Eiweißreiche Lebensmittel aus Bier- und Apfelresten Pflanzeneiweiß als Fleischersatz der Zukunft

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Biertreber, Apfeltrester und bittere Lupinen: Das Zentrum für Ernährung und Lebensmitteltechnologie macht aus ungenutzten Reststoffen hochwertige Proteinprodukte. Drei Forschungsprojekte ergründen neue proteinreiche Fleisch- und Käseersatzprodukte und zeigen den Nutzen moderner Aminosäurenanalysatoren für die Lebensmitteltechnologie.

Fast jeder Deutsche hatte schon einmal Leguminosen – viele kommen bereits im frühen Kindesalter damit in Kontakt, doch nur wenige wissen davon. Was problemlos als Bezeichnung eines unangenehmen Hautleidens durchgehen würde, ist der Fachterminus für Hülsenfrüchtler. Dazu gehören so bekannte Vertreter wie Erbsen, Linsen, Bohnen und Soja, aber auch kleinkörnige Sorten, etwa Klee und Luzerne. Diese Gewächse sind in mehrfacher Hinsicht botanische Kraftprotze. Zum einen können die Leguminosen nicht nur CO₂ aus der Luft ziehen, sondern auch Luftstickstoff binden und anreichern. Genau genommen leisten das nicht die Pflanzen selbst, sondern so genannte Knöllchenbakterien an ihren Wurzeln, die in Symbiose mit der Pflanze leben. Wenn Landwirte in der Fruchtfolge Leguminosen einsetzen, kann dies den Bedarf an stickstoffhaltigem Dünger senken.

Zum anderen produzieren Leguminosen hochwertiges Eiweiß und sind eine wichtige Proteinquelle für die Ernährung des Menschen sowie als Tierfutter. Gerade in einer vegetarischen oder veganen Ernährung spielen Hülsenfrüchte eine zentrale Rolle als Eiweißlieferant.

Aminosäure-Analyse für optimierte Lebensmittel

Trotz dieser vorteilhaften Eigenschaften ist der regionale Anbau von Leguminosen in Deutschland in der Vergangenheit stark zurückgegangen. Um dem entgegenzuwirken hat das Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH) Ende 2012 die Eiweißpflanzenstrategie veröffentlicht. Die Initiative soll den Anbau und der Verwertung von Eiweißpflanzen in Deutschland fördern. Erfolge sind bereits erkennbar: betrug der Anteil an Leguminosen im Jahr 2012 nur 3 Prozent der gesamt genutzten Anbaufläche in Deutschland, waren 2025 bereits auf 5,9 Prozent der Ackerfläche Hülsenfrüchte angebaut.

Doch die Eiweißpflanzenstrategie des Bundesministeriums beschränkt sich nicht auf den verstärkten Anbau von Leguminosen, sie fördert auch neue Ansätze der Proteingewinnung. Dazu zählen nachhaltige Verfahren, die bislang kaum genutzte Reststoffe als Ressource nutzen, um hochwertiges essbares Pflanzenprotein zu produzieren. Mit diesem Fokus untersuchte das Zentrum für Ernährung und Lebensmitteltechnologie (ZELT gGmbH) in drei Projekten Rohstoffe und Proteine in pflanzlichen Substraten. Die technologische Grundlage stellte der Aminosäureanalysator Aracus der Membrapure GmbH dar. Das Unternehmen entwickelt eigene Analysentechnik und liefert Labor- und Analysesysteme für Anwendungen in Forschung, Diagnostik, Umwelt- und Lebensmittelanalytik sowie Pharma und Industrie.

Während klassische Proteinanalysen häufig den Gesamtstickstoff oder den Rohproteingehalt bestimmen, ermöglicht die Aminosäureanalytik eine differenziertere Betrachtung. Sie zeigt, welche Aminosäuren im Substrat enthalten sind und in welchem Verhältnis sie vorliegen. Gerade für die Entwicklung pflanzlicher Fleisch- oder Käsealternativen ist diese Information essenziell, weil die biologische Wertigkeit eines Proteins unmittelbar von seiner Aminosäurezusammensetzung abhängt. Insbesondere essenzielle Aminosäuren, die vom menschlichen Körper nicht selbst gebildet werden können, spielen hier eine entscheidende Rolle.

Bratwurstersatz aus Biertreber

Das erste Projekt von ZELT mit dem Titel Malt-Fungi-Protein dreht sich um die Aufwertung von Biertreber. Dort testeten die Forscher in Kooperation mit der Störtebeker Brauerei in Stralsund und vielen weiteren Partnern, wie aus Biertreber – einem Nebenprodukt der Brauerei – pflanzlicher Fleischersatz hergestellt werden kann. Biertreber dient dabei als Substrat, um darauf Pilzmyzel zu züchten. Die Pilze bilden ein proteinreiches Myzel und generieren dort große Mengen an ernährungsphysiologisch hochwertigem Pilzprotein. Ein Ziel des Projekts war es, die Bioverfügbarkeit der Aminosäuren zu verbessern und den Gehalt der wertvollen essenziellen Aminosäuren zu steigern.

Mit dem Aminosäurenanalysator beurteilten die Forscher, ob die eingesetzte Fermentation tatsächlich zu einer Verbesserung der Proteinqualität führte: Detaillierte Aminogramme wurden erstellt und Veränderungen im Aminosäureprofil während der verschiedenen Prozessschritte dokumentiert. Das Projektteam variierte Temperatur, pH-Wert, Druck sowie unterschiedliche Pilzarten und maß mit dem Aminosäureanalysator die Auswirkungen dieser Parameter auf die Zusammensetzung der Aminosäuren. Die Forscher stellten dadurch gezielt Prozessbedingungen her, die eine optimale Proteinqualität ermöglichten. 

Die Analyse zeigte, dass sich durch die fermentative Behandlung tatsächlich günstigere Aminosäureverhältnisse erzielen ließen – gerade bei den ernährungsphysiologisch relevanten, essenziellen Aminosäuren. Das fermentierte Treber- Myzel-Gemisch wurde im Projekt zu Extrudaten verarbeitet, die als Bestandteil pflanzenbasierter Fleischalternativen genutzt werden können. Die analytischen Daten halfen hier nicht nur bei der ernährungsphysiologischen Bewertung, sondern auch bei der technologischen Anpassung der Rezepturen.

Proteine der Lupine – ohne bitteren Beigeschmack

Im Auftrag des Forschungsvorhabens „Leguland“ erforschte die ZELT gGmbh in einem zweiten Projekt die Verwertungsmöglichkeiten der Weißen Lupine, einer Vertreterin der Leguminosen, also eine Hülsenfrucht. Sie besitzt bereits einen hohen Proteingehalt und einen großen Anteil essenzieller Aminosäuren mit sehr guter Bioverfügbarkeit, was sie als Ersatzprodukt für tierisches Eiweiß interessant macht. Allerdings erzeugt die Weiße Lupine im Wachstum Bitterstoffe, so genannte Alkaloide, zum Schutz vor Fraßfeinden. In großen Mengen sind sie sogar toxisch, sodass beim Überschreiten gewisser Grenzwerte die Pflanze weder in Lebens- noch in Futtermitteln eingesetzt werden darf. Der Anbau der Weißen Lupine traf bei Landwirten auf entsprechend wenig Gegenliebe, da es keine Verwertungsmöglichkeit für die Ernte gab. Dies wollten die Lebensmittelwissenschaftler mit ihrer Arbeit ändern.

Das Forschungsprojekt zielte darauf ab, bitterstofffreie Proteinisolate aus der Weißen Lupine zu entwickeln und damit neue Verwertungsmöglichkeiten zu schaffen. Um das zu erreichen, entwickelten die Forscher ein neues Verfahren, um die Bitterstoffe aus der Pflanze zu eliminieren. Sie untersuchten dazu mit dem Membrapure Aminosäurenanalysator, wie sich im Prozessverlauf die Proteinstruktur verändert.

Im Laufe des Projektes ist es schließlich gelungen, die Bitterstoffe aus dem Pflanzenprotein zu entziehen und die Grenzwerte im Lebensmittelbereich einzuhalten. Dabei blieb die natürliche Proteinstruktur erhalten und essenzielle Aminosäuren wurden im Produkt nachgewiesen. Es zeigte sich, dass das angedachte Verfahren in der Praxis funktionierte. Das Projekt wurde im März 2025 abgeschlossen.

Von den Ergebnissen aus dem Labor geht es im nächsten Schritt zur Aufskalierung in den Technologiemaßstab, wo statt kleinen Mengen von 100 Gramm bereits Ansätze im Bereich von 100 Kilogramm verarbeitet werden. „Wir wollen den Schritt hin zum betrieblichen Maßstab vereinfachen und können die Ergebnisse bis auf Tonnenchargen skalieren“, erklärt ZELT-Projektkoordinator Beisler. Für Leguland entwickelte er mit seinem Team ein Verfahren für Mengen von 50 Kilogramm, um hochwertiges Proteinisolat herzustellen.

Aus Apfel-Restströmen vollwertige Lebensmittel machen

Im dritten Projekt – Apple – sollte Apfeltrester mit Proteinen angereichert werden, ebenfalls durch Pilzmyzel und ebenfalls mit dem Ziel, bioverfügbare Aminosäuren anzureichern. Dazu identifizierten die ZELT-Forscher das optimale Substrat und die Art und Anzahl der Aminosäuren im Gemisch. Das Ergebnis zum Abschluss im Dezember 2025: eine neu entwickelte Rohstoffmatrix, auf der der Pilz gut wachsen kann und die gewünschte Proteinstruktur ausbildet. Als entscheidende Faktoren für das Ergebnis stellten sich die Qualität der eingesetzten Rohstoffe sowie die verwendete Produktionstechnologie heraus.

Ohne Technologie wie den Aminosäurenanalysator von Membrapure wäre die Entwicklung von Lebensmitteln, die auf hochwertigem, pflanzlichem Protein basieren, in dieser Form nicht möglich. „Er hilft sehr bei der Auswertung“, bestätigt Beisler. Mit dem Einsatz des Geräts ist das Zentrum für Ernährung und Lebensmitteltechnologie sehr zufrieden. „Es kam während des Projekts weder zu langen Ausfallzeiten noch zu gravierenden Fehlern.“

Messungen können ununterbrochen rund um die Uhr laufen und der automatisierte Aminosäurenanalysator bindet im Betrieb keine Fachkraft. Verglichen mit anderen Geräten sind die Durchlaufzeiten mit bis zu 75 Minuten pro Analyse zwar lang, dafür generiert der Analysator umfangreiche Informationen zu den Aminosäureprofilen.

Fazit

Die Projekte zur Zusammensetzung und Bioverfügbarkeit von Proteinen bringen die Lebensmitteltechnologie voran. „Wir haben damit drei Wege aufgezeigt, um aus verschiedenen pflanzlichen Roh- und Reststoffen hochwertige, proteinreiche Rohstoffe zur Herstellung nachhaltiger Lebensmittel zu entwickeln. Diese Reststoffe werden aktuell nur niederschwellig verwertet, das heißt als Futtermittel oder energetisch“, fasst ZELT-Projektmitarbeiter Reichert zusammen. Besonders wichtig war für die Forscher die Möglichkeit, Aminosäureprofile reproduzierbar und wirtschaftlich zu bestimmen. Alternative chromatographische oder elektrophoretische Verfahren wären teilweise deutlich aufwendiger gewesen. Der Aminosäurenanalysator unterstützte damit nicht nur die wissenschaftliche Bewertung der Rohstoffe, sondern auch die praktische Prozessentwicklung. 

Die Forschungsprojekte am Zentrum für Ernährung und Lebensmitteltechnologie zeigen, dass biogene, pflanzliche Rohstoffe zu hochwertigen Proteinprodukten verarbeitet werden können. Prozessoptimierung und Aminosäureanalysen verbessern dabei sowohl die Bioverfügbarkeit als auch das Aminosäureprofil. Die ZELT gGmbH bewies darüber hinaus, dass sich die entwickelten Verfahren vom Labormaßstab auf größere Produktionsmengen übertragen lassen. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden eine Grundlage für zukünftige Forschungs- und Entwicklungsprojekte und schaffen damit Lösungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Der Aminosäureanalysator von Membrapure soll auch in Folgeprojekten bei ZELT eingesetzt werden – drei neue befinden sich bereits in der Bewilligungsphase.