Die Proteinfrage

Proteine aus Insekten, Pilzen und Algen

Insekten, Pilze und Algen landen schon heute auf den Tellern. Fleischersatzprodukte sind im Kommen und pflanzliche Alternativen zu traditioneller Milch und herkömmlichen Molkereiprodukten sind schon ein Millionenschwerer Markt. Die Suche nach Proteinen ist eine Überlebensfrage der Menschen, da sie wichtige Nährstoffe sind. Die Erzeugung von nachhaltigen und massentauglichen Proteinen steht jedoch noch immer am Anfang. Jetzt widmen sich sechs Fraunhofer-Institute dem Thema und wollen vor allem Schweine- und Rindfleisch ersetzen.

Ressourcen einsparen

Sie entwickeln dafür neue Anbausysteme und -prozesse, mit denen nährstoffreiche Proteine zukünftig aus ausgewählten Pflanzen, Insekten, Pilzen und Algen gewonnen und für neue Produkte genutzt werden können. Der Verbrauch von Wasser, Düngemitteln, Pestiziden und Antibiotika in der Ernährungswirtschaft ließe sich mit diesen neuen Systemen deutlich verringern. Die Produktionsforschung des Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) hat im Projekt das Energiesparen im Fokus.

„FutureProteins“

Das Leitprojekt „FutureProteins“ kombiniert die Herstellung alternativer Proteinquellen in geschlossenen Agrarsystemen mit einer integrierten Nutzung aller Nebenströme zur Herstellung weiterer Proteinrohstoffe. Als alternative Proteinquellen dienen hierbei bestimmte Pflanzen (Kartoffeln, Weizengras, Luzerne), Insekten (Mehlwürmer), fadenförmige (filamentöse) Pilze (z. B. Ständerpilze wie Seitling oder Shiitake) sowie Mikroalgen. Sie enthalten allesamt ein für die menschliche Ernährung hochwertiges Aminosäureprofil sowie gute Anwendungseigenschaften, wodurch sie für die Lebensmittelindustrie sehr attraktiv sind.

Verzicht auf Landwirte

Das Thema verfolgt ganz neue Ziele und wird die Bedeutung der Landwirte reduzieren. Im Mittelpunkt des Projektes stehen vier Bioreaktoren für Pflanzen, Algen, Pilzen und Insekten, die später in geschlossenen Anlagen des Vertical Farmings genutzt werden könnten. Neben der Erzeugung von Proteinen prüfen die Wissenschaftler die Energie-, Abfall- und Abwasserströme, um über gezielte Aufarbeitungsprozesse eine Kreislaufwirtschaft zu etablieren.

„Für uns ist die Ernährungswirtschaft auf den ersten Blick Neuland – beschäftigen wir uns sonst doch eher mit Fragen der wettbewerbsfähigen Fertigung im Automobil- und Maschinenbau oder der Luftfahrt“, sagt Maximilian Stange, Projektleiter am Fraunhofer IWU und wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Hauptabteilung „Zukunftsfabrik“. „Wenn man das Forschungsfeld der Agrarsysteme aber näher betrachtet, sieht man, dass wir die Expertise aus unseren klassischen Forschungsbereichen transferieren können, z. B. wenn es um Energiekreisläufe und die Sektorkopplung in der Fabrik geht. Zugespitzt könnte man sagen, dass wir im Projekt fürs Energiesparen zuständig sind.“

Die Vision

Der große Vorteil der vier genutzten Anbausysteme besteht darin, dass die jeweiligen Proteinquellen ganzjährig, klimaunabhängig und dadurch mit hoher Effizienz und Resilienz angebaut werden können. Darüber hinaus sind die geschlossenen Systeme im Vergleich zu herkömmlichen Anbauprozessen eine äußerst ressourcenschonende Methode: Vertical Farming benötigt lediglich fünf Prozent des Wassers und die Hälfte an  Dünger. Auf Pestizide kann gänzlich verzichtet werden. Damit Vertical Farming hinsichtlich Energie- und Kosteneffizienz noch weiter optimiert werden kann, wird im Projekt an hybriden Beleuchtungssystemen für Pflanzen geforscht, die Sonnen- und LED-Licht dynamisch und wellenlängenspezifisch miteinander kombinieren. Licht spielt auch eine wichtige Rolle bei der Algenkultivierung in den Photobioreaktoren, wo die Lichtausbeute mittels künstlicher Beleuchtung und KI-basierter Regelung optimiert wird.

Kostenfrage

Das Projekt wird sich auch der Kostenfrage stellen müssen. Beim Insect Farming ist die Vermeidung von Kontaminationen mit Insektenpathogenen einer der Schlüssel. In der Projektlaufzeit muss ein Überwachungssystem für Infektionskrankheiten entwickelt werden. Bei den Pilzen ist die Aufgabe, ein preiswertes Nährmedium zu finden. Bei Pflanzenproteinen sind die Bitterstoffe und störende Aromaeindrücke ein Problem, die von der Züchtung aus den Feldkulturen langwierig heraus gezüchtet wurden,

Zudem müssen die Proteine für die Lebensmittelindustrie sensorischen und funktionellen Anforderungen entsprechen. Möglicherweise müsse neue Rezepturen gefunden werden.

Roland Krieg; Grafik: Projekt-Logo

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