Zoete biotech: DSM maakt stevia met fermentatie

stevia

De zoetstof stevia wekt de interesse van fabrikanten omdat hij de smaak van suiker benadert. Tot voor kort werd die stof uit de plant stevia rebaudiana (honingkruid) gehaald. DSM is erin geslaagd een alternatieve, biotechnologische productiemethode te ontwikkelen die goedkoper en duurzamer is.

Suiker is de laatste tien jaar uitgegroeid tot volksvijand nummer één. De publicatie Sweet poison van David Gilespie uit 2008 luidde een omslag in het denken in. Suiker is op zichzelf geen slecht voedingsmiddel, maar in ons westerse bewegings- en eetpatroon krijgen we er snel te veel van binnen. Overgewicht kan het gevolg zijn. In Nederland maakt bijna de helft van de consumenten zich meer zorgen over hun suikerconsumptie dan drie jaar geleden.

Dat maakt suikervervanging actueel, want de consument is aan de smaak gewend geraakt. Vanouds zijn er synthetische zoetstoffen zoals aspartaam en sacharide verkrijgbaar. Maar steeds grotere groepen consumenten keren kunstmatige voedingsingrediënten de rug toe. Bovendien is hun smaak niet gelijk aan suiker. Stevia lijkt er veel sterker op en dat heeft deze calorieloze, natuurlijke zoetstof in korte tijd erg populair gemaakt.

De zoete variant van het steviaplantje groeit van nature in noordoost Paraguay. Het bevat een reeks verschillende steviol glycosiden (zoetstoffen). Dat zijn bijvoorbeeld de moleculen rebaudioside (Reb) A, Reb-B Reb-D en Reb-M, elk met hun eigen smaakprofiel. Deze varianten verschillen van elkaar in de hoeveelheid en de manier waarop glucose moleculen aan de ruggengraat van dit molecuul zijn gekoppeld.

Reb-M is twee- tot driehonderd keer zoeter dan suiker, maar stevia-blaadjes bestaan voor minder dan 1% uit deze stof. Tot nu toe is extractie uit de steviaplant de meest toegepaste productiemethode. Dit betekent dat naarmate suikervervanging door stevia populairder wordt, de steviaplant steeds meer schaarse landbouwgrond zal opeisen.

Fermentatieve productie

In het Rosalind Franklin Biotechnology Center van DSM in Delft hebben onderzoekers een duurzamer alternatief ontwikkeld. ‘Wij zijn er in geslaagd dezelfde moleculen te maken met moderne biotechnologie,’ zegt Biotechnoloog Oscar Goddijn, vice president Stevia & Suikerreductieprogramma. ‘Fermentatie brengt een veel grootschaliger toepassing binnen bereik en heeft een veel kleinere ecologische voetafdruk dan door extractie verkregen Stevia. Daarnaast is de productie vele malen kosteneffectiever en is de leveringszekerheid groter.’

Andere bedrijven zijn ook overtuigd van de potentie van fermentatieve productie van steviol glycosides. Één daarvan is Cargill, een van de mondiale koplopers op gebied van zoetstoffen. De twee bedrijven gaan hun wederzijdse technologiën en competenties op dit gebied samenbrengen in de fifty-fifty joint venture Avansya, die onder de naam EverSweet de nieuwe zoetstoffen zal produceren en op de markt zal brengen. DSM brengt vooral biotechnologische know-how en onderzoeksexpertise in. Daarbij gaat het onder andere om ontwikkeling van de juiste stammen voor de productie en doorontwikkeling van het fermentatieproces. Ook klantrelaties voor specifieke markten komen van DSM, maar Avansya zal vooral bouwen op Cargills wereldwijde commerciële positie in zoetstoffen.

dsm-chemelot

De juiste mix

Cargill staat daarnaast garant voor applicatiekennis. De productie zal plaatsvinden in Blair, Nebraska, waar het bedrijf een grootschalige fermentatiefaciliteit heeft. Voor de productie van Reb-M en Reb-D komt er een nieuwe fermentatiefabriek bij, die in de zomer van 2019 de eerste producten moet opleveren. EverSweet is allereerst bedoeld voor de Amerikaanse markt, waar de voedings- en medicijnenautoriteit FDA al toestemming heeft verleend voor marktintroductie. De dossiers zijn klaar om over een paar jaar ook toestemming van de Europese voedingsautoriteit EFSA te krijgen. Dan kan ook de productie voor de Europese markt op stoom komen.

Goddijn legt uit waarom zowel Reb-M als Reb-D wordt gemaakt: ‘In de fermentatie kun je de productie op varianten sturen. Hoewel Reb-M de meest zuivere smaak heeft, vinden proefpersonen mengsels met een klein percentage Reb-D ook heel lekker. Kennelijk is dit een combinatie die de suikersmaak heel dicht benadert.’

Optimalisatie

Ondertussen gaan de onderzoekers door met het optimaliseren van het fermentatieproces. ‘In Delft hebben we al meer dan honderd jaar ervaring met fermentatie voor het maken van verschillende producten, van penicilline tot hartige smaakstoffen. Ook Cargill heeft ruime ervaring op fermentatiegebied. Zodra de joint venture een feit is, gaan we beoordelen welke giststam als 'werkpaard' de zoetstof het meest efficiënt kan produceren, de Saccharomyces cerevisiae van Cargill of de Yarrowia lipolytica van DSM.’

Het produceren van de zoetstof verschilt niet veel van andere fermentatieve processen. ‘De basis van het upstream-proces, het produceren van de zoetstoffen met gist en nutriënten, volgt een eeuwenoud proces. Maar er is met de tijd uiteraard heel veel kennis opgebouwd over hoe je hier op industrieel niveau optimaal gebruik van kan maken. Beide partners hebben op dit gebied veel expertise in huis,’ zegt Goddijn. ‘Voor het downstream-proces, het winnen en zuiveren van de zoetstof uit die “productiesoep”, gebruiken we een methodiek die ook wordt gebruikt voor het opzuiveren van Stevia-extracten. We passen een combinatie van kolomscheidings- en kristallisatie-technieken toe om uiteindelijk tot een kwalitatief zeer zuiver, 'food grade' product te komen.’

Ook met de keuze voor een werkpaard stopt het optimalisatieproces niet. ‘In het Rosalind Franklin Biotechnology Center in Delft hebben we een grote gereedschapskist ter beschikking voor optimalisatie. Dat varieert van klassieke stamverbetering tot vergaand geautomatiseerde processen om de metabole routes van giststammen te verbeteren. Het is mogelijk bepaalde combinaties van aanpassingen eerst in de computer te simuleren, om ze vervolgens te testen.’

Op voorhand is eigenlijk nooit te zeggen welke benadering het best werkt. ‘Daarom doen we het allebei. In elk geval is duidelijk dat er nog heel wat rek in zit. Dat moet ook. Het gaat hier om een markt die in potentie enorm is, maar die je alleen verovert als de kostprijs – en de kwaliteit - aantrekkelijk genoeg is. Om dat te bereiken hebben we de biotechnologie hard nodig.’

Applicaties

‘Stevia heeft een zuivere smaak (clean taste), bevat geen calorieën en is natuurlijk,’ somt Goddijn nog eens op. ‘Maar suiker uitsluitend vervangen door stevia kan vrijwel alleen bij frisdranken.’ Bij de meeste andere voedingsmiddelen werkt het zo niet. Suiker vervult vaak nog andere functies dan alleen de zoete smaak: het is een vulstof, verlengt de houdbaarheid en zorgt bij verhitting voor kleurverandering. Dat palet aan eigenschappen maakt vervanging ingewikkeld. Zuivel of snoepjes vragen om volledige oplossingen, die meerdere ingrediënten bevatten.

‘Daarom kijken wij breed hoe we volledige oplossingen kunnen bieden. Zo maken wij het enzym lactase. De werking van lactase, dat lactose in glucose en galactose splitst, maakt het mogelijk om in bepaalde zuivelproducten dezelfde zoetheid te ervaren met minder toegevoegde suiker. Daarnaast hebben we Reb-M als suikervervanger. De specifieke combinatie van lactase en Reb-M kan zuivelproducenten in staat stellen de hoeveelheid toegevoegde suiker sterk terug te brengen – zelfs tot nul. Zo werken we aan meer combinaties, bijvoorbeeld steviol glycosiden met vezelrijke en smaakloze vulstoffen, zoals inuline.’

Lees ook
FNLI: ‘Geen oorzakelijk verband tussen sterke bewerking en gewichtstoename’

FNLI: ‘Geen oorzakelijk verband tussen sterke bewerking en gewichtstoename’

Een groep onderzoekers onder leiding van Kevin Hall publiceerde deze maand een onderzoek met snoeiharde conclusies: sterk bewerkt voedsel zou de oorzaak zijn van de gewichtstoename onder de bevolking. EVMI vroeg de FNLI om een reactie. De branchevereniging erkent de resultaten, maar wil wel het een en ander nuanceren. ‘De titel van het...

Verband tussen bewerkt voedsel en obesitas aangetoond

Verband tussen bewerkt voedsel en obesitas aangetoond

Vorige week publiceerde een groep onderzoekers onder leiding van Kevin Hall een onderzoek met snoeiharde conclusies: sterk bewerkt voedsel zorgt voor een hogere calorie-intake. Het zou een verklaring zijn voor de obesitas-epidemie die woedt sinds de opmars van industrieel voedsel. We lichten het onderzoek kort uit. Veel wetenschappers...

DSM koopt Indiaas plastic

DSM koopt Indiaas plastic

Royal DSM heeft aangekondigd dat ze de Engineering Plastics-afdeling van het Indiase bedrijf SRF Ltd. over gaat nemen. Dat is te lezen op de website van DSM. SRF Ltd. is een bedrijf met een leidende rol in India op het gebied van ontwikkeling, productie en verkoop van specialty materials. De Engineering Plastics-afdeling die...