Mehlwurm statt Schnitzel

Mehlkäferlarven: Trocknungsmethode ­beeinflusst Verfügbarkeit von Spurenelementen

Die Trocknungsart hat bei Insekten einen entscheidenden Einfluss auf diverse Parameter. Die „eine“ Trocknungsmethode gibt es nicht.

Getrocknete Mehlwürmer © Hochschule Bremerhaven / Kai Martin Ulrich

Die weiterhin steigende Weltbevölkerung (die FAO geht von über 9 Milliarden Menschen vor 2050 aus) und der anhaltend wachsende Bedarf an Proteinen machen eine Suche nach alternativen Proteinquellen unumgänglich. Insekten bieten nicht zuletzt aufgrund ihres verhältnismäßig geringen Wasser- und Platzbedarfs sowie ihrer effizienten Futterverwertung eine vielversprechende Alternative zu üblicheren Nutztieren wie Schwein, Huhn und Rind. Die schwarze Soldatenfliege Hermetia illucens sowie die Larve des Mehlkäfers Tenebrio molitor sind zwei der Spezies, die mittlerweile industriell „produziert“ werden. 

Die Fähigkeit der Insekten Mikronährstoffe zu bilden, kann genutzt werden, um sie im Zuge der Anzucht anzureichern und nachfolgend an den Konsumenten weiterzugeben. Beispiel eines solchen Mikronährstoffes ist das für den Menschen essentielle Spurenelement Zink. Etwa 20 % der Weltbevölkerung sind von einem mehr oder weniger ausgeprägten Zinkmangel betroffen [1]. Supplementierungsstrategien sind ein vielversprechender Ansatz, setzen jedoch voraus, dass das im Insekt angereicherte Zink nach entsprechenden Verarbeitungsschritten noch resorptiv verfügbar ist. Die Vorgehensweise der Verarbeitung gilt es entsprechend zu optimieren, um nutritiv hochwertige Insektenprodukte zu generieren.

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Klassisch aber teuer: Gefriertrocknung 

Die klassische Vorgehensweise bei der Verarbeitung von Insekten folgt stets demselben Muster: Nach dem Abtöten werden die Tiere entweder direkt gepresst, um Proteine, Fette und Wasser zu trennen, oder im Ganzen getrocknet, um eine gute Lagerstabilität des Produktes zu gewährleisten. Der hohe Wassergehalt von ca. 68 % und die mit 10 – 30 % Gewichtsanteil fettreiche Trockensubstanz von T. molitor mit vielen ungesättigten Fettsäuren machen eine schnelle, effiziente Trocknung unabdinglich. Standardmäßig griff die Industrie dabei bisher häufig auf Gefriertrocknung zurück. Diese garantiert eine lange Haltbarkeit und Lagerstabilität des getrockneten Materials aus Mehlkäferlarven. Der Schwachpunkt dieser Methode ist allerdings der hohe Kostenfaktor – die Gefriertrocknung ist eine der mit Abstand teuersten Trocknungsmethoden.

Suche nach Alternativen

Auf der Suche nach einer Alternative zur Gefriertrocknung war Ziel einer Forschungsarbeit an der Hochschule Bremerhaven, eine kostengünstige, effiziente Trocknungsmethode zu finden, die die Stabilität der Nährstoffe (Proteine, Fette, Faseranteil) bestmöglich erhält und das Produkt schonend, ohne übermäßige thermische Belastung, trocknet. Dabei wurden Trocknungsmethoden zum Vergleich herangezogen, die bereits in der Industrie verbreitet und somit leicht zugänglich sind. Diese waren neben der Gefriertrocknung die Trocknung im Vakuumofen sowie die Trocknung im Stikkenofen (findet hauptsächlich Verwendung in Backstuben).

Tabelle 1: Nährwerte frischer und getrockneter Mehlkäferlarven

Die Insektenproben in der Gefriertrocknung wurden 24 Stunden mit einer Anfangs- und Endtemperatur von -50 °C beziehungsweise 20 °C getrocknet, im Vakuumofen trocknete die Probe bei 60 °C ebenfalls 24 Stunden lang, während die Probe im Stikkenofen bei 120 °C bereits nach einer Stunde getrocknet war. Die Restfeuchte aller Proben lag anschließend bei unter 10 % (Tabelle 1).

Um die Trocknungsmethoden vergleichen zu können, wurden anschließend mehrere Parameter der getrockneten Proben bestimmt: die farbliche Erscheinung, die Nährstoffzusammensetzung, das Fettsäureprofil, volatile Komponenten sowie der Zinkgehalt und dessen Bioverfügbarkeit. Die Ergebnisse:

Bild 1: Einfluss der unterschiedlichen Trocknungsmethoden auf die Mehlkäferlarven. © HS Bremerhaven / Nina Kröncke
  • Die Farbe der Probe aus dem Stikkenofen war am dunkelsten (digitale Bildauswertung L*-Wert = 36,93), hellere Proben produzierte die Gefriertrocknung (L*-Wert = 47,53), die vakuumofengetrocknete Probe war am hellsten (L*-Wert = 49,73; Bild 1).

  • Fettsäureprofil: Das Fettsäurespektrum war unter allen Proben vergleichbar, grobe Abweichungen traten nicht auf. Auffallend war der mit etwa 35 % hohe Anteil von Linolsäure am Gesamtanteil der Fettsäuren bei allen Proben, was zu einem für menschliche Ernährung günstigen Verhältnis von mehrfach ungesättigten zu gesättigten Fettsäuren von ca. 1,6 bei der Mehlkäferlarve führt.

  • Der Anteil und die Zusammensetzung volatiler Komponenten variierten stark zwischen den Trocknungsmethoden (Bild 2). Intermediate aus der Maillard-Reaktion und Lipidoxidation traten bei Vakuumofentrocknung und Gefriertrocknung in gleichermaßen hohen Mengen auf, wohingegen die Diversität molekularer Verbindungen beim Stikkenofen am geringsten ausfiel. Allen getrockneten Proben war ein hoher Anteil von Alkanen gemein, dessen Ursprung in dem Futtersubstrat Weizenkleie lag. 

Trocknungsmethode beeinflusst Verfügbarkeit von Spurenelementen 

Wichtig für eine Versorgung mit Zink ist nicht nur der Gesamtgehalt von Zink in einer Nahrungskomponente, sondern vielmehr dessen Zugänglichkeit für die Resorption nach enzymatischer Freisetzung im Gastrointestinaltrakt. Die Analysen zeigten unter allen Trocknungsmethoden eine mit ca. 12 mg/100 g Trockenmasse gleich hohe Gesamt-Zinkmenge in den Mehlkäferlarven. Dessen Biozugänglichkeit lag allerdings nach der Trocknung im Stikkenofen signifikant niedriger als bei den anderen getesteten Methoden. So waren ca. 80 % des Gesamtzinkgehalts der Probe nach der Trocknung im Stikkenofen biologisch unzugänglich; bei Vakuumofen- und Gefriertrocknung lag dieser Wert bei etwa 60 %.

Bild 2: Headspace-gaschromatographische Analyse­ getrockneter Tenebrio molitor-Larven. Repräsenta­tive­ GC-Chromatogramme von drei unabhängigen Head­space-GC-MS-Experimenten im Überblick (A) und für Stikkenofen (B), Gefriertrocknung (C) und ­Vakuumtrocknung (D). * Alkane < 0,002 % Gewichtsanteil, # gemischter Peak von 2-Butanon und Diacetyl. © TU Berlin

Die Ergebnisse der Forschungsarbeit heben hervor, dass die Trocknungsmethode Einfluss auf unterschiedlichste Parameter bei Insekten hat. Bei der Auswahl einer geeigneten Trocknungsmethode steht der Produzent also vor einer Vielfalt von Überlegungen. So ist die Trocknung mittels Stikkenofen mit 0,67 € / kg bei voller Kapazität die weitaus günstigste Methode; Gefriertrocknung ist mit 2,88 € / kg viel teurer; sie wird nur vom Vakuumofen übertroffen, der mit 3,24 € / kg in unserem Versuchsaufbau bei voller Kapazität am teuersten trocknet. Darüber hinaus ist die Trocknungszeit in diesem Versuchsaufbau beim Stikkenofen am weitaus kürzesten. 

Fazit 

Letztlich gilt es einen Kompromiss zu finden, um Mehlkäferlarven unter wirtschaftlich rentablen Bedingungen in bestmöglicher nutritiver Qualität und zudem angelehnt an das Entscheidungskriterium der Konsumentenakzeptanz zu produzieren und aufzubereiten.

Referenz / Publikation

  1. Wessels & Brown 2012 Estimating the Global Prevalence of Zinc Deficiency:Results Based on Zinc Availability in National Food Supplies and the Prevalence of Stunting.
  1. Krönke, N., Grebenteuch, S., Keil, C., Demtröder, S., Kroh, L., Thünemann, A. F., Benning, R., Haase, H. (2019). Effect of Different Drying Methods on Nutrient Quality of the Yellow Mealworm (Tenebrio molitor L.).

AUTOREN
Sebastian Demtröder
Nina Kröncke
Rainer Benning
Hochschule Bremerhaven
Institut für Lebensmitteltechnologie und Bioverfahrenstechnik

Sandra Grebenteuch
TU Berlin
Institut für Lebensmitteltechnologie und Lebensmittelchemie
FG Lebensmittelchemie und Analytik

Claudia Keil
Hajo Haase
TU Berlin
Institut für Lebensmitteltechnologie und Lebensmittelchemie
FG Lebensmittelchemie und Toxikologie

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