Den Klimawandel zu dämpfen und auf global nachhaltigere Produktionspraktiken umzustellen, ist dringender denn je. Dabei wird die Senkung des Fleischkonsums als eine Schlüsselstrategie für ein nachhaltigeres und gesünderes Ernährungssystem
anerkannt [1]. Die Produktion von Fleischalternativen, gekoppelt mit umweltfreundlicheren Herstellungsmethoden, kann zu einer deutlichen Reduzierung des ökologischen Fussabdrucks beitragen. Zu den vielversprechenden Proteinquellen gehören u. a. lösliche Erbsenproteine und Mikroalgen wie Chlorella vulgaris (CV) [2]. Diese Quellen sind reich an Proteinen und Nährstoffen und könnten auch als Flüssigextrakte, ohne die heute übliche, energieaufwendige Trocknung und Pulverherstellung, genutzt werden. Dabei müssen jedoch mikrobiologische Kontaminationen beherrscht werden.
Die Behandlung mit gepulsten elektrischen Feldern (PEF) ermöglicht es, bestimmte Lebensmittel zu pasteurisieren, wodurch Nährstoffe und Produkteigenschaften erhalten bleiben und gleichzeitig der Energieverbrauch gesenkt wird [3]. Kurze Impulse mit hoher elektrischer Feldstärke (zwischen 10–60 kV/cm zur Inaktivierung von Bakterien) werden über einen kurzen Zeitraum (im Milli- oder Nanosekundenbereich) auf das flüssige Lebensmittelsystem appliziert. Das Produkt befindet sich dabei zwischen zwei Elektroden. Die angelegte elektrische Spannung führt zur Beschädigung der Mikroorganismen bzw. deren Zellmembran. Das für die mikrobielle Inaktivierung verantwortliche Phänomen wird als Elektroporation bezeichnet [1]. Verschiedene Schweregrade der Zellschädigung sind je nach Exposition möglich.
Im Rahmen eines Innosuisse-Projektes (104.851 IP-LS) haben die Autoren sich u. a. mit der Auswirkung der Proteinkonzentration auf den Inaktivierungseffekt befasst. Die aufgestellte Hypothese lautete: Eine erhöhte Proteinkonzentration hat eine Schutzwirkung gegen die mikrobielle Inaktivierung und die Homogenisierung von Algen begünstigt die Zelldesintegration, wodurch der Gehalt an freiem, löslichem Protein ansteigt und die Schutzwirkung verstärkt wird.
Lösliche Erbsenproteine und homogenisierte Mikroalgen-Dispersionen wurden auf verschiedene Proteinkonzentrationen eingestellt. Leitfähigkeit und pH-Wert der Dispersionen wurden standardisiert. Zur Detektion der Inaktivierung wurden die Dispersionen mit den Bakterien Pseudomonas guariconensis, Pseudomonas trivialis oder Erwinia gerundensis inokuliert. Diese Bakterien wurden ausgewählt, da sie als kritische, psychrophile Kontaminanten in Erbsenprotein [1] und Chlorella- vulgaris-Dispersionen [3] identifiziert wurden. Die Behandlung erfolgte in einer in-house designten PEF-Zelle unter folgenden Betriebsbedingungen: Spannung von 90 Prozent (entsprechend einer elektrischen Feldstärke von 14,5 kV/cm), Pulsbreite (T) von 20 μs, Pulswiederholfrequenz (f) von 50 Hz, quadratische Puls-Form und die Anzahl der Pulse (n) variierte zwischen 6, 8 und 10.
Die erzielten Ergebnisse zeigten zwei Haupttendenzen auf. Einerseits steigt der mikrobielle Inaktivierungseffekt mit zunehmender Pulszahl, unabhängig von der Bakterienart oder dem Substrat. Andererseits verringert eine ansteigende Proteinkonzentration nicht die Wirksamkeit der Inaktivierung und die Homogenisierung der Mikroalgen hat keinen negativen Einfluss auf den Inaktivierungseffekt. In allen Behandlungen wurde die Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur einer Proteindenaturierung und der thermischen Inaktivierung der Bakterien gehalten. Damit ist die Methode relevant für die Kontrolle von bakteriellen Kontaminationen, beispielsweise bei der Kühltanklagerung der flüssigen Substrate.
Die Daten werden weiter validiert und der Prozess als kontinuierlicher Prozess ausgelegt. Im Fokus sind auch die Auswirkungen von elektrischen Feldern auf die techno-funktionellen Proteineigenschaften. Vertiefende Informationen können aus Open-access-Publikationen bezogen werden.
[1] Cora De Gol, Nicolas Etschmann, Marcel H. Zwietering, Heidy M.W. den Besten, & Michael Beyrer. Pulsed electric field combined with preheating to preserve mildly extracted pea protein. LWT 214, 117100 (2024). https://doi.org/10.1016/j.lwt.2024.117100
[2] Cora De Gol, Silvia Snel, Ysamar Rodriguez, & Michael Beyrer. Gelling capacity of cell-disrupted Chlorella vulgaris and its texture effect in extruded meat substitutes. Food Struct. 37, 100332 (2023). https://doi.org/10.1016/j.foostr.2023.100332
[3] Cora De Gol, Ailsa Moodycliffe, Heidy M.W. den Besten, Marcel H. Zwietering, & Michael Beyrer. Pulsed electric field treatment for preservation of Chlorella suspensions and retention of gelling capacity. Food Res. Int. 182, 114154 (2024). https://doi.org/10.1016/j.foodres.2024.114154
Alix Rouge, HES-SO Valais-Wallis
Cora Laurent-De Gol, Doktorandin, HES-SO Valais-Wallis
Michael Beyrer, Professor, Responsable du groupe de recherche Sustainable Food Systems, HES-SO Valais-Wallis