Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einfluss der Zugabe von Öl auf die Materialeigenschaften, Prozessbedingungen und Strukturveränderungen während der Extrusion von Weizenproteinen zur Herstellung von Fleischersatzprodukten

Fleischersatzprodukte (FEP) aus pflanzlichen Proteinen gewinnen zunehmend an wirtschaftlicher Bedeutung. Diese Produkte werden vorwiegend aus Weizen- oder Sojaproteinen hergestellt und zeichnen sich durch eine fleischähnliche, faserige Textur aus. Ein gängiges Verfahren zur Herstellung von FEP ist die Kochextrusion. Die sensorischen Eigenschaften der derzeit auf dem Markt befindlichen FEP entsprechen allerdings nicht den Verbrauchererwartungen, insbesondere nicht hinsichtlich Mundgefühl (Saftigkeit) und Textur.

Dem Vorhaben liegt die Arbeitshypothese zugrunde, dass die Zugabe von Öl während des Extrusionsprozesses zur Herstellung von FEP einen maßgeblichen Einfluss auf Änderungen im Reaktionsverhalten von pflanzlichen Proteinen und damit auf deren rheologische Eigenschaften hat. Damit werden sowohl die molekularen Strukturen im Schneckenbereich als auch das Strömungsprofil im Düsenbereich beeinflusst, und dadurch die Ausbildung anisotroper Produktstrukturen und die daraus resultierenden sensorischen Eigenschaften von FEP.

Ziel des Vorhabens ist es, diese Zusammenhänge zu untersuchen und daraus Strategien zur Führung des Extrusionsprozesses für verbesserte Produkteigenschaften von FEP abzuleiten.

Die Ergebnisse werden insbesondere KMU, die den FEP-Markt bedienen, in die Lage versetzen, mit neuen, innovativen Produkten eine noch breitere Masse an Konsumenten anzusprechen. Der weltweite Markt für FEP wurde im Jahr 2013 auf knapp 3 Mrd. € geschätzt.

Der Nutzerkreis hat sich in den letzten Jahren stetig erweitert. Es ist davon auszugehen, dass auch zukünftig die Extrusion bei der Herstellung von FEP eine zentrale Rolle spielen wird. Insbesondere Start-ups und KMU befassen sich aktuell vermehrt mit der Thematik FEP.

Das Projekt trägt zur Erreichung gesellschaftlicher Ziele bei, da eine mehr pflanzenbasierte Nahrung einen deutlich positiven Klimabeitrag leisten würde und zu einer gesunden Ernährung beitragen.

Ergebniszusammenfassung:

Im vorliegenden Projekt wurde gezeigt, dass während des Extrusionsprozesses Öl ohne vorherigen Emulgierschritt direkt im Prozess zugegeben werden kann. Es konnte festgestellt werden, dass eine höhere Viskosität der Gesamtmatrix unabhängig vom Ölgehalt zu stärker ausgeprägten anisotropen Strukturen führt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass höhere Matrixviskositäten zu höheren Schubspannungen in der Kühldüse führen, die für die Deformation des Mehrphasensystems notwendig sind.

Die Zugabe von Öl verringert zwar die komplexe Viskosität der Gesamtmatrix, allerdings kann dies durch gezielte Anpassung der unabhängigen Extrusionsparameter (wie Schneckendrehzahl oder -geometrie) ausgeglichen werden. Dabei kann beispielsweise durch die Verwendung von rückfördernden Schneckenelementen der thermomechanische Energieeintrag im Schneckenbereich und damit auch der Polymerisierungsgrad des Weizenglutens erhöht werden. Dadurch steigt die Matrixviskosität und der Einfluss des Öls kann bei geringen Ölgehalten ausgeglichen werden, so dass gut ausgeprägte, anisotrope Strukturen erzeugt werden können.

Da im Rahmen des Projektes die Zusammenhänge zwischen Prozess, Struktur und Eigenschaften der Produkte aufgezeigt wurden, können die Erkenntnisse zum Rohstoff Weizengluten zudem auf weitere pflanzliche Proteine übertragen werden. Die bereitgestellten Lösungskonzepte bieten den Unternehmen weitere Anwendungsgebiete. Beispielsweise können die im Extruder eingebrachten Öle nicht nur die sensorischen Eigenschaften der Produkte verbessern, sondern sie können zusätzlich als Trägermatrix für lipophile Aromen oder färbende Lebensmittel genutzt werden. Ebenso ist eine Anreicherung der eingesetzten Öle mit gesundheitsfördernden Substanzen wie mehrfach ungesättigten Fettsäuren denkbar. Unternehmen können so nicht nur den Genusswert, sondern auch den gesundheitlichen Nutzen von Fleischersatzprodukten erweitern.