#Neues aus der Industrie
Neues Forschungsprojekt untersucht Proteinverarbeitung aus Insekten für nachhaltige Lebensmittelproduktion
Wie ernähren wir uns in Zukunft?
Angesichts der Herausforderungen durch ein weltweites Bevölkerungswachstum, zunehmende Umweltbelastungen und begrenzte natürliche Ressourcen suchen Wissenschaft und Industrie intensiv nach zukunftsfähigen Lösungen für die Ernährung der Menschheit. Eine vielversprechende Möglichkeit liegt in der Nutzung alternativer Proteinquellen – beispielsweise durch Insekten.
Das Vorhaben „ProtinA“ (vollständiger Titel: Ernährungs-optimierte Erschließung alternativer Proteinquellen durch innovative und nachhaltige Verarbeitungstechnologien am Beispiel von Grillen Acheta domesticus) vereint die Expertise des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) in Potsdam, des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung sowie von drei Industriepartnern, darunter das Unternehmen membraPure GmbH.
Proteine sind ein wesentlicher Bestandteil einer ausgewogenen Ernährung und erfüllen im menschlichen Körper eine Vielzahl lebenswichtiger Funktionen. Sie dienen als Bausteine für Zellen, Gewebe und Muskeln, tragen zur Bildung von Enzymen und Hormonen bei und unterstützen das Immunsystem. Da der menschliche Körper selbst keine ausreichenden Mengen an Protein produzieren kann, ist eine kontinuierliche Zufuhr über die Nahrung erforderlich.
Traditionell gehören zu den Proteinquellen tierische und pflanzliche Produkte wie Fleisch, Fisch und Hülsenfrüchte. Angesichts des Bevölkerungswachstums, begrenzter natürlicher Ressourcen und des Klimawandels werden jedoch zunehmend Anstrengungen unternommen, alternative Proteinquellen zu identifizieren. Diese Alternativen zielen darauf ab, die Proteinversorgung nachhaltiger zu gestalten und gleichzeitig die Umweltauswirkungen der großflächigen Tierhaltung zu verringern.
Insekten gelten in diesem Zusammenhang als vielversprechende Option. Sie benötigen weniger Ressourcen wie Futter, Land und Wasser, verursachen geringere CO₂-Emissionen und liefern dennoch hochwertiges Protein und essentielle Mikronährstoffe. Für ihre Verwendung in der Lebensmittelproduktion ist es jedoch entscheidend, nicht nur hygienische Verarbeitungsbedingungen zu gewährleisten, sondern auch ihre Nährstoffzusammensetzung vollständig zu verstehen, insbesondere ihr Aminosäureprofil und wie sich dieses während der Verarbeitung verändert.
Hier setzt das Forschungsprojekt ProtinA gezielt an, um neue Lösungsansätze zu entwickeln.
Ziel des Projekts ist es, anhand von Grillen als Modellorganismus unterschiedliche Verarbeitungsverfahren alternativer Proteinträger zu analysieren und zu optimieren. Eine besondere Rolle spielt dabei die Frage, wie sich die technologischen Prozesse auf die ernährungsphysiologische Qualität der resultierenden Lebensmittel auswirken. Die Ergebnisse sollen nicht nur wissenschaftlich verwertbar sein, sondern auch konkrete Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis aufzeigen.
Ein zentrales Element des Projekts ist die präzise Steuerung der Verarbeitungsabläufe. Es wird untersucht, wie sich einzelne Prozessschritte auf die Proteinstruktur und -funktion auswirken. Optische Analysemethoden ermöglichen es dabei, diese Veränderungen in Echtzeit sichtbar zu machen und gezielt zu kontrollieren.
„Ein wichtiger Aspekt ist dabei die Aminosäurezusammensetzung. Zu deren Erfassung entwickeln wir ein standardisierbares Protokoll für die Probenvorbereitung und Quantifizierung“, erklärt Dr. Alexander Angersbach, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei der membraPure GmbH.Ein zentrales Analyseinstrument in diesem Projekt ist die Aminosäureanalyse mit einem Aminosäureanalysator. Dieses System ermöglicht beide qualitative und quantitative Bestimmung einzelner Aminosäuren.
Der Aminosäureanalysator ermöglicht einen zuverlässigen Nachweis selbst bei sehr geringen Konzentrationen und wird von komplexen Probenmatrizen nicht wesentlich beeinträchtigt. Im Vergleich zu anderen Analysemethoden wie LC-MS/MS oder HPLC erfordert er in der Regel eine weniger aufwendige Probenvorbereitung.
Sowohl freie als auch gebundene Aminosäuren können analysiert werden. Freie Aminosäuren werden mittels Post-Column-Derivatisierung bestimmt: Nach der chromatographischen Trennung reagiert ein Reagenz mit den Aminosäuren und bildet stabile, farbige Derivate. Primäre Aminosäuren erzeugen violette Verbindungen, während sekundäre Aminosäuren gelbe Derivate bilden. Diese Signale werden erfasst und anhand der Peakflächen quantifiziert.
Die Aminosäureanalyse ist besonders wichtig für sogenannte „neuartige Lebensmittel“, darunter auch Produkte auf Basis von Insektenproteinen. Aufsichtsbehörden wie die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) verlangen detaillierte Aminosäureprofile, um die Proteinqualität zu bewerten. Während die Aminosäureanalyse für die meisten konventionellen Lebensmittel nicht vorgeschrieben ist – hier muss lediglich der Gesamtproteingehalt angegeben werden –, gewinnt sie aufgrund des wachsenden Marktes für pflanzliche Proteine, Fleischalternativen und funktionelle Lebensmittel zunehmend an Bedeutung. In vielen Fällen dienen detaillierte Aminosäureprofile auch Marketingzwecken.
Zusätzliche Anforderungen werden von Organisationen wie der LUFA (Landwirtschaftliche Prüf- und Forschungsanstalten) definiert, die sowohl den Gehalt als auch die Qualität von Aminosäuren in Lebensmitteln bewerten. Während der Produktion ist es unerlässlich, die Stabilität und Verfügbarkeit von Aminosäuren sicherzustellen, was oft sorgfältig kontrollierte Verarbeitungsbedingungen erfordert.
Aminosäuren selbst können empfindliche Verbindungen sein. Sie können sowohl während biologischer Prozesse als auch bei der Probenvorbereitung chemische Veränderungen durchlaufen, beispielsweise durch Oxidation. In einigen Fällen ist die ursprüngliche Aminosäure nicht mehr nachweisbar, da sie in eine andere Verbindung umgewandelt wurde – wie beispielsweise Glutamin, das sich in Glutaminsäure umwandelt.
Die im Projekt erarbeiteten Verarbeitungsstrategien sollen so gestaltet sein, dass die Bioverfügbarkeit der Proteine – also ihre Verwertbarkeit durch den menschlichen Körper – möglichst vollständig erhalten bleibt. Dies wird sowohl im Reagenzglas (in-vitro) als auch in biologischen Modellen (in-vivo) überprüft, um ein ganzheitliches Verständnis der Zusammenhänge zwischen Verarbeitung und Nährstoffwirkung zu gewinnen.
Durch die gezielte Steuerung der einzelnen Schritte lässt sich darüber hinaus vermeiden, dass Lebensmittel unnötig stark verarbeitet werden. Das schützt nicht nur die Produktqualität, sondern trägt auch zur Ressourcenschonung und damit zur ökologischen Nachhaltigkeit bei.
„Unser Untersuchungsansatz reicht von der alternativen tierischen Rohware über die einzelnen Prozessschritte bis hin zur ernährungsphysiologischen Bewertung des Endprodukts“, so Dr.-Ing. habil. Oliver Schlüter, Leiter des ATB-Programmbereichs „Gesunde Lebensmittel“. „Zu Beginn konzentrieren wir uns auf flüssige proteinreiche Lebensmittelsysteme, später folgen auch trockene Produktformen.“
Die Projektverantwortlichen sind zuversichtlich, dass die im Rahmen von ProtinA gewonnenen Erkenntnisse künftig auf weitere alternative Proteinquellen sowie verschiedene Produktklassen übertragbar sein werden. Auf diese Weise könnten langfristig innovative, nährstoffreiche und nachhaltige Lebensmittel entstehen, die auch von den Konsumentinnen und Konsumenten angenommen werden.
Das Forschungsvorhaben wird durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) im Rahmen des Innovationsförderprogramms (Förderkennzeichen: 281A809B21) gefördert und von der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) unterstützt.
