Die Nachfrage nach nachhaltigen, pflanzenbasierten Proteinen steigt stetig, angetrieben durch ein wachsendes Bewusstsein für gesundheitsorientierte und umweltfreundliche Ernährungsweisen. Eine wesentliche Herausforderung bei der Herstellung pflanzlicher Proteine ist jedoch die unzureichende Nutzung proteinreicher Nebenströme.

Die Herstellung von Pflanzenproteinisolaten – die üblicherweise in sogenannten „alternativen Protein“-Lebensmitteln verwendet werden – erzeugt einen proteinreichen Nebenstrom. Für jede Tonne hergestellten Pflanzenproteinisolats (Globulin) entstehen bis zu 20 Tonnen albuminreicher Nebenströme. Dadurch gehen 20–40 % des gesamten Pflanzenproteins in Form von Albumin verloren. Dieser Nebenstrom wird nicht für die menschliche Ernährung genutzt, sondern stattdessen als Tierfutter verwendet oder entsorgt.

Abbildung 1 (linke Darstellung) zeigt den konventionellen Prozess zur Herstellung von Pflanzenproteinisolaten. Die ursprüngliche Feldfrucht (z. B. Erbsen, Ackerbohnen, Lupinen) wird üblicherweise einer Nass-Extraktion und Fraktionierung unterzogen, um pflanzenbasierte Lebensmittel herzustellen. Dies umfasst in der Regel eine ressourcenintensive alkalische Nass-Extraktion, gefolgt von einer isoelektrischen Fällung (IEP). Während der IEP aggregiert die Hauptproteinfraktion (Globuline) und kann mittels Dekantierung oder Membranverfahren abgetrennt werden. Anschließend wird sie sprühgetrocknet, um ein stabiles Pflanzenproteinisolat-Pulver für den Verkauf zu erhalten.

Das erzeugte Pflanzenproteinpulver stellt jedoch nur 50–80 % des Gesamtproteins der Ausgangsfrucht dar, sodass ein erheblicher Anteil ungenutzt bleibt. Trotz seiner vielversprechenden funktionellen Eigenschaften wird der albuminreiche Nebenstrom aufgrund seines hohen Wassergehalts verworfen, da eine Sprühtrocknung wirtschaftlich nicht realisierbar ist. Der aktuelle Prozess konzentriert sich auf den globulinreichen Strom für eine effiziente Trocknung und vernachlässigt den albuminreichen Strom, der dennoch etwa 30 % Protein in seiner Trockenmasse enthält.

Projektüberblick

Das Projekt zur Weiterverwertung proteinreicher Nebenströme aus der Lebensmittelindustrie adressiert diese Herausforderung. Unterstützt durch eine Förderung des Good Food Institute hat diese zweijährige Initiative das Ziel, die bislang ungenutzten albuminreichen Nebenströme aus der konventionellen Pflanzenproteinherstellung in wertvolle Proteinquellen für die menschliche Ernährung umzuwandeln. Eine grafische Übersicht des Projektplans ist in Abbildung 1 (rechte Darstellung) gezeigt.

Die Ziele umfassen:

• Untersuchung verschiedener Verarbeitungstechniken (thermisch und mechanisch), um die mikrobiologische Sicherheit des lebensmitteltauglichen Produkts zu gewährleisten.
• Konzentrierung des albuminreichen Nebenstroms mittels Membranfiltrationsverfahren.
• Bewertung der Notwendigkeit der Trocknung im Hinblick auf Verwendbarkeit und Haltbarkeit des flüssigen Albumin-Proteinkonzentrats.
• Prüfung der gewonnenen Albumin-Proteinkonzentrate und -pulver hinsichtlich ihrer Funktionalität in Lebensmittelprototypen.
• Bewertung der wirtschaftlichen Machbarkeit und des Werts der entwickelten Verarbeitungsalternativen und Produkte im Kontext von Lieferketten.

Da Lieferketten für Albumin derzeit noch nicht etabliert sind, wird mit Industriepartnern zusammengearbeitet, um prototypische Konfigurationen zu entwickeln und zentrale Parameter wie Nachfrage, Kapazitäten und Kosten zu definieren.

Forschungsteam und Partner

Das Forschungsteam besteht aus zwei erfahrenen Arbeitsgruppen der Technischen Universität München (TUM):

• Food Process Engineering (FPE) unter der Leitung von Prof. Petra Först: Entwicklung von Lebensmittelverarbeitungsverfahren, insbesondere für alternative pflanzliche Proteine zur menschlichen Ernährung (Isabel Kalinke, Carolin Wolf).
• Production and Supply Chain Management (SCM) unter der Leitung von Prof. Martin Grunow: Management von Lebensmittel-Lieferketten und Maximierung des wirtschaftlichen Potenzials von Nebenströmen im Lebensmittelsektor (Daniel Postica, Bahar Okumusoglu).

Das Projekt wird zudem von mehreren Industriepartnern unterstützt, darunter: GEA Westfalia Separator Group GmbH, Pall Corporation, Thermo Fisher Scientific Inc., Pentair Südmo GmbH, Hochland R&D GmbH, Coperion GmbH, Flottweg SE, VetterTec GmbH, New Food Systems.

Diese Partner fungieren als Lieferanten, Multiplikatoren und Verbreiter der Projektergebnisse in den Bereichen Lebensmittelproduktion, Pflanzenproteinverarbeitung und Anlagenbau. Dieses Projekt stellt einen wichtigen Schritt dar, um Proteinverluste in der Lebensmittelindustrie zu reduzieren und gleichzeitig nachhaltige und innovative Lösungen im Bereich der pflanzenbasierten Ernährung zu fördern.

Bleiben Sie dran für weitere Updates zu diesem spannenden Forschungsfeld!