Mit dem Projekt „FutureProteins“ erforscht die Fraunhofer-Gesellschaft alternative Wege der Lebensmittelproduktion. Sechs Institute entwickeln gemeinsam geschlossene Indoor-Anbausysteme für pflanzliche, pilzbasierte, algengestützte und insektenbasierte Proteinquellen. Diese Technologien ermöglichen eine ganzjährige, standortunabhängige Kultivierung – unabhängig von Klima und Saison.
Die Kombination verschiedener alternativer Proteinquellen eröffnet neue Perspektiven in der Lebensmitteltechnologie. Durch Verfahren wie Vertical Farming, Aeroponik und Bioreaktoren entstehen vegane Produkte mit hohem Nährwert, z. B. Burgerpatties oder Teigwaren mit Algenfüllung. Dabei ist Kreislaufwirtschaft ein zentrales Element: Nebenströme werden effizient weitergenutzt, etwa als Substrate oder Dünger. Das Projekt liefert praxisnahe Lösungsansätze für eine nachhaltige Ernährung der Zukunft.
Proteinversorgung neu denken: Nachhaltige Systeme für die Zukunft
Globale Umweltbelastungen wie Bodenerschöpfung, Pestizidrückstände und extreme Wetterereignisse gefährden die Versorgung mit hochwertigen Proteinen. Im Fraunhofer-Leitprojekt FutureProteins werden deshalb innovative Indoor-Systeme entwickelt, die alternative Proteinquellen aus Pflanzen, Pilzen, Insekten und Algen nutzbar machen. Die modulare Struktur aus Vertical Farming, Insektenzucht, Bioreaktoren und Photobioreaktoren erlaubt eine ressourcenschonende, ganzjährige Produktion – unabhängig von Klima und Standort. Dabei entsteht kaum Abfall: Nebenströme werden gezielt weiterverwertet, etwa zur Fermentation oder als Dünger. So entstehen nicht nur neue Wege der Proteingewinnung, sondern auch überzeugende Lebensmittelprototypen – vom pflanzenbasierten Burger bis zum Dessert.
Kartoffeltrester für die Pilzfermentation und als Insektenfuttermittel
»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, okale 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. Zudem sind die vier Anlagen miteinander verzahnt: Die Nebenströme aus den unterschiedlichen Verarbeitungsstufen lassen sich für die Kultivierung weiterer Proteinsysteme nutzen.
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. Ebenso lassen sich stickstoffreiche Nebenströme aus der Insektenproduktion als Pflanzendünger nutzen.
Innovatives Vertical Farming-System: Erbsen auf Berg- und Talfahrt
Mit der am Fraunhofer IME entwickelten OrbiPlant®-Technologie ist es den Forschenden erstmals gelungen, Erbsen im Indoorbereich effizient anzubauen. Das förderbandbasierte System macht nicht nur den Einsatz von Pestiziden obsolet, sondern ermöglicht auch eine platzsparende Anbauweise, mit der sich 95 Prozent des Wasserverbrauchs und 50 Prozent des Düngerbedarfs einsparen lassen. Die Anlage bewegt sich wellenförmig, sodass die ins Förderband eingesteckten Pflanzen – den Bewegungen der Anlage folgend – sowohl nach oben als auch nach unten und somit ebenfalls wellenförmig wachsen, was einen platzsparenden Anbau ermöglicht. Ein Vorteil dieser Konstruktion: Das eingesetzte Beleuchtungssystem strahlt in die bei der Abwärtsbewegung des wellenförmigen Förderbands entstehenden Täler, sodass die Luft nach oben entweichen kann und ein Wärmestau vermieden wird, der mit herkömmlichen Stapelkonstruktionen einhergeht. Die Anlage zeichnet sich durch eine integrierte natürliche Klimatisierung aus, wodurch die Kosten der Klimatisierung deutlich reduziert werden. Während der Auf- und Abbewegung des Förderbands werden die eingehängten Pflanzen aeroponisch versorgt.
»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 substratfreie Kultivierung geht mit einem weiteren Vorteil einher: Im Gegensatz zur Kultivierung der Hülsenfrüchte im freien Feld sind die Pflanzen sauber, und die komplette Biomasse, inklusive der Blätter und Wurzeln, lässt sich ohne vorheriges Waschen direkt für die Proteingewinnung verwerten.
Veganer Fleischersatz: Burgerpatties aus einer Erbsen- und Pilzmischung
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 texturbil-denden Eigenschaften Bestandteil vieler Rezepturen sind«.
Die Forschenden verfolgen das Ziel, die entwickelten Lebensmittelprototypen, aber auch die im Projekt entstandenen Anlagen in die Industrie zu lizensieren.