LacOat4Fungi – Ergebnisse

Im Projekt „LacOat4Fungi“ wurden wissenschaftliche und technologische Grundlagen für die Produktion proteinreicher Pilzmyzelien unter Nutzung industrieller Nebenströme entwickelt. Im Mittelpunkt stand die Kombination zweier Reststoffe aus der Lebensmittelproduktion: Haferokara aus der Herstellung von Haferdrinks sowie eine Mutterlauge aus der Laktoseproduktion der Milchindustrie. Die Arbeiten umfassten sowohl die mikrobiologische Prozessentwicklung im Labormaßstab, als auch erste Schritte zur Skalierung und zur Aufarbeitung der Biomasse für verschiedene Lebensmittelanwendungen.

Zu Beginn des Projekts wurden die chemische Zusammensetzung der Nebenströme analysiert und verschiedene Pilzstämme hinsichtlich ihrer Fähigkeit zur Verwertung dieser Substrate untersucht. Dabei zeigte sich, dass Haferokara und Mutterlauge aus der Milchverarbeitung grundsätzlich als Substrate geeignet sind, jedoch einzeln eingesetzt keine optimalen Wachstumsbedingungen für Speisepilze bieten. Erst die Kombination beider Nebenströme ermöglichte ein deutlich verbessertes Wachstum der Mikroorganismen. Die Ergebnisse bestätigten damit die ursprüngliche Hypothese des Projekts, dass sich die Nährstoffdefizite der einzelnen Substrate durch eine gezielte Mischung ausgleichen lassen.

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt lag auf der Optimierung der Kultivierungsbedingungen und der Prozessführung. Filamentös wachsende Pilze stellen in der Bioprozesstechnik eine besondere Herausforderung dar, da ihre Morphologie durch die Durchmischung und Sauerstoffversorgung im Fermenter beeinflusst wird. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Struktur und Wachstum der Myzelien durch den Einsatz unlöslicher Partikel aus den Nebenströmen sowie durch angepasste Kultivierungsbedingungen gezielt beeinflussen lassen. Gleichzeitig ließ sich nachweisen, dass sich auch Nährwertzusammensetzung und Proteinqualität der Biomasse durch Variation der Substratanteile und Prozessbedingungen steuern lassen. Zusätzlich konnte der ernährungsphysiologische Mehrwert der Myzelien durch kurzzeitige UV-Bestrahlung gesteigert werden, wodurch sich der Vitamin-D-Gehalt der Biomasse erhöhte.

Parallel zur Prozessentwicklung im Labormaßstab wurden erste Schritte zur technischen Skalierung durchgeführt. Hierzu wurde ein Fermentationssystem entwickelt und mehrere Testläufe durchgeführt. Diese ergaben, dass eine stabile sterile Prozessführung eine zentrale Voraussetzung für die erfolgreiche Kultivierung darstellt. Insbesondere im Pilot-Maßstab (bis zu 1000-L-) kam es zunächst zu Kontaminationen, die auf Schwierigkeiten bei der Sterilisation des Fermenters und des Nährmediums zurückzuführen waren. Durch mikrobiologische Analysen konnten mögliche Kontaminationsquellen identifiziert und die Prozessführung entsprechend angepasst werden. Gleichzeitig konnte nachgewiesen werden, dass sich das Fermentationsmedium aus den beiden Nebenströmen homogenisieren und für die Kultivierung im Fermenter einsetzen lässt.

Für die Aufarbeitung der Myzelbiomasse zur Gewinnung proteinreicher Zutaten wurden verschiedene Zellaufschlussverfahren untersucht. Darunter eine Vermahlung mit Kolloid- und Kugelmühlen, Hochdruckhomogenisierung sowie Mikrofluidisierung. Besonders vielversprechend erwiesen sich Kombinationen aus mechanischer Feinstzerkleinerung, Wärmebehandlung und mild alkalischen Bedingungen. Die anschließende Ultrafiltration im Labormaßstab ermöglichte die Gewinnung einer löslichen Proteinfraktion mit einem Proteingehalt von etwa 50 %, die für Anwendungen in alternativen Produkten genutzt werden kann. Gleichzeitig zeigte die verbleibende unlösliche Fraktion Potenzial für strukturierte Lebensmittel wie Fleischalternativen.

Die erzeugte Myzelbiomasse weist aufgrund ihrer filamentösen Struktur eine faserähnliche Textur auf, welche Muskelfasern sehr ähnlich und damit besonders für Anwendungen im Bereich pflanzlicher Fleischalternativen geeignet ist. Erste sensorische Untersuchungen zeigten zudem, dass die erzeugte Biomasse keine unerwünschten Fehlaromen aufweist. Insgesamt zeigt das Projekt, dass sich Nebenströme aus der Hafer- und Milchverarbeitung prinzipiell als Substrate für die Herstellung von Mykoprotein nutzen lassen und damit neue Perspektiven für eine nachhaltige, kreislauforientierte Lebensmittelproduktion eröffnen.