Wetenschap - 1 februari 1996

De beestjes die onze melk zuur maken

De beestjes die onze melk zuur maken

Melkzuurbacterien breed toepasbaar in voedingsindustrie

Zo'n vijftig promovendi in Nederland onderzoeken melkzuurbacterien. Dankzij deze bacterien smaakt karnemelk naar karnemelk, zijn wijn en salami langer houdbaar en hebben we een keur aan yoghurts, kazen en zuurkolen. Met gericht veredelde melkzuurbacterien wil de voedingsindustrie haar concurrentiepositie verstevigen.


De Nederlandse landbouw- en voedingsonderzoekers hebben zich de afgelopen twintig jaar niet alleen gespecialiseerd in tomaten, aardappels, runderen en champignons, maar ook in melkzuurbacterien. Maar liefst vijftig promovendi buigen zich inmiddels over de beestjes die onze melk zuur maken.

De Wageningse onderzoekschool Vlag (Voeding, levensmiddelen- en agrotechnologie, gezondheid) heeft zo'n twintig aio's in dienst, waarvan er tien werken op het zuivelinstituut Nizo in Ede. TNO-Voeding in Zeist en Rijswijk heeft tien promovendi op dit onderwerp gezet en op de Rijksuniversiteit Groningen onderzoeken twintig aio's de genen, koolhydraten en eiwitten van melkzuurbacterien.

Min of meer toevallig raakten Groningse microbiologen rond 1975 in de ban van de inmiddels populaire bacterien. Ze ontdekten de plaats van een belangrijk gen, betrokken bij het splitsen van melkeiwit. Deze vondst opende nieuwe mogelijkheden voor veredeling en leidde tot de eerste, extern gefinancierde projecten. De Groningse onderzoekers staken ook flink wat eigen geld in de bacterie. Want als model voor andere anaerobe bacterien (bacterien die alleen kunnen leven zonder zuurstof) zijn ze erg interessant. Met weinig DNA zijn het overzichtelijke organismen en ze zijn ook nog eens belangrijk voor de industrie.

Al eeuwen gebruiken mensen mengsels van verschillende stammen en soorten melkzuurbacterien bij de produktie van yoghurt, karnemelk, kaas, salami, zuurkolen, bepaalde soorten brood en bij het inmaken van groenten. De melkzuurbacterien breken koolhydraten of suikers af tot lactaat of melkzuur. Wanneer onze eigen melk zuur wordt, is dat vervelend, maar als het gaat om yoghurt, kool of salami is het gunstig vanwege de conserverende werking van melkzuur; veel bedervers kunnen niet goed tegen een zuur milieu.

Bovendien scheiden melkzuurbacterien kleine eiwitjes af die andere micro-organismen remmen en ook dat verbetert de houdbaarheid van produkten. Een van deze antibacteriele eiwitjes, nisine, wordt al los toegevoegd aan smeerkaas om de houdbaarheid te vergroten. In Groningen trachten aio's ondermeer de produktie van zogeheten bacteriocines te ontrafelen.

De bacterien breken het melkeiwit caseine af tot peptiden en aminozuren. Die afbraakprodukten maken de smaak van het voedsel vaak lekkerder. Daarnaast wordt het melkbestanddeel citraat afgebroken tot diacetyl; dit geeft de typische smaak en geur van karnemelk. Bovendien breken de bacterien vetten af waarvan de afbraakprodukten ook weer de smaak beinvloeden. Afgaande op het onderzoek bij TNO-Voeding zijn bacterien in de toekomst mogelijk aan te zetten tot de produktie van dit soort smaak- en geurstoffen.

Gel

Maar melkzuurbacterien kunnen nog iets. Ze scheiden zogeheten polysacchariden of polysuikers uit, die water tot gel verdikken. Van nature doen ze dit waarschijnlijk om zich met een gellaagje tegen de buitenwereld te beschermen. Voor de industrie zijn deze polysacchariden interessant als verdikkingsmiddelen of stabilisatoren bij het maken van soepen, sauzen, toetjes, margarines en jams. Nu gebruikt de industrie hiervoor nog voornamelijk koolhydraten uit planten, zoals zetmeel en xanthaan. Maar voor bepaalde toepassingen zijn de polysacchariden uit melkzuurbacterien misschien goedkoper, gezonder, of beter roerbaar. Vorig jaar zijn bij de onderzoekschool Vlag vijf aio's aan het werk gezet op polysacchariden uit melkzuurbacterien.

Het lijkt wel of deze eenvoudige bacterien alles mee hebben om de voedingsindustrie te gerieven: ze groeien in grote dichtheden, het substraat waarop ze groeien is goedkoop, ze scheiden gemakkelijk eiwitten uit, ze zijn veilig en vermoedelijk zijn ze zelfs gezond voor de mens. Elk zichzelf respecterend zuivelconcern heeft inmiddels een produkt dat appelleert aan gezondheid. In de schappen staan Biogarde, Yakult en Danona: yoghurts met de claim dat ze extra gezond zijn vanwege bepaalde stammen melkzuurbacterien. Tests op proefpersonen zouden hebben aangetoond dat deze melkzuurbacterien het cholesterolgehalte verlagen en de immuunrespons verhogen, al is nog onbekend waaraan dat ligt. Last but not least werken aio's aan melkzuurbacterien met het oog op eiwitten die als medicijn kunnen dienen, of met het doel eetbare vaccins te maken. Zo is streptococcus, die interessante bacterie-dodende eiwitjes maakt, misschien toe te voegen aan tandpasta om tandplak tegen te gaan.

Veel eigenschappen betekent ook veel mogelijkheden om ze te veredelen en veel mogelijkheden om de concurrentiepositie van de Nederlandse industrie te vergroten. Maar zijn de melkzuurbacterien dan nog niet goed genoeg? Er moet geld worden verdiend", stelt prof. dr W.L.M. de Vos, hoogleraar Microbiologie aan de LUW, op het zuivelinstituut Nizo. Het competitievermogen van de Nederlandse industrie moet gehandhaafd blijven. Daarbij gaat het inderdaad om het streven naar goedkopere produktie. Maar niet alleen. De industrie wil ook kwalitatief betere en veiliger produkten."

Met name bedrijven als Unilever en Frico Domo zijn geinteresseerd in de uitkomsten en hebben zelf senior-onderzoekers in dienst op melkzuurbacterien. Daarnaast zijn er inmiddels speciale laboratoria voor ingericht, zoals de Japanse dochter Snow Brand Laboratory Research in Groningen.

Volgens De Vos is het onderzoek na tien jaar hard werken in het stadium aanbeland dat de melkzuurbacterien gerichter veredeld kunnen worden. Het Nizo heeft zo'n veertig genen geisoleerd die zijn betrokken bij de afbraak van vet, lactaat en eiwitten, en de produktie van koolhydraten. Daarnaast heeft het instituut een techniek gepatenteerd waarmee bacteriestammen waarbij de DNA-overdracht is geslaagd, gescheiden worden van stammen waarbij dit niet is gelukt.

Bacterie-seks

De voedingsindustrie wil precies gedefinieerde bacterie-stammen met bepaalde eigenschappen. Voor elk produkt een mengsel op maat. Hiervoor kan ze de melkzuurbacterien klassiek veredelen via het met chemische stoffen aanbrengen van mutaties en via bacterie-seks: cel-celcontact tussen twee stammen. Met de nieuw verkregen kennis kan ze ook veredelen met DNA-technieken. Met bacterievirussen, vectoren geheten, zet de industrie genen in bacterie-DNA. Deze genen kunnen afkomstig zijn van de bacterie zelf of van stammen die via de natuurlijke weg minder goed met de gastheer DNA uitwisselen, maar ook kunnen biotechnologen soortvreemde genen in het DNA zetten.

De Vos verwacht binnen niet al te lange tijd melkzuurbacterien op de markt waarbij met DNA-technieken soorteigen DNA is overgebracht. Op die manier heeft het Nizo onlangs een stam van de melkzuurbacterie Lactococcus lactis verkregen, die het enzym aminopeptidase N in overmaat produceert. Dit enzym ontbittert bepaalde eiwitten die bijvoorbeeld in babyvoeding voorkomen.

Genetisch gemodificeerde melkzuurbacterien zullen volgen, denkt de Wageningse hoogleraar. De consument vertrouwt er nu op dat de overheid de veiligheid garandeert. Wel is de industrie nog huiverig voor de Duitse markt, maar ze gaat ervan uit dat ook de Duitse consument de nieuwe techniek op den duur accepteert."

Maagdarmkanaal

Niet al het onderzoek zit dicht tegen de industrie aan. Het biochemisch, fysiologisch en genetisch onderzoek naar de bacterien op de universiteiten van Groningen en Wageningen is vaak fundamenteel. De Vos wil zich van het industrieel onderzoek onderscheiden door ondermeer met merkertechnologie de melkzuurbacterien te volgen in het maagdarmkanaal. Als blijkt dat ze in het maagdarmkanaal niet overleven, is de kans een stuk kleiner dat ze werkelijk effect hebben op de gezondheid, zoals de industrie claimt."

Voor het onderzoek naar melkzuurbacterien is momenteel meer geld beschikbaar dan ooit. Het geld komt niet alleen van de voedingsindustrie, maar ook van het ministerie van Economische Zaken, de Europese Unie en de Nederlandse organisatie voor wetenschappelijk onderzoek (NWO). De Vos kan niet garanderen dat er ook straks nog werk is voor alle promovendi. Maar, is zijn ervaring, zolang de gepromoveerden niet ouder zijn dan midden twintig, kunnen ze goed concurreren met leeftijdsgenoten die niet zijn gepromoveerd. Een proefschrift is een proeve van bekwaamheid. En die bekwaamheid kun je op veel gebieden inzetten. Niet alleen in de voedingsindustrie, maar ook in ziekenhuizen en plantkundige instituten. Tot nu toe komen onze mensen goed terecht."

Re:ageer