Produktentwicklung mit Mikroalgen für eine umweltschonende Ernährung unter Einbeziehung von Konsumenten

Pasta, Sushi oder Jerky: Forscher der Universität Göttingen untersuchen alternative Proteinquellen aus Spirulina

  • Abb.: Bilder der Produkte, wie sie den Verbrauchern gezeigt wurden (v.l.n.r: Pasta, Sushi, Jerky).Abb.: Bilder der Produkte, wie sie den Verbrauchern gezeigt wurden (v.l.n.r: Pasta, Sushi, Jerky).
  • Abb.: Bilder der Produkte, wie sie den Verbrauchern gezeigt wurden (v.l.n.r: Pasta, Sushi, Jerky).
  • M.Sc. Stephanie Grahl, Georg-August-Universität Göttingen
Der Bedarf an eiweißliefernden Lebensmitteln wächst. Die Fleischerzeugung lässt sich aber nicht unbegrenzt steigern.  Derzeit wird von Wissenschaftlern der Universität Göttingen intensiv erforscht, ob sich die Mikroalge Spirulina als alternative Eiweißquelle für die menschliche Ernährung eignet und wie Verbraucherwünsche erfüllt werden können.

Die Produktionsweise von Lebensmitteln für eine stetig wachsende Bevölkerung bleibt nicht ohne Auswirkungen auf Klima und Umwelt. Agrarflächenverknappung, Ressourcenschwund und steigende Treibhausgasemissionen sind Entwicklungen, die dazu führen, dass die Lebensmittelversorgung der Zukunft grundlegenden Veränderungen unterzogen werden muss [1]. 

Ökobilanzierungen zeigen zudem, dass der Konsum von Lebensmitteln tierischen Ursprungs erhebliche Umweltauswirkungen hat. Dies liegt u. a. in der ineffizienten Umsetzung von pflanzlichem in tierisches Protein begründet: Um 1 kg Fleisch zu erzeugen sind 6 kg pflanzliches Protein nötig [2]. Schnell wird klar, dass alternative Eiweißquellen etabliert werden müssen, um der Herausforderung einer ausreichenden und dabei umweltschonenden Eiweißversorgung adäquat zu begegnen. 
Di Paola et al. fanden heraus, dass der Ersatz von tierischem mit pflanzlichem Protein zu einem reduzierten Ressourcenbedarf an Land und Wasser sowie zur verringerten Freisetzung von Treibhausgasen führt [3]. Dies könnte sehr wohl auch für Proteine aus Mikroalgen gelten. Smetana et al. haben eine Lebenszyklusanalyse verschiedener Mikroalgen unter unterschiedlichen Kultivierungsbedingungen durchgeführt und gezeigt, dass der Anbau bestimmter Mikroalgen je nach Produktionssystem eine vergleichsweise hohe Umweltbelastung haben kann [4]. Dies ist jedoch der Status quo des bisherigen Fortschritts der Algenforschung, die mit etwa 65 Jahren noch ein sehr junges Forschungsfeld ist.

Die Geschichte der konventionellen Landwirtschaft hingegen reicht Tausende von Jahren zurück – genügend Zeit also für Optimierung sowie Produktions- und Effizienzsteigerungen. Es ist davon auszugehen, dass auch der Algenanbau in Zukunft weniger ressourcenintensiv (z. B. Wasser- oder Energiebedarf) gestaltet werden kann. Einen entscheidenden Vorteil haben Mikroalgen bereits jetzt: Im Vergleich zu herkömmlichen Eiweißquellen benötigen sie weniger Ackerland, um einen gleichwertigen Ertrag zu erzielen [5].

Mikroalgen als alternative Eiweißquelle

Aufgrund ihres Nährwertes sowie möglicher gesundheitsfördernder Eigenschaften wird Spirulina (Arthrospira platensis) als alternative Eiweißquelle der Zukunft intensiv erforscht. Sie enthält bis zu 63 % Eiweiß bezogen auf die Trockenmasse [6]. Bis zu 20 % der Proteinfraktion besteht aus Phycocyanin [7], das als Antioxidans bekannt ist [8] und als natürlicher blauer Farbstoff in der Lebensmittelindustrie zum Einsatz kommt.
Aufgrund des charakteristischen Algengeschmacks, der von geschulten Prüfpersonen als erdig-muffig beschrieben wird, und der dunkelgrün bis schwarzen Farbe [9] ist die Integration der Mikroalge in westeuropäische Ernährungsgewohnheiten eine Herausforderung. Die Verarbeitung neuartiger Zutaten wie Spirulina in vertrauten Produktkonzepten hilft dabei, die Skepsis gegenüber neuen Lebensmitteln (Neophobie) zu überwinden [10]. 
Ausgangspunkt für die Entwicklung neuartiger eiweißreicher Lebensmittel auf Algenbasis sind Nass-Extrudate aus Soja und Spirulina [9]. Nass-Extrusion ist eine etablierte Technologie, um faserige, fleisch-ähnliche Strukturen aus Pflanzenproteinen wie Soja herzustellen [11]. Als Soja-Schnitzel, Soja-Steaks oder Soja-Nuggets findet man sie in vielen Supermarktregalen. Die Verarbeitung von Spirulina auf diese Weise ist allerdings bislang kaum erforscht.

Produktentwicklung mit Konsumenten

Die Forschungsarbeit der Abteilung für Produktqualität tierischer Erzeugnisse an der Georg-August-Universität Göttingen zeigt am Beispiel der Mikroalge Spirulina, wie konsumentenorientierte Produktentwicklung zum Wandel derzeitiger Ernährungsgewohnheiten beitragen kann. Je früher Konsumenten im Entwicklungsprozess der Lebensmittel involviert werden, umso erfolgversprechender sind die Aussichten auf Produkte, denen mit Bereitschaft zum Probieren und Neugier begegnet wird [12]. Mittels qualitativer und quantitativer Methoden der Sensorik- und Konsumentenforschung wurde die Eignung von Spirulina für innovative Lebensmittel untersucht. Sie fördern eine fleischreduzierte und damit nachhaltigere Ernährung.
Die erste Studie untersuchte mit Hilfe deskriptiver Analyse zunächst die Handhabbarkeit von Spirulina in der Extrusion [9]. Systematisch variierte Extrusionsparameter wurden hinsichtlich ihrer Effekte auf die human-sensorischen Eigenschaften der Spirulina-Soja-Extrudate geprüft. Im Ergebnis wurden Möglichkeiten zur Steuerung der faserigen und bissfesten Textur zukünftiger Spirulina-basierter Lebensmittel abgeleitet. 
In einem zweiten Schritt wurden Experteninterviews zur Eingrenzung entwickelter Produktideen durchgeführt. Eine breit angelegte Online-Befragung beleuchtete die Präferenzen der Konsumenten für verschiedene Lebensmittelkategorien mit dem Extrudat und lotete Marketing-Chancen basierend auf den Benefits Nachhaltigkeit, Gesundheit und Innovation aus [13]. Ein Grundnahrungsmittel (Pasta), ein Produkt das dem Prinzip des „Flavour Pairing“ folgt (Sushi) und ein praktischer Snack (Jerky) wurden rund 1.000 Konsumenten in Deutschland, den Niederlanden und Frankreich auf Fotos gezeigt. 
Spirulina-gefüllte Pasta wurde gegenüber den beiden anderen Kategorien bevorzugt, da sie im Allgemeinen sehr vertraut ist. Die Datenanalyse ergab einen moderierenden Effekt der Bekanntheit – bei gleichem Bekanntheitsgrad sind alle drei Produktkategorien mit Spirulina denkbar.
Aufbauend auf die Ergebnisse wurden verschiedene Pastavarianten in drei Geschmacksrichtungen mit unterschiedlichem Gehalt an Spirulina-Soja-Extrudat entwickelt und in einem sensorischen Konsumententest untersucht. Eine Verknüpfung der subjektiven Konsumentenwahrnehmung mit einer objektiven sensorischen Beschreibung durch Verkostungsexperten wird zur gezielten Weiterentwicklung der Produkte beitragen. 
Die Studien ergaben einen Erkenntnisgewinn darüber, was bei der Entwicklung nachhaltiger Lebensmittel beachtet werden muss, um Konsumentenwünsche zu erfüllen. Die Forschung bietet der Lebensmittelbranche somit neue Optionen für zukunftsfähige Produkte und ermöglicht Verbrauchern eine fleischreduzierte Ernährung.  Die Arbeiten sind Teil des vom Land Niedersachsen geförderten Forschungsprojekts „Sustainability Transitions in der Lebensmittelproduktion: Alternative Proteinquellen in sozio-technischer Perspektive“ (weitere Informationen unter www.uni-goettingen.de/sustrans).
 

Literartur
[1] Meier T (2014) Umweltschutz mit Messer und Gabel. oekom, München
[2] de Boer J, Helms M, Aiking H (2006) Protein consumption and sustainability: Diet diversity in EU-15. Ecol Econ 59:267–274 . doi: 10.1016/j.ecolecon.2005.10.011
[3] Di Paola A, Rulli MC, Santini M (2017) Human food vs. animal feed debate. A thorough analysis of environmental footprints. Land use policy 67:652–659 . doi: 10.1016/j.landusepol.2017.06.017
[4] Smetana S, Sandmann M, Rohn S, et al (2017) Autotrophic and heterotrophic microalgae and cyanobacteria cultivation for food and feed: life cycle assessment. Bioresour Technol 245:162–170 . doi: 10.1016/j.biortech.2017.08.113
[5] Greene CH, Huntley ME, Archibald I, et al (2017) Geoengineering, marine microalgae, and climate stabilization in the 21st century. Earth’s Futur 5:278–284 . doi: 10.1002/2016EF000486
[6] Becker EW (2007) Micro-algae as a source of protein. Biotechnol Adv 25:207–210 . doi: 10.1016/j.biotechadv.2006.11.002
[7] de Castro Cardoso Pereira PM, dos Reis Baltazar Vicente AF (2013) Meat nutritional composition and nutritive role in the human diet. Meat Sci 93:586–592 . doi: 10.1016/j.meatsci.2012.09.018
[8] Malav OP, Talukder S, Gokulakrishnan P, Chand S (2015) Meat Analog: A Review. Crit Rev Food Sci Nutr 55:1241–1245 . doi: 10.1080/10408398.2012.689381
[9] Liao X, Zhang B, Wang X, et al (2011) Purification of C-phycocyanin from spirulina platensis by single-step ion-exchange chromatography. Chromatographia 73:291–296 . doi: 10.1007/s10337-010-1874-5
[10] Hirata T, Tanaka M, Ooike M, et al (2000) Antioxidant activities of phycocyanobilin prepared from Spirulina platensis. J Appl Phycol 12:435–439 . doi: 10.1023/A:1008175217194
[11] Grahl S, Palanisamy M, Strack M, et al (2018) Towards more sustainable meat alternatives: How technical parameters affect the sensory properties of extrusion products derived from soy and algae. J Clean Prod 198:962–971 . doi: 10.1016/j.jclepro.2018.07.041
[12] Raudenbush B, Frank RA (1999) Assessing food neophobia: The role of stimulus familiarity. Appetite 32:261–271 . doi: 10.1006/appe.1999.0229
[13] Noguchi A (1990) Extrusion cooking of high-moisture protein foods. In: Mercier C, Linko P, Harper JM (eds) Extrusion Cooking. American Association of Cereal Chemists, St. Paul, Minnesota, pp 343–369
[14] van Kleef E, van Trijp HCM, Luning P (2005) Consumer research in the early stages of new product development : a critical review of methods and techniques. Food Qual Prefer 16:181–201 . doi: 10.1016/j.foodqual.2004.05.012
[15] Grahl S, Strack M, Weinrich R, Mörlein D (2018) Consumer-oriented product development: the conceptualization of novel food products based on spirulina (Arthrospira platensis) and resulting consumer expectations. J Food Qual 2018:Article ID 1919482 . doi: 10.1155/2018/1919482

 

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Albrecht-Thaer-Weg 3
37075 Göttingen

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