Wie süß ist gesund? Tagatose könnte das Zuckerproblem lösen
Tufts-Forscher nutzen E. coli als Mikrofabriken für Tagatose, die 60% weniger Kalorien hat und Blutzucker kaum beeinflusst
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Von Saccharin im 19. Jahrhundert bis hin zu Stevia und Mönchsfrucht im 21. Jahrhundert haben Forscher und die Lebensmittelindustrie lange nach einem Süßstoff gesucht, der den Geschmack von Zucker ohne dessen Nachteile - übermäßige Kalorien, Zahnverfall und ein erhöhtes Risiko für Fettleibigkeit, Insulinresistenz und Diabetes - bietet.
In einer Studie, die in der Zeitschrift Cell Reports Physical Science veröffentlicht wurde, haben Tufts-Forscher nun einen Weg zur biosynthetischen Herstellung eines ansonsten seltenen Zuckers namens Tagatose entwickelt, der sehr wohl die Süße und den natürlichen Geschmack von Haushaltszucker ohne dessen potenzielle Nachteile bieten könnte. Er könnte sogar einige gesundheitliche Vorteile bieten.
Tagatose kommt in der Natur nur in sehr geringen Mengen vor, verglichen mit gewöhnlichen Zuckern wie Glukose, Fruktose oder Saccharose. Sie kommt in Milch und anderen Milchprodukten vor, wenn die Laktose durch Hitze oder Enzyme aufgespalten wird, wie es beispielsweise bei der Herstellung von Joghurt, Käse und Kefir der Fall ist.
Einige Früchte wie Äpfel, Ananas und Orangen enthalten Spuren von Tagatose als Teil ihres natürlichen Kohlenhydratspektrums. Da Tagatose in der Regel weniger als 0,2 % des in natürlichen Quellen vorkommenden Zuckers ausmacht, wird sie für den Verzehr in der Regel nicht extrahiert, sondern hergestellt.
"Es gibt etablierte Verfahren zur Herstellung von Tagatose, aber sie sind ineffizient und teuer", sagt Nik Nair, außerordentlicher Professor für Chemie- und Bioingenieurwesen an der Tufts University.
"Wir haben eine Methode zur Herstellung von Tagatose entwickelt, indem wir die Bakterien Escherichia coli so konstruiert haben, dass sie wie winzige Fabriken arbeiten, die mit den richtigen Enzymen ausgestattet sind, um große Mengen an Glukose zu Tagatose zu verarbeiten. Dies ist wirtschaftlich viel praktikabler als unser früherer Ansatz, bei dem weniger häufig vorkommende und teure Galaktose zur Herstellung von Tagatose verwendet wurde.
Die Bakterien sind so konstruiert, dass sie ein neu entdecktes Enzym aus Schleimpilzen namens Galaktose-1-Phosphat-selektive Phosphatase (Gal1P) enthalten, das dazu beitragen kann, Galaktose direkt aus Glukose herzustellen. Ein zweites von den Bakterien exprimiertes Enzym, die Arabinose-Isomerase, vollendet die Umwandlung von Galaktose in Tagatose.
Die Ausbeute an Tagatose aus Glukose, die von den Bakterien erzeugt wird, könnte bis zu 95 % betragen und ist damit deutlich höher und kostengünstiger als bei der herkömmlichen Herstellung, bei der die Ausbeute nur 40 bis 77 % beträgt.
Tagatose ist 92 % so süß wie Saccharose (Haushaltszucker) und hat etwa 60 % weniger Kalorien. Tagatose wurde von der FDA als "allgemein anerkannt sicher" eingestuft, was bedeutet, dass sie in Lebensmitteln sicher verwendet werden kann. Das bedeutet, dass sie in Lebensmitteln unbedenklich verwendet werden kann. Zum Vergleich: Das ist die gleiche Einstufung, die auch Salz, Essig und Backpulver erhalten.
Sein potenzieller Nutzen für Diabetiker ergibt sich aus der Tatsache, dass es im Dünndarm nur teilweise absorbiert wird; ein Großteil davon wird von Darmbakterien im Dickdarm fermentiert. Aus diesem Grund sind seine Auswirkungen auf den Blutzucker und das Insulin viel geringer als die von herkömmlichem Zucker. Klinische Studien zeigen einen sehr geringen Anstieg des Plasmaglukosespiegels oder des Insulinspiegels nach der Einnahme von Tagatose.
Im Gegensatz zu Saccharose, die kariesverursachende Bakterien im Mund fördert, scheint Tagatose das Wachstum einiger dieser Bakterien zu reduzieren, und es gibt Hinweise darauf, dass sie probiotische Wirkungen zur Unterstützung gesunder Mund- und Darmbakterien hat.
Mit ihrem geringen Kaloriengehalt und ihrer geringen Absorption ist Tagatose ein attraktiver "Bulk-Süßstoff", d. h. sie kann nicht nur Zucker ersetzen, sondern auch eine ähnliche Bulk-Textur beim Kochen bieten, wie sie bei der Zugabe von Zucker in einer gewissen Menge entsteht, was bei hochintensiven Süßstoff-Ersatzstoffen nicht der Fall ist. Er bräunt beim Kochen sogar wie Haushaltszucker. Bei Geschmackstests im Vergleich zu anderen Zuckern und Zuckeraustauschstoffen weist er die größte Ähnlichkeit mit Haushaltszucker auf.
"Die wichtigste Innovation bei der Biosynthese von Tagatose bestand darin, das Gal1P-Enzym des Schleimpilzes zu finden und es in unsere Produktionsbakterien einzubauen", so Nair. "Dadurch konnten wir einen natürlichen biologischen Stoffwechselweg umkehren, der Galaktose in Glukose umwandelt, und stattdessen Galaktose aus Glukose erzeugen, die uns als Ausgangsstoff geliefert wurde. Von diesem Punkt aus können Tagatose und potenziell andere seltene Zucker synthetisiert werden.
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Originalveröffentlichung
Aaron M. Love, Christopher G. Toomey, Abhishek Kumar, Sukesh Narayan Kashyap, Dhinesh Kumar Santhamoorthy, Likith Muthuraj, Hannah L. Lynch, Parayil Kumaran Ajikumar, Pravin Kumar R., Nikhil U. Nair, Christine N.S. Santos; "Reversal of the Leloir pathway to promote galactose and tagatose synthesis from glucose"; Cell Reports Physical Science, Volume 6
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