Texturierung pflanzenbasierter Fleischersatzprodukte

Bei der Extrusion handelt es sich um ein thermomechanisches Verfahren, das mittels Feuchtigkeit, Druck, Temperatur und Scherkräften Rohmaterialien in ein gewünschtes Produkt umwandelt. Die Verarbeitung pflanzenbasierter Proteine bringt viele Herausforderungen mit sich. Die Technologie spielt dabei eine wichtige Rolle. Modular aufgebaute Food Extruder in Hybrid-Version von Coperion bieten Flexibilität in der Konfiguration und ermöglichen es Herstellern, problemlos zwischen der Produktion von texturierten Pflanzenproteinen (TVP – Texturized Vegetable Proteins) und der von Fleischanaloga mit hohem Wasseranteil (HMMA – High Moisture Meat Analogues) zu wechseln. Beide Produkte werden aus Proteinpulver und Wasser hergestellt. Die Prozessbedingungen unterscheiden sich jedoch deutlich.

Um TVP herzustellen, finden mehrere Prozessschritte im Extruder statt. Zunächst werden die Rohmaterialien zu einer homogenen Schmelze gemischt. Daraufhin erfolgt das Kneten bzw. Plastifizieren und schließlich das Denaturieren. Dabei entfalten und reformieren sich die Proteinmoleküle, um die gewünschte Produktstruktur zu erreichen. Bei der Extrusion von TVP dehnt sich das Wasser beim Austritt aus dem Extruder zu Dampf aus, wodurch das Produkt expandiert. Es entsteht die poröse Faserstruktur des Materials.

Für die Herstellung von HMMA laufen im Extruder ähnliche Prozessschritte ab. Der für HMMA-Produkte erforderliche Wassergehalt ist jedoch deutlich höher als für TVP. Außerdem muss das Extruder-Verfahrensteil länger sein, um ausreichend Energie für die HMMA-Verarbeitung einzutragen, bei der die Proteinmoleküle denaturieren, sich entfalten und Proteinagglomerate getrennt werden.

Das Temperaturprofil, die Schneckendrehzahl, der Feuchtegehalt und der Austrag spielen eine wichtige Rolle im Herstellungsprozess sowie für die Produktqualität. Nach dem intensiven Mischen und Kochen im Food Extruder wird die Schmelze für die TVP-Produktion durch eine Düsenplatte ausgetragen und an einer zentrischen Granulierung geschnitten, während die Schmelze für HMMA-Produkte eine spezielle Kühldüse durchläuft. Dort wird eine laminare Strömung der Masse erzwungen und diese gleichzeitig verfestigt, wobei Fasern bzw. fleischähnliche Strukturen gebildet werden. Das austretende Fleischersatzprodukt hat die Form eines Strangs oder Bandes.

Mit Hybrid-Anlagen wie dem ZSK Food Extruder der Stuttgarter Coperion GmbH kann schnell zwischen der TVP- und HMMA-Produktion gewechselt werden. Beide Prozesse verwenden denselben Doppelschneckenextruder. Die endgültige Produktstruktur wird jedoch entweder über eine Granulierung für TVP oder über eine Kühldüse für HMMA erzielt. Je nach Rezeptur kann die Konfiguration des Extruderverfahrensteils mit Gehäusen und Schneckenelementen trotz Produktwechsel unverändert bleiben. Mithilfe einer Adapterlösung lässt sich der Austrag des Food Extruders vom Bedienpersonal in nur ein bis zwei Stunden von einer zentrischen Granulierung zu einer Kühldüse umrüsten und umgekehrt. Solche ZSK Food Extruder in Hybrid-Version sind besonders für kleine bis mittlere Betriebe, Forschungseinrichtungen und Startups sinnvoll. Sie bieten eine ideale Möglichkeit, in den schnell wachsenden Markt für pflanzenbasierte Produkte einzusteigen. Je höher die Produktionsraten werden, desto größer muss auch das nachgelagerte Prozessequipment sein. In der Praxis ist es daher ab einer bestimmten Anlagengröße nicht mehr sinnvoll, beide Anwendungen in einer Anlage unterzubringen. In der Forschung und Entwicklung oder in Pilotanlagen ist der ZSK Food Extruder in Hybrid-Version hingegen ideal, um mehrere Rezepturen und verschiedene Produkttypen zu testen.

Die Entwicklung pflanzlicher Alternativen, die tierischen Produkten sensorisch möglichst nah kommen und gleichzeitig ein gesundes Nährwertprofil sowie praxistaugliche Verarbeitungseigenschaften haben, ist niemals ein Selbstläufer. Immer sind umfassende Tests und Versuche bis zum industriellen Scale-up notwendig. Dafür stellen die Anbieter von Ingredients und Equipment den Lebensmittelherstellern mittlerweile umfassendes Know-how, Beratung und Technologie zur Verfügung, damit der Aufbau eines vegetarischen Produktsortimentes sicher gelingt.

In Fleischersatzprodukten können pflanzliche Proteine aus unterschiedlichen Rohstoffen zum Einsatz kommen: neben Soja natürlich Weizen und Erbsen, aber auch exotischere Varianten wie Wasserlinsen. Weizenprotein ist aber mit seinen guten texturgebenden Eigenschaften und seinem milden Eigengeschmack für viele Hersteller die erste Wahl.

Eine regionale Rohstoffgewinnung steht für kürzere Lieferwege und mehr Nachhaltigkeit. Hochwertige Weizentexturate wie beispielsweise BeneoPro W-Tex bieten eine gute Basis für pflanzliche Alternativen. Der überwiegende Teil des verwendeten Weizens stammt aus Deutschland, Belgien und Frankreich und wird im BENEO-Werk im belgischen Wanze zu texturiertem Weizenprotein weiterverarbeitet. BeneoPro W-Tex besteht aus Weizengluten und -mehl.

Der sehr milde Eigengeschmack des Weizentexturats erleichtert es, Endprodukte ganz ohne maskierende Aromen mit der gewünschten Würze auszustatten. Damit es in Produkten wie Burgern, Nuggets, Würstchen oder Chili sin Carne auch bei der Textur überzeugen kann, sind vor der Lieferung an den Lebensmittelhersteller umfassende Tests im BENEO-Technology Center obligatorisch. Alle Prozessparameter müssen exakt passen, wenn das spätere Endprodukt eine saftige, aber dennoch bissfeste und faserige Fleischstruktur bieten soll. Wie bei jedem natürlichen Rohstoff gibt es auch beim Weizen Produktschwankungen. Bereits kleinste Abweichungen der Rohstoffqualität, beispielsweise beim eingesetzten Gluten, können zu unerwünschten Ergebnissen führen. Ist das Extrudat zu hart, so wird es innerhalb der angestrebten Hydrierungsdauer nicht vollständig durchfeuchtet. Ein unangenehm harter Kern würde erhalten bleiben. Ist es zu weich, so wird die Wasseraufnahmefähigkeit zwar begünstigt, die Textur wird aber nicht so stabil und bissfest wie gewünscht. Es ist die feine Balance zwischen vollständiger Hydrierung und angestrebter Textur, die die Herstellung eines perfekten Fleischimitats so schwierig macht. BeneoPro W-Tex vereinfacht diesen Vorgang deutlich: In maximal 15 Minuten ist es vollständig durchfeuchtet und kann weiterverarbeitet werden.

Mit einer Investition in Höhe von 50 Millionen Euro in eine Produktionsanlage zur Verarbeitung von Ackerbohnen an seinem Produktionsstandort im rheinland-pfälzischen Offstein kann BENEO ab 2024 unter anderem Proteinkonzentrate aus heimischen Ackerbohnen gewinnen. Die Anlage wird sich zunächst auf Proteinkonzentrat, stärkereiches Mehl und die Hülsen der Ackerbohne konzentrieren. Diese Produkte eignen sich hervorragend zur Proteinanreicherung und zur Verbesserung der Textur in Fleisch- und Milchprodukten sowie in (glutenfreien) Backwaren und Cerealien.

Coperion GmbH
Uta Kühnen, Global Head of Team Process Technology Food & Pharma
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