Fraunhofer-Leitprojekt
Ernährung der Zukunft
Zunehmende Umweltprobleme, Klimawandel und die Belastung von Böden und Gewässern durch Pestizide und Düngemittel erschweren in vielen Regionen der Welt die Versorgung mit ernährungsphysiologisch hochwertigen Lebensmitteln. Vor diesem Hintergrund haben sich sechs Fraunhofer-Institute im Leitprojekt „FutureProteins“ zusammengeschlossen. Ziel des Projekts ist es, alternative Proteinquellen zu erschließen und daraus neuartige Lebensmittel herzustellen – als Alternative zu Fleisch, Milch und Co.
Nachhaltige Indoor-Systeme für die Proteinproduktion
Die Forscherinnen und Forscher entwickelten vier platzsparende Indoor-Anlagen: Vertical Farming für Pflanzen, Insect Farming für Insekten, Bioreaktoren für Pilze sowie Photobioreaktoren für Algen. Damit lassen sich verschiedene Proteinsysteme ganzjährig kultivieren. Ein besonderer Fokus liegt auf der Kreislaufwirtschaft: Anfallende Nebenströme aus den Produktionsprozessen werden weiterverwendet, etwa als Dünger oder als Substrat für andere Kulturen.
„Im Hinblick auf den Klimawandel war es uns wichtig, dass sich alle neu entwickelten Indoor-Anlagen unabhängig vom Standort, von der Fläche und der Saison nutzen lassen und somit eine ganzjährige, lokale und nachhaltige Kultivierung der verschiedenen Rohstoffe gewährleistet ist“, sagt Dr. Marc Stift, Wissenschaftler und Projektkoordinator am Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME in Aachen.
Die Systeme sind eng miteinander verzahnt. So wird beispielsweise Kartoffeltrester, der bei der Gewinnung von Stärke und Proteinen anfällt, als Substrat für die Pilzfermentation genutzt. „Ein Beispiel: Kartoffeln werden nach dem Anbau fein zerkleinert, wobei man Stärke und Proteine gewinnt. Übrig bleibt ein wässriges Medium und Kartoffeltrester. Dieser Kartoffeltrester enthält Ballaststoffe, die im Projekt als hervorragendes Fermentationssubstrat für Pilze identifiziert wurden“, erläutert Dr. Stephanie Mittermaier, Projektkoordinatorin und Wissenschaftlerin am Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Freising. Auch stickstoffreiche Nebenströme aus der Insektenzucht können als Pflanzendünger eingesetzt werden.
Vertical Farming
Eine der Innovationen im Projekt ist die OrbiPlant®-Technologie des Fraunhofer IME – ein förderbandbasiertes Vertical-Farming-System zur Indoor-Kultivierung von Erbsen. Die Anlage bewegt sich wellenförmig, sodass die Pflanzen nach oben und unten wachsen. Dieses System spart bis zu 95 Prozent Wasser und 50 Prozent Dünger im Vergleich zur herkömmlichen Landwirtschaft.
„Die Aeroponik ist eine spezielle substratfreie Anbaumethode für Pflanzen. Die Wurzeln der Pflanzen hängen im Innenraum des Förderbands und werden mit einer Lösung aus Wasser und Nährstoffen besprüht. Im Vergleich zur Hydroponik, bei der sich die Wurzeln in der Nährlösung befinden, wird bei einer aeroponischen Bewässerung die Menge an Wasser in der Anlage dramatisch reduziert“,
erklärt Stift.
Die Ernte sei dabei besonders effizient: Da die Pflanzen nicht im Erdreich wachsen, könne die gesamte Biomasse ohne vorheriges Waschen direkt weiterverarbeitet werden.
Fleischersatzprodukte mit verbessertem Nährwertprofil
An der Entwicklung hochwertiger schmackhafter Lebensmittel aus verschiedenen Proteinquellen arbeiten die Forschenden am Fraunhofer IVV in Freising. Ein Lebensmitteltechnikum mit den vorhandenen Pilotanlagen zur Herstellung von Fleisch- und Milchalternativen sowie Backwaren am Standort bei München bietet ideale Voraussetzungen, um Lebensmittel bis zur Marktreife zu entwickeln. Dank modernster Analysemethoden können die Forscherinnen und Forscher einzelne Rohstoffe hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, ihrer funktionellen Eigenschaften und ihrer sensorischen Eigenschaften wie Geschmack und Geruch bewerten.
„Ziel ist es, die Proteinsysteme mit ihren jeweils besten Eigenschaften zu kombinieren, sensorisch und funktional zu optimieren und so neue Produkte wie beispielsweise vegane Fleischalternativen zu kreieren“, sagt Mittermaier.
Das Ergebnis der Forschungsarbeiten innerhalb von FutureProteins sind eine Reihe von Prototypen mit hoher Verbraucherakzeptanz: Neben Burgerpatties und veganen Fleischbällchen aus einem Mix aus Erbsenprotein und Pilzmyzel wurde sowohl das Geschmacks- als auch das Geruchsprofil von glutenfreien Broten aus Insekten, von Desserts und Softeis aus unterschiedlichen Pflanzenproteinen sowie von Teigwaren mit Algenfüllung von den Verkostern als überaus positiv bewertet.
„Mit den Burgerpatties aus Erbsen und Pilzen sowie den gefüllten Teigwaren wollen wir den Massenmarkt ansprechen. Die Insektenbrote sehen wir eher als Nischenprodukt“, sagt die Forscherin. „Vergleichbare Burgerpatties aus einer Kombination unterschiedlicher Proteinquellen gibt es derzeit noch nicht zu kaufen. Die Mischung aus Erbsen und Pilzmyzelien ergibt besonders saftige Burger mit stark reduzierten Gehalten an künstlichen Aromen und Zusatzstoffen wie Hydrokolloiden, die üblicherweise wegen ihrer gel- und texturbildenden Eigenschaften Bestandteil vieler Rezepturen sind.“
Diese und andere Forschungsarbeiten präsentieren Mittermaier und ihr Team auf der Messe IFFA vom 3. bis 8. Mai 2025 in Frankfurt. Die Forschenden verfolgen das Ziel, die entwickelten Lebensmittelprototypen, aber auch die im Projekt entstandenen Anlagen in die Industrie zu lizensieren.
Beteiligte Institute
- Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME, Aachen (Koordination)
- Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, Freising und Dresden (Koordination)
- Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart
- Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB, Karlsruhe
- Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Chemnitz
- Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, Oberhausen
Quelle: Fraunhofer IME
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