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Wissen & Umwelt

Eine neue Proteinquelle für die Welternährung

Freisinger Forscher haben einen Weg gefunden, aus Lupinen hochwertiges Protein zu gewinnen. Die Hülsenfrucht könnte einmal Soja Konkurrenz machen. Sie eignet sich zudem hervorragend zur Bodenverbesserung

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Lupinen als Fleischersatz

Die Weltbevölkerung wächst immer weiter. Heute sind es 7,2 Milliarden. Bis zum nächsten Jahrhundert schätzt die UNO, könnte die 10-Milliarden-Marke überschritten werden. Um alle gesund ernähren zu können, braucht man Proteine. Die kommen heute meistens über den Umweg der Kuhmilch, Fleisch oder aus Eiern. Aber es geht auch direkter: Gewinnt man Proteine aus Pflanzen - wie aus Soja - benötigt man nur ein Fünftel der landwirtschaftlichen Fläche.

Und weil manchmal etwas Abwechslung auf dem Teller auch gut tut, bekommt Soja jetzt Konkurrenz: Von der Lupine. Freisinger Forscher wurden jetzt für den Deutschen Zukunftspreis 2014 nominiert, weil sie einen Weg gefunden haben, mit dem man aus der Lupine gut schmeckendes Essen zaubern kann.

Vom Versuchsmaßstab zur Produktionsreife

Lupinensamen (Foto: Ansgar Pudenz/ Deutscher Zukunftspreis)

Lupinen gehören zu den Hülsenfrüchten. Ihre Samen ähneln Bohnen

Stephanie Mittermaier öffnet die Tür zum Technikum am Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung in Freising. Mit ihrem Kollegen Peter Eisner hat sie hier das Verfahren entwickelt, mit dem man aus Lupinensamen - die einen intensiven Geruch und Geschmack nach Bohnen und Gras haben - ein neutral schmeckendes und -riechendes Proteinpulver gewinnen kann.

"Lupinensamen sind vergleichbar mit Erbsen oder Soja. Sie sehen auch ähnlich aus. Im Prozess möchten wir zunächst die Kerne von den Schalen trennen", erklärt die Verfahrenstechnik-Ingenieurin.

Nach dem Schälvorgang werden die Lupinensamen zu Flocken zerquetscht - ähnlich wie Haferflocken. Als nächstes geht es der Forscherin darum, störende Geschmacksstoffe aus den Flocken herauszuholen. Und von denen gibt es in der Lupine allerhand.

Mit dem Öl verschwinden auch störende Aromen

Mittels Gaschromatographie, einem Verfahren zum Auftrennen von Gemischen in einzelne chemische Verbindungen, war es Mittermaier gelungen, 50 verschiedene Aromastoffe in der Lupine zu identifizieren.

Lupinenflocken (Foto: Ansgar Pudenz/ Deutscher Zukunftspreis)

Lupinenflocken schmecken vor dem Entölungsprozess mit überkritischem CO2 noch nach Gras

"25 dieser Aromastoffe entfalteten eine sehr, sehr starke Wirkung. Sie waren auch in sehr starken Verdünnungen immer noch wahrnehmbar. Sie gehören zu den verschiedensten chemischen Klassen: Carbonsäure, Aldehyde, Alkohole, Ketone…"

Auf ihrer Suche nach einem Extraktionsverfahren für diese und weitere störenden Stoffe, stieß Mittermeier dann auf sogenanntes überkritisches Kohlendioxid. "Überkritisch bedeutet: Es verhält sich nicht mehr klassisch wie ein Gas, sondern es hat Löseeigenschaften wie ein Fluid", erklärt Mittermaier. "CO2 bekommt man dadurch überkritisch, indem man es auf 73 bar Druck bringt und auf 31 Grad Celsius erhitzt. Es ist aber weiterhin gasförmig. Das ist also ein Übergangszustand."

In einem Druckkessel entzieht die Forscherin den vorher gelben Lupinenflocken das Pflanzenöl - darin bleiben die meisten Aromastoffe zurück. Danach sind die Flocken schneeweiß.

Proteine für Milch - Fasern für Mehl

Als nächstes kommen sie in einen wässrigen Prozess. "Das hier ist ein Separator aus der Milchindustrie, der ist dazu da, die Molke vom Milchfett zu trennen", sagt Mittermaiers Kollege Peter Eisner und zeigt auf einen Stählernen Apparat. "Wir setzen ihn ein, um im letzten Schritt die Pflanzenproteine aus der wässrigen Lösung abzutrennen."

Katrin Petersen, Peter Eisner und Stephanie Mittermaier (Foto: Ansgar Pudenz/ Deutscher Zukunftspreis)

Katrin Petersen, Peter Eisner und Stephanie Mittermaier (von links) haben das Lupinenprotein zur Marktreife gebracht.

Die gewünschten Proteine werden darin von Ballaststoffen - der sogenannten Faserfraktion - getrennt. Am Ende bleibt eine quarkähnliche Masse übrig, die getrocknet ein Pulver ergibt. Das reine Lupinenprotein sieht dann in etwa so aus, wie eine Mischung aus Milchpulver und Mehl und schmeckt auch so ähnlich.

Auch die Nebenprodukte lassen sich noch in Nahrungsmitteln verarbeiten: Das Pflanzenöl kann man zu Salatöl raffinieren und die Ballaststoffe zum Beispiel ins Mehl einmischen und Brot oder Nudeln daraus backen.

Die Fraunhofer-Forscher haben ihr Produkt mittlerweile erfolgreich auf den Markt gebracht. In Grimmen, in Mecklenburg-Vorpommern, produziert die Firma Prolupin, gegründet als Spin-off des Fraunhofer-Instituts, derzeit pro Jahr zwischen 200 und 300 Tonnen reines Lupinenprotein, von dem das meiste derzeit zu Speiseeis verarbeitet wird.

Mit Lupinen wächst auch der Roggen besser

Lupinenprotein-Pulver (Foto: Ansgar Pudenz/ Deutscher Zukunftspreis)

Das Protein schmeckt wie eine Mischung aus Mehl und Milchpulver

Für das norddeutsche Bundesland haben sie sich aufgrund der dortigen sandigen Böden und des guten Wachstums der Lupinen entschieden. "Man sollte mit einer Produktionsstätte immer dorthin gehen, wo die Rohstoffe auch wachsen, damit man keine langen Transportwege hat", erklärt der Verfahrenstechnik-Ingenieur Eisner. "Das ist der Grund, warum wir im Norden sind. Dort haben wir sehr gute Anbaubedingungen und eine Landwirtschaft, die den Anbau auch vorantreiben möchte."

Die Landwirte interessieren sich für die Lupine nicht nur, weil sie dank des neuen Verfahrens damit Proteine produzieren können. "Prinzipiell ist die Lupine mit ihren bodenverbessernden Eigenschaften: Stickstoffanreicherung, Phosphoranreicherung eine sehr, sehr gefragte Zwischenfrucht für die Landwirte, " sagt Eisner.

So hatte schon in der ersten Hälfte des 18. Jahrhunderts König Friedrich II von Preußen Lupinen aus Italien eingeführt, in der Hoffnung den Ertrag auf Roggenfeldern in der Mark Brandenburg zu steigern. Allerdings scheiterten seine Versuche damals an einer Pilzerkrankung, mit der die italienischen Lupinensorten nicht zurechtkamen: Der Anthraknose.

Die Fraunhofer-Forscher haben sich deshalb für eine pilzresistente Kultursorte entschieden, die zudem wenig toxische Bitterstoffe enthält: Die blaue Süßlupine. Nicht nur für Norddeutschlands sandige Böden ist sie gut geeignet, sondern, sie könnte einmal helfen, den Hunger weltweit zu bekämpfen.

"Die Lupine ist sehr anspruchslos", betont der Forscher Eisner. "Das ist ihre Stärke. Sie hat gerade eine Reifezeit von 100 Tagen, sodass sie eigentlich auch mit längeren Trockenperioden klarkommt. Wir haben Anfragen eigentlich aus der ganzen Welt: Aus Asien, Australien und Südamerika. Auch in Nordamerika gibt es großes Interesse." Also sei die Lupine als Agrarpflanze durchaus für die ganze Welt geeignet.

Nicht nur Veganer als Zielgruppe

Eiscreme aus Lupinenprotein (Foto: Ansgar Pudenz/ Deutscher Zukunftspreis)

Eiscreme beweist die Fähigkeit des Proteins, Emulsionen und Schaum zu bilden

Der potenzielle Markt könnte jedenfalls riesig sein: Denn im Vergleich zu herkömmlichen Pflanzenproteinen auf Bohnen-, Kartoffel- oder Sojabasis oder auch zum Milch-Protein Kasein, kann das Lupinenprotein mit zwei einzigartigen Eigenschaften punkten: Mit seinem neutralen Geschmack und seiner hervorragenden Fähigkeit Wasser und Öl zu emulgieren.

Das ist auch der Grund, weshalb Mittermaier, Eisner und die Projektpartnerin und Agraringenieurin Katrin Petersen, die die Firma Prolupin leitet, sich für Eiscreme als erstes Produkt entschieden haben.

"Das war für uns wichtig, um zu demonstrieren, wie funktionell das Protein ist", erklärt Eisner. "Das Speiseeis enthält nur wenige Gramm an Protein pro Becher, zeigt aber wunderbar, dass sich das Mundgefühl sehr cremig und weich gestaltet, es gleichzeitig in der Lage ist, einen Schaum zu bilden."

Und das ist für die Fraunhofer-Forscher erst der Anfang. Im nächsten Schritt möchten die Ingenieure ihre Produktpalette deutlich erweitern, auf Molkereiprodukte wie Lupinenmilch, Joghurt oder Pudding. "Dazu kommen Feinkostprodukte, wie Mayonnaise und Saucen und Dressings, damit der Kunde eine Alternative zu Produkten aus Soja hat", sagt Eisner. Selbst für Wurstwaren kann man Lupinenprotein nutzen.

In den nächsten Jahren geht es den Erfindern zunächst darum, den wachsenden aber noch immer kleinen Markt für vegane Produkte in Deutschland zu erschließen. Doch sie sind überzeugt: Die Lupine kann deutlich mehr: Weltweit werden heute 80 Millionen Tonnen Proteine aus Milch, Fleisch und Eiern produziert. Das ist 400.000-mal mehr als Prolupin derzeit aus Lupinen herstellt. Da ist also noch jede Menge Luft nach oben.

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