Nachhaltige Proteinzutaten – Ergebnisse

Im Projekt „Nachhaltige Proteinzutaten“ wurde durch den Aufbau einer strukturierten, standardisierten Proteindatenbank eine umfassende wissenschaftliche Grundlage für die gezielte Auswahl und (Weiter-)Entwicklung pflanzlicher Proteinzutaten geschaffen. Im Zentrum stand dabei die systematische Charakterisierung chemischer, physikalisch-chemischer und funktioneller Eigenschaften von insgesamt 91 Proteinpräparaten unterschiedlicher Herkunft – darunter Proteine aus Leguminosen, Algen, Insekten sowie Molkenproteine als Referenzsysteme.

Um die Eigenschaften der verschiedenen Proteinpräparate systematisch zu erfassen, wurden dafür insgesamt über 16.000 Einzelmessungen durchgeführt. Für eine verlässliche Datengrundlage kamen standardisierte Vorgehensweisen zum Einsatz – darunter standortübergreifende Methodenvergleiche und -validierungen, Qualitätsregel- und Kontrollkarten sowie detaillierte Standard Operating Procedures (SOPs). So konnte eine einheitliche und vergleichbare Erhebung aller Messergebnisse sichergestellt werden. Die erzielten Messergebnisse zeigen deutlich, dass die Funktionalität pflanzlicher Proteinzutaten stark von Rohstofftyp, Herstellungsverfahren, Verarbeitungsgrad und Analysebedingungen abhängt. Selbst Proteinzutaten aus identischen Quellen wiesen teilweise erhebliche Unterschiede in Löslichkeit, Gelbildungsvermögen, Schaumeigenschaften oder Texturverhalten auf. Besonders deutlich beeinflussten technologische Modifikationen wie enzymatischer Hydrolyse oder Fermentation die funktionellen und sensorischen Eigenschaften, welche hierdurch gezielt verbessert werden konnten. Weitere zentrale Erkenntnisse aus den Messungen zeigen, dass sich die Proteinlöslichkeit, die Benetzbarkeit der Pulver, die Farbe und die Partikelgröße als wichtige Schlüsselkriterien zur Unterscheidung von Soja-, Erbsen- und Ackerbohnenproteinen erwiesen haben. Außerdem zeigte die Kombination unterschiedlicher Proteinzutaten positive Effekte auf die Schaum- und Gelbildung sowie auf die Gesamtproteinqualität wie beispielsweise dem Aminosäureindex.

Ergänzend zu den chemischen, physikalisch-chemischen und funktionellen Eigenschaften wurden sensorische Analysen durchgeführt. Dabei wurden kommerziell erhältliche Proteinzutaten unterschiedlicher Quellen sowohl in wässriger Lösung als auch in Emulsion untersucht. Mithilfe sogenannter RATA-Analysen (Rate-All-That-Apply) wurden insgesamt 56 Proteinzutaten in wässriger Dispersion und 59 Proteinzutaten in Emulsion anhand eines speziell entwickelten Attribute-Lexikons mit 77 Merkmalseigenschaften charakterisiert. Die untersuchten Präparate deckten ein breites Spektrum von Proteinmehlen über -konzentrate bis hin zu -isolaten mit Proteingehalten zwischen 36 und 99,6 % ab und stammten aus 13 unterschiedlichen Rohstoffgruppen, insbesondere Erbse, Ackerbohne und Soja. Die Auswertung mittels Hauptkomponentenanalyse zeigte, dass sich vor allem Kartoffel-, Insekten- und Reisproteine sensorisch deutlich von den anderen Gruppen sowie voneinander abgrenzten, sowohl in wässriger Suspension als auch in Emulsion. Insgesamt wurde deutlich, dass sowohl der Rohstofftyp als auch die verwendeten Fett- und Ölkomponenten das sensorische Profil maßgeblich beeinflussten. Darüber hinaus wurden Applikationsversuche durchgeführt, um die Eignung ausgewählter Proteinzutaten für verschiedene Produktgruppen zu bewerten. Hierzu wurden unter anderem Käsealternativen, Barista-Haferdrinks, Hackfleischalternativen sowie proteinangereicherte Fruchtzubereitungen sensorisch analysiert. Auf Basis von Varianz- und Hauptkomponentenanalysen konnten gezielt vielversprechende Proteinpräparate für den jeweiligen Einsatz identifiziert werden.

Zudem wurden in Zusammenarbeit mit dem New Food Systems Projekt Pr:Ins verschiedene Nachhaltigkeitsaspekte der Proteinzutaten betrachtet. So wurden für alle in der Proteindatenbank enthaltenen alternativen Proteinquellen Umweltfußabdrücke in Form von Nachhaltigkeitssteckbriefen erstellt, die ökologische Kenngrößen systematisch erfassen. Die Bewertung erfolgt nach LCA-Standards (ISO 14040/44) im Cradle-to-Gate-Ansatz und berücksichtigte zentrale Wirkungskategorien wie Klimawandel, Eutrophierung, Versauerung und Ressourcenverbrauch. Ergänzend wurden potenzielle soziale Risiken mithilfe der Social Hotspot Database analysiert. Dadurch können neben technofunktionelle Eigenschaften künftig auch ökologische und soziale Gesichtspunkte in Entscheidungsprozesse für die Auswahl von Proteinzutaten und deren Anwendungen einbezogen werden.

Im Rahmen von Applikationsuntersuchungen wurden zudem 15 Proteintexturate und 13 Proteinpräparate in Modellprodukten getestet. Auf Basis definierter Standardrezepturen entstanden unter anderem Burger-Patties und Scheibenkäsealternativen. Die verwendeten Proteintexturate zeigten keinen signifikanten Einfluss auf die Festigkeit und das Bissverhalten der Burger-Patties. Bei den Käsealternativen beeinflussten die eingesetzten pflanzlichen Proteine deutlich deren Farbe, Textur und Geschmack. Leguminosenproteine erwiesen sich insgesamt als besonders geeignet für proteinangereicherte Käsealternativen, wobei Ackerbohnenprotein dabei die höchste Festigkeit bei gleichzeitig akzeptabler Elastizität erreichte. So sind die gewonnenen Erkenntnisse bereits in praxisnahe Entwicklungen eingeflossen – konkret in die Herstellung und Optimierung proteinbasierter Lebensmittel, in die Weiterentwicklung von Herstellungsverfahren zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten pflanzlicher Proteinzutaten (beispielsweise für ressourcenschonende Prozesse zur Gewinnung von Proteinkonzentraten, die Optimierung der Funktionalität von Lupinen- und Sonnenblumenproteinen und die Herstellung pflanzlicher Proteintexturate) sowie in die Produktion von Futtermitteln mit alternativen Proteinquellen.

Insgesamt stellt die entwickelte Proteindatenbank mit komfortablen Suchfunktionen, integrierten Berechnungstools und grafischen Auswertungen ein leistungsfähiges Werkzeug für Forschung und Entwicklung im Bereich alternativer Proteine dar. Es wurde damit ein praxisnahes Werkzeug geschaffen, welches es Unternehmen der Lebensmittel- und Futtermittelindustrie ermöglicht, geeignete Proteine gezielter auszuwählen, Kombinationen effizienter zu entwickeln und Produktentwicklungsprozesse zu beschleunigen. Die enge Einbindung des Industriekonsortiums stellte dabei sicher, dass die wissenschaftlichen Erkenntnisse unmittelbar anwendungsorientiert bewertet und marktnah weiterentwickelt werden konnten.