Isoglucose

Isoglucose (Isomerose, Isoglukose) ist ein aus Traubenzucker (Glucose) und Fruchtzucker (Fructose) bestehendes Gemisch. Zur Herstellung von Isoglucose wird Glucose durch die katalytische Wirkung des Enzyms Glucoseisomerase teilweise in Fructose umgewandelt, woher die Bezeichnung als Isomeratzucker stammt. In wässriger Lösung wird sie als Glucose-Fructose-Sirup bezeichnet. Im Gegensatz zu Isoglucose wird Invertzucker als Mischung von Glucose und Fructose durch Hydrolyse von Saccharose hergestellt.

Eigenschaften

Isoglucose wird verwendet, weil Fructose eine höhere Süßkraft als Glucose bei ähnlichem physiologischen Brennwert aufweist. Glucose wird industriell durch enzymatische Hydrolyse unter Verwendung der Glucose-Amylase aus Stärke erzeugt. Dabei entsteht Glucosesirup (bzw. Maissirup aus Maisstärke) mit einer jährlichen weltweiten Produktionsmenge von 20 Millionen Tonnen (Stand 2011).[1] Daraus resultiert die früher gängige Bezeichnung „Stärkezucker“.[2] Als Stärkequellen werden Mais, Kartoffeln, Reis, Weizen, Cassava und Sago verwendet. Die Amylase stammt meistens aus Bacillus licheniformis,[3] Bacillus subtilis (Stamm MN-385),[3] Bacillus coagulans,[4] Streptomyces rubiginosus[4] oder Streptomyces phaeochromogenes.[4] Die aus Stärke erzeugte Glucose wird nach einer Entfernung von Calciumionen zur Erzeugung von Fructose verwendet, da Calciumionen zwar Cofaktoren der Amylase sind, aber Hemmstoffe der Glucose-Isomerase (genauer Xylose-Isomerase) bei der nachfolgenden Umwandlung zu Fructose – dabei sind Magnesiumionen die Cofaktoren.[5]

In den USA wird fast ausschließlich Mais zur Produktion von Isoglucose eingesetzt. Die Glucose wird mit Hilfe immobilisierter Glucose-Isomerase zur Herstellung von High Fructose Corn Syrup (HFCS) verwendet.[6] Die jährliche weltweite Produktionsmenge von Isoglucose beträgt acht Millionen Tonnen (Stand 2011).[1] Die Umwandlungsreaktion wird bei 55 °C durchgeführt, die Halbwertszeit der Enzymaktivität der immobilisierten Glucose-Isomerase beträgt über 100 Tage.[4] HFCS wird als HFCS-42 (mit 42 % Fructose und 53 % Glucose in der Trockenmasse) und HFCS-55 (mit 55 % Fructose und 41 % Glucose in der Trockenmasse, zweite Generation HFCS ab 1976)[7][4]verkauft. Seit etwa 1972 werden die Enzyme immobilisiert, wodurch die Produktionskosten von HFCS in den USA unter die Importkosten von Saccharose fielen.[7] Gleichzeitig war dies auch die erste großtechnische Anwendung der Immobilisierung von Enzymen[7] und sie stellt die mengenmäßig weltweit größte technische Nutzung immobilisierter Enzyme dar.[4] Maissirup weist zwischen 20 % und 95 % Glucose auf.[8] Daneben wird per Chromatographie noch HFCS-90 mit 90 % Fructoseanteil erzeugt, das zur Herstellung von HFCS-55 durch Verdünnung mit HFCS-42 verwendet wird.[7] Die meisten Softdrinks in den USA verwenden HFCS-55, während die meisten anderen HFCS-gesüßten Lebensmittel HFCS-42 verwenden.[9]

In den USA ist dieser High Fructose Corn Syrup zum wichtigsten Produkt der Maisstärkeindustrie aufgestiegen und hat den Haushaltszucker (Saccharose) vor allem bei Limonade und Softdrinks weitgehend verdrängt.[10][11]

  • Isoglucose beim Forum Bio- und Gentechnologie e.V.

Einzelnachweise
  1. Thomas Becker, Dietmar Breithaupt, Horst Werner Doelle, Armin Fiechter, Günther Schlegel, Sakayu Shimizu, Hideaki Yamada: Biotechnology, in: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 7. Auflage, Wiley-VCH, 2011. ISBN 978-3-527-32943-4. Band 6, S. 48.
  2. Stärkezucker. In: Merck’s Warenlexikon. 3. Aufl. 1884 ff., S. 457 f.
  3. The Amylase Research Society of Japan: Handbook of Amylases and Related Enzymes. Elsevier, 2014, ISBN 978-1-483-29939-6, S. 195.
  4. Andreas Liese: Industrial Biotransformations. John Wiley & Sons, 2008, ISBN 978-3-527-61417-2, S. 17, 388.
  5. Ashok Pandey: Industrial Biorefineries and White Biotechnology. Elsevier, 2015, ISBN 978-0-444-63464-1, S. 488.
  6. Atsuo Tanaka: Industrial Application of Immobilized Biocatalysts. CRC Press, 1992, ISBN 978-0-824-78744-8, S. 185.
  7. Byong H. Lee: Fundamentals of Food Biotechnology. John Wiley & Sons, 2014, ISBN 978-1-118-38491-6, S. 332.
  8. James N. BeMiller, Roy L. Whistler,: Starch: Chemistry and Technology (= Food Science and Technology). 3rd Auflage. Academic Press, New York 2009, ISBN 0-08-092655-X (google.com).
  9. High Fructose Corn Syrup: Questions and Answers. US Food and Drug Administration, 5. November 2014, abgerufen am 18. Dezember 2017.
  10. Enzyme: Die Verwandlung von Stärke in Zucker, abgerufen am 9. April 2018
  11. University of California Television (UCTV): Sugar: The Bitter Truth auf YouTube, 31. Juli 2009, abgerufen am 18. September 2021 (englisch).
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