Insekten, Pilze und Algen als nachhaltige Proteinquellen

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Forscher des Fraunhofer-Instituts wollen neuartige Proteinquellen als nachhaltige und massentaugliche Alternative vor allem zu Schweine- und Rindfleisch erschliessen. Proteine sind lebensnotwendige Nährstoffe, können aber zu Mangelware in der globalen Nahrungsmittelversorgung werden. Gründe dafür sind der Klimawandel sowie Belastungen von Böden und Gewässern durch Pestizide und Düngemittel.

Das deutsche Fraunhofer-Institut entwickelt neue Anbausysteme und -prozesse, mit denen nährstoffreiche Proteine zukünftig aus ausgewählten Pflanzen, Insekten, Pilzen und Algen gewonnen und für neue Produkte genutzt werden können. Der Verbrauch von Wasser, Düngemitteln, Pestiziden und Antibiotika in der Ernährungswirtschaft liesse sich mit diesen neuen Systemen deutlich verringern.

Seit langem raten Expertinnen und Experten dazu, auf neue, alternative Proteinquellen umzusteigen – nicht nur, um den Konsum von Nahrungsmitteln aus der Grosstierhaltung zu reduzieren bzw. diese zu ersetzen, sondern auch, um für mehr Nachhaltigkeit zu sorgen. Damit solche alternativen Quellen dieser wichtigen Nährstoffe erschlossen und ihre Potenziale in der Lebensmittelindustrie bestmöglich ausgeschöpft werden können, bedarf es neuer Agrarsysteme zur nachhaltigen Produktion sowie der effizienten Nutzung und Verwertung von Nebenprodukten und Reststoffen.

Über die technologischen und biotechnologischen Aspekte hinaus, werden im Projekt die neuen Proteinquellen und ihre sensorischen und funktionellen Eigenschaften für ein breites Spektrum von Anwendungen in der Lebensmittelindustrie optimiert und veredelt. Hierbei werden Rezepturen für Nahrungsmittel mit verbessertem ernährungsphysiologischem Profil entwickelt sowie die Akzeptanz bei Verbrauchern sowie Nachhaltigkeitsfaktoren bewertet.

Ein Manko, insbesondere bei einigen Pflanzenproteinen, sind z. B. Bitterstoffe oder störende Aromaeindrücke: So eignen sich beispielsweise Kartoffelproteine sehr gut für die Herstellung pflanzlicher Fleischalternativen. Sie sind jedoch aufgrund des bitter schmeckenden Inhaltsstoffs Solanin für die Verwendung in der Nahrungsmittelindustrie ungeeignet. Im Projekt werden Arbeiten zur Vermeidung dieser Inhaltsstoffe durchgeführt.

Geschlossene Anbausysteme
Das Leitprojekt ›FutureProteins‹ kombiniert die Herstellung alternativer Proteinquellen in geschlossenen Agrarsystemen mit einer integrierten Nutzung aller Nebenströme zur Herstellung weiterer Proteinrohstoffe. Als alternative Proteinquellen dienen hierbei bestimmte Pflanzen (Kartoffeln, Weizengras, Luzerne), Insekten (Mehlwürmer), fadenförmige (filamentöse) Pilze (z. B. Ständerpilze wie Seitling oder Shiitake) sowie Mikroalgen. Sie enthalten allesamt ein für die menschliche Ernährung hochwertiges Aminosäureprofil sowie gute Anwendungseigenschaften, wodurch sie für die Lebensmittelindustrie sehr attraktiv sind.

Im Mittelpunkt von ›FutureProteins‹ stehen vier in sich geschlossene Anbausysteme: Vertical Farming für Pflanzen, Insect Farming für Insekten, Bioreaktoren für Pilze sowie Photobioreaktoren für Algen. Ein wichtiger Bestandteil im Projekt ist die Analyse und Bewertung von Energie-, Abfall- und Abwasserströmen in diesen vier Anbausystemen und den jeweiligen Aufarbeitungsprozessen. Das Ziel sind geschlossene, kosteneffiziente und ressourcenschonende Kreisläufe entlang der Wertschöpfung.

Der grosse Vorteil der vier genutzten Anbausysteme besteht darin, dass die jeweiligen Proteinquellen ganzjährig, klimaunabhängig und dadurch mit hoher Effizienz und Resilienz angebaut werden können. Darüber hinaus sind die geschlossenen Systeme im Vergleich zu herkömmlichen Anbauprozessen eine äusserst ressourcenschonende Methode: Vertical Farming benötigt lediglich 5% des Wassers und 50% weniger Dünger. Auf Pestizide kann gänzlich verzichtet werden.

Damit Vertical Farming hinsichtlich Energie- und Kosteneffizienz noch weiter optimiert werden kann, wird im Projekt an hybriden Beleuchtungssystemen für Pflanzen geforscht, die Sonnen- und LED-Licht dynamisch und wellenlängenspezifisch miteinander kombinieren. Licht spielt auch eine wichtige Rolle bei der Algenkultivierung in den Photobioreaktoren, wo die Lichtausbeute mittels künstlicher Beleuchtung und KI-basierter Regelung optimiert wird.

Beim Insect Farming stellt die Vermeidung von Kontaminationen mit Insektenpathogenen die grösste Herausforderung dar, um auf den Einsatz von Antibiotika und Pestiziden verzichten zu können. Im Zuge dessen wird erstmals ein geeignetes Überwachungssystem entwickelt, mit dem Insektenfarmen vor Infektionskrankheiten geschützt werden können. Bei der Kultivierung filamentöser Pilze als Proteinquelle besteht die entscheidende Aufgabe darin, kostengünstige Nährmedien für die Pilze bereitzustellen. (Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME in Aachen).