Amylase: wesentlicher Katalysator in Küche und Ernährung

Was die Amylase ist

Die Amylase, ein grundlegendes Enzym bei der Verdauung und der kulinarischen Verarbeitung der Kohlenhydrate, spielt eine entscheidende Rolle sowohl in der menschlichen Ernährung als auch in der Gastronomie. Dieses Enzym, vorhanden im Speichel und in der Bauchspeicheldrüse, beginnt den Abbau der Stärken in einfachere Zucker, wie die Maltose und das Dextrin, und erleichtert ihre Aufnahme durch den Körper. In der Küche nutzt man die Amylase, um Texturen und Geschmäcker zu verwandeln und die Qualität von Lebensmitteln wie Brot, Bier und anderen vergorenen Erzeugnissen zu verbessern.

Biochemisch ist sie eine Hydrolase: sie katalysiert die Hydrolyse der glykosidischen Bindungen der komplexen Kohlenhydrate — Stärke, Glykogen — und zerlegt sie in kleinere Fragmente. Diese Geste, wiederholt in einem Mund, in einer Bauchspeicheldrüse, in einem Maischbottich oder in einem Honigglas, ist alles, was die Amylase tut. Und sie erklärt, warum sie zugleich in einer Blutuntersuchung, in einem Sauerteig und im Lastenheft einer Herkunftsbezeichnung erscheint.

Woher der Name kommt

Die Geschichte der Amylase ist auch die des eigenen Wortschatzes der Biochemie.

1831 beschrieb der deutsche Chemiker Erhard Friedrich Leuchs erstmals ein Enzym des Speichels, das Stärke hydrolysieren konnte, und nannte es „Ptyalin“. Zwei Jahre später, 1833, isolierten die französischen Chemiker Anselme Payen und Jean-François Persoz einen Enzymkomplex aus gekeimter Gerste und tauften ihn „Diastase“. Jener Fund legte eine Konvention fest, die fast zwei Jahrhunderte später noch gilt: die Enzyme mit der Nachsilbe -ase zu benennen. Die ganze spätere Nomenklatur — Protease, Lipase, Lactase und die Amylase selbst — stammt von diesem Augenblick.

Der dritte Meilenstein kam 1862, als der russische Biochemiker Aleksandr Yakovlevich Danilevsky die pankreatische Amylase von der Trypsin trennen konnte, das heißt das Enzym, das die Stärken angreift, von dem zu unterscheiden, das die Proteine angreift.

Den Namen von Payen und Persoz sollte man behalten: „Diastase“ ist kein Archaismus, sie lebt heute in der Honignorm weiter, wie weiter unten erklärt wird.

Die drei Typen: Alpha, Beta und Gamma

Es gibt nicht eine Amylase, sondern eine Familie. Die drei Varianten greifen dasselbe Substrat an — die Stärke —, tun es aber auf verschiedene Weise, und dieser Unterschied entscheidet, welcher Zucker aus jedem Vorgang hervorgeht.

Die praktische Lesart der Tabelle ist einfach. Die Alpha-Amylase zerteilt die Kette an jedem Punkt und erzeugt Dextrine. Die Beta-Amylase stutzt das Ende der Kette und erzeugt Maltose, den vergärbaren Zucker schlechthin. Und die Gamma-Amylase ist die einzige, die auch die Verzweigungen abbauen kann — die Bindungen α(1→6) —, was ihr erlaubt, Glukose direkt freizusetzen.

In der Lebensmittelindustrie wird die Amylase in mehreren Formaten gehandelt, je nach Verfahren: flüssig, wegen der leichten Dosierung und Mischung; als Pulver, mit längerer Haltbarkeit und gedacht für trockene Erzeugnisse oder um sie einzubringen, ohne Wasser zuzusetzen; in Tabletten oder Kapseln, im Bereich der Verdauungsergänzung; und als Enzymkonzentrat für industrielle Anwendungen, wie die Textilindustrie oder die der Waschmittel.

Im menschlichen Körper

Die Amylase wird vor allem in den Speicheldrüsen gebildet — insbesondere den Ohrspeicheldrüsen — und in der Bauchspeicheldrüse. Diese doppelte Bildung teilt die Arbeit: die Verdauung der Kohlenhydrate beginnt im Mund, vor dem Schlucken, und setzt sich im Dünndarm mit dem pankreatischen Beitrag fort. An beiden Orten zerlegt das Enzym Stärke und Glykogen in Fragmente von Glukose, Maltose und Dextrinen, und das sind die Formen, die der Organismus aufnehmen kann.

Es gibt eine Angabe, die man kennen sollte, weil sie das Enzym mit der Geschichte der Ernährung verbindet. Nach der landwirtschaftlichen Revolution, vor etwa 12.000 Jahren, häufte der Mensch zusätzliche Kopien des Gens AMY1 an, das für die Speichelamylase verantwortlich ist. Die Bevölkerungen mit historisch stärkereichen Ernährungen — europäischer oder japanischer Herkunft — haben im Mittel etwa 6 Kopien, gegenüber den 2-3 Kopien von Jäger-und-Sammler-Bevölkerungen wie den Biaka, den Datog oder den Jakuten. Es ist ein Hinweis auf natürliche Selektion zugunsten der Erzeugung von mehr Amylase in den Ernährungen, die von Getreide und Knolle abhängen.

Die Speichelamylase dient außerdem als Biomarker physiologischen Stresses, weil ihre Konzentration steigt, wenn das sympathische Nervensystem aktiviert wird.

Die Amylase in einer Blutuntersuchung

Es ist der Winkel, über den viele Menschen zu diesem Wort kommen: die Amylase ist ein üblicher Parameter in den Laborwerten. Der Normalbereich im Blut liegt bei 40 bis 140 U/L (0,67-2,34 µkat/L), mit leichten Schwankungen zwischen den Laboren.

Ein erhöhter Wert kann unter anderen Ursachen auf akute Pankreatitis, Krebs der Bauchspeicheldrüse, des Eierstocks oder der Lunge, Entzündung der Gallenblase, Infektion oder Verschluss eines Gangs der Speicheldrüsen, Darmverschluss oder Verschluss der Gallen- oder Pankreaswege, perforiertes Geschwür, geplatzte Eileiterschwangerschaft oder virale Hepatitis deuten. Ein niedriger Wert kann von Knochenbrüchen, kongestiver Herzinsuffizienz, Pankreasschaden mit Vernarbung — chronische Pankreatitis —, gastrointestinalem Krebs oder der Schwangerschaft selbst herrühren.

Diese Information ist populärwissenschaftlich und stammt von MedlinePlus, dem Informationsdienst der Nationalen Medizinbibliothek der Vereinigten Staaten. Ein Wert außerhalb des Bereichs bedeutet für sich allein keine Diagnose: ihn zu deuten kommt der Fachperson der Gesundheit zu, die die Untersuchung angeordnet hat.

In der Küche: Brot, Bier und Käse

Brotbereitung

In der Bäckerei beschleunigt die Amylase die Freisetzung von Einfachzuckern aus der Stärke des Mehls. Diese Zucker sind die Nahrung der Hefe während der Gärung, und daraus kommen der Trieb des Teigs, die goldene Farbe und die Kruste. Viele handelsübliche Brote setzen Amylase zu — oft in Form gemälzter Gerste —, genau um einen Vorgang zu verkürzen, der in der traditionellen Sauerteigbäckerei eine viel längere Gärung verlangt. Anders gesagt: die Amylase ist die enzymatische Abkürzung der Gärzeit.

Dieselbe Kraft hat eine dokumentierte berufliche Kehrseite. Die Beschäftigten, die Mehl ausgesetzt sind, das mit Amylase angereichert ist, haben ein höheres Risiko für Dermatitis und Berufsasthma: zwischen 5 % und 9 % der Bäcker sind in Hauttests auf Sensibilisierung gegen das Enzym positiv.

Brauerei

In der Brauerei ist der Augenblick der Amylase das Maischen — das mashing —: die Phase, in der die Enzyme des Korns die Stärke in vergärbare Zucker verwandeln. Ohne diesen Schritt ist kein Alkohol möglich, und das Geschmacksprofil des Bieres entscheidet sich dort.

Der Hebel, den der Brauer führt, ist die Temperatur, weil jede Amylase in einem anderen Bereich besser arbeitet:

Die Temperatur des Maischens zu wählen heißt deshalb, zu wählen, welches Enzym führt, und mit ihm den Alkoholgrad, den Körper und den Geschmack des entstehenden Bieres.

Käse und andere Anwendungen

Die Amylase kann auch bei der Herstellung von Käse verwendet werden, um die Textur zu verändern und während der Reifung komplexere Geschmäcker zu entwickeln. Und als Erinnerung, dass ihr Handwerk nicht in der Küche endet: die bakterielle Amylase ist einer der üblichen Bestandteile der Waschmittel, wo sie die Stärkereste von Textilien und Geschirr löst.

Lebensmittelzusatzstoff und rechtlicher Rahmen

Als Lebensmittelzusatzstoff wird die Amylase mit dem Code E1100 bezeichnet und kann aus Schweinepankreas oder aus Fadenpilzen gewonnen werden.

Ihr Gebrauch ist nicht frei. In der Europäischen Union harmonisiert die Verordnung (EG) Nr. 1332/2008 die Bedingungen für den Einsatz der Lebensmittelenzyme, und keines kann zugelassen werden, ohne zuvor eine Sicherheitsbewertung der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) zu durchlaufen. Es ist derselbe Rahmen, der in Spanien gilt.

Im klinischen Bereich gehört die Amylase zu den Therapien der pankreatischen Enzymsubstitution (PERT) — wie Sollpura (Liprotamase) —, die helfen, die komplexen Zucker in aufnehmbare Formen zu zerlegen, bei Menschen mit Pankreasinsuffizienz.

Auf den Kanaren: die Diastase des Honigs

Man sollte es genau sagen: es gibt keine kanarische Amylase und kein insulares Erzeugnis, das den Namen des Enzyms trüge. Die Verbindung des Begriffs mit den Inseln ist indirekt, aber sie ist real und steht in der Norm: die Amylase ist einer der Parameter, mit denen gemessen wird, ob ein Honig gut behandelt wurde.

Die Diastase — der historische Name, den Payen und Persoz hinterließen — ist die natürliche Amylase des Honigs, und ihre Aktivität wird mit dem sogenannten diastatischen Index quantifiziert. Die Richtlinie 2001/110/EG des Rates über den Honig verlangt in ihrem Anhang, dass der in Verkehr gebrachte Honig nicht so weit erhitzt wurde, dass seine natürlichen Enzyme zerstört oder wenig aktiv werden, die Diastase unter ihnen. Es ist in der Praxis ein Detektor von Überhitzung: ein Honig mit niedriger diastatischer Aktivität verrät eine übermäßige Wärmebehandlung.

Jeder kanarische Honig mit Qualitätsfigur muss diese Vorgabe erfüllen, und im Archipel ist die Referenz die DOP Miel de Tenerife.

In Argentinien: die chicha muqueada des Nordwestens

Die direkteste kulturelle Verwurzelung der Amylase liegt auf der anderen Seite des Atlantiks, und sie gehört zu denen, die man nicht erzwingen muss: das Enzym erscheint mit seinem Namen in der Beschreibung einer alten Technik.

Die Mais-Chicha war das wichtigste alkoholische Getränk, das auf dem heutigen argentinischen Gebiet erzeugt wurde, bis weit in die spanische Kolonialzeit hinein. Im Nordwesten — Jujuy, Salta, Tucumán, Santiago del Estero und Catamarca — ist eine Variante dokumentiert, die chicha muqueada heißt: das Maismehl wird gekaut und in ein Gefäß gespuckt, um es zu vergären, wobei man nutzt, dass der menschliche Speichel eine „reiche Quelle von Amylase ist, einem Verdauungsenzym, das die Umwandlung der Stärke in Zucker erleichtert“. Heute ist die Technik aus hygienischen Gründen verboten, aber die Chicha wird im argentinischen Nordwesten weiterhin bei religiösen Festen, Geburtstagen und Feiern der Pachamama getrunken. Die Mapuche im Süden des Landes bereiten außerdem eine nichtalkoholische Variante, den Muday, hergestellt mit Weizen oder mit Äpfeln.

Die Parallele zur Brauerei ist genau und hilft zu verstehen, was diese Gemeinschaften taten, ohne Biochemie zu kennen. Die andine Chicha de jora — aus Peru und Ecuador — löst dasselbe Problem auf einem anderen Weg: statt Speichel verwendet sie gekeimten oder gemälzten Mais, die „Jora“. Das Mälzen aktiviert die Amylasen des Korns selbst, und das ist genau das Prinzip des Gerstenbieres. Speichel oder Keimung: zwei verschiedene kulturelle Wege zu derselben chemischen Reaktion.

Verwandte Begriffe

• Aperitif — der Augenblick, in dem die Verdauung anläuft, mit der Speichelamylase bereits in Gang vor dem ersten Gang.
• Aminosäuren — der andere große Verdauungsabbau: der der Proteine, anstelle dessen der Kohlenhydrate.
• Albumin — ein anderes Protein des Glossars, das man zugleich im Labor und in der Küche liest.
• Aguardiente — jedes Destillat geht von einer Gärung aus, und wenn der Rohstoff ein Getreide ist, kommt der Zucker dank der Amylase.
• Wasseraktivität (a_w) — ein anderer Parameter der Lebensmittelwissenschaft mit direkter Wirkung auf die Haltbarkeit.

Konsultierte Quellen

• Wikipedia: Amylase · Amylase (en) · Chicha · Miel de Tenerife
• MedlinePlus (Nationale Medizinbibliothek der USA): „Examen de amilasa en sangre“
• EFSA: „Food enzymes“
• Richtlinie 2001/110/EG des Rates über den Honig