Ein Forschungsteam wandelte pflanzliche Proteine von trocken in saftig und fettartig um, indem es Mikrogele herstellte, die Wasser einschließen und die Textur und das Mundgefühl verbessern, ohne dass Chemikalien hinzugefügt werden mussten. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse das Interesse der Verbraucher an pflanzlichen Proteinen steigern und zu den globalen Klimaschutzzielen beitragen werden, indem sie die Abhängigkeit von tierischen Produkten verringern.
Eines der größten Hindernisse bei der Einführung pflanzlicher Fleischalternativen besteht darin, dass sie beim Verzehr oft trocken und adstringierend schmecken. Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Anwesha Sarkar von der University of Leeds leistet Pionierarbeit bei der Idee, die Textur pflanzlicher Proteine zu verändern. Sie arbeiten daran, die Wahrnehmung pflanzlicher Proteine durch die Menschen von einem schleimigen, trockenen Gefühl zu einem saftigen, reichhaltigen Gefühl zu verändern, ähnlich dem von Fett. Und das einzige, was sie dem Pflanzenprotein hinzufügen, ist Wasser.
Pflanzenprotein-Mikrogel
Um diese Veränderung zu erreichen, stellten Wissenschaftler Mikrogele aus Pflanzenproteinen durch einen Prozess namens Mikrosolisierung her.
Das Pflanzenprotein beginnt trocken und hat eine raue Konsistenz, es wird in Wasser gegeben und erhitzt. Dadurch verändert sich die Struktur der Proteinmoleküle, sodass sie zusammenklumpen und ein miteinander verbundenes Netzwerk oder Gel bilden, das Wasser um die Pflanzenproteine herum einschließt.
Anschließend wird das Gel homogenisiert und das Proteinnetzwerk in winzige Partikel zerlegt, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Unter Druck, etwa beim Verzehr, scheiden die Mikrogele Wasser aus und erzeugen so einen Gleiteffekt ähnlich dem einer Einzelcreme.
Die Analyse mit einem Rasterkraftmikroskop ergab, dass die Pflanzenprotein-Mikrogele nicht verklumpten, sondern mit Wasser gefüllt waren. Bildquelle: Ben Kew, University of Leeds
Professor Sarkar sagte: „Wir wandeln trockenes Pflanzenprotein in hydratisiertes Pflanzenprotein um, indem wir das Pflanzenprotein verwenden, um ein Spinnennetz zu bilden, das Wasser um das Pflanzenprotein herum hält. Dies sorgt für die dringend benötigte Feuchtigkeit und ein saftiges Gefühl im Mund. Mit der Technologie, die mittlerweile in der Lebensmittelindustrie weit verbreitet ist, können wir Pflanzenprotein-Mikrogele herstellen, ohne irgendwelche Chemikalien oder Formulierungen hinzuzufügen. Der Hauptbestandteil ist Wasser.“
Das Verbraucherinteresse wiederbeleben
Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature Communications und sagte, die Trockenheit pflanzlicher Proteine sei „… ein wesentlicher Engpass bei der Verbraucherakzeptanz“ gewesen.
Mit diesem Durchbruch hofft das Team, das Interesse der Verbraucher an pflanzlichen Proteinen wiederzubeleben und die Menschen zu ermutigen, ihre Abhängigkeit von tierischen Produkten für die Proteinaufnahme zu reduzieren – ein notwendiger Schritt, um die globalen Klimaschutzziele zu erreichen.
Mehr als die Hälfte der 18 Milliarden Tonnen Kohlendioxidäquivalente, die jedes Jahr bei der Lebensmittelproduktion entstehen, stammen aus der Aufzucht und Verarbeitung tierischer Produkte. Die Forscher sagen, dass die Protein-Mikrogele „... eine einzigartige Plattform für die Entwicklung der nächsten Generation gesunder, schmackhafter und nachhaltiger Lebensmittelprodukte bieten“.
Während der gesamten Studie modellierte das Team das Verhalten der Pflanzenprotein-Mikrogele mathematisch und war zuversichtlich, dass ihr Ansatz funktionieren würde.
Aber Visualisierungen, die in der Atomic Force Microscopy Suite an der School of Engineering and Physical Sciences in Leeds erstellt wurden, beweisen diesen Punkt. Bei der Rasterkraftmikroskopie scannt eine winzige Sonde die Oberfläche eines Moleküls ab, um ein Bild seiner Form zu erhalten. Diese Bilder stellen einen Proof of Concept dar.
Pflanzliche Proteine sind anfangs klumpig und schlecht hydriert. Wasser hinzufügen und erhitzen. Das Protein verändert seine Form und bindet Wasser um sich herum, wodurch ein Gel entsteht. Das Gel wird in Pflanzenprotein-Mikrogele zerlegt, wobei Pflanzenproteinpartikel von Wasser umgeben sind. Bildquelle: Ben Kew, University of Leeds
Professor Sarkar fügte hinzu: „Der Anblick der Bilder der Rasterkraftmikroskopie war ein aufregender Moment für uns. Die Visualisierung zeigte, dass die Protein-Mikrogele im Wesentlichen eine kugelförmige Form hatten und weder aggregierten noch zusammenklumpten.
Dr. Mel Holmes, außerordentlicher Professor an der School of Food Science and Nutrition der University of Leeds und einer der Autoren des Papiers, sagte: „Diese Forschung zeigt den Einfallsreichtum und die Tiefe der Wissenschaft der modernen Lebensmitteltechnologie, von der Chemie der Proteine und der Art und Weise, wie Lebensmittel im Mund wahrgenommen werden, bis hin zum Verständnis der Tribologie – der Reibung zwischen Materialien und Sinneszellen im Mund. Die Lösung großer Fragen in der Lebensmittelwissenschaft erfordert interdisziplinäre Wissenschaft.“
Angesichts der Gleitfähigkeit von Mikrogelen (ähnlich der von Sahne) bedeutet dies, dass sie für andere Zwecke in der Lebensmittelindustrie verwendet werden könnten, beispielsweise als Ersatz für Fett, das aus Lebensmitteln entfernt wurde, um gesündere Lebensmittel zu entwickeln.
Ben Kew, Doktorand an der School of Food Science and Nutrition der University of Leeds und leitender Forscher des Projekts, sagte: „Das ist ein wirklich bemerkenswerter Befund. Überraschenderweise haben die Mikrogele eine ähnliche Gleitfähigkeit wie eine 20-prozentige Fettemulsion ohne Zugabe eines Tropfens Fett, und wir sind die Ersten, die darüber berichten.“
„Unsere experimentellen Daten werden durch theoretische Analysen gestützt, was auch bedeutet, dass wir mit der Verwendung dieser Pflanzenprotein-Mikrogele in Lebensmitteln beginnen können, bei denen Fett entfernt werden muss, und sie so in gesündere Pflanzenprotein-Lebensmittel der nächsten Generation umwandeln können.“