraut (Kenth). Auch in der Schweiz gibt es ein ähnliches Bier (Cool Corn). Allerdings: Aufzählung von Stoffen: Pflanzenschutzmittel, die im Hopfenanbau gespritzt werden, Züchtung der Braugerste oder die Verfahren, die aus einst wilden Hefen die heute üblichen Hochleistungs- und Reinzuchthefen gemacht haben spielen keine Rolle Verfahren nicht geregelt, Gt nicht explizit ausgeschlossen Eventuelle Gt Bierzutaten: Bierhefe: Brauprozess zu verbessern - bei klassischen Biersorten, vor allem aber bei kalorienoder alkoholarmen Varianten. Bisher werden keine gt veränderten Bierhefen kommerziell eingesetzt. In der EU ist kein Zulassungsantrag für gt veränderte Hefe in Sicht. Gerste und Hopfen: Saccharomyces cerevisiae werden mit gt Methoden bearbeitet wie Mais, Weizen oder Reis als Rohstoffe für bestimmte Biertypen. Bisher ist aber ww keine gv-Gerste und kein gv-Weizen zum Anbau zugelassen. In süd und mittel Amerika Biere oft aus Mais, gt Mais in mehreren Ländern Nord- und Südamerikas großflächig angebaut. Import-Biere auf Mais-Basis aus diesen Ländern könnten durchaus mit Rohstoffen aus gv-Mais gebraut sein. Realität ist die Gt bei der Produktion von Enzymen – nicht Enzyme: Bereits zugelassen im Reinheitsgebot für deutsche Biere. Nur gerste- und hefeeigene Enzyme für Geschmack verantwortlich. TW der Einsatz von Enzymen üblich, und diese Biere können auch auf dem europ. Markt angeboten werden. 12 05.04.2011 Weingärung Mehrere MO sind am Beginn der Fermentation beteilig: Hanseniaspora (anamorph Kloeckera), Pichia, Candida, Metschnikowia, Kluyveromyces and Saccharomyces. Zygosaccharomyces, Saccharomycodes, Torulaspora, Dekkera and Schizosaccharomyce Erst nach und nach dominieren: Saccharomyces cerevisiae S.bayanus Gt in der Weinherstellung Weinrebe: derzeit keine gv-Rebsorten in der EU Va Resistenzen gegen Pilze, Viren oder bakterielle Erreger (Echter und Falscher Mehltau, Grauschimmel). Tw. Kernlosigkeit, Farbe, Zuckergehalt, sowie Rebstöcke mit gr. Kältetoleranz. In Deutschland wurden zwischen 1999 und 2005 Freisetzungen mit transgenen pilzresistenten Rebstöcken durchgeführt. In den USA, Kanada, Moldawien und Südafrika sind gv-Hefen zugelassen, die bei der Weinherstellung eingesetzt werden. gv-Hefe (ML01) soll Geschmack und Farbstabilität des Weines verbessern sowie die Entstehung unerwünschter Stoffe (Histamine) vermeiden. Sie ist auch in Moldawien zugelassen. gv-Hefe in Kanada zugelassen und in den USA als sicher eingestuft (GRAS, Generally Recognized as Safe). Soll den Gehalt an Ethylcarbamat reduzieren, der als Nebenprodukt bei Fermentationsprozessen entsteht und im Verdacht einer krebserregenden Wirkung steht. 13 05.04.2011 Gentechnisch veränderte Weinreben im Gewächshaus. Gerade bei den geschätzten traditionellen Rebsorten wie Riesling ist es bisher nicht gelungen, pilzresistente Sorten zu züchten. Sauerteig Spontan fermentierter Teig Häufig gefundene Mikroorganismen: Lactobacillus sanfransicensis, L.reuteri, L. rossiae, L,. delbrueckii ssp., L.casei, L.plantarum, L.brevis, L.alimentarius, L.fermentum Häufigste Hefen: Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces exiguus and Candida holmii (Ottogalli et al., 1996) 14 05.04.2011 Geschmacksbeurteilung Sauerteig sensorische Vorteile Faserstoffe werden fermentiert Elastischere Brotkruste, weniger Bröseln Produktion von Exopolysacchariden (EPS) durch bestimmt Laktobazillen Erhöht den Ballaststoffanteil Natürlicher Cholesterolsenker z.B. Levan, Dextran 15 05.04.2011 Gt im Sauerteig Mehlbehandlungsmittel wie ASCORBINSÄURE (Vitamin C)- bewirken, dass Mehle nicht mehr wochenlang gelagert werden müssen, um zu reifen, sondern mahlfrisch verarbeitet werden können. Hier spielt die Gentechnik auch schon eine wachsende Rolle. Ascorbinsäure wird bereits aus gt verändertem Mais hergestellt. Außerdem wird die Stärke des Maises mit Enzymen aufgespalten, die auch mit gt veränderten MO erzeugt werden. Um aus dem so entstehenden Rohstoff Vitamin C zu machen, stehen der Industrie weitere gt veränderte MO zur Verfügung (Erwinia herbicola, Erwinia citreus). Informationen über den Anwendungsstand liegen nicht vor. Kennzeichnung Zutaten und Zusatzstoffe sind kennzeichnungspflichtig, wenn sie unmittelbar aus gt verändertem Mais hergestellt werden. Ob dieses auch auf Vitamin C bzw. Ascorbinsäure zutrifft, die in mehreren Verarbeitungsstufen aus Maisstärke bzw. Glukose hervorgeht, ist rechtlich nicht eindeutig geklärt. In der Praxis hat sich durchgesetzt, dass nicht gekennzeichnet wird. Zusatzstoffe, die in geschlossenen Systemen mit Hilfe von gt veränderten MO hergestellt werden, sind nicht zu kennzeichnen. Voraussetzung ist, dass der jeweilige Zusatzstoff auf gereinigt wird und keine MO enthält. Erhalten die verwendeten MO Nährstoffe (Substrate) aus gentechnisch veränderten Pflanzen, bleibt der Zusatzstoff ohne Kennzeichnung. Enzyme und die Art ihrer Herstellung werden generell nicht auf der Zutatenliste angegeben. 16 05.04.2011 Milchsäurebakterien • Gruppe von Bakterien, die verschiedene Zucker zu Milchsäure fermentieren kann. – Weinerzeugung – Sauerteig – Sauerkraut – Johurt und Sauermilch – Kimchi – Kakao… Milchsäure-Fermentation Rascher Wechsel der Spezies mit Zunahme des Säuregehaltes Glucose ⇒ 2 Milchsäure Pyruvat + NADH + H+ ⇒ Lactat + NAD+ Netto-Energieausbeute 2 ATP In jeder Phase 108-109 Keime Milchsäure Essigsäure Mannitol Fructose Glukose Plengvidhya et al. 2007, Appl Environm Microbiol 17 05.04.2011 Milchsäurebakterien werden biotechnologisch eingesetzt…. • Speisen- und Getränkeerzeugung (Geschmack) • Haltbarmachung • Erzeugung von funktionellen Nahrungsbestandteilen (z.B. EPS) • Erzeugung von Bakteriozinen • Erzeugung von Milchsäure, Polyolen, BVitaminen. Überblick Bakterien Phylogenie 18 05.04.2011 Mikrobiologisches Artkonzept www.microbial-ecology.net Die rRNA Revolution 19 05.04.2011 Molecular clock IDEAL! • Universell verbreitet • Funktionell identisch • Konservierte und variable Bereiche • Konstante Substitutions/ Mutationsrate • Kein lateraler Gentransfer (‘echte’ Orthologie) REAL! –Ribosomale RNA/DNA –Recombinase RecA –Elongationsfaktor EF-TU –ATPase –Viele ribosomale Proteine 16S rDNA www.microbial-ecology.net 20 05.04.2011 Proteinbiosynthese www.microbial-ecology.net drei Domänen Modell nach Carl Woese 21 05.04.2011 Bacteria Acidobacteria Actinobacteria Aquificae Bacteroidetes Chlamydiae/Verrucomicrobia Chloroflexi Cyanobacteria Firmicutes (Gram positive) • Bacillales • Clostridiales • Lactobacillales • Mollicutes Nitrospirae Planctomycetes Proteobacteria (Alpha) Proteobacteria (Beta) Proteobacteria (Gamma) Proteobacteria (Delta) Spirochaetes Thermotogae Thermus/Deinococcus group Domäne: Abteilung: Klasse: Ordnung: Eukarya Archaea Crenarchaeota • Caldisphaerales • Desulfurococcales • Sulfolobales • Thermoproteales Euryarchaeota • Archaeoglobales • Haloarchaea • Methanobacteriales • Methanococcales • Methanomicrobiales • Methanosarcinales • Methanopyrales • Thermococcales • Thermoplasmatales • Thermoproteales Korarchaeota Nanoarchaeota Bakterien Firmicutes Bacilli Milchsäurebakterien (Lactobacillales) Opisthokonta • Metazoa • Choanoflagellata • Fungi Viridiplantae (algae & plant) Amebozoa Cercozoa (shelled amebas) Alveolata Marine flagellates Heterokonta (Stramenopiles) Discicristata Excavata Emerging Eukaryotes Phylogenie Lactobacillaceae Aerococcaceae Carnobacteriaceae Enterococcaceae - Leuconostocaceae Streptococcaceae Wichtige Arten sind: Lactobacillus acidophilus, ein Bestandteil der normalen Vaginalflora Lactobacillus bulgaricus - zur Joghurt-Gewinnung eingesetzt Lactobacillus casei Lactobacillus crispatus und Lactobacillus iners Enterococcus faecalis – menschl. Mikrobiota Lactobacillus helveticus - zur Käse-Herstellung Leuconostoc mesenteroides - zur Sauerkraut-Gewinnung eingesetzt - Lactobacillus plantarum 22 05.04.2011 Warum sind Milchsäurebakterien so erfolgreich? 23 05.04.2011 1: J Clin Gastroenterol. 2008 Sep;42 Suppl 3 Pt 2:S160-2. Functional genomics of probiotic Lactobacilli. Klaenhammer TR, Altermann E, Pfeiler E, Buck BL, Goh YJ, O'Flaherty S, Barrangou R, Duong T. • Genotyp ≠ Phänotyp • Mucus-bindende Proteine für Zell-Adhäsion • Transporter Systeme für Kohlenhydrate und Proteine • Gene für Säure- und Gallentoleranz & quorum sensing • Umweltbedingungen und LM-Matrix formen Genexpression distans.livstek.lth.se:2080/ microscopy/foods&bact.htm Streptococcus lactis Siegeszug der modernen Biotechnologie - Zusammenfassung - -Erforschung der MO Biotechnologie, interdisziplinäre Wissenschaft von (Mikro-)Biologie und Verfahrenstechnik (Maschinenbau) Jogurt oder Käse werden inzwischen in hoch spezialisierten Anlagen produziert, mit optimalen Bedingungen (Temp., Druck) für MO Förderug von bestimmte Eigenschaften der Bakterien, Schimmelpilze oder Hefen durch Züchtung Stetige Optimierung der Prozess- und Messtechnik, Hygienestandards Mit Hilfe der Gentechnologie kann man die MO gezielter verändern und an technische Parameter anpassen. 24 05.04.2011 Gentechnik bei Starterkulturen: Keine praktische Anwendung - große Erwartungen in gt Verfahren bei MO, Bakterien, Schimmelpilzen, (vor allem aber Bierund Bäckerhefen) Viele Forschungsprojekte wurden abgebrochen, derzeit sind in der EU keine gv-MO zugelassen, die unmittelbar in LM eingesetzt werden. praktische Umsetzung gestaltet sich schwierig, die Starterkulturen verbleiben im LM und gelangen beim Verzehr in den menschlichen Körper, mögliche Wechselwirkungen MO aus Mund oder GIT Viele entwickelte gv-MO im Testbetrieb nicht technisch ausgereift. Oft waren die neu eingeführten, veränderten Gene nicht stabil, die gewünschten Eigenschaften waren nach einigen Vermehrungszyklen nicht mehr aktiv. Die letzten Zulassungen von gt veränderten MO wurden in GB erteilt: 1995 für eine Brau- und 1999 für eine Backhefe Die Hefen wurden nur vorübergehend im Probebetrieb eingesetzt und finden heute keine kommerzielle Verwendung. Die Zulassungen sind erloschen. GT vs traditionellen Kultivierungsverfahren, kann Eigenschaften der Starterkulturen auch über die Artgrenzen hinaus verändern. Aroma- oder Geschmackseigenschaften von Früchten (Erdbeere), die an ein bestimmtes Gen gebunden sind, können auf Milchsäurebakterien zur Joghurtherstellung übertragen werden. Die auf diesem Wege hergestellten Stoffe müssen nicht als LM Zusatzstoffe deklariert werden. Senkung von Produktionskosten durch Verkürzung von Reifungszeiten (Käseherstellung). Durch Beschleunigung der Aromaentwicklung. Dem Bakterium Lactococcus lactis wurde dazu das Gen eines Virus übertragen, der die zellwandauflösende Substanz Lysozym bildet. Damit hofft man die Tätigkeit der MO im Käse vorteilhaft zu beeinflussen. Wegen der großen Bedeutung von milchzucker-, eiweiß- und fettabbauenden Enzymen (Lactase, Proteasen und Lipasen) bei der Käsereifung ist die gentechnische Forschung bemüht, Starterkulturen zu entwickeln, die diese Enzyme in der optimalen Menge produzieren. Ist das gewährleistet, kann auf die Zugabe solcher Enzyme im Nachhinein verzichtet werden. 25 05.04.2011 Resistenz gegen bakterielle Viren (Bakteriophagen) In den Großbetrieben der milchverarbeitenden Industrie ist der Befall der Starterkulturen mit bakteriellen Viren, so genannten Bakteriophagen, zu einem bedeutenden wirtschaftlichen Risikofaktor geworden. Neben der gezielten Auswahl von Bakterienstämmen, die natürlicherweise Resistenzen gegen den Befall durch Bakteriophagen aufweisen, wird fieberhaft daran gearbeitet, kommerziell bedeutsame Starterkulturen durch gentechnische Manipulation resistent gegen Virusinfektionen zu machen. viraler Transfer zwischen Zellen durch Bakteriophagen Alternativen zur Gentechnik: Gezielte Auswahl und Mutagenese Screening: Suche nach best. Eigenschaften in MO. Bestrahlung mit UV-Licht oder Behandlung mit Chemikalien Mutationen, Wahrscheinlichkeit steigt, einen Stamm mit den jeweils gewünschten Eigenschaften zu erhalten. die ausgewählten Stämme werden gezielt gezüchtet und bearbeitet, um die Stabilität sowie Ergiebigkeit zu fördern und die MO an bestimmte technische Prozesse anzupassen. z.B. Bakterienstämme die weniger Milchsäure produzieren und so eher den Geschmack des Verbrauchers treffen. Für probiotische Produkte wird nach besonders widerstandsfähigen Bakterien gesucht, welche das saure Milieu des Magens überstehen und den Darm lebend erreichen. 26 05.04.2011 Teil ll: Enzyme, „weiße Gentechnik“ Was sind Enzyme? Enzyme sind hochmolekulare, einfache oder zusammengesetzte Eiweißstoffe, die in den Zellen jedes lebenden Organismus oder in Körperflüssigkeiten vorkommen. Sie wirken als Biokatalysatoren, das heißt sie beschleunigen chemische Reaktionen. Enzyme steuern den Stoffwechsel in der gesamten lebenden Natur. Die Wortendung -ase kennzeichnet die Enzyme z.B. Urease, Glucoseoxidase Einsatzgebiete: - Lebensmittelindustrie: Bier, Brot, Milch, Käse, Joghurt, Sauerkraut - Landwirtschaft: Düngemittel, Biogas - Medizin: Antibiotika, Insulin, Impfstoffe, Biochemikalien (Vitamine) - Textil-, Leder- und Papierherstellung - aber auch in der Waschmittelindustrie, da Enzyme als Schmutzlöser wirken Enzyme und Enzympräparate werden heute immer häufiger in biotechnologischen Prozessen genutzt. 27 05.04.2011 Anwendungsmöglichkeiten • pharmazeutische Industrie: Antibiotika, Impfstoffe, Insulin, Aminosäuren, Grund- und Feinchemikalien • Lebensmittelindustrie: Futterhefe, Brot, Bier, Essig, Alkohol • Rohstoffgewinnung: am Beispiel der Metallgewinnung aus Müllhalden oder armen Erzen • Chemikalien aus Schlämmen wiedergewinnen • vollständige Nutzung vorhandener Rohstoffe (aus 1000 t Zelluloseabfällen können etwa 285 000L Ethanol gewonnen werden) • Energiegewinnung z. B. Biogas, Wasserstoff • Umweltschutz z.B. Entsorgung von Abwässern, Schadstoffbeseitigung (Kohleentschwefelung) • effektive Umweltkontrolle mit Hilfe Bioindikatoren Schlämme aus Industrieabwässern 28 05.04.2011 Enzyme sind Werkzeuge einer "sanften Chemie" Enzyme wirken als Biokatalysatoren: beschleunigen biochemische Reaktionen um ein Viel- Millionenfaches Enzyme sind an das Umfeld lebender Zellen angepasst. Im Gegensatz zu chemischen Prozessen benötigen enzymatische Verfahren weder Lösungsmittel, noch extreme Hitze oder Drücke und sind daher weniger energieintensiv Enzyme arbeiten effektiv und präzise: Sie wirken auf genau definierte Gruppen von Molekülen. Enzyme statt giftige Säuren: Schon nach einer Stunde haben biologische Helfer das Metall vom Rost befreit. Enzyme und Food Design Traditionelle Verfahren nutzten die Wirkung der Enzyme eher zufällig: ein wenig Kälbermagen wurde der Milch zugesetzt damit sie dick wird und daraus Käse werden konnte, außerdem: beim Mälzen der Gerste, beim Brotbacken oder bei der Erzeugung von alkoholischen Getränken. Enzyme sind auch beteiligt, wenn sich bei der Verarbeitung oder Zubereitung von Lebensmitteln die jeweils typischen Aromen herausbilden. Pektinasen waren die ersten LM-Enzyme, die als Präparat verwendet wurden. - erleichtern und verbessern das Auspressen von Obst und Gemüse, Zellwände der Pflanzen lassen sich schneller aufschließen höhere Saftausbeute bauen die nach dem Auspressen noch vorhandenen Trübstoffe ab, klären Apfelsaft 29 05.04.2011 kommerziell am bedeutendsten im LMbereich ist die Stärkeverzuckerung Im Prinzip kann jede stärkehaltige Pflanze verwendet werden. Enzyme zerlegen die Stärke in verschiedene Zucker - und fügen sie zu weiteren Zutaten und Zusatzstoffen zusammen. modifizieren Stärke, optimieren Fette und Eiweiße, stabilisieren aufgeschlagene Schäume und Cremes, "verkleben" unterschiedliche Fleischteile zu Kochschinken oder Brühwurst sorgen für Bissfestigkeit von Cornflakes, Gefrier-Tau-Stabilität eines Fertigteiges, gleichmäßige Qualität von Eiswaffeln und verhindern das Kleben von Nudeln nach dem Kochen bauen Asparagin, den Vorläufer für das möglicherweise krebserregende Acrylamid, ab Acrylamidgehalt von Knäckebrot, Kartoffelchips oder Pommes Frites um bis zu 90 Prozent reduziert Enzyme konservieren Mayonnaise und Eiprodukte, steuern die Reifung von fermentierten Lebensmitteln und Getränken, Aromabildung bei Käse oder Rotwein - Sie spalten aus Butter-, Käse- oder Rahmaromen Fettsäuren ab oder bilden aus Eiweißen Würze oder Bratengeschmack Gewinnung von färbenden Auszügen aus Früchten, Beeren oder Blattgrün beteiligt, entfernen biochemisch die Schalen von Obst, helfen bei der Extraktion von Zitrusessenzen. Mit Hilfe von Enzymen können Stärke, Fette oder Eiweiße so modifiziert werden, dass sie bestimmte technologische Aufgaben im LM erfüllen. Solche "funktionellen Komponenten" übernehmen zunehmend die Aufgaben von Zusatzstoffen ("E-Nummern"). Enzyme auf dem Weltmarkt • In der Natur mehr als 10.000 Enzyme, (1/2 bekannt) • 120 Enzyme werden industriell genutzt • 40-50% der inustriell verwend. Enzyme in der LM Industrie sind gt verändert v.a. Stärkeverzuckerung 30 05.04.2011 Enzyme in der Biotechnologie - Enzyme in vielen verschiedenen Gebieten eingesetzt, zB in der Medizin oder der Lebensmittelherstellung. Um den großen Bedarf an diesen MO zu decken, bedient man sich der modernen Gentechnologien, um die Enzyme in zahlreicher Menge in Laboren herzustellen. Hersteller gingen im Laufe der achtziger Jahre deshalb dazu über die Informationen für das Enzym in das Erbgut von Bakterien, Hefen oder Schimmelpilzen einzuschleusen. Diese Wirtsorganismen produzieren nun aufgrund des veränderten Erbguts das gewünschte Enzym. In der modernen Biotechnologie unterscheidet man heute zwei gentechnische Methoden, die unterschiedliche Ziele verfolgen: Methode 1: Genetic Engineering Ziel des Genetic Engineering ist die möglichst effiziente und qualitätskonstante Produktion von Enzymen, die auch in der Natur vorkommen. Um diese naturidentischen Enzyme herzustellen, wird in einen besonders leistungsfähigen Mikroorganismus die genetische Codierung des gewünschten Enzyms eingepflanzt. So wird die Ausbeute erhöht. 31 05.04.2011 Methode 2: Protein Engineering Ziel des Protein Engineering ist die Herstellung von modifizierten Enzymen mit Hilfe gentechnisch veränderter Mikroorganismen. Hierbei wird die genetische Codierung des gewünschten Enzyms derart verändert, dass die Aminosäuren, ausgetauscht werden und dadurch die Eigenschaften des Enzyms verbessert werden. Gentechnik hat Enzymtechnologie einen starken Schub versetzt Die Gentechnik ist der Motor, der die Enzyme in viele Anwendungsfelder hineinpumpt. (Gentechnik in der) Enzymherstellung Früher begrenzt durch: - chemische Synthese wegen komplizierter Molekülstruktur kaum möglich - unter natürlichen Bedingungen Enzyme nur in geringen Konzentrationen gebildet - Für Massenprodukten viel zu teuer Biotechnische Herstellung von Enzymen in Fermentern. Heute: Vielzahl von Enzymen biotechnisch gewonnen Verschiedene MO - Bakterien, Hefen, Schimmelpilze – worden gezüchtet, die für ihren eigenen Stoffwechsel benötigten Enzyme in großen Mengen auszuschütten. sowie Gentechnik: Im Prinzip kann nun jeder Mikroorganismus jedes Enzym in unbegrenzter Menge bilden. 32 05.04.2011 verschiedene Ansätze und Strategien • Optimierung enzymproduzierender Mikroorganismen - MO die das gewünschte Enzym von Natur aus bilden – (in geringen Konzentrationen) - Vervielfältigung des Enzym-Gens, das Vorschalten neuer "starker" Startsignale/ Promotor oder das Abschalten der natürlichen Regulation homologer Gentransfer, nur Gene aus der jeweiligen Art übertragen oder neu arrangiert. Beispiel: Xylanasen überwiegend gv Pilzkulturen (Aspergillus-, Trichoderma- Arten), aber auch gv Bakterien (Bacillus) Wirkung Aufspaltung von Bestandteilen pflanzlicher Zellwände Anwendungsbereiche Backwaren, auch: Fruchtsaft, Bier (im Ausland) gentechnische Herstellung verbreitet Kennzeichnung nein In EU acht Xylanase-Präparatem eist in Mischung mit anderen Enzymen, hergestellt. verschiedene Ansätze und Strategien • Transfer von Enzym-Genen auf Mikroorganismen Isolation von Enzym-Genen Übertragung auf andere MO Erst das neue Gen stimuliert Enzymausschüttung. Mit einer begrenzten Zahl von Produktionsstämmen können somit verschiedene Enzyme hergestellt werden - je nach Gen, das in ihr Erbgut eingefügt worden ist. Artgrenzen stellen bei der Gen-Übertragung kein Hindernis dar (heterologer Gentransfer). v.a. wenn keine MO dieses Enzym produzieren, Beispiel: Chymosin, das nur von Zellen im Magen von Kälbern gebildet wird. Durch Gentransfer kann die Produktion eines bestimmten Enzyms in MO "verlagert" werden, die als sicher bekannt sind und die einfach in technischen Anlagen (Fermentern) kultiviert werden können. Wirkung Spaltung von Milcheiweiß Anwendungsbereiche Käse gentechnische Herstellung verbreitet Kennzeichnung nein 33 05.04.2011 In den USA und Großbritannien wird Käse zu etwa 80 bis 90 Prozent mit gentechnisch gewonnenem Chymosin erzeugt. In der EU wird der Marktanteil auf etwa 75 Prozent geschätzt. Der überwiegende Teil des eingesetzten Chymosins geht in die Molke (MolkenpulverMolkenpulver) über, der Rest verbleibt im Käse. Ab 2013 neue EU-Vorschriften: Da Chymosin noch im Käse vorhanden ist, muss es als Zutat auf der Zutatenliste deklariert werden. Eine besondere Kennzeichnung im Hinblick auf eine Herstellung mit gentechnisch veränderten Organismen ist nicht vorgesehen. Herstellung von Chymosin mit gentechnisch veränderter Hefe (schematische Darstellung). Grafik: National Centre for Biotechnology Education (NCBE) verschiedene Ansätze und Strategien Optimierung der Enzyme (Protein Engineering). - Bisher Gentechnik um bekannte Enzyme mit neuen Verfahren möglichst "naturgetreu" her zu stellen - Inzwischen wird daran gearbeitet, über gezielte Veränderung am jeweiligen Gen ein Enzym an den jeweiligen Verwendungszweck anzupassen. - So dass das Enzym unter "ungewohnten" technischen Bedingungen (Temperatur, Säure usw.) eines Produktionsprozesses funktioniert Noch steckt das "Enzym Design" im Experimentierstadium - doch die ersten dieser "optimierten" Enzyme werden in Waschmitteln kommerziell eingesetzt. Anwendungen im Lebensmittelbereich stehen bevor. 34 05.04.2011 Weiße Gentechnik Zitronensäure wurde früher aus Zitrus-früchten gewonnen. Heute setzt man für die industrielle Produktion den Pilz Aspergillus niger ein (Lichtmikroskop bei 400facher Ver-größerung, Quelle: pixelquelle.de, enius.de) - erste Zusatzstoff, welcher in großem Stil biotechnologisch hergestellt wurde, war Zitronensäure. - früher aus Zitrusfrüchten gewonnen, mittlerweile fast die gesamte Weltproduktion aus dem Fermentationsprozess des Pilzes Aspergillus niger. Bsp. Für gv - MO Die Zahl der mit Hilfe von gv-Mikroorganismen gebildeten Substanzen wächst stetig. Aminosäuren, Verwendung als Futtermittel und Geschmacksverstärker in LM, oder in Aromapräparaten zur Abrundung oder Verstärkung des jeweiligen Geschmacks - Phenylalanin (Aspartam), kann ebenfalls biotechnologisch hergestellt werden Konservierungsstoffe wie Nisin und Natamycin, die Geschmacksverstärker Glutaminsäure und Inosinsäure, der Aromastoff Vanillin sowie die Vitamine B12, B2 und C Einsatz von gv-Mikroorganismen schon nahezu Routine in LM Industrie 35 05.04.2011 Bsp. Riboflavin, Vit B2 - Ende der 1990er Jahre industrielle Herstellung von Vitamin B2 ausschließlich chemischtechnischen Verfahren - mehrstufige Prozess, sehr aufwändig, - inzwischen gentechnisch veränderte MO für die Synthese des Vitamins - als Futtermittelzusatz, Herstellung von Kosmetika - die Vitaminkristalle sind intensive orange bis gelbe eignen sie sich zur Färbung von Lebensmitteln. - Vitamin B2 ist als Farbstoff (E101) zugelassen und wird in fetthaltigen Nahrungsmitteln wie Desserts und Süßwaren, Mehl, Teigwaren, Mayonnaise und Frühstücksflocken - Bei der Verwendung als Farbstoff darf Vitamin B2 nur mit der Bezeichnung "Riboflavin" bzw. E101 auf der Zutatenliste des jeweiligen Lebensmittels deklariert werden. - Zusetzung für Babykost oder Fitness-Snacks zur Vitaminanreicherung Milchprodukte sind besonders gute Lieferanten für Vitamin B2. Im Vergleich: Chemisch-technisches und biotechnisches Verfahren Früher chemisch-technisch aus Traubenzucker (Glukose) hergestellt - acht Zwischenstufen - sehr aufwändig - Einsatz von umweltrelevante Chemikalien Inzwischen ersetzt durch einstufige Fermentation MO die bestimmte Enzyme des biochemischen Herstellungsweges für das Vitamin bilden -- Die gentechnische Veränderung steigerte lediglich die Ausbeute, um die Produktion wirtschaftlich attraktiv zu machen. Vitamin B2-Kristalle in polarisiertem Licht - Rohstoff und Nährmedium dienen Glukose oder Biomasse - Die Fermentation läuft unter gemäßigten Bedingungen ab: im wässrigen Milieu, unter Normaldruck und bei Umgebungstemperatur. - B2 kristallisiert in gelben Nadeln aus, kann problemlos von der Fermentationsbrühe abgetrennt werden - mit hohem technischen Aufwand gereinigt, im Verkaufsprodukt keine DNA mehr nachweisbar 36 05.04.2011 Schema der biotechnischen und chemisch-technischen Vitamin B2-Produktion bei der BASF AG Biotechnische Produktion: Entlastungen für die Umwelt - nur geringe Mengen chemischer Hilfsmittel, die für die Umwelt kaum Risiken bergen - anfallende Abfallbiomasse kann biologisch verwertet werden - Die Qualität von Vitamin B2 hat sich durch optimierten Kristallstruktur verbessert - Luftverschmutzung, Energieverbrauch und Produktionskosten sind deutlich geringer als bei einer chemisch-technischen Produktion 37 05.04.2011 Mikroorganismen für die Vitamin B2-Synthese verschiedene MO eingesetzt, Promotor wurde gt verändert, kontrolliert die Bildung der an der natürlichen Vitaminsynthese beteiligten Enzyme. Die genetische Information für Vitamin B2 / Riboflavin wurde nicht modifiziert. * Bacillus subtilis, ein Bodenbakterium, stellt wie viele MO natürlicherweise Vitamin B2 her. Als Ausgangsstoff dient Traubenzucker (Glukose). Das Bakterium gilt als gesundheitlich unbedenklich und wird auch zur Synthese anderer Stoffe schon seit Jahren eingesetzt. Das von dem Unternehmen DSM entwickelte, gentechnisch veränderte Bakterium produziert 300.000 mal mehr Vitamin als normal. * Ashbya gossypii, ein Pilz, besitzt ebenfalls von Natur aus Enzyme zur Bildung von Vitamin B2. Hier dient als Rohstoff Biomasse. Die Ausbeute ist besonders hoch, wenn Pflanzenöle auf Sojabasis als Substrat eingesetzt werden. Die gentechnische Veränderung hat die Produktion auf das 50.000 fache gesteigert. Der Pilz wird in den Anlagen des Unternehmens BASF verwendet. Vitamin B2: Sicher auch bei Herstellung mit gvMikroorganismen? Die Produktionsanlage: verschiedenen Sicherheitsstufen für gt Anlagen: Bioreaktoren der Sicherheitsstufe 1 (ohne Risiko) müssen lediglich angezeigt werden. Das würde auf die Fermenter im Lebensmittelbereich zutreffen. Bei Sicherheitsstufe 2 ist eine Anmeldung bei den zuständigen Behörden erforderlich. Die Mikroorganismen: Anmeldepflichtig sind die MO, welche in einer gentechnischen Anlage eingesetzt werden. In der LMverarbeitung dürfen nur Stämme mit dem so genannten GRAS-Status (generally recognized as safe) verwendet werden. Die Zentrale Kommission für Biologische Sicherheit (ZKBS) hat eine umfangreiche Liste herausgegeben, die zahlreiche Bakterien-, Pilz- und Hefearten verzeichnet und nach ihrem möglichem Risiko für Umwelt, Menschen und Tiere einstuft. MO, die Stoffe für Lebens- und Futtermittel produzieren, dürfen nur der Risikogruppe 1 (= kein Risiko) angehören. Das trifft auch für die Spenderorganismen zu. Die jeweiligen Stämme sind außerhalb der Anlagen nicht überlebensfähig. Daher bestehen bei einer möglichen Freisetzung in die Umwelt keine Bedenken. Wenn die Mikroorganismen ein höheres Gefahrenpotenzial aufweisen, sind die Bioreaktoren durch geeignete technische Maßnahmen gesichert. 38 05.04.2011 Vitamin B2: Sicher auch bei Herstellung mit gvMikroorganismen? Das Produkt: Für Vitamine oder Zusatzstoffe gelten bestimmte Sicherheitsstandards, z.B. Reinheitsgrad. Dabei spielt es keine Rolle, mit welchen Verfahren die jeweiligen Produkte hergestellt werden – sei es chemisch, biotechnisch oder mit gentechnisch veränderten Mikroorganismen. Denn das Endprodukt ist chemisch identisch. Verantwortlich für die Qualität und Sicherheit der Produkte ist das jeweilige Unternehmen. Anlage und Produktion werden von Aufsichtsbehören überwacht. Bei Herstellungsverfahren mit gv-Mikroorganismen wird vor allem kontrolliert, ob das Vitamin tatsächlich sorgfältig aufgereinigt ist und keine DNA oder andere Bestandteile der Produktionsorganismen enthält. Zulassung: Seit März 2000 ist mit Hilfe gentechnisch veränderter Mikroorganismen hergestelltes Vitamin B2 nach der damals maßgebenden Novel-FoodVerordnung zugelassen. Enzyme in Waschmitteln in sehr geringer Menge in der Waschmittelmischung eingesetzt Schlüssel für modernen Waschmittel Die hochspezialisierten Stoffe dringen gezielt in die Schmutzpartikel ein und spalten sie auf. Dabei kann jedes Enzym nur einen bestimmten Stoff aufspalten (Substratspezifität). Enzyme entfernen mit hoher Wirksamkeit ganz spezifische Verschmutzungen - Bei niedrigen Temperaturen aktiv, schonen die Textilien - Vorwäsche nicht mehr notwendig - spart Energie und Wasser - Durch gezielte Reinigungswirkung in Verbindung mit anderen Inhaltsstoffen, z.B. Tenside, kann die Menge an Wasch- und Waschmittelhilfsstoffen noch weiter reduziert werden. Das Abwasser wird weniger belastet. Zudem sind die Enzyme vollständig biologisch abbaubar. 39 05.04.2011 Beispiele: Proteasen: spalten Proteine und wirken gegen Flecke von Eiern, Milch u.ä. Amylasen: Lipasen: Cellulasen: spalten Stärke und beseitigen Rückstände von Schokolade, Kartoffelbrei u.ä. . spalten Fette und wirken gegen Flecken von Make-up, Sonnencreme u.ä. . entfernen Baumwollfusseln und frischen färbige Textilien auf Hauptsächliche Verwendung von Archaea Enzymen, da hitzestabil, extremophil Extremozyme Durch Cellulasen 40 05.04.2011 Extremozymproduktion mithilfe von Gentechnik Für große Menge Enzyme benötigt man viele Archaea Diese treten in der Natur jedoch nur in geringer Menge auf – darum gt Der Aufbau jedes Enzyms ist im Erbgut der Archaeen festgelegt Man entfernt das entsprechende Stück aus der Archaeen-DNA und pflanzt es in das Erbgut von Laborbakterien ein. Diese produzieren nun mithilfe des eingefügten DNA-Stücks das gewünschte Enzym in großen Mengen. Waschmittelallergien und ihre Ursachen Die in Waschmitteln enthaltenen Proteasen greifen nicht nur Eiweißflecken an sondern auch die Haut des Menschen. Vor allem sind die Enzyme verunreinigt, das heißt, dass diese aus Bakterien gewonnen Substanzen oft noch die Bakterienzellwände enthalten. Diese können bei sensiblen Menschen und bei nichtausreichend gespülter Wäsche allergische Reaktionen hervorrufen. Um die Gefahren zu verringern wurden die Enzympartikel mit wachsartigen Substanzen, den sogenannten Prills ummantelt , um direkten Hautkontakt zu vermeiden und die Lagerfähigkeit der Produkte zu verbessern. 41 05.04.2011 Sind Enzyme sicher? Mithilfe von technischen Standards bei der Produktion und geeigneten Testverfahren für die Enzymprodukte kann ein hohes Sicherheitsniveau erreicht werden. Nachdem die MO die gewünschten Enzyme ausgeschüttet haben, werden sie isoliert und mehrfach gereinigt. Eventuell im Verlauf der gt Manipulation eine Veränderung der Enzymstruktur. Darum Tests in Tierversuchen. Befürchtung, dass mit vermehrten Einsatz von Enzymen Allergien zunehmen könnten. Grundsätzlich können alle Proteine - und damit auch jedes Enzym - eine allergische Überreaktion des Immunsystems auslösen. Die meisten Enzyme in Lebensmitteln werden zudem bereits bei der Zubereitung (beim Backen beispielsweise) umgesetzt und gehen nicht in das Lebensmittel über. Für die Umwelt sind Enzyme nicht gefährlich, da sie biologisch abbaubar sind. Ausflug: Archaea Früher als Procaryonten zusammen gefasst, da sie wie die Bakterien keinen ZK besitzen. Seit 1990 eigene Domäne, da sie sich in der rRNA von den Bakterien unterscheiden. Aufbau der ZW ist speziell (Pseudomurein), generell sehr vielfältig in ihrem Aufbau Die zentralen molekularen Prozesse, zum Beispiel Translation und Transkription, sind dagegen denjenigen der Eukaryoten recht ähnlich: Archaeen benutzen ähnliche, aus mehreren Proteinuntereinheiten zusammengesetzte RNA-Polymerasen u.v.m Die meisten Archaea-Arten findet man in extremen Habitaten (bes. in heißen Quellen und Wasser mit sehr niedrigem pH), im Faulschlamm und Rindermägen, auf glühenden Kohlehalden(!), in Salzseen. Meist autotroph, anaerob (t.w. O2 sogar toxisch), Methanogen, 42 05.04.2011 Archaea wurden beim Menschen im Darm (Colon), im Mund (Zahnflora) und in der Vagina nachgewiesen. V.o. Gattung Methanobrevibacter Methanobrevibacter smithii. Diese zählen zu den methanogenen Archaea. Jedoch kommen nicht bei allen Menschen M. smithii im Darm vor, bei Säuglingen unter zwei Jahren wurden bisher noch nie Archaea identifiziert. Je mehr methanogene Archaea im (entzündeten) Zahnfleisch vorhanden sind, desto stärker ist eine entsprechende Parodontitis ausgeprägt. Auch bei Patienten mit Darmkrebs bzw. Divertikulose war die Menge methanogener Archaea in jenen Bereichen erhöht. Archaea tragen nur indirekt zur Erkrankung bei, indem sie das Wachstum echt pathogener Bakterien fördern. In dünnen Menschen verglichen zu Übergewichtigen wurden mehr Archaea nach gewiesen. Europa harmonisiert Zulassung von Enzymen Nach einer neuen EU-Verordnung werden Zusatzstoffe, Aromen und Enzyme in Lebensmitteln künftig innerhalb der Europäischen Union ein einheitliches Zulassungsverfahren durchlaufen. In Deutschland war für Enzyme bisher keine Zulassung erforderlich. Die Aufsicht über die Zulassung liegt in den Händen der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA). Sie wird eine "Positivliste" aller Enzyme auf dem Markt erstellen, die aber wahrscheinlich nicht vor 2013 vorgelegt wird. Auf den Verpackungen angegeben werden müssen Enzyme nur, wenn sie eine "technologische Wirkung" haben. Ob sie mit Hilfe von gentechnisch veränderten Mikroorganismen hergestellt wurden, muss nicht angegeben werden. Das bei der Käseherstellung eingesetzte Lysozym muss nach der EU-Verordnung 1332/2008 EC in Zukunft als Zusatzstoff deklariert werden. Quelle: Alexandra Bucurescu 43 05.04.2011 Was in der Positivliste drinstehen muss Beschreibung des Enzyms (Name, Synonyme) Spezifikationen wie Ursprung, Reinheitskriterien und die mögliche Herstellung mit gentechnisch veränderten (gv) Mikroorganismen Lebensmittel, denen das Enzym zugesetzt werden darf Bedingungen, unter den es verwendet werden darf Verkaufsbeschränkungen Kennzeichnung Nach der Einschätzung des Verbands Europäischer Enzymhersteller, ist mit einer Liste der überhaupt zulässigen Anträge erst 2013 zu rechnen Bewertung aller Anträge durch die EFSA..voraussichtlich bis 2015 Endgültige Positivliste der in der EU zugelassenen Lebensmittelenzyme durch die Europäische Kommission ...?? Sicher ist, dass Enzyme, die mit Hilfe von gt veränderten MO hergestellt werden, nicht besonders gekennzeichnet werden müssen. Deklariert werden müssen überhaupt nur Enzyme die eine "technologische Wirkung" im entsprechenden LM haben Zusatzstoffe 44 05.04.2011 Bis jetzt sind das nur: - Lysozym - das bei der Reifung von Käse eingesetzt wird - und Invertase - das bei der Herstellung von Süßwaren die Füllungen feucht hält. Die allermeisten Enzyme gelten jedoch als technische Hilfsstoffe, die auch weiterhin nicht unter die Deklarationspflicht fallen. 1922 entdeckte Fleming das Lysozym, im Nasensekret. 45
