Schlüsseltechnologie für die Strukturgebung neuer Proteinprodukte? Black Box der Nassextrusion wird geöffnet

Aktuell leben 7,6 Milliarden Menschen auf der Erde – täglich wächst die Weltbevölkerung. Neben der Versorgung dieser Menschen mit tierischen Proteinen bedarf es für die künftige Deckung des globalen Proteinbedarfs alternativer Proteinquellen: ökologisch und ernährungsphysiologisch wertvoll sollen diese sein. In den letzten Jahren wurden bereits viele Produkte mit alternativen Proteinquellen entwickelt, die aus vielerlei Gründen jedoch noch ein Nischendasein fristen.

Weitere Lösungen dieser gesellschaftlichen Herausforderung werden daher gesucht: Ein Ansatz ist die Optimierung von proteinreichen Produkten aus Hülsenfrüchten, die in ihrer Struktur und Konsistenz Fleisch ähneln. Zur Herstellung dieser Produkte ist die Nassextrusion – auch High-Moisture-Extrusion genannt – ein sehr gut geeignetes Verfahren. Dabei werden die pflanzlichen Proteine bei hohen Wassergehalten gekocht und mittels Drehung zweier Schneckenwellen durch eine nachgeschaltete, gekühlte Düse gepresst: So entsteht die fleischähnliche Textur. Doch das Potential dieses Verfahrens konnte bislang nicht voll ausgeschöpft werden. Denn noch sind die Wechselwirkungen von Prozessparametern und Rohstoffeigenschaften bei der Nassextrusion weitgehend unbekannt – eine Black Box für jeden Hersteller! Sie müssen derzeit bei der Entwicklung hochwertiger neuer Produkte auf einen zeit- und kostenaufwändigen Trial-and-Error-Prozess setzen.

Dies zu ändern, ist das Ziel eines Projektes der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF). Forscherteams aus Berlin, Karlsruhe und Quakenbrück erarbeiten derzeit die Korrelationen zwischen Rohstoffeigenschaften, Prozessführung und Struktur der Produkte bei der Nassextrusion von Erbsen- und Sojaprotein. Die Wissenschaftler untersuchen dabei Parameter wie Druck, Temperatur und Scherkräfte im Schneckenbereich des Extruders und die dadurch hervorgerufenen strukturellen Veränderungen der pflanzlichen Proteine. Ein besonderes Augenmerk gilt auch dem Strömungsverhalten in der Kühldüse, da hier die Verfestigung und Strukturbildung des Produktes erfolgt. Im Rahmen des Projektes werden diese Untersuchungsergebnisse modelliert und numerisch simuliert.

Den Herstellern von Proteinprodukten wird somit ermöglicht, bereits im Vorfeld der Produktion und in Abhängigkeit der eingesetzten Rohstoffe die erforderlichen Prozessparameter von Extruder und Kühldüse festzulegen und so hochwertige Produkte mit gewünschter Struktur herzustellen. Dies ist besonders für kleine und mittlere Unternehmen bedeutend, da diese in dem bisherigen Nischenmarkt besonders aktiv sind. Die Kenntnisse bieten darüber hinaus Herstellern von Extrudern und Peripheriegeräten die Möglichkeit, ihre Anlagen zu optimieren.

Informationen zum IGF-Projekt AiF 18727 N "Aufklärung der Texturierungsmechanismen bei der Nassextrusion von Soja- und Erbsenprotein unter besonderer Berücksichtigung biothermofluiddynamischer und proteinchemischer Aspekte auf Basis experimenteller und numerischer Untersuchungen" (https://www.fei-bonn.de/gefoerderte-projekte/projektdatenbank/aif-18727-n.projekt)



... ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)