Extractie van functionele eiwitten uit Nederlands zeewier

Eiwitten in zeewier hebben verschillende functies en bevinden zich op verschillende plekken in het wier. Grofweg kun je onderscheid maken tussen enzymen, glycoproteïnen en eiwitten ingebouwd in fotosystemen. Glycoproteïnen zijn eiwit-suiker-verbindingen die zich in de celwanden bevinden en de celwand stevigheid geven. Fotosystemen zijn complexe structuren voor het invangen van licht die gelokaliseerd zijn in de membranen. De enzymen bevinden zich vrij in de cellen, zijn in water oplosbaar en op die manier relatief makkelijk te isoleren, maar dan moet wel eerst het koolhydratennetwerk in de celwand opengebroken worden. Om uit glycoproteïnen en fotosystemen wateroplosbare eiwitten te winnen moeten eiwit-suiker-verbindingen verbroken worden.

In het project is onderzocht of het mogelijk is om door middel van een gecombineerde mechanische en enzymatische behandeling eiwitten uit de zeewiersoorten Saccharina en Undaria te winnen. Na alleen een mechanische behandeling was de eiwitopbrengst in de vloeibare fractie voor beide wieren vergelijkbaar (~35%). Het eiwitgehalte in Undaria was  hoger (14 versus 10% in Saccharina) wat ook resulteerde in een vloeibare fractie met een hoger eiwitgehalte (8 versus 5%). Voor een commercieel rendabele winning zijn een dergelijke opbrengst en zuiverheid onvoldoende. Onder de microscoop bleek dat het merendeel van de cellen nog in tact was en dat met mechanische krachten alleen de cellen niet volledige opgebroken worden. Met het maken van een gel is aangetoond dat deze vloeibare fracties gelerend vermogen hebben en dus potentieel interessant zijn als functionele ingrediënten.
Door middel van een gecombineerde mechanische en enzymatische behandeling is getracht om meer cellen kapot te maken. Deze experimenten zijn alleen uitgevoerd met Saccharina. Daarbij is gebruik gemaakt van carbohydrases, dit zijn enzymen die koolhydraten afbreken maar de eiwitten onaangetast laten. Met commerciële carbohydrases kon de eiwitopbrengst slechts verhoogd worden naar ~40% en de zuiverheid naar ~7%. De verklaring hiervoor is dat gebruikte carbohydrases geschikt zijn voor het afbreken van de complexe koolhydraatverbindingen in landplanten zoals cellulose en hemicellulose. Zeewier bevat naast cellulose andere type complexe koolhydraten waarop de carbohydrases uit landplanten geen vat hebben. Carbohydrases die complexe koolhydraatverbindingen in zeewier kunnen afbreken zijn op dit moment niet commercieel beschikbaar. Dergelijke enzymen bestaan echter wel en zijn aanwezig in schimmels die van nature groeien op zeewier. Zeewierbiomassa wordt immers afgebroken in het mariene milieu. Samen met het Westerdijk instituut is in 2022 een nieuw project gestart, dat gericht is op het isoleren van specifieke enzymen uit marine schimmels die instaat zijn om de celwanden in zeewieren af te breken. Dit nieuwe project is onderdeel van het NWO-programma “From Sea to Society” onder leiding van prof Klaas Timmermans van het NIOZ.

Output: Boon MA, et al. 2022. Functional protein extraction from seaweed. WR report