Drei brillante Innovationen bei synthetischen Lebensmitteln

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In den letzten Jahren hat sich die Clean-Label-Bewegung in der Branche durchgesetzt. Lebensmittelindustrie. Traditionelle Methoden der Lebensmittelherstellung, die auf schwere Verarbeitung und künstliche Inhaltsstoffe setzen, verlieren bei den heutigen Verbrauchern an Zugkraft, während schnell wachsende Lebensmittel-Start-ups mit Produkten in der "Good-for-you"-Kategorie weiter Marktanteile gewinnen. Zwar werden viele der in der Lebensmittelindustrie verwendeten Aromen immer noch mit synthetischer Chemie und petrochemischen Rohstoffen hergestellt, doch der Wunsch der Verbraucher nach natürlichen Aromen steigt ebenfalls. Gleichzeitig sind die meisten Lebensmittel nicht vollständig "synthetisch"; die Hauptquelle aller Lebensmittel, die wir heute essen, sind immer noch Pflanzen und Tiere, auch wenn sie auf dem Weg dorthin chemisch und biologisch verändert wurden. Im Folgenden stellen wir einige brillante Innovationen im Bereich der synthetischen Lebensmittel vor:

Die NASA und das Food Synthesis Project

In den 1960er und 1970er Jahren begann das NASA Ames Research Center mit einer Projekt um Lebensmittel zu produzieren, ohne dabei auf herkömmliche lebende Organismen wie Pflanzen oder Vieh zurückzugreifen. Die Grundannahme des Projekts war, dass Astronauten auf immer längeren Missionen den Weltraum erkunden würden. Der Platz und das Gewicht für die Lagerung von Lebensmitteln an Bord von Raumfahrzeugen würden begrenzt sein, so dass andere Verfahren für die Ernährung der Besatzung erforderlich sein würden. Der Anbau von Lebensmitteln wurde zwar als praktikable Option angesehen, doch die Geschwindigkeit und die Fläche, auf der die Lebensmittel angebaut werden könnten, würden die jederzeit verfügbare Menge an Lebensmitteln begrenzen. Stattdessen untersuchte das Programm einfache chemische Methoden zur Regenerierung von Nahrungsmitteln aus Abfallprodukten und Raketentreibstoff.

Es wurden mehrere Veröffentlichungen über Verfahren zur Erzeugung essbarer Kohlenhydrate aus Wasser, Kohlendioxid und Strom veröffentlicht. Diese Verfahren beruhen auf der elektrochemischen Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoffgas. Das Wasserstoffgas würde mit Kohlendioxid, das aus der Ausatmung der Flugzeugbesatzung gewonnen wird, zu Methan reagieren. Das Methan würde dann durch eine vorsichtige partielle Oxidation mit Sauerstoff in Formaldehyd umgewandelt und in eine Reihe von katalysierten Reaktionen geleitet, die aus dem Formaldehyd Formosezucker oder Glycerin bilden. Formosezucker ähneln den typischen Zuckern, die wir essen, wie Glukose, Saccharose oder Fruktose, und können daher vom Menschen leicht zur Energiegewinnung verdaut werden. Glycerin ist ein häufiges Zwischenprodukt, das im menschlichen Körper auf dem Weg zur Verstoffwechselung von Zuckern entsteht, und ist daher ebenfalls ein essbares Produkt. Diese reinen Kohlenhydratprodukte können weiter zu langen, stärkeähnlichen Polymeren umgesetzt oder direkt als Süßungsmittel verwendet werden.

Das gesamte nahrungsmittelerzeugende System wäre nur durch die Menge an Strom begrenzt, die für die Elektrolysereaktion zur Bildung von Wasserstoff zur Verfügung steht, und könnte den Großteil der vom Menschen benötigten Kohlenhydratkalorien liefern. Für eine ausgewogene Ernährung sind auch Lipide und Proteine erforderlich, aber die chemischen Prozesse zur Herstellung dieser Nahrungsmittel sind kompliziert und mühsam. Um diese Herausforderungen zu umgehen, schlugen die Forscher vor, ein Bakterium zu verwenden, Hydrogenomonas eutrophaDiese Bakterien ernähren sich von Wasserstoffgas, Kohlendioxid und Mineralien und wandeln diese in ein proteinreiches Ergänzungsmittel um, das auch Lipide, Vitamine und andere für den menschlichen Körper wichtige Nährstoffe enthält. Obwohl in diesem Prozess ein lebender Organismus zum Einsatz kommt, könnten die Bakterien schnell und ohne großen Wartungsaufwand Biomasse produzieren. Auf diese Weise ließe sich eine komplette Diät mit nur einfachen Mitteln herstellen. chemische und biologische Technologien die in ein Raumschiff eingebaut werden könnten. Die Technologie wurde jedoch nie in einer praktischen Form für Weltraummissionen eingesetzt.

Synthese von Lebensmitteln mit Hilfe von Elektrizität

Kürzlich, in einer gemeinsames Projekt zwischen dem Technischen Forschungszentrum Finnlands (VTT) und der Technischen Universität Lappeenranta haben Forscher eine Methode entwickelt, um aus Wasser, Kohlendioxid, Bakterien und Elektrizität ein proteinreiches Nahrungsmittel herzustellen. Wie bei dem bereits erwähnten bakteriellen Verfahren handelt es sich bei den hier verwendeten Bakterien um eine spezielle Art, die das bei der Elektrolyse von Wasser erzeugte Wasserstoffgas und das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe abgeschiedene Kohlendioxid verdauen und in essbare Biomasse umwandeln kann.

 

Die Projekt Lebensmittel aus Elektrizität hat das Potenzial, die Treibhausgasemissionen zu verringern, da es eine energieeffiziente Alternative zur Erzeugung von Nahrungsmitteln darstellt. Anders als in der traditionellen Landwirtschaft, die auf der Energieumwandlung von Sonnenlicht in Zucker durch Photosynthese beruht, könnte der Prozess mit Strom betrieben werden, der direkt aus Sonnenkollektoren gewonnen wird. Berechnungen zufolge ist die Methode zehnmal effizienter als die pflanzenbasierte Landwirtschaft. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Verfahren leicht skaliert werden kann und keine großen Flächen benötigt; ein mehrstöckiges Lagerhaus könnte die gleiche Leistung erbringen wie ein Acker. Außerdem werden für diese bakterienbasierte Lebensmittelproduktion keine chemischen Pestizide und Düngemittel benötigt, die normalerweise abfließen und die Umwelt schädigen würden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten der Technologie sind Geräte für den Heimgebrauch, die in Regionen, die mit einer ausreichenden Lebensmittelversorgung zu kämpfen haben, Lebensmittel auf Abruf erzeugen und die Auswirkungen der weltweite Unterernährung.

Synthetische Fleischsorten

Zu den weiteren von der NASA geleisteten Arbeiten gehören Forschungen über Technologie für synthetisches Fleisch. Diese Arbeit ist seither in verschiedene akademische Forschungsprojekte und Start-up-Technologien eingeflossen. Synthetisches oder kultiviertes Fleisch beruht auf der gleichen Biotechnologie, die zur Herstellung von Ersatzgewebe und -organen in der Medizin entwickelt wurde. Stammzellen des gewünschten Tieres (Rind, Schwein, Fisch usw.) werden in einer nährstoffreichen Brühe unter sterilen Bedingungen gezüchtet. Die Stammzellen werden mit Hilfe eines speziellen Mediums, das Faktoren enthält, die den Zellen signalisieren, sich in Muskelgewebe zu verwandeln, zur Differenzierung angeregt. Das ausgereifte Muskelgewebe wird durch Dehnung "trainiert", um das Muskelwachstum zu fördern, und geerntet, sobald die gewünschte Größe erreicht ist. Das fleischähnliche Material wird dann geformt und aromatisiert, um ein Fleischprodukt zu erhalten, das dem Fleisch eines Tieres ähnelt.

 

Obwohl die Entwicklung noch nicht abgeschlossen ist, haben kultivierte Fleischerzeugnisse viele Vorteile, die sie zu einer attraktiven Alternative zu den derzeitigen Methoden der Viehzucht und Fleischgewinnung machen. Da das Fleisch in einer geschlossenen, sterilen Umgebung gezüchtet wird, werden weniger Antibiotika benötigt, um das Produkt frei von Krankheitserregern zu halten. Im Gegensatz zu natürlichem Vieh würde das Fleischprodukt selbst keine Parasiten oder Krankheitserreger beherbergen, die ein Gesundheitsrisiko darstellen könnten. Darüber hinaus können die bei diesem Verfahren anfallenden Abfälle besser verwaltet und sogar recycelt werden. Derzeit stammen die Nährmedien, die für die Züchtung des Fleischgewebes verwendet werden, aus dem Mutterleib der gebärenden Kühe, aber das Ziel ist es, die Zellkulturen mit einem Medium aus pflanzlichen Quellen zu füttern, was die Umweltauswirkungen der Fleischproduktion möglicherweise verringern könnte. Weitere Vorteile sind der geringere Platzbedarf für die Züchtung des Fleisches, wodurch Ranch- und Farmland für andere Zwecke frei wird, und die Möglichkeit, den Züchtungsprozess zu manipulieren, um maßgeschneiderte und hybride Fleischmaterialien zu erzeugen. So könnten die Zellen beispielsweise so gezüchtet werden, dass sie sowohl Fisch- als auch Rindergewebe in ihrer Matrix enthalten, wodurch ein einzigartiges Produkt entsteht, das auf andere Weise nicht hergestellt werden könnte. Oder die Gewebe könnten so programmiert werden, dass sie ein genaues Verhältnis von Fett zu Eiweiß oder eine höhere Konzentration der gewünschten Geschmacksstoffe produzieren. Letztendlich kann die Technologie für synthetisches Fleisch Türen zu neuen Möglichkeiten, Innovationen und kulinarischen Erfahrungen öffnen, die es noch nicht gibt.

Synthetik und mehr

Der Begriff "synthetisch" ist in unserer modernen Welt tendenziell negativ besetzt. Der Markt verlagert sich zwar immer mehr in Richtung natürlicher Produkte, aber wachsende Umweltbedenken und globale sozioökonomische Herausforderungen könnten die Lebensmittelindustrie dazu zwingen, auf synthetisch hergestellte Lebensmittel zurückzugreifen. Auf dem Weg in die Zukunft wird eine Kombination aus synthetischen und natürlichen Lebensmitteln weiterhin eine wichtige Rolle in unserer Ernährung spielen.

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Über den Autor

Bryan Le ist derzeit Forschungsstipendiat im Bereich Wissenschaft und Medizin und Doktorand in der Abteilung für Lebensmittelwissenschaften an der Universität von Wisconsin-Madison. Er untersucht die vorteilhaften Wirkungen und den Wirkmechanismus von Geschmacksstoffen in Zwiebeln und Knoblauch. Er hat Artikel für den preisgekrönten Blog Science Meets Food geschrieben und redigiert, der von der Studentenvereinigung des Institute of Food Technologists gesponsert wird, und beschäftigt sich leidenschaftlich mit der Vermittlung von Wissenschaft an ein öffentliches Publikum. Bryan hat einen M.A. und B.Sc. in Chemie von der University of California, Irvine. Kontaktieren Sie ihn unter bryanquocle(at)gmail(dot)com, und erfahren Sie mehr über seine Arbeit unter bryanquocle.journoportfolio.com

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