Tot voor kort was de productie van zoetstof stevia alleen mogelijk door het uit honingkruid te halen. DSM is erin geslaagd een alternatieve, biotechnologische productiemethode te ontwikkelen die goedkoper en duurzamer is.

De publicatie Sweet poison van David Gilespie uit 2008 luidde een omslag in ons denken over suiker 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. Vanouds zijn er synthetische zoetstoffen zoals aspartaam en sacharide verkrijgbaar. Maar steeds meer consumenten keren die kunstmatige voedingsingrediënten de rug toe; bovendien is hun smaak niet gelijk aan suiker. Stevia lijkt er veel sterker op en dat heeft die calorieloze, natuurlijke zoetstof in korte tijd heel populair gemaakt.

Fermentatieve productie

De zoete variant van het steviaplantje, Stevia rebaudiana, groeit van nature in het noordoosten van Paraguay. Het bevat een reeks verschillende steviolglycosiden, waaronder rebaudioside (Reb) A, Reb-B, Reb-D en Reb-M, elk met hun eigen smaak­profiel. Die varianten verschillen van elkaar in de manier waarop glucosemoleculen aan dit molecuul zijn gekoppeld. Reb-M is twee- tot driehonderd keer zoeter dan suiker, maar steviablaadjes bestaan voor minder dan 1 % uit die 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 opeist.

In het Rosalind Franklin Biotechnology Center van DSM in Delft ontwikkelden onderzoekers een duurzamer alternatief. ‘Wij zijn erin 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 steviolglycosides, bijvoorbeeld Cargill, een van de mondiale koplopers op gebied van zoetstoffen.

‘In Delft hebben we een grote gereedschapskist voor optimalisatie’

De twee bedrijven gaan hun wederzijdse technologieën en competenties op dit gebied samenbrengen in de fiftyfifty joint venture Avansya, die onder de naam EverSweet de nieuwe zoetstoffen gaat produceren en op de markt gaat brengen. DSM brengt vooral biotechnologische knowhow en onderzoeksexpertise in. Daarbij gaat het onder meer 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.

De juiste mix

Cargill staat ook 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 te krijgen van de Europese voedingsautoriteit EFSA. Dan kan de productie voor de Europese markt eveneens op stoom komen.

Goddijn legt uit waarom ze zowel Reb-M als Reb-D maken: ‘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 het fermentatieproces te optimaliseren. ‘In Delft hebben we al meer dan honderd jaar ervaring met fermentatie om verschillende producten te maken, 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.’

De productie van de zoetstof verschilt niet veel van andere fermentatieve processen. ‘De basis van het upstream-proces – de zoetstoffen produceren met gist en nutriënten – volgt een eeuwenoud proces. Maar er is met de tijd heel veel kennis opgebouwd over hoe je dit op industrieel niveau optimaal kunt gebruiken. Beide partners hebben op dit gebied veel expertise in huis’, zegt Goddijn. ‘Voor het downstream-proces – de zoetstof winnen en zuiveren uit die productiesoep – gebruiken we een methodiek die je ook inzet om stevia-extracten op te zuiveren. We passen een combinatie toe van kolomscheidings- en kristallisatietechnieken 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.’

‘Reb-M heeft de meest zuivere smaak, maar wat Reb-D erbij is lekkerder’

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 zijn. Om dat te bereiken, hebben we de biotechnologie hard nodig.’

Applicaties

‘Stevia heeft een zuivere smaak, 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 die 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’, zegt Goddijn. 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 steviolglycosiden met vezelrijke en smaakloze vulstoffen, zoals inuline.’