Een van de grootste hindernissen bij het vinden van een gezond, betaalbaar alternatief voor tafelsuiker of sucrose is het vermogen om het te maken. Eén zo'n alternatief is allulose, dat ongeveer 70% zo zoet is als sucrose, maar slechts 10% van de calorieën bevat, en waarvan zelfs is aangetoond dat het de bloedsuikerspiegel verbetert en gewichtsverlies bevordert bij mensen met type 2-diabetes. De huidige productiemethoden staan echter bekend om hun lage opbrengsten en slechte kwaliteit, wat de ontwikkeling ervan heeft belemmerd.
Nu hebben wetenschappers van de Universiteit van Californië, Davis (UCDavis) een "grote doorbraak" bereikt in de productie van allulose, met behulp van een methode die zowel opbrengsten van hoge kwaliteit oplevert als haalbaar en schaalbaar is, waardoor het een levensvatbaar, gezonder suikeralternatief wordt. Deze methode herschrijft ook de huidige manier om cellulose in te kopen en kan de commerciële productie ervan snel bevorderen.
"Cellulose is een geweldige suikervervanger, maar we hebben nog geen kosteneffectieve manier om het te produceren", zegt Shota Atsumi, hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van Californië, Davis. "Onze nieuwe methode is efficiënt, kosteneffectief en kan worden opgeschaald voor commerciële productie."
Allulose (ook bekend als D-bruine rijstsuiker) wordt als een zeldzame suiker beschouwd omdat het van nature in sporenhoeveelheden voorkomt in slechts enkele plantaardige voedingsmiddelen, zoals tarwe, vijgen en rozijnen. Eenmaal geëxtraheerd heeft het de textuur en smaak van sucrose met slechts 0,4 calorieën per gram, vergeleken met 4 calorieën per gram sucrose. Omdat het een monosacharide is, een enkel suikermolecuul, doorloopt het een heel ander proces in het menselijk lichaam. Ongeveer 70% wordt door de dunne darm geabsorbeerd en binnen 24 uur via de urine uitgescheiden. De rest wordt in ongeveer 48 uur via de schilderachtige route van de dikke darm uitgescheiden. Daarom heeft allulose geen invloed op de bloedsuikerspiegel of het insulinegehalte.
Momenteel worden de enzymen D-tagatose-3-epimerase (DTEase) (DTEase) en D-psicose-3-epimerase (DPEase) gebruikt om psicose te extraheren en de omzetting ervan uit fructose te katalyseren, maar de beperkingen van dit proces betekenen dat de opbrengst maximaal 50% kan bedragen en dat de zuiverheid erg laag is.
In plaats van te proberen de productie van deze enzymen te verhogen, gingen wetenschappers van UC Davis op zoek naar een andere manier om de suiker volledig te produceren. Ze vonden deze methode in de gewone darmbacterie Escherichia coli (E. coli).
Het team, dat samenwerkte met het Mars Advanced Research Institute, bewerkte de metabolische processen van de microben zo dat wanneer de cellen glucose kregen, ze deze omzetten in psicose. Als resultaat bereikte de opbrengst onmiddellijk 62% (en, belangrijker nog, de zuiverheid overschreed de 95%).
"Zodra de stroom is omgeleid, merk je dat de cellen alles hebben wat ze nodig hebben; ze hoeven alleen maar te worden ingeschakeld en paden die niet nodig zijn, worden uitgeschakeld", zei Atsumi.
Kortom, E. coli heeft van nature de juiste route om aurinose uit glucose te produceren, en de wetenschappers hebben het ontwerp aangepast om de schakelaar om te zetten naar een specifiek metabolisch resultaat. Deze nieuwe methode produceert niet alleen psicose, maar is ook duurzaam en kosteneffectief, waardoor de productie kan worden opgeschaald met behulp van bestaande infrastructuur en biochemische technologieën.
"De technologie en infrastructuur voor katalyse van hele cellen zijn al industrieel ingeburgerd en kunnen het modelorganisme E. coli voorzien van grondstoffen die niet concurreren met de commerciële voedselproductie", aldus de onderzoekers in het artikel. “Het vermogen om zeldzame suikers batchgewijs te produceren zal caloriearme suikeralternatieven bieden voor ultrabewerkt voedsel, waardoor de stijgende obesitascijfers wereldwijd worden aangepakt. De verhoogde productie van zeldzame suikers zal ook duurzame pesticiden opleveren voor de landbouwindustrie en eenvoudige suikers met medicinale waarde voor de farmaceutische industrie.”
En omdat de gemodificeerde E. coli alle glucose verslindt die aan hen wordt toegevoerd, is er weinig werk verderop in de keten nodig om de zuiverheid te verbeteren, wat een ander gedoe met de huidige productiemethoden oplost.
Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature's Science of Food.