Alternative Proteine Fraunhofer-Forscher machen Raps zur Protein-Quelle für Burger und Futtermittel

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Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Biover- fahrenstechnik (IGB)

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Ein neues Extraktionsverfahren ermöglicht erstmals die Nutzung von Rapsproteinen für Lebensmittel – von Burger-Patties bis zur Pasta. Das Fraunhofer-Verfahren könnte Soja-Importe reduzieren und die regionale Proteinversorgung stärken.

Proteinprodukte aus Soja, Erbsen, Algen oder Pilzen haben sich als vegane Alternative zu Fleisch, Fisch und Milch im Markt etabliert. Die Gründe der Verbraucher für die gestiegene Nachfrage sind vielfältig und reichen von Tierschutz, Klima- und Ressourcenschutz bis zu einer gesünderen Ernährungsweise.

Auch Rapssaat enthält relevante Mengen an Proteinen. Neben dem Öl, das rund 40 Prozent der Inhaltsstoffe ausmacht, fallen etwa 20 Prozent der Inhaltsstoffe von Rapskernen auf die gefragten Eiweiße. Rapsproteine ähneln in ihrer Zusammensetzung den Milchproteinen und eignen sich daher prinzipiell gut als pflanzliche Proteinquelle – für Lebensmittel ebenso wie für Futtermittel. Allerdings werden sie in Lebensmittelprodukten bisher nicht genutzt. Der Grund: Bei der herkömmlichen Heißpressung der Rapssamen wird die Struktur der Proteine verändert – die Proteine denaturieren. Die hierbei anfallenden Rapsextraktionsschrote enthalten zudem auch Fasern und Bitterstoffe aus den Rapsschalen. Dies beeinträchtigt ihre Verträglichkeit als Futtermittel, sodass den Futtermischungen in der Regel Sojaextraktionsschrote beigemischt werden. Das Futtersoja stammt allerdings vor allem aus Südamerika, wo immer noch Regen- und Savannenwälder abgeholzt werden, um Ackerflächen für seinen Anbau zu gewinnen.

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Milde Extraktion geschälter Rapssaat ermöglicht Nutzung der Rapsproteine

Seit gut zwei Jahren ist am Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP in Leuna eine Pilotanlage in Betrieb, die geschälte Rapskerne schonend aufschließt und mit Ethanol als nachhaltiges Lösemittel fraktioniert. Aufgrund der milden Prozessbedingungen in der – nach dem Verfahren der ethanolischen nativen Extraktion – EthaNa genannten Anlage, einer maximalen Temperatur von 70 °C und normalem Umgebungsdruck, wird die Struktur der Rapsproteine bei der Verarbeitung kaum verändert, sodass sich diese vielseitig verwerten lassen.

Dies wird möglich durch das zugrundeliegende Verfahrensprinzip. „Aufgrund der schlechten Löslichkeit von Rapsöl in Ethanol wird das Öl aus den Samen verdrängt, sodass es direkt als freies Öl vorliegt und nicht mit hohen Temperaturen aus dem Lösungsmittel extrahiert werden muss“, erläutert Dr. Robert Hartmann, Leiter der Gruppe Biomasse-Fraktionierung am Fraunhofer CBP. Weiterer Vorteil des Verfahrens: Fettsäuren und phosphorhaltige Moleküle, welche die Qualität des Öls beeinträchtigen würden, lösen sich gut in Ethanol. Das gewonnene Öl erreicht daher ohne weitere Aufarbeitungsschritte Vorraffinat-Qualität.

Der Extraktion ist zudem eine separate Schälanlage vorgeschaltet, um die öl- und proteinreichen Kerne von den Schalen zu trennen. Fasern und einige der Bitterstoffe, die die Qualität herkömmlicher Rapsmehle mindern, gelangen so erst gar nicht in die EthaNa-Anlage und damit auch nicht in das proteinreiche Konzentrat.

Seit der Inbetriebnahme wurde das EthaNa-Verfahren kontinuierlich weiter optimiert. Das Resultat: Neben der Schalenfraktion, dem Öl und dem ethanolischen Extrakt verbleibt ein proteinreiches Rapskernkonzentrat, das sich durch einen hohen Proteingehalt von über 50 Prozent und einen niedrigen Restölgehalt von weniger als fünf Prozent auszeichnet.

Burger-Patties, Pasta und Hackfleisch-Ersatz

Aufgrund seines hohen Proteingehalts und seiner Zusammensetzung ist das Rapskernkonzentrat aus dem EthaNa-Verfahren hervorragend geeignet für den Einsatz in proteinreichen Lebensmittelprodukten, wie jüngst in dem von der EU geförderten Projekt Like-A-Pro gezeigt. Hier untersuchte das Projektkonsortium insgesamt sieben alternative Proteinquellen auf ihre Eignung als Fischstäbchen- oder Hackfleischersatz, zur Herstellung frischer Pasta oder von Burger-Patties und bewertete die Wasseraufnahmekapazität und Emulsionsstabilität sowie sensorische Parameter wie Geschmack und Textur.

Das Rapskernkonzentrat beeindruckte als Pasta-Zutat ebenso wie als Burger-Patty. „Es bildete stabile Emulsionen in Kombination mit anderen Zutaten, die Patties überzeugten mit guter Konsistenz, angenehmem Biss und gutem Mundgefühl“, so Hartmann. Weiterhin zeigten Analysen eine ausgewogene, für den menschlichen Organismus vorteilhafte Aminosäurezusammensetzung. Dabei ist der Anteil essenzieller Aminosäuren sowohl im Vergleich zu konventionellen Rapsextraktionsschrot als auch im Vergleich zu Soja höher.

Proteinreiche Futtermittel aus Raps

Auch für den Einsatz als Futtermittel ist Rapskernkonzentrat aufgrund seines hohen Gehalts an essenziellen Aminosäuren bestens geeignet. Und mit dem optimierten Proteingehalt von über 50 Prozent erreicht das Rapskernkonzentrat den Wert von Sojaextraktionsschrot, während herkömmliches Rapsextraktionsschrot bei nur knapp unter 40 Prozent Protein liegt.

Die Eignung von Rapskernkonzentrat für die Tierernährung wurde nun im Projekt „NAPF – Neue proteinreiche Rapsfuttermittel“ bestätigt, welches vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft gefördert wird. Forschende am Fraunhofer CBP haben hierzu annähernd 40 Kilogramm Rapskernkonzentrat hergestellt, getrocknet und den Projektpartnern für Fütterungsversuche zur Verfügung gestellt.

Bei den Fütterungsversuchen an der Universität Hohenheim legten Küken für die Geflügelmast mit Futtermitteln aus Rapskernkonzentrat gut an Gewicht zu: innerhalb von 21 Tagen von 43 auf 1000 Gramm. Doch nicht nur der Proteingehalt, sondern auch seine Verfügbarkeit ist ein wichtiges Kriterium. In den Untersuchungen der Universität Hohenheim wies Rapskernkonzentrat tatsächlich eine bessere Proteinverdaulichkeit auf als Rapsextraktionsschrot. Wurde zusätzlich das Enzym Phytase zugesetzt, konnte die Proteinverdaulichkeit des Rapskernkonzentrat-Futtermittels weiter erhöht werden. „Das Enzym baut Phytinsäuren ab und setzt dabei Phosphate frei, die damit bioverfügbar werden und in der Folge die Proteinaufnahme im Organismus verbessern“, erklärt Hartmann.

Ganzheitliche Nutzung von Raps für mehr Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit

Durch seinen ganzheitlichen Ansatz ermöglicht das EthaNa-Verfahren die vollständige Nutzung von Raps und erzeugt vier wertschöpfende Fraktionen: Neben dem Hauptprodukt, einem hochwertigen Rapsöl in Vorraffinat-Qualität, und dem für die Ernährung von Mensch und Tier geeigneten proteinreichen Rapskernkonzentrat liefert es Rapsschalen, die sich beispielsweise als Dämmstoff einsetzen lassen.

Zusätzlich erhöht die stoffliche Verwertung der im Extrakt gelösten Komponenten – dies sind beispielsweise Glucosinolate, Sinapinsäure und Phospholipide – die Wirtschaftlichkeit des Ansatzes. Die Inhaltsstoffe können beispielsweise als Pflanzenschutzmittel, in Nahrungsergänzungsmitteln oder der kosmetischen Industrie Anwendung finden. Damit hilft das innovative EthaNa-Verfahren die stoffliche Wertschöpfung des heimischen Rapses zu erhöhen, ein nachhaltigeres pflanzenbasiertes und gesundes Ernährungssystem auf der Grundlage regionaler Ressourcen zu etablieren, Importe aus Übersee zu reduzieren und damit Treibhausgasemissionen zu senken.

Förderung

Das Projekt „Like-A-Pro“ wird im Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der EU gefördert (Grant Agreement No 101083961), „NAPF – Neue proteinreiche Rapsfuttermittel“ vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (Förderkennzeichen 281C703A21).

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