Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Innerhalb des Projektes wurden Methoden zur Erzeugung Vitamin B12 und Vitamin D2 enthaltender Proteine nicht tierischen Ursprungs erforscht. Diese Proteine dienen als Baustein einer gesunden Ern\u00e4hrungsweise, z. B. in Fleischersatzprodukten. Die Forschungsergebnisse des Projektes tragen zu einer ressourcenschonenden Lebensmittelproduktion bei, indem alternative Nahrungsquellen erschlossen werden und dadurch die f\u00fcr die Fleischproduktion derzeit notwendige industrielle Nutztierhaltung reduziert wird. Durch eine Verringerung bzw. Vermeidung eines weiteren Ausbaus der Nutztierhaltung reduzieren sich auch die damit verbundenen Einfl\u00fcsse auf die Umwelt, wie z. B. die Belastung der B\u00f6den und des Grundwassers durch G\u00fclle. Zur Herstellung dieser vitaminreichen Proteine werden zudem Reststoffe aus der Landwirtschaft eingesetzt, was ebenfalls zur Ressourcenschonung beitr\u00e4gt. Basis des Prozesses sind St\u00e4nderpilze (Basidiomycota), die im Bioreaktor (agro-) industrielle Nebenstr\u00f6me (z. B. Obst und Gem\u00fcsetrester) fermentieren. Eine weitere Aufwertung erfolgt zum einen durch Behandlung des Pilzmyzels mit UV-Licht, um das in den Pilzen enthaltene Ergosterol in Vitamin D2 umzuwandeln. Zum anderen f\u00fchrt die Fermentation von Cobalamin produzierenden Mikroorganismen zur Aufwertung des Produktes mit Vitamin B12. Im Laborma\u00dfstab ist das Verfahren bereits etabliert. Im Rahmen des hier durchgef\u00fchrten Projektes soll ein \u201eScale-up\u201c inklusive Optimierung des Systems erfolgen. Es soll gew\u00e4hrleistet sein, dass hohe Mengen des Produktes erzeugt werden k\u00f6nnen, um den gesch\u00e4tzten Marktbedarf decken zu k\u00f6nnen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt gliedert sich in drei Teilprojekte:
\n\u2022 Fermentation gro\u00dfer Mengen einer Co-Kultur von Pilzen und Bakterien zur Herstellung einer Proteinrohmasse (Pilz\/Bakterienprotein) f\u00fcr die Weiterverarbeitung zu einem Fleisch-\/Wurstersatzprodukt
\n\u2022 Analyse des Pilz-\/Bakterienproteins hinsichtlich enthaltener Vitamine, Geschmacksstoffe und mikrobiologischer Eigenschaften
\n\u2022 Erstellung von Rezepturen f\u00fcr unterschiedliche Fleischersatzprodukte auf Basis der protein- und vitaminhaltigen Pilz-\/Bakterienmasse<\/p>\n
Alle drei Teilprojekte beginnen zun\u00e4chst mit einer Konzeptionsphase. In einem ersten Schritt wurde das Konzept f\u00fcr den notwendigen Reaktor entworfen. Dabei wurde soweit m\u00f6glich auf kommerziell erh\u00e4ltliche Reaktoren zur\u00fcckgegriffen. Dazu wurden Fermentationen in kleineren Reaktoren durchgef\u00fchrt. Im zweiten Schritt wird der Reaktor anhand verschiedener Pilz- und Bakterienkulturen evaluiert. Zun\u00e4chst werden Pleurotus cornucopiae als Pilz und L. reuteri und Propionibakterium als Vitamin B12 Produzenten eingesetzt. Bevorzugtes Substrat sollte Isomaltulose (Palatinose) sein. Es werden dabei Protokolle zur Prozessf\u00fchrung erarbeitet. In einem dritten Schritt erfolgt dann die Optimierung des Betriebsbereiches und \u00dcberpr\u00fcfung der Stoffwechselprodukte mittels verschiedener Analyseverfahren. Dazu wird ein kompletter Testlauf von der Fermentation mit Pilzen einschlie\u00dflich der UV-Belichtung zur Erzeugung von Vitamin D2 und der Erzeugung von Vitamin B12 durch Mikroorganismen durchgef\u00fchrt. Das erhaltene Biomassepellet wird dann in ein Fleisch- oder Wurstersatzprodukt umgearbeitet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
F\u00fcr s\u00e4mtliche Fermentationsversuche an der HSHL wurde der Rillstilige Seitling (Pleurotus cornucopiae, Synonym: Pleurotus sapidus), ein Speisepilz aus der Abteilung der Basidiomycota verwendet. Bei Quh-Lab wurden zudem weitere St\u00e4mme und Substrate verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass unterschiedliche Feedstrategien gegen\u00fcber Batchverfahren nicht zu mehr Myzeltrockenmasse f\u00fchrte. Deshalb wurde sich f\u00fcr die Myzelproduktion auf Batchverfahren konzentriert. Als optimales Fermentationsmedium hat sich eine Mischung aus den Reststoffen Zuckerr\u00fcbenmelasse und Biertreber herausgestellt . Diese nicht glucosehaltigen Komponenten neigten zu sehr wenig Schaumbildung w\u00e4hrend der Batch-Fermentation. Dadurch konnte auf Antischaummittel verzichtet und der Sauerstoffeintrag w\u00e4hrend der Wachstumsphase des Pilzes gut dosiert werden. Die Ausbeuten an lyophilisierter Trockenmasse liegen je nach Prozessf\u00fchrung und Fermenter bei ca. 4,5 g l\u22121 bis 10 g l\u22121 und m\u00fcssen noch weiter optimiert werden. Aus Kostengr\u00fcnden wurden alternative Stickstoffquellen f\u00fcr Hefeextrakte gesucht. Durch frische Hefe sowie Trockenhefe
\nwurde eine \u00e4hnliche Pilzausbeute erreicht wie auch mit Biertreber. F\u00fcr zuk\u00fcnftige Versuche und den Produktionsprozess kann daher der vergleichsweise teure Hefeextrakt durch die g\u00fcnstigeren Alternativprodukte ersetzt werden. Mikrobiologische Kontaminationen des Fermentationsproduktes konnten mit den g\u00e4ngigen Analysemethoden der Quh-Lab nicht festgestellt werden, sodass das Myzel im Hinblick auf die mikrobiologische Beschaffenheit als unbedenklich einzustufen ist. Eine Pr\u00fcfung der Produkthygiene mit den bisherigen Kultivierungsmethoden ist zum jetzigen Stand nicht n\u00f6tig, da die bisherigen Ergebnisse auf eine saubere Arbeitsweise hindeuten. Der Proteingehalt aus den Experimenten mit Pleurotus sapidus und einer Biertreber\/Zuckerr\u00fcbenmelasse-Mischung als Substrat ergaben mit ca. 40 % in der Trockenmasse und einem essentiellen Aminos\u00e4ureindex (EAAi) von 97,86 und einer biologischen Wertigkeit von 94,97 die besten Werte f\u00fcr die Proteinausbeute und -qualit\u00e4t. Quh-Lab hat sich f\u00fcr ein neues festes Substrat und ein neues fl\u00fcssiges Substrat (beide Nebenstr\u00f6me aus der Zuckerindustrie) entschieden und die Zusammensetzung des Mediums insoweit optimiert, damit keine zus\u00e4tzliche Stickstoffquelle ben\u00f6tigt wird. Das Medium wird als semifestes Substrat-Medium bezeichnet. Die N\u00e4hrwertanalyse zeigte einen Proteingehalt von ca. 15 % in der Trockenmasse bei den Experimenten von Quh-Lab. Die Kultivierung mit dem neuen semifesten Substrat-Medium wurde erfolgreich auf 5 l- und 30 l-Ma\u00dfst\u00e4be durchgef\u00fchrt. Erste Prototypen des Endprodukts in Form von Fleischwurst, W\u00fcrstchen und Burgerpatties wurden entwickelt und getestet. F\u00fcr ein weiteres Scale-up wurde ein 195 l-Bioreaktor entwickelt, der sich noch in der Test- und Optimierungsphase befindet.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Jahr 2020
\nDas Projekt wurde im Rahmen der Bioeconomy Days 2020 (5.11. \u2013 12.11.2020): Neue biotechnologische Prozesse und Verfahren Vom Startup bis zum etablierten Unternehmen!; Biotechnologie in der Lebensmittelproduktion vorgestellt (Bioeconomy Days Handout.pdf unter https:\/\/www.hshl.de\/forschung-unternehmen\/forschungscluster\/cluster-nachhaltige-entwicklung\/themenfeld-biooekonomie\/ ). Weiterhin gab es einen Fernsehbericht in der Reihe Terra Xpress des ZDF (https:\/\/www.zdf.de\/wissen\/terra-xpress\/besser-essen-und-besser-leben-landwirte-im-stress-100.html ).
\nJahr 2022
\nOnepager f\u00fcr die DBU: anschauliche Darstellung des MykoMeat Projektes f\u00fcr fachfremde
\nPersonen (erstellt am 18.08.2022)<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Fermentationsversuche verliefen erfolgreich. Die Ausbeute der Trockenmasse von ca. 4,5 g l\u22121 bis 10 g l\u22121 ist noch zu Optimieren. Ein Betrieb ohne Schaumbildung ist m\u00f6glich. F\u00fcr den Vertrieb von Mykoproteinen als Lebensmittel ist wichtig, dass ein reproduzierbarer Prozess etabliert wird und alle daf\u00fcr notwendigen Parameter genaustens erfasst werden. Au\u00dferdem m\u00fcssen Qualit\u00e4tskontrollen etabliert werden, die einerseits garantieren, dass keine Keime im so hergestellten Mykoprotein vorliegen und zum anderen auch keine Toxine unter den gegebenen Prozessbedingungen gebildet werden. Weiterhin sollte auch die N\u00e4hrstoffzusammensetzung unter den gegebenen Bedingungen genau erfasst werden. Zur Beurteilung der Klimaneutralit\u00e4t f\u00fcr die Herstellung von Mykoprotein m\u00fcsste \u00e4hnlich wie bei Quorn ein Klimabilanzierungsbericht erstellt werden (Carbon Trust 2022). F\u00fcr den weiteren Projektverlauf ist es daher von Bedeutung, das Aminos\u00e4ureprofil genauer zu untersuchen. Aufgrund des hohen Fettgehaltes ist es ebenso interessant und bedeutsam, das Fetts\u00e4urespektrum des Pilzmyzels zu analysieren und somit Aussagen \u00fcber die ern\u00e4hrungsphysiologische Qualit\u00e4t zu treffen. Ebenso ist es f\u00fcr das N\u00e4hrwertprofil releva nt, die erzielten Gehalte an den Vitaminen B12 und D2 im Pilzmyzel nach der durchgef\u00fchrten Optimierung des Fermentationsprozesses zu bestimmen. Dies wird ebenfalls im weiteren Verlauf des Projektes durchf\u00fchrt. Weitere Schritte zur Einf\u00fchrung des Produkts ist -daher eine qualit\u00e4tsgesicherte Produktion aufzubauen sowie Toxizit\u00e4tsstudien durchzuf\u00fchren und eine Zulassung nach der Novel Food Verordnung zu pr\u00fcfen. Ein wesentliches Projektziel war die Erh\u00f6hung des Vitamingehalts durch Co-Kultivierung. Durch Co-Kultivierung mit den Bakterien L. reuteri und P. freudenreichii der Pilzmasse sollte der Vitamin B12-Gehalt erh\u00f6ht werden. Der Vitamin B12-Gehalt wurde enzymatisch bestimmt. Es konnte bei den Kultivierungen allerdings keine Vitamin B12 \u2013 Abgabe der Bakterien ins Medium gemessen werden. Im \u00dcberstand von P. freudenreichii war zwar Vitamin B12 nachweisbar, jedoch in nicht signifikanten Mengen. Da auch eine Kultivierung ohne Pilzmasse in reinem Medium der Bakterien kein Vitamin B12 nachweisbar war, wird der Abbau des Vitamins vermutet. Um die Co-Kultivierung zu optimieren m\u00fcssten die Prozessparameter und vor allem das Medium noch angepasst werden. Sp\u00e4tere Versuche zeigen aber, dass eine sequentielle Kultivierung f\u00fcr einen Produktionsprozess besser geeignet sein d\u00fcrfte. Messungen der Ergosterol – und Vitamin
\nD2 Mengen konnten innerhalb des Projektzeitraums nicht mehr durchgef\u00fchrt werden. Damit ist zusammenfassend zu sagen, dass zwar eine gute Proteinausbeute bei sehr guter Proteinqualit\u00e4t erreicht werden konnte, jedoch keine Vitaminerh\u00f6hung durch Co-Kultivierung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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