Produkty spożywcze bogate w białko, wytwarzane z resztek piwa i jabłek Białko roślinne jako substytut mięsa przyszłości

Ostróżka piwna, wytłoki jabłkowe i łubin gorzki: Centrum Żywienia i Technologii Żywności przetwarza niewykorzystane odpady w wysokiej jakości produkty białkowe. Trzy projekty badawcze zajmują się opracowywaniem nowych, bogatych w białko substytutów mięsa i sera oraz pokazują korzyści płynące z zastosowania nowoczesnych analizatorów aminokwasów w technologii żywności.

Prawie każdy Niemiec jadł kiedyś rośliny strączkowe – wielu z nich styka się z nimi już we wczesnym dzieciństwie, ale tylko nieliczni są tego świadomi. To, co bez problemu mogłoby uchodzić za nazwę nieprzyjemnej dolegliwości skórnej, jest w rzeczywistości terminem fachowym określającym rośliny strączkowe. Należą do nich tak znane gatunki, jak groch, soczewica, fasola i soja, ale także odmiany o drobnych ziarnach, na przykład koniczyna i lucerna. Rośliny te są pod wieloma względami botanicznymi potęgami. Po pierwsze, rośliny strączkowe nie tylko pochłaniają CO₂ z powietrza, ale także wiążą i wzbogacają azot atmosferyczny. Ściśle rzecz biorąc, nie robią tego same rośliny, lecz tak zwane bakterie brodawkowe na ich korzeniach, które żyją w symbiozie z rośliną. Jeśli rolnicy stosują rośliny strączkowe w płodozmianie, może to zmniejszyć zapotrzebowanie na nawozy azotowe.

Z drugiej strony rośliny strączkowe dostarczają wysokiej jakości białka i stanowią ważne źródło białka zarówno w żywieniu ludzi, jak i w paszach dla zwierząt. Zwłaszcza w diecie wegetariańskiej lub wegańskiej rośliny strączkowe odgrywają kluczową rolę jako źródło białka.

Analiza aminokwasów w celu optymalizacji żywności

Pomimo tych korzystnych właściwości regionalna uprawa roślin strączkowych w Niemczech znacznie spadła w przeszłości. Aby temu przeciwdziałać, Federalne Ministerstwo Rolnictwa, Żywienia i Spraw Krajowych (BMLEH) pod koniec 2012 r. uruchomiło Strategię upraw roślin białkowych. Inicjatywa ta ma na celu wspieranie uprawy i wykorzystania roślin białkowych w Niemczech. Widać już pierwsze sukcesy: podczas gdy w 2012 roku udział roślin strączkowych wynosił zaledwie 3 procent całkowitej powierzchni uprawnej w Niemczech, to w 2025 roku uprawiano już rośliny strączkowe na 5,9 procentach gruntów ornych.

Strategia Federalnego Ministerstwa dotycząca roślin białkowych nie ogranicza się jednak do intensyfikacji upraw roślin strączkowych, ale promuje również nowe podejścia do pozyskiwania białka. Obejmują one zrównoważone procesy, które wykorzystują dotychczas rzadko wykorzystywane odpady jako surowiec do produkcji wysokiej jakości jadalnego białka roślinnego. Kierując się tym założeniem, Centrum Żywienia i Technologii Żywności (ZELT gGmbH) w ramach trzech projektów badało surowce i białka w substratach roślinnych. Podstawę technologiczną stanowił analizator aminokwasów Aracus firmy Membrapure GmbH. Przedsiębiorstwo to opracowuje własną technikę analityczną i dostarcza systemy laboratoryjne oraz analityczne do zastosowań w badaniach naukowych, diagnostyce, analityce środowiskowej i żywnościowej, a także w przemyśle farmaceutycznym i przemysłowym.

Podczas gdy klasyczne analizy białek często określają zawartość azotu całkowitego lub białka surowego, analiza aminokwasowa pozwala na bardziej szczegółową ocenę. Pokazuje ona, jakie aminokwasy są zawarte w substracie i w jakich proporcjach występują. Informacja ta ma kluczowe znaczenie zwłaszcza przy opracowywaniu roślinnych zamienników mięsa lub sera, ponieważ wartość biologiczna białka zależy bezpośrednio od jego składu aminokwasowego. Szczególnie istotną rolę odgrywają tu aminokwasy egzogenne, których organizm ludzki nie jest w stanie sam wytworzyć.

Substytut kiełbasy z osadu piwnego

Pierwszy projekt ZELT, zatytułowany „Malt-Fungi-Protein”, dotyczy wykorzystania wysłodzin piwnych. W ramach tego projektu naukowcy, we współpracy z browarem Störtebeker w Stralsundzie oraz wieloma innymi partnerami, badali, w jaki sposób z wysłodków piwnych – produktu ubocznego powstającego w browarze – można wytwarzać roślinny zamiennik mięsa. Wysłodki piwne służą tu jako podłoże do hodowli grzybni. Grzyby tworzą bogatą w białko grzybnię i wytwarzają w niej duże ilości wysokowartościowego pod względem odżywczym białka grzybowego. Jednym z celów projektu było poprawienie biodostępności aminokwasów oraz zwiększenie zawartości cennych aminokwasów egzogennych.

W tym przypadku należy wiedzieć, jakie aminokwasy i w jakich ilościach występują w mieszaninie wysłodków i grzybni. „Każdy aminokwas działa w organizmie inaczej. Dlatego z punktu widzenia fizjologii żywienia ważne jest, aby wiedzieć, które z nich są zawarte” – wyjaśnia Jörg Reichert, pracownik projektu w ZELT. Analizator aminokwasów przedstawia pełne spektrum sekwencji aminokwasowej. „W porównaniu z innymi metodami jest to szybsze i tańsze” – mówi Nino Beisler, koordynator projektu w ZELT. Zespół zrezygnował zatem z analiz chromatograficznych lub elektroforetycznych, a także ze specjalnych reakcji barwnych. Metody te wymagałyby czasochłonnego przygotowania próbek lub dostarczałyby zbyt mało konkretnych wyników.

Za pomocą analizatora aminokwasów naukowcy oceniali, czy zastosowana fermentacja rzeczywiście przyczyniła się do poprawy jakości białka: sporządzono szczegółowe aminogramy i udokumentowano zmiany w profilu aminokwasowym na różnych etapach procesu. Zespół projektowy zmieniał temperaturę, wartość pH, ciśnienie oraz stosował różne gatunki grzybów, a następnie za pomocą analizatora aminokwasów mierzył wpływ tych parametrów na skład aminokwasów. W ten sposób naukowcy celowo stworzyli warunki procesowe, które umożliwiły uzyskanie optymalnej jakości białka. 

Analiza wykazała, że dzięki obróbce fermentacyjnej rzeczywiście udało się uzyskać korzystniejsze proporcje aminokwasów – zwłaszcza w przypadku aminokwasów niezbędnych z punktu widzenia fizjologii żywienia. W ramach projektu sfermentowana mieszanka wysłodków i grzybni została przetworzona na ekstrudaty, które mogą być wykorzystywane jako składnik roślinnych zamienników mięsa. Dane analityczne pomogły nie tylko w ocenie wartości odżywczej, ale także w dostosowaniu receptur pod kątem technologicznym.

Poprzez zmianę różnych parametrów, takich jak temperatura, wartość pH i ciśnienie podczas uprawy grzybów, a także stosowanie różnych substratów, takich jak wywar z pszenicy, jęczmienia i czarnego piwa, naukowcy stopniowo ustalali optymalne warunki wzrostu grzybni. Badania te trwały kilka lat i zostały zakończone w sierpniu 2025 roku. „Dzięki odpowiedniemu dostosowaniu parametrów udało nam się rzeczywiście uzyskać lepszy stosunek ilościowy aminokwasów” – mówi koordynator projektu Beisler.

Materiał, konsystencja i trwałość mieszanki z drobin i grzybni spełniały postawione wymagania. Z gotowej mieszanki wytworzono m.in. ekstrudaty, które nadają się do stosowania jako składnik w produkcji żywności. Pozwoliłoby to na przykład na częściowe zastąpienie mięsa w kiełbasie smażonej, co zmniejszyłoby zapotrzebowanie na hodowlę bydła i umożliwiło opracowanie produktów bardziej zrównoważonych.

Białka z łubinu – bez gorzkiego posmaku

W ramach projektu badawczego „Leguland” firma ZELT gGmbh przeprowadziła w ramach drugiego projektu badania nad możliwościami wykorzystania białego łubinu, który należy do rodziny strączkowych, a więc jest rośliną strączkową. Roślina ta charakteryzuje się już wysoką zawartością białka oraz dużą ilością aminokwasów egzogennych o bardzo dobrej biodostępności, co czyni ją interesującym produktem zastępczym dla białka pochodzenia zwierzęcego. Jednak podczas wzrostu łubin biały wytwarza substancje gorzkie, tzw. alkaloidy, które chronią go przed drapieżnikami. W dużych ilościach są one nawet toksyczne, więc po przekroczeniu pewnych wartości granicznych roślina ta nie może być wykorzystywana ani w żywności, ani w paszach. Uprawa białego łubinu nie cieszyła się odpowiednim zainteresowaniem wśród rolników, ponieważ nie istniały możliwości wykorzystania zbiorów. Naukowcy zajmujący się żywnością postanowili to zmienić poprzez swoją pracę.

Celem projektu badawczego było opracowanie izolatów białkowych z białego łubinu pozbawionych substancji gorzkich, a tym samym stworzenie nowych możliwości ich wykorzystania. Aby to osiągnąć, naukowcy opracowali nową metodę eliminacji substancji gorzkich z rośliny. W tym celu zbadali za pomocą analizatora aminokwasów Membrapure, jak zmienia się struktura białka w trakcie procesu.

W trakcie realizacji projektu udało się ostatecznie usunąć substancje gorzkie z białka roślinnego i zachować zgodność z normami obowiązującymi w branży spożywczej. Przy tym zachowano naturalną strukturę białka, a w produkcie wykryto obecność niezbędnych aminokwasów. Okazało się, że zaproponowana metoda sprawdziła się w praktyce. Projekt został zakończony w marcu 2025 roku.

W kolejnym etapie wyniki z laboratorium są przenoszone na skalę technologiczną, gdzie zamiast niewielkich ilości rzędu 100 gramów przetwarza się już partie rzędu 100 kilogramów. „Chcemy ułatwić przejście na skalę przemysłową i jesteśmy w stanie skalować wyniki aż do partii o masie ton” – wyjaśnia koordynator projektu ZELT, Beisler. Dla firmy Leguland wraz ze swoim zespołem opracował proces pozwalający na produkcję wysokiej jakości izolatu białkowego w ilościach rzędu 50 kilogramów.

Przekształcanie odpadów jabłkowych w pełnowartościową żywność

W ramach trzeciego projektu – Apple – celem było wzbogacenie wytłoków jabłkowych w białka, również za pomocą grzybni, a także w celu uzyskania aminokwasów o wysokiej biodostępności. W tym celu naukowcy z ZELT określili optymalne podłoże oraz rodzaj i ilość aminokwasów w mieszaninie. Wynik na zakończenie projektu w grudniu 2025 r.: nowo opracowana matryca surowcowa, na której grzyb może dobrze rosnąć i tworzyć pożądaną strukturę białkową. Jako decydujące czynniki wpływające na wynik okazały się jakość zastosowanych surowców oraz zastosowana technologia produkcji.

Bez technologii takiej jak analizator aminokwasów firmy Membrapure opracowanie produktów spożywczych opartych na wysokiej jakości białku roślinnym w tej formie nie byłoby możliwe. „Bardzo pomaga w analizie wyników” – potwierdza Beisler. Centrum Żywienia i Technologii Żywności jest bardzo zadowolone z użytkowania tego urządzenia. „W trakcie realizacji projektu nie odnotowano ani długich przestojów, ani poważnych błędów”.

Pomiary mogą przebiegać nieprzerwanie przez całą dobę, a zautomatyzowany analizator aminokwasów nie wymaga obecności wykwalifikowanego personelu podczas pracy. W porównaniu z innymi urządzeniami czas trwania analizy, wynoszący do 75 minut, jest co prawda długi, ale za to analizator dostarcza obszerne informacje na temat profili aminokwasowych.

Podsumowanie

Projekty dotyczące składu i biodostępności białek przyczyniają się do rozwoju technologii żywnościowej. „W ten sposób wskazaliśmy trzy sposoby na przekształcenie różnych surowców roślinnych i odpadów w wysokiej jakości surowce bogate w białko, przeznaczone do produkcji zrównoważonej żywności. Odpady te są obecnie wykorzystywane jedynie w ograniczonym zakresie, to znaczy jako pasza lub źródło energii” – podsumowuje Reichert, pracownik projektu ZELT. Szczególnie ważna dla naukowców była możliwość powtarzalnego i ekonomicznego określania profili aminokwasowych. Alternatywne metody chromatograficzne lub elektroforetyczne byłyby w niektórych przypadkach znacznie bardziej pracochłonne. Analizator aminokwasów wspierał zatem nie tylko naukową ocenę surowców, ale także praktyczne opracowywanie procesów. 

Projekty badawcze realizowane w Centrum Żywienia i Technologii Żywności pokazują, że surowce biogeniczne pochodzenia roślinnego można przetwarzać na wysokiej jakości produkty białkowe. Optymalizacja procesów i analizy aminokwasowe poprawiają przy tym zarówno biodostępność, jak i profil aminokwasowy. Ponadto firma ZELT gGmbH udowodniła, że opracowane procesy można przenieść ze skali laboratoryjnej na większe ilości produkcyjne. Uzyskane wyniki stanowią podstawę dla przyszłych projektów badawczo-rozwojowych, tworząc w ten sposób rozwiązania obejmujące cały łańcuch wartości. Analizator aminokwasów firmy Membrapure ma być również wykorzystywany w kolejnych projektach realizowanych przez ZELT – trzy nowe projekty znajdują się już na etapie zatwierdzania.

Ten artykuł ukazał się wcześniej na stronie naszej siostrzanej marki www.foodtec-insider.de.