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Mikroben könnten in Zukunft deutlich mehr Lebensmittelzutaten produzieren
Eiweiß aus Hefen statt aus Hühnereiern und Farbstoffe aus Mikroben sind technisch möglich. Trotzdem gelangen viele Zutaten aus der Präzisionsfermentation noch nicht in die industrielle Lebensmittelproduktion. Ein neues Ordnungssystem zeigt, welche Stoffe sich für den Einstieg eignen und warum günstige Grundnahrungsmittel weiterhin eine besondere Herausforderung darstellen.
Urbana (U.S.A.). Beim Bierbrauen oder bei der Käseherstellung übernehmen Mikroorganismen schon lange wichtige Aufgaben. Die Präzisionsfermentation geht einen Schritt weiter, indem Bakterien, Hefen oder andere Mikroben gentechnisch so verändert werden, dass sie gezielt bestimmte Inhaltsstoffe erzeugen.
Solche Zellfabriken könnten beispielsweise das Hauptprotein von Eiklar liefern, ohne dass dafür Hühner benötigt werden. Doch eine erfolgreiche Herstellung im Labor reicht nicht aus: Ein Lebensmittelzusatz muss auch sicher, wirtschaftlich und in ausreichend großen Mengen produzierbar sein.
Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign um Dr. Yong-Su Jin haben dafür eine neue Einteilung in einem wissenschaftlichen Übersichtsartikel vorgestellt. Ihre Zutatenpyramide unterscheidet drei Gruppen anhand von Produktionsmenge, Verkaufspreis und Funktion in Lebensmitteln.
Die Spitze bilden hochpreisige Aromastoffe, Farbstoffe und andere Spezialzutaten, etwa Vanillin und β-Carotin. Als grobe Orientierung nennen die Autoren Jahresmengen von 100 bis 10.000 Tonnen und Preise oberhalb von 50 US-Dollar pro Kilogramm. Weil diese Stoffe meist nur in kleinen Mengen zugesetzt werden, lassen sich höhere Herstellungskosten eher rechtfertigen.
„Die meisten Produkte werden derzeit in der hochpreisigen Kategorie entwickelt, die einen kleinen Markt umfasst. Meine Vorstellung ist, innerhalb der nächsten zehn bis zwanzig Jahre die gesamte Pyramide abzudecken, einschließlich der Grundzutaten, um eine größere Umweltwirkung zu erzielen“, sagt Yong-Su Jin.
Die mittlere Gruppe umfasst Zutaten, die Lebensmitteln bestimmte Eigenschaften verleihen. Dazu gehört Ovalbumin, das wichtigste Protein des Eiklars, das beim Aufschäumen und Gelieren eine wesentliche Rolle spielt. Solche funktionellen Zutaten ordnet die Pyramide grob Preisen zwischen 5 und 50 US-Dollar pro Kilogramm zu.
Verschiedene gentechnisch veränderte Mikroorganismen können Ovalbumin bereits herstellen, und einzelne Verfahren sind über das Laborstadium hinausgekommen. Dennoch fehlen ausreichend detaillierte Wirtschaftlichkeitsberechnungen, um die Konkurrenzfähigkeit gegenüber herkömmlichem Eiprotein zuverlässig einzuschätzen. Vor allem Ausbeute, Reinigung und industrielle Produktionsbedingungen beeinflussen den Preis.
„Wissenschaftler untersuchen gewöhnlich grundlegende Technologien, während Verbraucher auf dem Markt ausgereifte Produkte suchen. Wenn wir aber bei den Bedürfnissen der Verbraucher ansetzen, können wir eine höhere Akzeptanz erreichen. Wir müssen auch technisch-wirtschaftliche Analysen durchführen, um die Marktchancen zu bewerten. Das ist ein Paradigmenwechsel, den die Präzisionsfermentationsbranche braucht, um voranzukommen“, erklärt Yong-Su Jin.
Am Fuß der Pyramide stehen Grundzutaten wie Proteine, Fette und Kohlenhydrate, die in sehr großen Mengen und zu niedrigen Preisen gebraucht werden. Als Orientierungswerte nennt die Veröffentlichung mehr als 100.000 Tonnen Jahresproduktion und weniger als 5 US-Dollar je Kilogramm. Hier müssen mikrobielle Verfahren mit bereits hoch entwickelten Landwirtschafts- und Verarbeitungssystemen konkurrieren.