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Es braucht eine Eiweiss-Revolution

Für die Versorgung der wachsenden Weltbevölkerung mit hochwertigem Eiweiss werden Hülsenfrüchte, Algen und Insekten bald eine Schlüsselrolle spielen. Bühler entwickelt die Lösungen für ihre Verarbeitung.

Text: Boris Schneider - Fotos: Ralph Richter

Fleischersatzprodukte aus Erbsen, Pasta mit Chlorella-Proteinen, Soldatenfliegen-Mehl als Futtermittel für Aquakulturen: Um eine wachsende Weltbevölkerung mit Proteinen zu versorgen, sind neue, innovative Ansätze gefragt. Jeder Erwachsene benötigt rund 60 Gramm hochwertiges Eiweiss pro Tag. Für die Ernährung der Weltbevölkerung erzeugt die Landwirtschaft jedes Jahr rund 525 Millionen Tonnen pflanzliche Proteine, die unter anderem in Mais, Reis, Weizen oder Soja enthalten sind. „Unsere Berechnung zeigt, dass wir bis 2050 zusätzlich 265 Millionen Tonnen Eiweiss pro Jahr benötigen, um die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren“, sagt Andreas Baumann, Experte für die
Proteinwertschöpfungskette bei Bühler. Damit keine Versorgungslücke entsteht, muss also die Produktion im Vergleich zu heute um 50% erhöht werden.

Die Proteinlücke schliessen
Die sich abzeichnende Protein-Lücke stellt eine ernstzunehmende Heraus-forderung für die Welternährung dar. Denn schon heute können wir unseren Eiweissbedarf trotz intensiver Landwirtschaft, Massentierhaltung und Fischerei nicht nachhaltig und umweltverträglich decken: „Zwei Drittel der erzeugten Pflanzenproteine landen nicht auf unseren Tellern, sondern in den Mägen von Nutztieren wie Rindern, Schweinen, Geflügel oder Fischen. Die Umsetzung von pflanzlichem in tierisches Eiweiss ist aber nicht sonderlich effizient“, erklärt Baumann. Mit bis zu 20 Kilogramm Futter bauen beispielsweise Rinder lediglich ein Kilogramm Körpergewicht auf. Die Ausbeute an essbarem Fleisch ist noch geringer.

Genug Proteine für 18 Milliarden Veganer
Rund die Hälfte des Mehrbedarfs bis 2050 könnte durch die Eliminierung von Verlusten wettgemacht werden. Fast 30% aller Rohstoffe gehen heute verloren, weil Nahrungsmittel unter anderem aufgrund einer unsachgemässen Lagerung verderben oder die Konsumenten sie wegwerfen. Auch mit einer stärker pflanzenbasierten Ernährung liesse sich das Problem entschärfen. „Wären wir alle Veganer, reichte die heute erzeugte Proteinmenge für 18 Milliarden Menschen aus“, sagt Baumann. Doch das Gegenteil ist der Fall: Mit dem steigenden Wohlstand in den Schwellenländern dürfte der Fleischkonsum bis 2050 sogar um 44 % ansteigen.¨

Sicher ist deshalb: Kein Weg führt an einer intensiveren Nutzung von pflanzlichen Proteinen für die menschliche Ernährung vorbei. Grosse Hoffnungen werden unter anderem in Hülsenfrüchte gesetzt: „Diese glutenfreien Sattmacher überzeugen mit einem hohen Gehalt an Proteinen und Ballaststoffen“, präzisiert Baumann. In Asien und Afrika sind Erbsen, Bohnen und Linsen längst ein wichtiges Grundnahrungsmittel. In Europa und Nordamerika sind sie ein wenig in Vergessenheit geraten. Entsprechend gering sind die Anbaumengen: Heute werden weltweit erst 77 Millionen Tonnen Hülsenfrüchte pro Jahr geerntet – das sind rund 15 Mal weniger als Mais und zehn Mal weniger als Reis oder Weizen.

Das Potenzial ist also noch längst nicht ausgeschöpft. Und die notwendige Verarbeitungstechnologie ist bereits vorhanden: Bühler bietet Lösungen für alle wesentlichen Prozessschritte wie das Reinigen, Schälen, Halbieren und Sortieren an. Mit dem Schäler Pulsroll etwa kann die Schale von Hülsenfruchtsorten effizient, schonend und hygienisch entfernt werden. „Unsere Technologien sind auf unterschiedliche Anforderungen, Kapazitäten und Sicherheitsstandards ausgelegt und genügen auch den stark regulierten Verarbeitungsindustrien in der EU oder den USA“, erklärt Baumann.

Mit neuen Produkten Akzeptanz erhöhen
Entscheidend ist die weitere Verarbeitung: „Vor allem in der westlichen Hemisphäre werden Hülsenfrüchte immer noch von vielen Konsumenten gemieden, weil ihre Zubereitung Zeit kostet und sie zu Blähungen führen können“, sagt Baumann. Die Lebensmittelindustrie muss deshalb neue Produkte mit einer hohen Akzeptanz entwickeln. So lässt sich beispielsweise aus Linsen oder Erbsen ein proteinreiches Mehl gewinnen und als Zusatz für Backwaren oder Pasta verwenden. Das ist auch unter ernährungsphysiologischen Gesichtspunkten interessant: Die Aminosäurenprofile von Hülsenfrüchten und Getreide ergänzen sich optimal und kommen in der Kombination dem tierischen Eiweiss sehr nahe.

Natürlich können auch reine Hülsenfrucht-Teigwaren mit ansprechendem Geschmack und Textur hergestellt werden. Die für Weizenteigwaren charakteristische „al dente“ Struktur erhalten sie jedoch erst durch die Modifikation der enthaltenen Stärke – diese übernimmt wie bei allen glutenfreien Teigwaren die Funktion des Klebereiweisses. Mit der Polymatik-Technologie verfügt Bühler über eine Produktionslösung, mit der sich auch Hülsenfrüchte zu schmackhaften Teigwaren mit dem gewohnten Biss verarbeiten lassen.

Eine Anwendung mit viel Potenzial sind zudem Fleischersatzprodukte: „Die Extrusionstechnologie von Bühler erlaubt die Herstellung von sogenannten Textrudaten“, erklärt Baumann. Dabei wird das Pro-teinkonzentrat stark erhitzt. Bei hoher Temperatur denaturieren die Eiweissketten, bevor sie sich beim Austritt aus der Düse neu ausrichten und wieder vernetzen. Diese Textrudate überzeugen mit einer Faserstruktur, die jener von Fleisch sehr nahe kommt, und fühlen sich beim Kauen wie Muskelfleisch an. „Solche Produkte könnten dazu beitragen, Hülsenfrüchte für einen grösseren Kreis von Konsumenten attraktiv zu machen, weil diese ihre Essgewohnheiten nicht ändern müssen“, ergänzt Baumann.

Soja und Fischmehl sind keine Alternativen
Mittel- bis langfristig müssen aber auch neue Rohstoffe wie Algen oder Insekten genutzt werden. Interessant sind sie vor allem als nachhaltige Alternativen zu Futtermitteln wie Soja oder Fischmehl. Etwa 80% der weltweiten Sojabohnenernte werden heute zu Futtermitteln verarbeitet. „Soja steht in der Kritik, weil für die Anbauflächen etwa in Brasilien oft auch Regenwald gerodet wird“, sagt Baumann. Nicht besser sieht es beim Fischmehl aus: Dieses wird grösstenteils aus wild gefangenen Fischen hergestellt und verschärft das Problem der Überfischung. Aber auch ökonomische Gründe sprechen gegen die beiden Futtermittel: So haben sich die Preise für Soja- und Fischmehl zwischen 1994 und 2014 verdreifacht.
Als Eiweissquelle bieten sich etwa Mikroalgen wie Chlorella oder Spirulina an: „Ihre Produktion konkurriert nicht mit bestehenden Landwirtschaftsflächen. Zudem wachsen sie schnell und brauchen wenig Platz“, beschreibt Baumann die wichtigsten Vorteile.

Gezüchtet werden sie in offenen Becken oder in geschlossenen Röhren, Beuteln oder Tanks. Das berühmte „Algen-Haus“ in Hamburg nutzt dafür sogar seine Fassade. Auf einer Fläche von nur 1,6 Quadratmetern etwa lässt sich so ein Kilogramm Algenprotein gewinnen. Zum Vergleich: Schweine benötigen für die gleiche Menge rund 50 Quadratmeter Platz.

Die Algenzellen schonend aufbrechen
Industrielle Anlagen für die Verarbeitung grosser Mengen müssen allerdings noch entwickelt werden. Ein kritischer Prozessschritt ist das Aufbrechen der robusten Zellwände. In einem Forschungsprojekt konnte Bühler zeigen, dass Rührwerkskugelmühlen dafür heute die kosteneffizienteste, mechanische Methode sind. Diese Nassmahltechnik kommt auch bei der Herstellung von hochwertigen Farben oder Lacken zum Einsatz. Dabei werden unzählige kleine Mahlkörper in eine vermahlungsintensive Relativbewegung zueinander versetzt und das Mahlgut durch die ständige Beanspruchung dazwischen fein dispergiert. „Zentral sind dabei die Scherkräfte, die durch das Bewegen der Flüssigkeit entstehen. Sie erlauben ein besonders schonendes Öffnen der Algenzellen“, präzisiert Baumann.

Die in den Zellen enthaltenen Proteine können beispielsweise zu Tierfutter verarbeitet werden. Bühler verfügt über Lösungen für das Konditionieren der Rohstoffe und das Extrudieren von Futterpellets für Haus- oder Nutztiere. Aber auch im Lebensmittelmittelbereich gibt es viele Anwendungen: Aus Algenproteinen lassen sich Zusätze für Backwaren, Pasta oder Snacks sowie Fleischersatzprodukte herstellen. Neben hochwertigen Eiweissen enthalten die Mikroalgen zudem wertvolle, mehrfach ungesättigte Fettsäuren oder Farbpigmente, die sich ebenfalls verwerten lassen.

Insekten als effiziente Eiweissquelle
Ähnliche Vorteile wie Algen bieten aber auch Insekten. Mehlwürmer oder Larven von Soldatenfliegen etwa können mit industriellen Nebenprodukten oder sogar mit gewissen Abfällen gefüttert werden und sind bemerkenswert effizient: Aus zwei Kilogramm Futtermittel bilden sie ein Kilogramm Insektenmasse. Auch der Platzbedarf ist gering: Auf einem Quadratmeter lässt sich ein Kilogramm Insektenprotein erzeugen. Während Insekten in Asien auch vom Menschen verzehrt werden, ist unsicher, ob westliche Konsumenten Nahrungsmittel auf Insektenbasis akzeptieren. Deshalb steht derzeit die Verarbeitung zu Futtermitteln im Vordergrund: „Das Insektenmehl ähnelt als Eiweissquelle dem Fischmehl und könnte in der Aquakultur eingesetzt werden, um den Druck auf die natürlichen Fischbestände zu reduzieren“, sagt Baumann.

Bis Insekten jedoch zur Eiweissversorgung von Mensch und Tier beitragen, müssen noch viele Fragen geklärt werden. So sind in einigen Ländern seit der BSE-Krise keine tierischen Eiweisse im Nutztierfutter zugelassen. Und auch die Verarbeitung grosser Mengen stellt Neuland dar. „Mit einem Partner in China arbeiten wir am Aufbau einer Pilotanlage für die industrielle Verarbeitung von Fliegenlarven und Mehlwürmern. Das Ziel ist die Gewinnung von Insektenmehl als Ersatz für Fischmehl sowie eines hochwertigen Fettes, das dem Palmkernöl ähnlich ist“, erklärt Baumann.

Eines ist schon heute klar: Der Proteinmarkt wird sich deutlich diversifizieren. Als Markt- und Technologieführer für Reinigungs-, Trocknungs-, Sortier-, Vermahlungs- und Extrusionsprozesse wird Bühler im Bereich der Verarbeitung von alternativen Eiweissquellen wie Hülsenfrüchten, Algen oder Insekten eine Schlüsselrolle spielen. „Während das Potenzial von Hülsenfrüchten heute schon genutzt werden kann, legen wir jetzt die Grundlagen, damit künftig auch Algen und Insekten zu einer nachhaltigen Ernährung von Mensch und Tier beitragen können“, meint Baumann abschliessend.