Protein mit Potenzial
14 Sep 2020
Der Markt für alternative Proteinquellen ist von Diversifizierung und schnellem Wachstum geprägt. Grund dafür ist die enorme Nachfrage seitens der Verbraucher und der Industrie. Lebensmittel, funktionelle Inhaltsstoffe und Futtermittel werden inzwischen oftmals mit Protein aus Pflanzen und Mikroorganismen anstelle von tierischem Eiweiß hergestellt. GEA trägt neuen Rohstoffen mit der ständigen Weiterentwicklung und Anpassung seiner Verarbeitungstechnologien Rechnung. Die Verbesserung von Proteinqualität und Ertrag steht dabei ebenso im Fokus wie der effiziente Ressourceneinsatz in der Produktion.
Aus einem Bericht der auf nachhaltige Geldanlagen spezialisierten internationalen Organisation FAIRR von Juli 2020 geht hervor, dass sich das Investitionsvolumen im Markt für alternative Proteinquellen in der ersten Jahreshälfte 2020 gegenüber 2019 fast verdoppelt hat. Laut FAIRR dürfte der Markt bis 2025 auf 17,9 Mrd. US-Dollar anwachsen. Allein in China wird der Verbrauch von Schweinefleisch 2020 voraussichtlich um rund 35 Prozent zurückgehen.
Gründe für alternative Proteinquellen
Protein ist für eine stabile Gesundheit unverzichtbar und Fleisch dafür eine hervorragende Quelle. Dennoch fahren immer mehr Verbraucher ihren Fleischkonsum zurück, da ihnen ein gesunder, umweltbewusster Lebensstil sowie das Wohl der Tiere wichtiger werden und ihnen tierische Krankheitserreger zunehmend Sorge bereiten. Zwar nimmt der Fleischverbrauch mit wachsender Weltbevölkerung insgesamt weiter zu, doch auch der Verbrauch alternativer Proteine steigt – ganz besonders seit Einsetzen der Covid-19-Pandemie.
Pflanzen und andere Mikroorganismen wandeln Nährstoffe sehr effizient in Eiweiß um und belasten dabei die natürlichen Ressourcen weniger. Als funktionelle Inhaltsstoffe verleihen sie Lebensmitteln Textur und optimieren zudem die Viskosität, Emulgierung, Stabilität und Schaumbildung oder Fettbindungskapazitäten bei zahlreichen Nahrungsmittelprodukten. Bei Futtermitteln reduzieren pflanzliche Eiweiße den Druck auf Viehwirtschaft und Aquakulturen. Die Einsatzmöglichkeiten für alternative Proteine sind also überaus vielfältig und umfassen unter anderem:
- Fleischersatzprodukte
- Sportgetränke und Snack-Riegel
- alternative Milchgetränke und Säuglingsnahrung
- Nahrungsergänzungsmittel
- Viehfutter/Fischfutter & Haustiernahrung
- funktionelle Inhaltsstoffe
Große Auswahl bei den Rohstoffen
Der enorme Anstieg der Nachfrage nach vegetarischen und veganen Produkten hat die Verarbeitungsbranche dazu veranlasst, zusätzliche Proteinquellen zu erschließen – nicht nur auf pflanzlicher Basis. Die gängigsten sind:
- Hülsenfrüchte u. ä. (Erbsen, Bohnen, Linsen, Kichererbsen, Nüsse, Quinoa etc.)
- Einzellerprotein (z. B. Algenkulturen, Hefen, Pilze und Bakterien)
Innerhalb des Marktes für alternative Proteine sind Trockenformate besonders verbreitet. Proteinpulver, oft als Konzentrat oder Isolat, ist besonders lange haltbar, kommt mit wenig Platz aus – ein wichtiger Punkt für Lagerung und Handling – und ermöglicht eine optimale Kontrolle von Kosten und Produktqualität. Isolate erfordern zwar zusätzliche Verarbeitung und Filtration, weisen dafür aber einen höheren Proteingehalt auf.
Erbsen etwa enthalten viele essentielle Aminosäuren und sind eine hervorragende Eisenquelle. Erbsenprotein ist glutenfrei und hypoallergen. Es wird vor allem in Smoothies, Shakes und in veganen Milchprodukten verwendet oder Cerealien und Backwaren beigemischt, um deren Nährwert zu erhöhen. Erbsenextrakt sorgt auch in der Pastaherstellung für einen höheren Nährstoffgehalt der Produkte und wird in Fleischersatz für Hähnchenstreifen oder Nuggets eingesetzt, da sich Textur und Geschmack von Erbsenprotein leicht anpassen lassen.
Einzellerprotein (auch SCP, von single-cell protein) wird durch Fermentation hergestellt, ist als Inhaltsstoff für den menschlichen Verzehr geeignet und kommt auch in Futtermitteln zum Einsatz. Ein Beispiel sind Mikroalgen mit ihrem hohen Gehalt an Eiweiß, Fettsäuren, Enzymen, Vitaminen und Mineralien. Zu Pulver verarbeitet können sie in Nahrungsergänzungsmitteln, vegetarischen Lebensmitteln, Getränken und zahlreichen anderen Anwendungen eingesetzt werden. Mycoprotein wiederum wird aus natürlichen Pilzkulturen gewonnen. Wird der Pilz im Rahmen eines Fermentationsprozesses mit Glukose und anderen Nährstoffen kombiniert, entsteht eine fleischähnliche, eiweiß- und ballaststoffreiche Textur, die sich ideal für die Herstellung neuartiger Fleischersatzprodukte eignet.
Pflanzenproteinherstellung: mehr Rentabilität durch Nebenprodukte
Verfügbarkeit, Preis und Proteinqualität sind alles Faktoren, die Verarbeitungsbetriebe bei der Auswahl von Rohstoffen für die Extraktion und Herstellung von Proteinen einbeziehen. Pflanzen wie Soja oder Erbsen können beispielsweise einen Eiweißanteil von 25 Prozent haben und zum Rest aus Stärke oder Öl bestehen. Daher lässt sich durch die Isolierung und Herstellung von Nebenprodukten aus den Seitenströmen die Rentabilität in der Branche erhöhen – und gleichzeitig die Abfallmenge reduzieren.
Da Zusammensetzung und Eigenschaften je nach Rohstoff variieren, bedarf es individueller Verfahren, um jeden einzelnen effizient in seine Bestandteile zu trennen. Hersteller müssen sich daher folgende Fragen stellen:
- Ist das gewonnene Protein Haupt- oder Nebenprodukt?
- Wird die Rohware maximal verwertet?
Verbreitete Szenarien in der Verarbeitung sind:
- Proteinproduktion mit Stärke als Nebenerzeugnis (Erbsen, Gerste oder Weizen)
- Proteinproduktion mit Öl als Nebenerzeugnis (Sojabohnen, Rapssaat oder Sonnenblumenkerne)
- Stärkeproduktion mit Protein als Nebenerzeugnis (Kartoffeln, Mais oder Reis)
Stärke etwa, vor allem bekannt für ihre texturierenden Eigenschaften, wird in der Lebensmittelindustrie im großen Stil eingesetzt. Nahrungsfasern bzw. Ballaststoffe und Nicht-Feststoffe lassen sich derweil in Tierfutter oder im Lebensmittelbereich verwenden. Auch ist es möglich, Anlagen so zu konzipieren, dass sie unterschiedliche Rohstoffe verarbeiten können. So können Verarbeitungsbetriebe saisonale Effekte abmildern und gleichzeitig Profitabilität und ROI steigern. Ein mögliches Szenario ist die Verarbeitung von Kartoffeln im Spätsommer und Herbst, während das restliche Jahr über auf länger haltbare Erbsen umgestellt wird. Dabei können oftmals dieselben Maschinen bzw. Prozesslinien eingesetzt werden.
GEA Lösungen für eine effiziente, hochwertige Verarbeitung alternativer Proteinquellen
Auf Basis jahrzehntelanger Erfahrung in der Verarbeitung hilft GEA Zutaten- und Lebensmittelherstellern – kleinen Start-ups ebenso wie Mittelständlern und Global Playern –, die Anforderungen an Produktreinheit und Funktionalität zu erfüllen. Unser Portfolio umfasst folgende Leistungen:
- Vorbereitung von Rohstoffen
- Proteinextraktion
- Isolierung und Reinigung
- Verdampfung
- Trocknung
- Abwasseraufbereitung
- Automatisierungslösungen
Ein typischer Extraktionsprozess beginnt mit der Gewinnung von Mehl aus Bohnen oder Saaten, beispielsweise gefolgt von Nassverarbeitung, Wärmebehandlung und Trocknung. Lösungen für die Abwasseraufbereitung, einschließlich Wiederverwendung von Wasser und Wärme, sind integriert.
Das Angebot von GEA umfasst komplette Linien für die Nassverarbeitung mitsamt Separatoren und Dekantern zum Extrahieren, Konzentrieren, Waschen und zur Gewinnung der Proteine. Für viele gängige Herausforderungen der Proteinverarbeitung haben die Trenntechnikexperten von GEA Lösungen entwickelt. Um Schaumbildung zu vermeiden und den Proteinertrag zu verbessern, verhindern unsere Dekanter dank geschlossener Bauweise die Sauerstoffaufnahme, die flüssige Phase wird unter Druck ausgetragen. Ein weiteres häufiges Problem besteht darin, dass feine Proteinflocken in der Dekanter-Trommel obenauf schwimmen statt mit den restlichen Feststoffen an der Trommelwand zu sedimentieren. In herkömmlichen Dekantern geht dadurch ein Teil des wertvollen Produkts verloren. Der GEA Protein-Dekanter ermöglicht dank des einzigartigen Steuerungssystems GEA varipond® eine Anpassung der Teichtiefe mittels Druckluft, wobei eine zusätzliche Scheibe verhindert, dass Proteinflocken mit der geklärten Flüssigkeit aus der Trommel ausgetragen werden. Ein weiterer Pluspunkt dieser Lösung ist, dass sich der Dekanter sehr gut reinigen lässt.
Gewinnung von Pflanzenproteinen im Dekanter
Höchste Proteinausbeuten durch GEA varipond®
Gemeinsam mit seinen Kunden identifiziert GEA genau die Trocknungstechnologie, die zuverlässig die gewünschten Ergebnisse bezüglich der Proteineigenschaften bringt, etwa bei Pulverqualität, definierter Partikelgröße und -dichte, Dispersion und Löslichkeit. Die ein- oder mehrstufigen Systeme von GEA kombinieren Sprühtrocknung und Wirbelschichttechnik innerhalb einer einzigen, hochgradig flexiblen Anlage, wobei CIP-Optionen für eine rasche und gründliche Reinigung sorgen und damit die Ausfallzeiten minimieren. Unsere Feststofftrockner (Stromtrockner und Ringtrockner) eignen sich auch ideal für die Trocknung von Stärke, Ballaststoffen, Protein und Nebenprodukten. Dabei überzeugen die Trocknungssysteme von GEA nicht zuletzt in puncto Effizienz, Leistung, Sicherheit und Hygieneanforderungen.
GEA Trockner sind für spezifische Kundenanforderungen ausgelegt, etwa mit Blick auf die Pulvereigenschaften.
Bereits in der Planungsphase kann GEA die Funktionsweise der Trocknungssysteme visualisieren und Auswirkungen von Konstruktionsänderungen einschätzen. Möglich wird das durch den marktführenden virtuellen 3D-Prüfstand für Sprühtrockner von GEA – ein Simulator auf Basis von numerischer Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD). „Kunden wünschen sich eine Sprühtrocknungsanlage, die genau zu ihrem Anwendungsfall passt und optimal läuft. Mangelnde Testmöglichkeiten und fehlendes Prozessverständnis führten in der Vergangenheit zwangsläufig zu Kompromissen – man ging lieber auf Nummer sicher. Dank der präzisen virtuellen Erprobung der Prozesse bis ins Detail lassen sich die Grenzen heute viel weiter verschieben“, erklärt Kristian M. Ingvorsen, Head of CFD bei GEA. „Die Kunden können neue Produkte sicher, schnell und kostengünstig entwickeln und erlangen dadurch einen wertvollen Vorteil in einem stark umkämpften Markt.“
GEA Lösungen für die Aufbereitung und Wiederverwendung von Prozesswasser sowie für Energieeinsparungen senken zudem die Betriebskosten und helfen Kunden dabei, Umweltbelastungen zu reduzieren. Ein Ansatz ist, den Verbrauch von Frischwasser durch Rückgewinnung und Wiederverwendung von Verdampferkondensat und durch Wiederverwendung von Trocknerbrüden zu senken. GEA bietet außerdem maßgeschneiderte Systeme zur Prozesssteuerung und unterstützt seine Kunden so bei der Realisierung maximaler Anlageneffizienz.
Investitionen absichern
Neben einem breit gefächerten Portfolio und branchenführendem Know-how bietet GEA auch ausgefeilte Pilotverfahren, die den gesamten Prozess simulieren und dabei Proteintyp und -funktion sowie die angestrebte Produktionskapazität berücksichtigen. Die Möglichkeit, neue Produkte, Anwendungen und Rezepturen schon vor der Anschaffung neuer Geräte oder Anlagen zu entwickeln oder auch vorab Wege zu finden, um vorhandene Rohstoffe gewinnbringender zu nutzen, senkt das Risiko für die Hersteller erheblich und beschleunigt gleichzeitig die Markteinführung. Unsere Kunden nehmen unsere Testzentren und Experten gerne zur Erfolgssicherung in Anspruch, und zwar in folgenden Bereichen:
- zentrifugale Trenntechnik (Deutschland)
- Verdampfung & Membranfiltration (Deutschland & USA)
- Pasteurisierung & aseptische Abfüllung (Deutschland)
- Feststofftrocknung & Sprühtrocknung (Dänemark & USA)
Die Kunden nehmen aus der Pilotphase üblicherweise für die Marktvorbereitung geeignete Proteinmuster mit – und das gute Gefühl, dass sie auf ihren eigenen Anlagen gleichbleibende Ergebnisse bei Ertrag, Qualität, Effizienz sowie Maschinen- und Prozessleistung erwarten können. Viele Gewährleistungen spricht GEA auf Grundlage der in Pilotprojekten mit Kunden erzielten Resultate aus.
Wenn Kunden zu uns in unsere Testzentren kommen, zeigen wir ihnen Schritt für Schritt, wie sie ihre Prozesse aufsetzen können. Anschließend nehmen sie nicht nur ein Muster ihres Produkts mit nach Hause, sondern auch jede Menge Wissen. So können sie wichtige Entscheidungen zur Ausgestaltung ihres Prozesses fundiert treffen und die geplanten Ergebnisse erreichen.“ – Detlef Ullmann, Leiter des GEA Process Test Center in Oelde, Deutschland
– Detlef Ullmann, Leiter des GEA Process Test Center in Oelde, Deutschland
