Pro­te­in-Alter­na­ti­ven für künst­li­ches Fleisch

Die Her­stel­lung alter­na­ti­ver Pro­te­ine, wel­che eines der Trend­the­men im Maschi­nen- und Anla­gen­bau der Lebens­mit­tel­in­dus­trie und damit auch der Pow­tech sind, soll nach­fol­gend eben­so wie die Her­aus­for­de­run­gen, die sich den Pro­dukt­ent­wick­lern und Maschi­nen­kon­struk­teu­ren stel­len, beschrie­ben wer­den. Ein kur­zer Deep Dive in ein fas­zi­nie­ren­des Technologie-Segment.

Ohne Pro­te­ine geht nichts. Sie bil­den den Grund­stein für alle Lebe­we­sen und lie­fern unse­rem Kör­per Ami­no­säu­ren, aus denen Mus­keln, Zel­len und Gewe­be sowie Anti­kör­per und Hor­mo­ne auf­ge­baut wer­den. Eier, Fleisch, Fisch und Milch­pro­duk­te sind tra­di­tio­nell wich­ti­ge Eiweiß­quel­len, aber auch pflanz­li­che Pro­te­ine – und die­se gewin­nen immer stär­ker an Bedeu­tung für die Welt­ernäh­rung. Doch von der Soja­boh­ne, Lupi­ne oder vom Wei­zen­korn bis zum vega­nen Wurstersatz ist es ein wei­ter Weg, in dem viel Tech­nik steckt. Denn das Pro­te­in muss zunächst aus den Roh­stof­fen extra­hiert und auf­be­rei­tet wer­den, bevor es dann zum Fleisch- oder Wurstersatz „tex­tu­riert“ wer­den kann.

Der Pro­zess star­tet mit dem Sor­tie­ren und Rei­ni­gen der Roh­stof­fe, sei­en es Hül­sen­früch­te, Saa­ten oder ande­re, die dann zunächst ver­mah­len wer­den. Die­sem noch ver­gleichs­wei­se klas­si­schen Auf­be­rei­tungs­pro­zess folgt dann die Pro­te­in-Extrak­ti­on, die je nach Roh­stoff unter­schied­lich durch­ge­führt wer­den kann. Häu­fig geschieht dies über einen mehr­stu­fi­gen Pro­zess mit Was­ser oder Salz­lö­sun­gen, aber auch orga­ni­sche Lösungs­mit­tel kom­men zum Ein­satz. Dabei wer­den die Roh­stof­fe zunächst ein­ge­weicht, um die Pro­te­ine von den Koh­len­hy­dra­ten und ande­ren Bestand­tei­len zu tren­nen. Anschlie­ßend wird das abge­trenn­te Pro­te­in aus der Lösung gefällt (Pro­te­in­ko­agu­la­ti­on) und abge­trennt. Schließ­lich wird die Lösung (Kon­zen­trat oder Iso­lat) direkt ver­ar­bei­tet oder in einem Sprüh­trock­ner zu einem Pul­ver getrock­net. Die­ses Pul­ver bil­det die Aus­gangs­ba­sis für das Tex­tu­rie­ren – ein Pro­zess, der schließ­lich zum flei­sch­ähn­li­chen Pro­dukt führt.

Schon der gro­be Über­blick deu­tet an, dass in den ver­schie­de­nen Schrit­ten unter­schied­li­che Maschi­nen und Appa­ra­te benö­tigt wer­den. Schau­en wir uns das also am Bei­spiel der Her­stel­lung von Soja-Iso­lat genau­er an: Die Soja­boh­nen wer­den gerei­nigt, ver­mah­len und in Was­ser ein­ge­weicht. Anschlie­ßend wer­den sie erhitzt, um die Pro­te­ine frei­zu­set­zen. Bei der Pro­te­in­ex­trak­ti­on haben Zen­tri­fu­gen bezie­hungs­wei­se Dekan­ter ihren gro­ßen Auf­tritt: In ihren konisch zulau­fen­den, rotie­ren­den Trom­meln wer­den Fest­stoff­par­ti­kel durch Zen­tri­fu­gal­kraft nach außen gedrängt und bil­den eine Schicht an der Innen­wand der Trom­mel. Die Flüs­sig­keit sam­melt sich im Zen­trum und wird durch einen Aus­lass abge­führt. Dadurch wird die Pro­te­in­lö­sung im ers­ten Schritt kon­ti­nu­ier­lich von den Pflan­zen­res­ten getrennt. Nach­dem das zunächst gelös­te Pro­te­in unter Zuga­be von Säu­re oder Salz zu Pro­te­in­flo­cken „gefällt“ wur­de, wer­den die­se eben­falls in einem Dekan­ter kon­zen­triert. Um das Pro­te­in mög­lichst voll­stän­dig nutz­bar zu machen und die Abwas­ser­be­las­tung zu ver­rin­gern, wer­den im Dekan­ter nicht abge­trenn­te Pro­te­in­flo­cken in einem zusätz­li­chen Tel­ler­se­pa­ra­tor abge­schie­den; das funk­tio­niert, weil die Maschi­ne sowohl Zen­tri­fu­gal­kräf­te, als auch die Schwer­kraft nutzt.

Schließ­lich wer­den die koagu­lier­ten Pro­te­ine gewa­schen und Säu­re­res­te neu­tra­li­siert, erneut zen­tri­fu­gi­ert oder gefil­tert. Das Soja-Iso­lat wird schließ­lich bei nied­ri­ger Tem­pe­ra­tur getrock­net – bei­spiels­wei­se in Sprüh­trock­nern. Wie der Name sagt, wird die pro­t­e­in­hal­ti­ge Flüs­sig­keit dabei von oben in eine Tro­cken­kam­mer gesprüht und fällt dort einem hei­ßen Luft­strom ent­ge­gen, wobei die Flüs­sig­keit ver­dampft und das zuvor gelös­te Pro­dukt fällt schließ­lich als tro­cke­nes Pul­ver zu Boden.

All die­se Schrit­te bil­den aller­dings erst die Vor­ar­beit auf dem Weg zum Flei­scher­satz. Denn am Ende sind für den Kon­su­men­ten nicht nur Inhalt und Geschmack ent­schei­dend, son­dern auch das Biss- und Mund­ge­fühl. Um hier eine mög­lichst ori­gi­nal­ge­treue „Cus­to­mer Expe­ri­ence“ zu errei­chen, müs­sen die pflanz­li­chen Pro­te­ine tex­tu­riert wer­den. Dies erfolgt in der Regel in spe­zi­el­len Extru­dern, wobei zunächst ver­schie­de­ne Roh­stof­fe und Gewür­ze der Rezep­tur ver­mischt und gemah­len wer­den, um eine gleich­mä­ßi­ge Kon­sis­tenz zu errei­chen. Die­se Mischung wird in einen Extru­der dosiert und über Sprüh­dü­sen Was­ser zuge­setzt. In der lang­ge­streck­ten Maschi­ne rotie­ren eine oder auch zwei Schne­cken, die das Mate­ri­al in Rich­tung einer Öff­nung (Matrit­ze) am Ende einer zylin­dri­schen Kam­mer trans­por­tiert. Auf die­sem Weg ist die Mas­se einem hohen Druck sowie defi­nier­ten Scher­kräf­ten und Tem­pe­ra­tu­ren aus­ge­setzt, wobei das Pro­te­in dena­tu­riert – man spricht vom Koch­ex­tru­si­ons­pro­zess. Am Ende des Extru­ders wird das Pro­dukt durch eine Düse aus­ge­tra­gen, wobei fei­ne Fasern ent­ste­hen, die auf eine gewünsch­te Län­ge geschnit­ten wer­den. Je nach Ver­fah­ren las­sen sich so ent­we­der tro­cke­ne tex­tu­rier­te Pflan­zen­pro­te­ine (TVP) oder sol­che mit einem hohen Was­ser­an­teil (HMMA) her­stel­len. Letz­te­re sind Fleisch am ähn­lichs­ten, wäh­rend TVP vor der Wei­ter­ver­ar­bei­tung in Was­ser ein­ge­weicht wer­den müssen.

Die Anfor­de­run­gen an die ein­ge­setz­te Tech­nik sind hoch: Die Maschi­nen müs­sen einer­seits fle­xi­bel genug sein, um unter­schied­li­che Rezep­tu­ren und Roh­stof­fe ver­ar­bei­ten zu kön­nen. Zudem spielt die Hygie­ne eine gro­ße Rol­le – alle Kom­po­nen­ten soll­ten tot­raum­frei und leicht zu rei­ni­gen sein. Weil die im ers­ten Schritt eige­setz­ten Zen­tri­fu­gen gro­ße Mas­sen in Bewe­gung set­zen müs­sen, spielt hier die Ener­gie­ef­fi­zi­enz eine wich­ti­ge Rol­le. Zudem ist es wich­tig, im Trenn­schritt Fest­stof­fe mit einem mög­lichst nied­ri­gen Feuch­te­ge­halt zu erzeu­gen, denn die anschlie­ßen­de Trock­nung ist ein ener­gie­in­ten­si­ver Vorgang.

Beim Tex­tu­rie­ren ist die Prä­zi­si­on der ein­ge­setz­ten Kom­po­nen­ten im Hin­blick auf die Dosier­ge­nau­ig­keit sowie die Pro­zess­pa­ra­me­ter wie Druck und Tem­pe­ra­tur von gro­ßer Bedeu­tung. Mit stei­gen­dem Bedarf und wach­sen­dem Pro­duk­ti­ons­vo­lu­men wer­den zudem inte­grier­te Pro­zes­se immer wich­ti­ger, bei denen die kom­plet­te Linie opti­mal auf­ein­an­der abge­stimmt ist. Hier spielt auch die Auto­ma­ti­sie­rung eine wich­ti­ge Rol­le. Sie sorgt nicht nur für eine hohe Pro­duk­ti­vi­tät, son­dern auch für repro­du­zier­bar gleich­blei­ben­de Pro­zes­se und eine lücken­lo­se Doku­men­ta­ti­on der Produktionsparameter.

Auf der Pow­tech wer­den Maschi­nen und Lösun­gen für die gesam­te Pro­zess­ket­te – von der Boh­ne bis zum Gra­nu­lat zu sehen sein. Der neue Scope, der neben Pul­vern und Schütt­gü­tern auch Flüs­sig­kei­ten ent­hält, trägt der inte­grier­ten, ganz­heit­li­chen Betrach­tung der Pro­zess­ket­ten Rechnung.