Zoet eiwit: hoe een stukje eiwit suiker overbodig kan maken
Stel je een korrel suiker voor, en dan een stof die duizenden keren zoeter smaakt dan diezelfde korrel, terwijl er vrijwel geen calorieën in zitten. Dat bestaat: het zijn zogeheten zoete eiwitten, natuurlijke bouwstenen die van nature voorkomen in een handvol tropische planten en die onze smaakreceptoren zo sterk prikkelen dat een piepklein beetje al een intense zoetheid oplevert. Waar gewone suiker (sucrose) een koolhydraat is, bestaat een zoet eiwit uit een keten van aminozuren, net als spiervezels of haar, maar dan met een vorm die precies past op de zoetreceptor van de tong.
Een treffende vergelijking: een snufje chilipoeder kan een hele pan eten pittig maken omdat capsaïcine, de stof die voor de scherpte zorgt, al bij minieme hoeveelheden je zenuwuiteinden activeert. Zoete eiwitten werken op een vergelijkbare manier, maar dan voor de zoetreceptor. Daardoor is er van sommige zoete eiwitten maar een fractie nodig van de hoeveelheid suiker om hetzelfde zoetheidsgevoel te krijgen, met als gevolg vrijwel geen calorieën en geen effect op de bloedsuikerspiegel. Dat maakt ze interessant als vervanger van suiker in een tijd waarin overgewicht, diabetes type 2 en suikerbelastingen wereldwijd hoog op de agenda staan.
Wat is het precies?
Een zoet eiwit is een proteïne die, wanneer die de tong raakt, de zoetsmaakreceptor activeert. Die receptor is zelf ook een eiwit, opgebouwd uit twee delen die samen een soort slot vormen: T1R2 en T1R3. Bij gewone suiker past een klein suikermolecuul in dat slot. Bij zoete eiwitten gaat het anders: het eiwit is vele malen groter dan een suikermolecuul en klapt als het ware om een deel van de receptor heen, waardoor het signaal 'zoet' extra sterk en extra lang wordt doorgegeven aan de hersenen. Dat verklaart waarom er zo weinig van nodig is.
De bekendste zoete eiwitten zijn ontdekt in planten uit West- en Centraal-Afrika. Thaumatine komt uit de vrucht van Thaumatococcus daniellii, een plant die lokaal al eeuwenlang wordt gebruikt om bittere gerechten zoeter te maken. Monelline is gevonden in de zogeheten 'serendipity berry' (Dioscoreophyllum cumminsii), en brazzeïne werd in 1994 beschreven in de vrucht van Pentadiplandra brazzeana uit Gabon. Op gewicht zijn deze eiwitten ruwweg honderden tot enkele duizenden keren zoeter dan suiker, al lopen de precieze factoren in de literatuur uiteen en hangen ze af van de meetmethode.
Er bestaat ook een verwante, maar andere categorie: smaakmodificerende eiwitten. Het bekendste voorbeeld is mirakuline, het eiwit uit de 'wondervrucht' (Synsepalum dulcificum). Mirakuline is zelf niet zoet, maar herprogrammeert de receptor tijdelijk zodat zure dingen, zoals een citroen, plotseling zoet smaken. Dat is technisch iets anders dan een zoet eiwit, maar het wordt in dezelfde context onderzocht omdat het dezelfde belofte biedt: minder suiker nodig voor eenzelfde zoetervaring.
Lange tijd was extractie uit planten de enige manier om aan deze eiwitten te komen, en dat is duur en weinig schaalbaar: je hebt veel land, water en oogsttijd nodig voor een kleine hoeveelheid eiwit. De grote verandering van de afgelopen jaren is precisiefermentatie. Daarbij wordt het DNA dat de bouwtekening van het eiwit bevat, ingebouwd in een micro-organisme, meestal een gist zoals Komagataella phaffii (beter bekend als Pichia pastoris) of soms een bacterie. Dat micro-organisme groeit in een fermentatietank op suiker of andere voedingsstoffen en produceert daarbij het gewenste eiwit, dat vervolgens wordt gezuiverd. Dezelfde technologie wordt al decennia gebruikt om insuline en stremsel (chymosine, voor kaasbereiding) te maken, en wordt nu dus ook ingezet voor zoetstoffen.
Wat wil men ermee bereiken?
Het hoofddoel is simpel geformuleerd: dezelfde zoetheid bieden als suiker, maar dan met minder calorieën, geen bloedsuikerpiek en zonder de gezondheidsnadelen die aan overmatige suikerconsumptie worden toegeschreven, zoals een verhoogd risico op obesitas, diabetes type 2 en tandbederf. Voedingsmiddelenfabrikanten staan bovendien onder druk van suikerbelastingen en veranderende consumentenwensen om suiker te verminderen zonder dat producten aan smaak inboeten.
Bestaande alternatieven hebben elk hun beperkingen. Kunstmatige zoetstoffen zoals aspartaam en sucralose roepen bij een deel van de consumenten zorgen op over 'onnatuurlijke' ingrediënten en hebben soms een metaalachtige nasmaak. Plantaardige zoetstoffen zoals stevia (steviolglycosiden) en het vruchtenextract monniksvrucht hebben vaak een bittere of drop-achtige bijsmaak bij hogere concentraties. Zoete eiwitten worden gepositioneerd als mogelijk gunstiger alternatief: ze zijn afkomstig uit de natuur, worden door het lichaam net als andere eiwitten afgebroken, en sommige varianten hebben een relatief schone smaak. Of ze in de praktijk voor de gemiddelde consument ook echt beter smaken dan bestaande opties, is uiteindelijk een kwestie van smaak en blijft ter discussie.
Een tweede, minder besproken doelstelling is duurzaamheid. Fermentatie in een tank vraagt veel minder land en water dan het verbouwen van suikerriet of suikerbiet, en kan in theorie op elke locatie worden opgezet, onafhankelijk van klimaat. Voorstanders zien hierin een manier om voedselproductie te ontkoppelen van grootschalige landbouw, al is de energie die fermentatietanks en zuiveringsprocessen kosten op zijn beurt weer een aandachtspunt.
Voorbeelden uit de praktijk
Thaumatine is het langst bestaande commerciële voorbeeld. Het wordt sinds het einde van de jaren zeventig verkocht onder de merknaam Talin en heeft in de Europese Unie de additief-code E957, waar het is toegelaten als smaakversterker en zoetstof in onder meer kauwgom en zuivelproducten.
Het Amerikaanse bedrijf Oobli (voorheen actief onder de naam Joywell Foods) produceert zoete eiwitten, onder meer een variant van brazzeïne, via precisiefermentatie met gist. Het bedrijf bracht de afgelopen jaren in de Verenigde Staten consumentenproducten op de markt, waaronder chocolade en thee waarin het zoete eiwit (deels) suiker vervangt.
In Israël werkt het bedrijf Amai Proteins aan een andere aanpak: met computationele eiwitontwerptechnieken worden varianten van bestaande zoete eiwitten, zoals monelline, digitaal geoptimaliseerd op stabiliteit en zoetkracht voordat ze via gistfermentatie worden geproduceerd. Het bedrijf presenteert dit als 'zoetheid als dienst' voor de voedingsmiddelenindustrie en heeft naar eigen zeggen samenwerkingen met grotere spelers in de voedingssector om de productie op te schalen.
Ook op universitair niveau is er langlopend onderzoek. De structuur van de zoetreceptor T1R2/T1R3 en de manier waarop grote eiwitten daarop inhaken, wordt al jaren bestudeerd aan verschillende Amerikaanse en Aziatische universiteiten, en die kennis vormt de basis voor het ontwerpen van nieuwe, stabielere eiwitvarianten.
Een curiositeit die vaak in dezelfde adem wordt genoemd, is mirakuline uit de wondervrucht. Dit smaakmodificerende eiwit wordt al jaren gebruikt op zogeheten 'flavor-tripping'-feestjes, waarbij mensen na het kauwen op een tablet met mirakuline zure etenswaren als zoet ervaren. Er loopt daarnaast klein onderzoek naar de vraag of zulke eiwitten kunnen helpen bij mensen die door chemotherapie een verstoorde smaakwaarneming hebben, of bij mensen die om medische redenen suiker moeten mijden.
Hoe ver is de techniek?
Zoete eiwitten zijn geen toekomstmuziek meer: thaumatine wordt al decennia commercieel gebruikt, en enkele fermentatiebedrijven verkopen inmiddels producten waarin nieuwere zoete eiwitten zijn verwerkt. Toch is grootschalige toepassing, bijvoorbeeld als suikervervanger in frisdrank of gebak op de schappen van een gemiddelde supermarkt, nog beperkt.
Er zijn een paar hardnekkige obstakels. Ten eerste zijn eiwitten gevoeliger dan suikermoleculen: bij verhitting of in een zure omgeving, zoals in frisdrank, kunnen ze van vorm veranderen (denatureren), waardoor ze hun zoetheid deels of geheel verliezen. Dat maakt ze minder geschikt voor producten die gebakken of langdurig verhit worden. Ten tweede hebben sommige zoete eiwitten, waaronder thaumatine, een nasmaak die door een deel van de proevers als drop- of lakritsachtig wordt omschreven, wat de toepasbaarheid beperkt. Ten derde is productie via fermentatie weliswaar goedkoper dan extractie uit planten, maar nog altijd duurder dan gewone suiker, zeker op de schaal waarop de voedingsmiddelenindustrie suiker gebruikt.
Ook regelgeving speelt een rol. In de Verenigde Staten kunnen nieuwe ingrediënten via een zogeheten GRAS-status ('generally recognized as safe') relatief snel worden goedgekeurd door de Food and Drug Administration (FDA). In de Europese Unie vallen nieuw geproduceerde, via fermentatie gemaakte eiwitten doorgaans onder de Novel Food-verordening, waarbij de Europese Autoriteit voor Voedselveiligheid (EFSA) een uitgebreidere veiligheidsbeoordeling uitvoert. Dat traject kost doorgaans meer tijd, wat mede verklaart waarom de meeste nieuwe zoete-eiwitproducten tot nu toe eerst in de Amerikaanse markt verschijnen.
Kortom: het principe is bewezen en werkt, de productietechnologie (precisiefermentatie) is volwassen en wordt al voor andere eiwitten commercieel toegepast, maar de combinatie van kostprijs, smaakstabiliteit en regelgeving zorgt ervoor dat zoete eiwitten voorlopig een nichetoepassing blijven in plaats van een directe vervanger van suiker in de volle breedte van de voedingsmiddelenindustrie.
Wie werken eraan?
Naast het Amerikaanse Oobli en het Israëlische Amai Proteins houden ook grotere ingrediëntenbedrijven, zoals smaakstoffenconcerns die wereldwijd actief zijn in de voedingsmiddelenindustrie, de ontwikkelingen op het gebied van precisiefermentatie voor zoetstoffen nauwlettend in de gaten, al gebeurt dat vaak via samenwerkingen met of investeringen in gespecialiseerde start-ups in plaats van eigen productontwikkeling.
Op wetenschappelijk gebied dragen universiteiten in de Verenigde Staten al decennia bij aan de basiskennis over de structuur van zoete eiwitten en de zoetreceptor, onderzoek dat de basis vormt voor het huidige eiwitontwerp. Ook in Nederland is relevante kennis aanwezig: Wageningen University & Research doet voedingswetenschappelijk onderzoek naar eiwitten, fermentatietechnologie en smaakperceptie, thema's die rechtstreeks raken aan de ontwikkeling van alternatieve zoetstoffen.
Regelgevende instanties zoals de Amerikaanse FDA en de Europese EFSA bepalen uiteindelijk mede het tempo waarin nieuwe zoete eiwitten daadwerkelijk in voedingsmiddelen mogen verschijnen, en zijn daarmee indirect een van de belangrijkste partijen in dit veld.