MeatHybrid - Substitution von tierischen durch pflanzliche Proteine

Ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)

Forschungsziel:
Seit 1988 ist der Einsatz von Pflanzenproteinen in Fleischprodukten aufgrund einer EU-Richtlinie zulässig, jedoch sind bis heute nur wenige entsprechende Produkte auf dem Markt verfügbar. Insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen investieren nur wenig in die Forschung und Entwicklung derartiger hybrider Produkte, da nicht klar ist, wie die Verbraucher auf Hybridproduktangebote reagieren. Derzeit stehen nicht genügend Informationen über die möglichen Akzeptanzraten und Produktpräferenzen von Verbrauchern zur Verfügung. Auch fehlt vielen kleineren Herstellern das Wissen über die ideale Konzentration und die korrekte Verarbeitung von pflanzlichen Proteinen zu “Hybridbrät“, um hieraus schnittfeste oder streichfähige Produkte zu produzieren. Bisherige Versuche, pflanzliche Proteine einfach zu den Fleischprodukten hinzuzugeben, sind weitestgehend gescheitert. Dies liegt daran, dass (a) inkompatible Proteine verwendet wurden, (b) Proteine unstrukturiert (als Pulver) hinzugefügt wurden und (c) die Produkte sensorisch nicht akzeptabel waren.
Im Rahmen des Projektes sollen die in einem interdisziplinären Konzept lebensmitteltechnologische Ansätze mit Konsumentenforschung kombiniert werden, um so Wissen zu entwickeln, welches die Produktion von am Markt erfolgreichen Hybridprodukten ermöglicht, die den Bedürfnissen und Wünschen der Verbraucher in Bezug auf Geschmack, Ernährungsphysiologie und Nachhaltigkeit erfüllen.

Forschungsergebnis:
Ziel des Forschungsvorhabens stellte eine Charakterisierung der Effekte von Pflanzenproteinen in Hybridmatrices mit Brüh- und Rohwurstcharakter, sowie von Convenience Produkten dar. Im Rahmen eines Funktionalitätsscreenings wurden hierzu zunächst verschiedene geeignete, funktionelle Pflanzenproteine aus den Quellen Kartoffel, Erbse und Kürbiskern ausgewählt, welche in Hybridmatrices Fleisch in seinen charakterisischen funktionellen Eigenschaften wie Emulgierung und Löslichkeit kompensieren sollen. Für die Unterstützung der Struktur wurden außerdem Erbse, Kürbis- sowie Sonnenblumenkernproteine mittels Extrusions texturiert.
Diese Auswahl wurde dann im Rahmen des Projektes auf die folgenden Aspekte in Hybridfleischwaren evaluiert: 1) Verbraucherspezifische Grenzen; 2) Technofunktionelle Grenzen; 3) Technologische Grenzen; 4) Ernährungsphysiologische Grenzen. Hierzu wurden die Akzeptanz und sensorischen Eindrücke mittels verschiedener Panels, sowie der funktionelle Einfluss von pflanzenbasierten Rohstoffen auf die charakteristischen Attribute, einzelnen Prozesschritte und Hybrid-Endprodukte untersucht. Die erzielten Erkenntnisse wurden am Ende des Projektes ganzheitlich ausgewertet, um so mögliche Fenster für die Entwicklung neuartiger Hybridfleischwaren zu beschreiben.
In Bezug auf das Konsumentenverhalten wurde festgestellt, dass im Fleischbereich die Produktakzeptanz des Verbrauchers maßgeblich von der sensorischen Qualität bestimmt wird. Damit einhergehend kann eine niedrige sensorische Qualität eine Markteintritts-barriere für Fleischersatzprodukte darstellen. Es ist zu konstatieren, dass letztere einschließlich von Hybrid-Erzeugnissen in Bezug zur Referenz Fleisch noch einen großen Nachholbedarf haben.
Aus der qualitativen wie auch quantitativen Studie ging damit übereinstimmend hervor, dass die Verbraucher bei Fleischersatz- bzw. Hybrid-Produkten im Vergleich zu Fleisch bereits auch einen schlechteren Geschmack erwarten. Von zumindest Teilsegmenten der Verbraucher werden Fleischersatzprodukte als gesünder und umweltfreundlicher als die Referenz Fleisch wahrgenommen. Nichtsdestotrotz besteht in Bezug auf die Marketingkommunikation Bedarf, die Vorteile von Fleischersatzprodukten in Kombination mit Informationen zum Produktions-prozess noch stärker im Markt zu penetrieren. Darüber hinaus ist zu konstatieren, dass momentan in der breiten Masse der Verbraucher keine Mehrzahlungsbereitschaft für Hybrid-Erzeugnisse besteht.
Flexitarier, die ihre Ernährung bereits teilweise auf pflanzliche Produkte umgestellt haben sind nicht Teil der Zielgruppe von Hybridwurstwaren. Diese sollen Fleischesser sein, die ihren Fleischkonsum reduzieren, aber nicht auf Fleisch verzichten wollen.
Auf Basis von Versuchen in Labor- und Produktentwicklung konnte gezeigt werden, dass die Formulierung attraktiver Hybridprodukte technofunktionell, wie auch technologisch nur bis zu einer bestimmten Konzentration an Pflanzenproteinen bzw. einer bestimmten Fleischreduktion möglich ist. Diese Konzentration ist für jede Pflanzenproteinquelle und Produktgruppe individuell. Dies war auf komplexe, teils antagonistische Wechselwirkungen von Pflanzen- mit Fleischproteinen zurückzufuhren, sowie auf die sensorischen Attribute der pflanzlichen Rohstoffe, wie beispielsweise Off Flavors durch die Fettoxidation in Erbsenproteinen. Im Allgemeinen zeigten sich lösliche, pulverförmige Proteine wie erwartet als wenig geeignet. Im Gegensatz dazu stellten sich extrudierte Pflanzenproteine als mit Fleischproteinen kompatible Mischpartner heraus, da sie als inerte Partikel wenig in die Funktionalität der tierischen Inhaltsstoffe eingriffen und außerdem einen unterstützenden Effekt auf die Textur hatten. Außerdem wurden in sensorischen Untersuchungen von Hybridwurstwaren mit Öltresterproteinen positive, neue, nussige Geschmackskomponenten wahrgenommen.
In Convenience Produkten war die Entwicklung akzeptabler Produkte am einfachsten und es konnten bis zu 50 % Fleisch reduziert werden. In Rohwurstmatrizen konnte auf Basis eines Modellsystems eine Anpassung des charakteristischen Säuerungsschrittes erarbeitet werden, um eine mikrobielle Sicherheit und hinreichende Strukturbildung zu gewährleisten. Des Weiteren wurde gezeigt, dass sich das Trocknungsverhalten der Produkte während der Reifung ab einem spezifischen Pflanzenproteingehalt ändert. Durch die Kombination verschiedener Pflanzenproteinquellen konnten außerdem Hybrid Brühwürste mit optimiertem ernährungsphysiologischem Profil hergestellt werden. Im letzten Schritt wurden die trocken- und nasstexturierten Pflanzenproteine wurden mit Hilfe einer GC-MS-O auf deren Aromakomponenten untersucht und mit den pulverförmigen Ausgangsmaterialien verglichen. Es wurde gezeigt, dass die Texturierung die „Off-Flavour“ der Pflanzenproteine reduzieren und somit die Anwendbarkeit verbessern kann.
Ein „Life-Cycle Assessment“ der einzelnen Rohstoffe und hybrider Frikadellen zeigte, dass die negativen Umwelteinflüsse von Proteinisolaten erwartungsgemäß höher waren als von Konzentraten oder Mehlen. Unter Berücksichtigung von Extrusionsdaten zeigte sich jedoch, dass durch die Applikation von Nassextrudaten die negativen Umweltauswirkungen von schweinefleischbasierten Frikadellen deutlich reduziert werden können.

Wirtschaftliche Bedeutung:
Die europäische Lebensmittelindustrie bestand im Jahr 2015 aus 310.000 Unternehmen und beschäftigte 4,8 Mio. Menschen, allein in Deutschland waren es mehr als 550.000 Menschen, wovon etwa 110.000 in der fleischverarbeitenden Industrie beschäftigt waren.
Die Lebensmittelindustrie ist umsatzmäßig die zweitgrößte Industriebranche Europas (Umsatz von 917 Mrd. €). Die meisten Hersteller sind kleine und mittelständische Unternehmen (KMU), von denen nur wenige in der Lage sind, auf dem Weltmarkt zu konkurrieren. Der Umsatz in Deutschland lag 2015 bei 175,2 Mrd. € (davon 53,6 Mrd. € Export).
Die Ergebnisse des Vorhabens werden insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen die Möglichkeit eröffnen, mit neuen hybriden Produkten nationale und internationale Märkte zu erschließen und neue Produktnischen, insbesondere im Exportgeschäft, zu besetzen.

Publikationen (Auswahl):
FEI, FEI-Schlussbericht. FEI Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V., Bonn, 2020.
Terjung, N., MeatHybrid – Substitution von tierischen durch pflanzliche Proteine. In DIL Jahresbericht 2019/2020 (pp 88-89). DIL Deutsches Institut für Lebensmitteltechnik e.V., Quakenbrück, 2019.
Terjung, N., MeatHybrid – Substitution von tierischen durch pflanzliche Proteine. In DIL Jahresbericht 2017/2018 (pp 142-145). DIL Deutsches Institut für Lebensmitteltechnik e.V., Quakenbrück, 2018.
Ebert, S., Terjung N., Gibis M., Weiss J. – Survey of aqueous solubility, appearance and pH of plant protein powders from carbohydrate and vegetable oil production (unpublished results)

Der Schlussbericht ist für die interessierte Öffentlichkeit bei den Forschungsstellen abzurufen.

Weiteres Informationsmaterial:

Forschungsstelle (Übernahme aus FEI-Kurzbericht)
Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V. (FEI) Godesberger Allee 125, 53175 Bonn Tel.: +49 228 3079699-0 Fax: +49 228 3079699-9 E-Mail: fei@fei-bonn.de

Koordinierung:
Forschungskreis der Ernährungsindustrie e. V. (FEI), Bonn
Deutsche Forschungsstelle(n):     Deutsches Institut für Lebensmitteltechnik e.V. (DIL), Quakenbrück, Dr.-Ing. Volker Heinz/Dr. Nino Terjung
Universität Hohenheim Institut für Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie FG Lebensmittelphysik und Fleischwissenschaft Prof. Dr. Jochen Weiss/Dr. Monika Gibis
Weitere Forschungsstellen    Institute for Agricultural and Fisheries Research (ILVO) Unit Technology and Food Science, Melle, Flanders/Belgium, Dr. Lieve Hermann/Geert van Royen
Beteiligte Förderagenturen     AiF – German Federation of Industrial Research Associations, Germany
VLAIO Flanders Innovation & Entrepreneurship, Agentschap Innoveren & Ondernemen, Brussels/Belgium
Beteiligte Organisation    Flanders’ Food, Brussels/Belgium
Deutsche Industriegruppe(n):     Bundesverband der Fleischwarenindustrie e.V., Bonn
Projektkoordinator:     Dr. Wolfgang Kühnl, H. Kemper GmbH & Co. KG, Notrup (Deutschland)
Laufzeit:     2017 – 2019
Zuwendungssumme:     € 772.149,00 (Gesamtprojekt)
€ 495.540,00 (dt. Teilprojekt)
(Förderung durch BMWi via AiF/FEI)