Illustration Enzyme

Enzyme wirken als Katalysatoren für biologische Prozesse – und für Produktinnovationen.

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Die Enzymaktivität hängt von vielen Faktoren ab.
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Verminderung der Aktivierungsenergie durch Enzymkatalyse.
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Die Familie der Xylanasen.
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Auswirkungen von Lipasen auf Fettmoleküle.
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Proteolytische Enzyme.
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Wirkung verschiedener Amylasen.
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Nicht nur in der Lebensmittelherstellung gewinnen enzymatische Verfahren immer mehr an Bedeutung. Enzyme haben sich als wahre Alleskönner erwiesen. Sie sind in der Lage, chemische Reaktionen zu vereinfachen, den benötigten Energieeinsatz wie auch die Kosten zu senken und die gewünschten Ergebnisse zielgenau zu erreichen.

In der Produktion von Nahrungsmitteln sorgen sie zum Beispiel für verbesserte Teigeigenschaften und eine bessere Frischhaltung beim Brot, für kochfeste Teigwaren, Lagerstabilität bei Süßwaren und für eine vereinfachte Produktion von Bier und Spirituosen. Jedes Ferment hat eine hohe Substrat- und Reaktionsspezifität. So lassen sich mit neu geschaffenen Enzymen und Enzym-Compounds gezielt Lebensmitteleigenschaften optimieren und innovative Produkte entwickeln.

Biologische Katalysatoren mit erstaunlichen Potenzialen.

Nach Ansicht von Wissenschaftlern gibt es über 10.000 natürlich vorkommende Enzyme, von denen erst ungefähr die Hälfte entdeckt und untersucht wurde. Ein Enzym (auch Ferment genannt) ist ein Protein, das als Katalysator wirkt. So senken Enzyme den Widerstand, der einer bestimmten chemischen Reaktion entgegensteht, und beschleunigen diese Reaktion um ein Vielfaches. Manchmal sorgen sie auch dafür, dass eine Reaktion überhaupt zustande kommt.

Früher mussten zum Beispiel die Rohstoffe, die zur Produktion von Alkohol dienten, erst durch Hitze aufgeschlossen werden. Mit enzymatischer Unterstützung lassen sie sich dagegen ohne Kochen aufschließen, was Energieeinsatz und Produktionskosten erheblich senkt.

Wie der Schlüssel zum Schloss.

Enzyme arbeiten sehr präzise und katalysieren nur Reaktionen bestimmter Substrate, die sie gezielt verändern. Unbeabsichtigte Nebenreaktionen lassen sich bei enzymatischen Prozessen nahezu ausschließen, denn jedes Enzym verhält sich ausschließlich zu einem Substrat wie ein Schlüssel zum Schloss: Es fördert nur die Reaktion, zu der es passt. So kann Amylase zum Beispiel einen Vierfachzucker in Zweifachzucker aufspalten, aber um Zweifachzucker zu Einfachzucker zu wandeln, ist ein anderes Enzym nötig.

So wirken wichtige Enzyme unserer Enzym-Compounds:

Amylasen (α-Amylasen, β-Amylasen, Glucoamylasen)
Die Einwirkung der Amylasen wandelt Stärke zur Energiequelle für Hefe. Dabei bilden α-Amylasen Dextrine, die durch β-Amylasen und Glucoamylasen weiter in Maltose beziehungsweise Glucose umgewandelt werden. Die Hydrolyse des Stärkegels setzt Wasser frei und verringert die Viskosität. Außerdem sind die kurzkettigen, reduzierenden Zucker an der Bildung von Geschmacksstoffen und der Gebäckbräunung beteiligt. Durch Glucoamylase, die Traubenzucker aus der Stärke freisetzt, kann der notwendige Zuckerzusatz verringert werden.

Proteasen
Die Stabilität des Weizenproteins (Gluten) ist maßgeblich für die Einbringung von Energie, die mit ansteigendem Widerstand des Teiges gegen das Kneten zunimmt. In flüssigen Teigen, wie zum Beispiel in Waffelmassen, bildet das Protein Agglomerate, die zu Schwierigkeiten in der Verarbeitung und zu Inhomogenität des Endproduktes führen können. Die Aktivität der Protease ist wichtig für die Steuerung dieser Eigenschaften. Endo-Proteasen spalten die Polypeptidketten im Inneren des Moleküls und schwächen so das Protein. Dagegen haben Exo-Proteasen nur einen begrenzten Effekt auf die Struktur. Die von ihnen gebildeten kurzkettigen Peptide und Aminosäuren dienen jedoch als Vorstufen zur Aroma- und Pigmentbildung.

Hemicellulasen (Xylanase, Pentosanase)
Bereits im nativen Zustand – also im kalten Teig – bindet Hemicellulose große Mengen an Wasser. Hemicellulasen bauen das Hemicellulose-Polymer in kleine Bruchstücke ab und zerstören so das Gel. Dadurch wird Wasser freigesetzt und die Viskosität gesenkt. Hemicellulose bildet zudem Komplexe mit den Proteinen des Mehles. So beeinflussen Hemicellulasen auch die mechanischen Eigenschaften des Klebernetzwerks und reduzieren damit die Festigkeit sowie die Elastizität von Teigen, während sich die Dehnbarkeit erhöht.

Carboxylesterase (Lipasen, Phospholipasen, Glycolipasen)
Bei Carboxylesterasen steht deren Einfluss auf die Struktur von Backwaren im Mittelpunkt unserer Anwendungsforschung. Carboxylesterasen wandeln die mehleigenen Lipoidanteile, aber auch die zugesetzten Öle und Fette in besser emulgierende Substanzen (z. B. Mono- und Diglyceride) um. Das kann zu strukturellen Vorteilen führen und reduziert oder ersetzt den Zusatz von Emulgatoren. Insbesondere Lipasen setzen jedoch auch viele Fettsäuren frei, die einen gewollten (Käse- reifung) oder ungewollten Effekt (Ranzigkeit) auf die Endprodukte haben können.

Invertase
Invertase hat die Fähigkeit, Saccharose in Glucose (Dextrose bzw. Traubenzucker) und Fructose umzuwandeln. Dabei wird etwas Wasser verbraucht, und zwar genau ein Molekül pro Molekül Saccharose. Die Mischung aus Saccharose, Glucose und Fructose hat eine niedrigere Viskosität und neigt weniger zum Kristallisieren als Saccharose. Das Produkt bleibt also weicher. Zudem ist Fructose hydroskopisch, sie bindet Wasser an sich. Dadurch wird die Verdunstungsneigung des Wassers verringert. So kann durch Invertase die Lagerstabilität von Cremefüllungen, Marzipan etc. vergrößert werden.

Lactoperoxidase
Lactoperoxidase ist ein Enzym, das in der Milch vorkommt und neugeborene Kälber vor Infektionen schützt. In der menschlichen Mundhöhle hat die Peroxidase des Speichels eine wichtige Schutzfunktion. Sie oxidiert Thiocyanat zu Hypothiocyanat und verbraucht dabei Wasserstoffperoxid. Thiocyanat ist im Speichel, in Lebensmitteln und auch im Tabakrauch vorhanden. Hypothiocyanat und seine Derivate bilden ein wirksames Abwehrsystem gegen kariogene Keime. So kann von außen zugeführte Lactoperoxidase den körpereigenen Schutz vor Karies unterstützen.