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Nachhaltige Proteinzutaten

Projektleitung: Prof. Dr. Ute Weisz, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Der Bedarf an lebenswichtigen Eiweißen wird durch unsere wachsende Weltbevölkerung zukünftig immer größer werden. Jedoch verursacht der Konsum von tierischem Eiweiß wie beispielsweise Rindfleisch hohe Belastungen für Umwelt und Klima. Durch die Erforschung und Entwicklung von nachhaltigen und alternativen Proteinquellen wie beispielsweise Pflanzen und Insekten kann ein Beitrag für eine zukünftig nachhaltigere Eiweißversorgung möglichst vieler Menschen geleistet werden. Mittlerweile ist zwar eine Vielzahl an meist pflanzlichen Proteinpräparaten auf dem Markt verfügbar, allerdings sind deren Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten bislang vergleichsweise eingeschränkt und nur lückenhaft bekannt, was es Lebensmittel- und Futtermittelherstellern erschwert, sich für das „richtige“ Protein zu entscheiden. Neue Proteinpräparate aus vielversprechenden Quellen wie Insekten oder Mikroalgen stehen kommerziell noch nicht oder nur zu sehr hohen Preisen zur Verfügung. Das Startprojekt „Nachhaltige Proteinzutaten“ verfolgt daher zwei übergeordnete Ziele: Die Entwicklung einer umfassenden Proteindatenbank als Grundlage für die kenngrößenspezifische Auswahl von Proteinkombinationen für bestimmte Verwendungszwecke sowie der gezielte Einsatz der Proteine zur Herstellung von innovativen Lebens- und Futtermitteln. Nach erfolgreicher Lebensmittelentwicklung innerhalb des Projektes werden die neuen Produkte auf projektübergreifenden Veranstaltungen des Innovationsraums vorgestellt und können dort auch verkostet werden.

Nach einer Laufzeit von einem Projektjahr haben wir bereits eine ganze Menge erreicht. Mit Hilfe unserer Industriepartner konnten wir mittlerweile 49 verschiedene Proteinpräparate (davon 45 Produkte pflanzlicher Herkunft und 4 Insektenprodukte) beschaffen, die gerade sehr detailliert auf verschiedene Zielgrößen hin untersucht werden. Dabei gehen wir so vor, dass die Proteinpräparate nach Ankunft am Fraunhofer IVV in neutrale Gefäße überführt und mit einem 12-stelligen Ziffern- und Buchstabencode versehen werden. Die Codierung ist notwendig, da wir die Proteine anonymisiert in die Datenbank aufnehmen und die Analytiker nicht wissen sollen, um welches Protein es sich handelt. Die Proben werden dann vom Fraunhofer IVV an die beiden Forschungspartner HAW Hamburg für die sensorische Analyse und die Uni Bonn für die chemische Zusammensetzung versendet. Zudem unterstützen uns unsere Industriepartner sowohl bei den rheologischen Untersuchungen, bei der Aminosäureanalytik und bei der Applikation der Proteine in verschiedenen Lebensmitteln und Futtermitteln.

Folgende Zielgrößen wurden gemeinsam vom Projektkonsortium priorisiert:

» Chemische Zusammensetzung

  • Rohproteingehalt
  • Aschegehalt
  • Trockensubstanz
  • Stärkegehalt
  • Fettgehalt
  • Molekulargewichtszusammensetzung
  • Aminosäurezusammensetzung
  • pH-Wert in Suspension

    » Ernährungsphysiologische Eigenschaften

    • Chemical Score (rechnerisch mit Referenzproteinen)

      » Physikalisch-chemische Eigenschaften

      • Wasserbindevermögen
      • Ölbindevermögen
      • Proteinlöslichkeit
      • Emulgierkapazität
      • Farbe
      • Schaumeigenschaften
      • Zeta-Potential
      • Gelbildeeigenschaften
      • Partikelgrößenverteilung

        Die sensorischen Eigenschaften werden aktuell charakterisiert und anschließend für jede Produktgruppe quantifiziert.

        Außerdem werden verschiedene ökologische und sozioökonomische Faktoren hinsichtlich ihrer Eignung zur Bewertung der Nachhaltigkeit der Proteine diskutiert. Eine geeignete Auswahl der Faktoren soll anschließend ebenfalls in die Datenbank einfließen.

        Basierend auf den ersten Messergebnissen wurde bereits eine flexible Datenbankstruktur erstellt und die ersten Daten eingepflegt. Im weiteren Projektverlauf wird diese kontinuierlich um weitere Daten erweitert und ergänzt. Durch den Einsatz von Konzepten agiler Softwareentwicklung ist es möglich, auf leicht unterschiedliche Datensätze dynamisch zu agieren. So ist es beispielsweise ein geringer Aufwand, die Datenbank um zusätzliche Proteineigenschaften zu ergänzen.

        Die Funktion der Datenbank konzentriert sich derzeit auf die Katalogisierung unterschiedlicher Proteine sowie Suchfunktionen. Diese sollen durch Rechenfunktionen dahingehend erweitert werden, dass bei der Eingabe verschiedener Anforderungen an ein Proteinpräparat auch Proteinkombinationen automatisiert vorgeschlagen werden, die die gewünschten Anforderungen erfüllen. Hierzu müssen auf Basis experimenteller Daten entsprechende Algorithmen ermittelt und hinterlegt werden.

        Laufzeit: 01.10.2020-30.09.2023

        Die Projektpartner

        Im Rahmen der Multimedia-Story „Lebensmittel der Zukunft“ gibt Prof. Dr. Ute Weisz einen Einblick in die Projektarbeit.  Auf der BMBF-initiierten Informationsplattform bioökonomie.de ist die Episode „PflanzenFleisch“ ab sofort verfügbar. Hier gelangen Sie zur Multimedia-Story.