Onderzoekers aan de Universiteit Gent zijn erin geslaagd om op een duurzame en kost-efficiënte manier suikers te produceren die niet alleen tandvriendelijk en laag-calorisch zijn, maar ook een prebiotische werking vertonen.
Waarom nieuwe suikers?
De tijd dat enkel een te hoge vetconsumptie werd gezien als dé oorzaak van voedingsgerelateerde aandoeningen zoals overgewicht en obesitas, is voorbij. De laatste jaren zijn het immers vooral de suikers die met de vinger worden gewezen. Zij bevatten op zich minder calorieën dan vetten maar omdat onze hersenen van oudsher zó geprogrammeerd zijn om op zoek te gaan naar zoetigheid, dat ons bovendien een genotsgevoel bezorgt, eten we er al snel teveel van. Naast een te hoge calorie-inname zijn er bij een te hoge suikerconsumptie ook nog andere nadelige effecten aangetoond, zoals een verhoogd risico op diabetes type 2, tandcariës en hart- en vaatziekten. Ook is er mogelijks een link met ontstekingsgerelateerde ziekten en een sneller verouderingsproces.
Kijken naar de natuur
Om deze reden is er de laatste jaren zeer veel onderzoek verricht naar het vinden van alternatieven voor de klassieke sucrose. Dit blijkt echter niet altijd even voor de hand liggend, aangezien sucrose naast een zoete smaak ook tal van andere functies heeft in voedingsproducten. Tot nu toe bleken de polyolen wel een relatief goede kandidaat-vervanger maar het laxerend effect dat de meesten teweegbrengen, is toch wel een nadeel. Intussen wordt gekeken naar een nieuwe klasse van suikervervangers, namelijk de alternatieve suikers. Dit zijn disachariden waarbij ofwel de binding tussen de suikermoleculen anders is, ofwel de samenstelling anders is dan bij sucrose (dat bestaat uit een glucose en een fructose, gekoppeld via een 1-2 binding), waardoor ze andere metabole eigenschappen hebben. Meer over deze alternatieve suikers kan je trouwens lezen in dit en dit artikel.
Het is nu zo dat de meeste van deze suikeralternatieven gewoon in de natuur te vinden zijn. Neem nu kojibiose. Deze suiker is te vinden in honing en de Japanse drank saké en initiële testen tonen aan dat het wel eens een laag-calorische en tandvriendelijke sucrosevervanger zou kunnen zijn. Het probleem is echter dat suikers in deze natuurlijke bronnen vaak in zeer lage concentraties aanwezig zijn, wat isolatie voor onderzoek, laat staan voor industriële toepassing, vrijwel onmogelijk maakt. De reeds bestaande synthetische methoden zijn bovendien niet optimaal naar kostprijs en opbrengst toe. In het kader van het GlycoProFit project heeft het Centrum voor Synthetische Biologie aan de Universiteit Gent hier echter iets op gevonden. Zij zijn er immers in geslaagd om een enzym zó te finetunen dat het efficiënt grote hoeveelheden van deze natuurlijke suikers kan aanmakenf!
Een enzym doet het werk!
In ons lichaam grijpen er elk moment complexe processen plaats die ons metabolisme draaiende houden. Deze processen zouden te traag of soms helemaal niet kunnen verlopen zonder de aanwezigheid van enzymen. Enzymen kan je dus het best beschouwen als moleculaire machines die een bepaalde reactie, de omzetting van het ene molecule in het andere, katalyseren. In een laboratorium kan je dergelijke enzymen nu zó gaan wijzigen dat ze enkel een gewenste component aanmaken, wat men enzyme engineering noemt. En het is nu net deze techniek die de onderzoekers van UGent hebben toegepast.
Zij vertrokken van het enzym sucrose fosforylase van Bifidobacterium adolescentis. In deze bacterie maakt dit enzym fructose en glucose-1-fosfaat uit een molecule sucrose en fosfaat. Maar indien men aan het enzym een glucosemolecule geeft in plaats van fosfaat, dan kan het ook twee glucosemoleculen aan elkaar zetten (zie onderstaande figuur).
De onderzoeksgroep heeft toevallig ontdekt dat er zo niet alleen maltose maar ook kleine hoeveelheden kojibiose worden gevormd. Op verschillende plaatsen hebben de wetenschappers vervolgens mutaties gebracht in het DNA dat codeert voor dit enzym die mogelijks zijn werking zouden kunnen wijzigen. Met behulp van een initiële screening en statistische modellen zijn ze uiteindelijk gekomen tot een combinatie van mutaties die zorgen dat het enzym nu veel meer kojibiose dan maltose produceert. Alle ongewenste, resterende suikers kunnen dan door bakkersgist verwijderd worden. Na concentratie en koeling wordt finaal kristallijne, quasi volledig pure kojibiose bekomen. En ook onder industriële condities op grote schaal blijkt deze methode uitstekend te werken. Door het proces nog wat verder te optimaliseren, zijn de onderzoekers er immers al in geslaagd om uit 10 liter 3 kilogram van 99,8% zuivere kojibiose te produceren. Dat lijkt nog niet veel, maar het is alvast een enorme vooruitgang ten opzichte van de enkele grammen die je zou kunnen bekomen door extractie uit natuurlijke bronnen. Dit belooft alvast voor verdere opschaling!
Met deze techniek heeft de UGent bovendien een echte platformtechnologie in handen. Door andere mutaties in te brengen in het enzym kan immers relatief eenvoudig een heel arsenaal aan deze zeldzame suikers geproduceerd worden. Zo werd bijvoorbeeld ook al het suiker nigerose efficiënt geproduceerd en zitten er nog een tiental andere suikers in de pipeline.
Kojibiose is een functionele suiker
Doordat er nu een duurzaam, kost-efficiënt en opschaalbaar proces bestaat om suikers als kojibiose te produceren, wordt het eenvoudiger om hun gezondheidseffecten en mogelijke toepassingen te bestuderen. Met behulp van een testsimulatie van het menselijk maag-darmstelsel blijkt kojibiose niet verteerd te worden in de mond en maag en slechts in geringe mate in de dunne darm. Dit betekent dat kojibiose potentieel een tandvriendelijke suiker is met een lage glycemische index en dat veel van deze suiker integraal de dikke darm kan bereiken. Dit wil zeggen dat ze zich metabool eerder gaan gedragen zoals voedingsvezels, wiens gezondheidseffecten deels te danken zijn aan de fermentatie ervan in de dikke darm. En inderdaad, specifieke menselijke fecale micro-organismen zijn in staat om kojibiose te fermenteren en hierbij korte-keten-vetzuren te produceren die o.a. belangrijk zijn voor een gezonde darmwand en het regelen van onze bloedsuikerspiegel. Het ontdekken van voedingscomponenten met een dergelijke prebiotische werking is een belangrijk gegeven, aangezien het belang van een goede darmgezondheid steeds meer aan het licht komt.
Binnenkort koji-chocolade?
Al deze resultaten omtrent de functionaliteit van kojibiose zijn alvast heel veelbelovend. Uiteraard zullen nog uitgebreidere studies nodig zijn om het effect op de tanden, de vertering en uiteraard de smaak van kojibiose volledig vast te leggen. Om het gedrag van kojibiose in voedingsproducten te bepalen, zijn ook al eerste testen uitgevoerd. Zo lijkt deze nieuwe suiker, mits enkele procesaanpassingen, alvast goed geschikt te zijn om sucrose in chocoladeproducten te vervangen. Ook bakten de onderzoekers er zelf al een lekkere cake mee. Om het volledige potentieel van kojibiose in andere zoetwaren te bepalen, is echter nog verder onderzoek nodig. Bovendien vallen suikers zoals kojibiose onder de Novel Food wetgeving en zal nog een dossier ter goedkeuring moeten ingediend worden bij de Europese Commissie. Producten met deze nieuwe suikers zullen dan ook nog niet meteen op de markt verschijnen, maar wij kijken er alvast naar uit!
Bronnen
- Verhaege, T., De Winter, K., Berland, M., De Vreese, R., D’hooghe, M., Offmann, B. & Desmet, T., Chem. Commun., 2016, 52, 3687-3689.
- Beerens, K., De Winter, K., Van de Walle, D., Grootaert, C., Kamiloglu, S., Miclotte, L., Van de Wiele, T., Van Camp, J., Dewettenick, K. & Desmet,T., J. Agric. Food Chem., 2017, 65, 29, 6030-6041.
- Franceus, J., Dhaene, S., Decadt, H., Vandepitte, J., Caroen, J., Van der Eycken, J., Beerens, K. & Desmet, T., Chem. Commun., 2019, 55, 4531.
- Microbioom, na de hype, Jop De Vrieze, EOS Special ‘De Wetenschap Over Voeding’, p.22-27, 2018.
- Minder suiker en beter vet, Charlotte Boone & Keshia Broucke, Flanders’ FOOD publicatie, 2015.
- https://eostrace.be/artikelen/bakken-we-binnenkort-cake-met-kojibiose-in-plaats-van-suiker
- https://www.flandersfood.com/artikel/2017/04/26/de-exploratie-van-enkele-nieuwe-suikervervangers-kan-beginnen
