Aus gesundheitlichen, ethischen oder ökologischen Gründen entscheiden dich derzeit viele Menschen dazu, ihren Fleischkonsum zu reduzieren. Aber nicht alle, die ihren Eiweißbedarf ganz oder teilweise mit pflanzlichen Ersatzprodukten decken, möchten auch auf den für Fleisch typischen Eindruck beim Kauen verzichten. „Dieses Mundgefühl beruht vor allem auf der faserähnlichen Textur von Fleisch“, erklärt Dr. Azad Emin vom KIT. Der Verfahrenstechniker leitet die Nachwuchsgruppe „Extrusion von Biopolymeren“ im Institutsteil Lebensmittelverfahrenstechnik (LVT) des Instituts für Bio- und Lebensmitteltechnik des KIT.
Die Lebensmittelindustrie nutzt die Extrusion – eine Technik, bei der eine Masse durch eine Düse gepresst wird – schon seit langem, um zum Beispiel Erdnussflips oder Frühstückscerealien herzustellen. Das Verfahren eignet sich auch für die Produktion von fleischanalogen Produkten aus pflanzlichen Proteinen: In der Nassextrusion wird die mit Wasser versetzte teigartige Rohstoffmasse mittels zweier rotierender Schneckenwellen durch ein Gehäuse befördert, erhitzt und am Ende durch eine gekühlte Düse gepresst.
Damit vegetarische Burger-Patties oder vegane Schnitzel den Fleischprodukten aber nicht nur in Aussehen, Geruch und Geschmack, sondern auch in der Textur zum Verwechseln ähnlich sind, wollen die Forscherinnen und Forscher am LVT dazu beitragen, die Struktur von Produkten aus Pflanzenproteinen noch genauer an die von Tierfleisch anzugleichen. Um mehr über die Wechselwirkungen zwischen Druck, Temperatur, Strömung, Scherkräften und Rohstoffeigenschaften zu erfahren, untersuchen sie die Bedingungen in der Produktionsanlage – auch „Extruder“ genannt – sehr genau. Denn bislang war nur wenig darüber bekannt, wie der Prozess im Detail funktioniert.
„Wir haben einen Ansatz und eine Methode entwickelt, die es ermöglichen, den Prozess mit Fokus auf Strukturveränderungen zu untersuchen und zu kontrollieren“, sagt Emin. Bisher habe sich die Produktentwicklung nur zeitaufwendig und kostspielig empirisch, also durch Versuch und Irrtum, vorantreiben lassen. Strömungssimulationen und Strömungsmessungen innerhalb des Extruders sowie Einblicke in das Zusammenspiel von Fließeigenschaften und thermomechanischen Beanspruchungen geben Aufschluss über den Verfahrensprozess und die dadurch hervorgerufenen strukturellen Veränderungen der pflanzlichen Proteine.
Die Untersuchungen der Karlsruher Wissenschaftler sind Teil des Forschungsprojekts „Texturierungsmechanismen bei der Nassextrusion von Soja- und Erbsenprotein“ der Industriellen Gemeinschaftsforschung der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie förderte das Projekt seit 2015 für die Laufzeit von drei Jahren mit insgesamt 690 000 Euro, das KIT erhielt davon rund 250 000 Euro. Weitere Projektbeteiligte waren die TU Berlin und das Deutsche Institut für Lebensmitteltechnik in Quakenbrück.
„In unserer weiteren Forschung wollen wir die Struktur und das Mundgefühl unter anderem durch Hinzufügen von Lipiden und vorstrukturierten Proteinkomponenten fleischähnlicher gestalten“, sagt Azad Emin und betont, dass nicht zuletzt angesichts der wachsenden Weltbevölkerung die Versorgung mit pflanzlichem Protein immer wichtiger werde.
