Betreut wurde die Arbeit unter anderem von der Fuldaer Professorin Dr. Rohtraud Pichner. Für die Wissenschaftlerin ist es bereits das zweite Mal, dass eine von ihr begleitete wissenschaftliche Arbeit den Stockmeyer-Wissenschaftspreis erhält. „Die Arbeit liefert wichtige Grundlagen für die Entwicklung pflanzlicher Lebensmittel“, ordnet Professorin Pichner die Ergebnisse ein. Und von der Stockmeyer-Stiftung heißt es, dass sich auf Grundlage dieser Erkenntnisse Lebensmittel über eine gezielte Fermentation mit relativ geringem Aufwand mit Vitamin B12 anreichern lassen. Verbraucherinnen und Verbraucher mit vegetarischer oder veganer Ernährungsweise könnten so vor einem Vitanin-B12-Mangel geschützt werden. Das Preisgeld in Höhe von 20.000 Euro wird geteilt: 10.000 Euro erhält die Preisträgerin, weitere 10.000 Euro gehen zu gleichen Teilen an das Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie des Max-Rubner-Instituts in Kiel sowie an den Fachbereich Oecotrophologie der Hochschule Fulda.
Produktion von Vitamin B12 auf natürliche Weise
Vitamin B12 ist unter anderem für die Blutbildung, das Nervensystem und den Energiestoffwechsel wichtig. In nennenswerten Mengen kommt es vor allem in tierischen Lebensmitteln vor. Pflanzlichen Produkten wird es häufig nachträglich zugesetzt, um eine ausreichende Versorgung mit dem Vitamin auch für all jene sicherzustellen, die kein oder wenig Fleisch essen. Nach geltendem EU-Recht dürfen angereicherte Produkte jedoch nicht als Bio-Produkte gekennzeichnet werden – selbst dann nicht, wenn sie ansonsten ökologisch hergestellt wurden.
Hier setzte Gao an. Sie untersuchte, ob sich pflanzliche Lebensmittel durch Fermentation bereits während der Herstellung, also auf natürliche Weise mit Vitamin B12 anreichern lassen. Im Mittelpunkt stand der als Milchalternative verbreitete Haferdrink. Bei einer Fermentation wandeln Mikroorganismen Bestandteile des Lebensmittels um. Bekannt ist das Verfahren beispielsweise aus der Herstellung von Joghurt, Sauerkraut oder Käse. Unter geeigneten Bedingungen können dabei neben Säuren und Aromastoffen auch Vitamine entstehen. Technisch ist das Verfahren auch von kleinen und mittleren Lebensmittelunternehmen gut durchführbar.
Co-Fermentation: Zusammenspiel verschiedener Bakterien
Für ihre Untersuchungen nahm Dr. Gao zunächst Milchsäurebakterien der Gattung Lactobacillus in den Blick. Diese Bakterien beeinflussen den Säuregrad, den Geschmack und die Haltbarkeit von Lebensmitteln. Anschließend kombinierte sie ausgewählte Stämme mit Propionsäurebakterien. Diese werden unter anderem bei der Herstellung von Schweizer Hartkäse eingesetzt. Einige Arten können Vitamin B12 bilden. Die Untersuchungen zeigten, dass bestimmte Lactobacillus-Stämme zwar über Gene verfügen, die grundsätzlich für die Bildung von Vitamin B12 erforderlich sind. Dennoch produzierten sie nur sehr geringe Mengen des Vitamins. Bei einigen Stämmen ließ sich trotz entsprechender genetischer Ausstattung überhaupt keine Vitamin-B12-Bildung nachweisen.
Sehr viel besser waren die Ergebnisse, wenn beide Bakteriengruppen gemeinsam eingesetzt wurden. Bei dieser sogenannten Co-Fermentation entstand wesentlich mehr biologisch aktives Vitamin B12 als bei der Verwendung nur einer Bakterienart. Biologisch aktiv bedeutet hier, dass der menschliche Körper das Vitamin verwerten kann. „Die Ergebnisse der Co-Fermentation sind sehr eindrucksvoll und für den Transfer in die Praxis von besonderer Bedeutung“, sagt Pichner. Denn eine Monokultur-Fermentation mit Propionsäurebakterien könne nicht nur negative sensorische Eigenschaften zur Folge haben, sondern auch zu höheren pH-Werten führen, was aus Sicht der Lebensmittelsicherheit vermieden werden sollte.
Präzise Analyse des Vitamin-B12-Gehalts
Um zuverlässig bewerten zu können, wie viel biologisch aktives Vitamin B12 in den Proben enthalten war, entwickelte und optimierte Gao eine präzise und vergleichsweise kostengünstige Methode. Dies war notwendig, weil handelsübliche Schnelltests auch biologisch unwirksame Varianten erfassen. Dadurch hätte der Gehalt an nutzbarem Vitamin B12 überschätzt werden können. Bis zu einer praktischen Anwendung in der Lebensmittelproduktion sind noch weitere Untersuchungen erforderlich. Dazu gehören insbesondere Prüfungen zu Geschmack, Haltbarkeit, Lebensmittelsicherheit und zur Übertragung des Verfahrens auf größere Produktionsmengen.