Donnerstag, 13. Mai 2021

Pflanzliches Fleisch: Wie wäre es mit Drucken statt Pressen?

Bremerhaven. (eb) Für die Herstellung von pflanzlichem Fleisch gibt es verschiedene Methoden. Die Zutaten durch eine Schnecke pressen und dabei eine möglichst ansprechende Konsistenz erzielen, ist die eine Variante – siehe IGF Forscher verbessern Schlüsseltechnologie und Den Markt für pflanzliche Erzeugnisse mitgestalten vom 15. Februar dieses Jahrs. Doch ist das der Königsweg? Um eine ausreichende Effizienz zu erzielen und damit die Erzeugnisse preislich attraktiv zu gestalten, ist die Methode bestimmt geeignet. Je höher der Durchsatz, desto näher rückt der Massenmarkt.

Eine andere Methode kommt aus Israel. In Rehovot ist nicht nur das Unternehmen Aleph Farms zuhause, das schon Handelsbeziehungen für sein kultiviertes rotes Fleisch aus dem Bioreaktor nach Ostasien und Südamerika geknüpft hat. Südlich von Tel Aviv ist ebenfalls das Unternehmen Redefine Meat ansässig, das sich ähnlich wie Beyond Meat, Impossible Foods und andere mit der Erzeugung von pflanzlichem Fleisch beschäftigt. Um in der Anmutung möglichst nah an das Original heranzukommen, setzt Redefine Meat jedoch nicht aufs Pressen, sondern auf den industriellen 3D-Druck.

Warum 3D-Druck? Während die Vorreiter Beyond Meat und Impossible Foods zweifellos große Fortschritte gemacht und Perspektiven aufgezeigt haben, besteht zur Realität immer noch eine erhebliche Lücke. Tatsächlich zeigen die vorhandenen Zahlen und Prognosen weltweit, dass das Wachstum der konventionellen leischindustrie den Markt für alternatives Fleisch immer noch weit übertrifft. Die Prognosen, dass der Hunger nach konventionellem Fleisch weiter steiegn wird, sind bekannt. Ebenfalls bekannt ist, dass die Befriedigung der konventionellen Nachfrage bald alles sprengt, was unser Planet noch vertragen kann. Selbst angesichts dieser Aussichten ist ein saftiges Steak in der Pfanne heute immer noch ein Zeichen von Wohlstand, auf das kaum ein Mensch verzichten will.

Nach jahrelanger Forschung und Entwicklung, Investitionen in Milliardenhöhe und hier und da auch Achselzucken stellt sich die Frage: Was genau hindert die Branche für pflanzliches Fleisch daran, voranzukommen? Warum sind die Akteure bis heute nicht in der Lage, konventionelles Fleisch wirklich zu replizieren?». Die Frage sei einfach zu beantworten, doch die Antwort adäquat umzusetzen alles andere als einfach – sagt das Team von Redefine Meat.

Tierisches Fleisch ist ein hoch komplexes Lebensmittel

Die Fähigkeit, den Geschmack, die Textur und das Aussehen von tierischem Fleisch nachzubilden, wurde lange Zeit als der heilige Gral des alternativen Fleisches gepriesen und ist ein Meilenstein, der noch immer nicht vollständig erreicht wurde. Um tierisches Fleisch effektiv zu replizieren, muss man zunächst verstehen, was genau Fleisch zu «Fleisch» macht. In der Tat ist die größte Funktion von Fleisch und diejenige, die am meisten zu unserer sensorischen Wertschätzung beiträgt, die Tatsache, dass fast alles «Fleisch», das wir essen, eigentlich ein tierischer Muskel ist. Während dies in der Branche weithin anerkannt ist, muss das Verständnis der Zusammensetzung und des Verhaltens der tierischen Muskelstruktur noch in Angriff genommen werden, ebenso wie die Funktion der Muskelstruktur für Textur, Geschmack und Mundgefühl.

Die Struktur des Fleisches, die sich über Millionen von Jahren durch die Evolution entwickelt hat und seit Jahrtausenden durch die Kreuzung von Agrarwissenschaften perfektioniert wurde, ist in ihrer Zusammensetzung hoch entwickelt und kompliziert. Tatsächlich kann man argumentieren, dass Fleisch in Form von Muskeln das komplexeste Lebensmittel ist, das es gibt. Diese Komplexität zeigt sich in vielen Formen – im rohen Zustand des Fleisches, dem Übergang während des Kochens und schließlich während des komplexen sensorischen Prozesses, der in unserem Mund stattfindet, wenn wir Fleisch essen. All diese Elemente zusammen sorgen für ein Erlebnis, das nicht nur schmackhaft und angenehm ist, sondern das Fleisch zu etwas ganz Besonderem macht. Das ist auch der Grund, warum die Herausforderung, es nachzubilden, so groß ist und nicht auf eine Zauberformel vereinfacht werden kann. Schließlich ist derjenige, der die ganze Last bei der Herstellung von Fleisch trägt, ein Tier, mit seiner Biologie, seinem Leben und seinen Bewegungen.

Diese Herausforderung ist bei Steak und anderen Fleischsorten, die wir im Ganzen verzehren, besonders ausgeprägt und genau der Grund, warum sie von der alternativen Fleischindustrie mit Produkten, die Hackfleisch nachbilden, bisher kaum angegangen wurde. Bei Produkten wie Hamburgern oder Würstchen zerstört der Metzger oder Fleischverarbeiter tatsächlich die ursprüngliche Komplexität von Fleisch und vereinfacht die Dinge. Anstelle von Struktur, Wechselwirkungen und Komplexität haben wir Homogenität. Mit anderen Worten, alles gleicht sich aus und statt Muskeln haben wir Masse. Die Liste der Attribute, die notwendig sind, um ein «perfektes Steak» zu schaffen, ist weitaus umfangreicher als die eines Hamburgers: Steifigkeit, Faserstruktur, Zusammenhalt, Farbverlauf, heterogene Struktur, Hitzeveränderungen, Geruch, Geschmack und vieles mehr. Es gibt so viele Parameter, die wir als Menschen nicht zu quantifizieren oder zu artikulieren wissen, aber wenn wir in unser Lieblingssteak beißen, spüren wir sie definitiv.

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Die Komplexität von Grund auf nachbilden ist der Schlüssel für mehr Akzeptanz

Die genaue Nachbildung der komplexen Muskelstruktur von Tierfleisch ist der Schlüssel zur Schaffung alternativer Steakprodukte, die von Fleischliebhabern gewünscht werden. Die Bewältigung dieser Herausforderung erfordert einen neuen Ansatz, wenn es um alternatives Fleisch geht – die Komplexität zu umarmen, statt sie zu vermeiden. Während in verschiedenen Bereichen Entwicklungen stattfinden, sind es die inhärenten Eigenschaften des 3D-Drucks, die ihn für die Produktion von alternativem Fleisch so überzeugend erscheinen lassen. Ausschlaggebend dafür ist die Fähigkeit des 3D-Drucks, komplexe Geometrien zu erzeugen, die mit herkömmlichen Methoden nicht zu erreichen sind. Wenn Teile Schicht für Schicht aufgebaut werden, gibt es praktisch keine Grenzen für die Komplexität des Teils, und das gilt auch für die Nachbildung der Fleischstruktur. Der 3D-Druck ermöglicht den präzisen Aufbau des Fleisches Schicht für Schicht, um jede Faser von echtem Fleisch auf eine Art und Weise zu verwirklichen, wie es mit herkömmlichen alternativen Verfahren nicht möglich ist.

In den letzten Jahren hat die Welt jedoch die Einführung neuer Multi-Material- 3D-Drucktechnologien erlebt, die diese Gestaltungsfreiheit auf die nächste Stufe heben – und hier liegt vielleicht das größte Potenzial für die alternative Fleischproduktion, wenn es darum geht, die komplexen Muskelstrukturen von tierischem Fleisch nachzubilden. Vor allem, wenn es um Steak geht, im Gegensatz zu den bestehenden alternativen Fleischverfahren, mit denen heute nur pflanzliche Hackfleischprodukte, wie zum Beispiel Burger, hergestellt werden.

Der Multi-Material-3D-Druck bietet Ingenieuren und Innovatoren die einzigartige Möglichkeit, Produkte aus mehreren verschiedenen Materialien in einem einzigen Prozess herzustellen. Wenn man zum Beispiel eine Sonnenbrille nimmt, drucken Hersteller heute den starren Rahmen, das innere Gummifutter, das auf den Ohren sitzt, und die transparenten Gläser gleichzeitig in einem Druck – etwas, das früher unvorstellbar war. Für Redefine Meat war die Anwendung eines ähnlichen Ansatzes auf den Multimaterialdruck von Lebensmitteln (MMFP) ein wesentlicher Bestandteil, um die kompositorische Herausforderung des Steaks zu meistern. Der 3D-Drucker von Redefine Meat, der speziell für Alt-Meat (alternative Steaks) entwickelt wurde, trägt Blut, Fett und Protein gleichzeitig auf Voxel-Ebene auf, wobei die digitale Struktur die von tierischem Fleisch imitiert. Darüber hinaus können diese Bestandteile auch während des Druckprozesses selbst präzise kombiniert werden, um völlig neue digitale Materialien zu schaffen, die einen bestimmten tierischen Verbundstoff nachbilden. Diese fortschrittliche Fähigkeit ist es, die es einem alternativen Steak ermöglicht, über den reinen Geschmack hinaus auch Textur und Mundgefühl nachzubilden. Schließlich ist dies derselbe Ansatz, mit dem heute versucht wird, menschliches Gewebe im Bioprinting zu imitieren. Warum also nicht diese Fähigkeit erweitern, um ein viel einfacheres Ziel zu replizieren – geschlachtetes Tiergewebe.

Mit dem Multi-Material-Food-Printing können Fleischproduzenten durch einfaches Ändern der digitalen Datei ein vielfältiges Angebot an Steaks und ganzen Muskelteilen – wie Filet, Rib-Eye oder Sirloin – herstellen.

Darüber hinaus ermöglicht MMFP alternativen Fleischproduzenten, den heute zu beobachtenden Mangel an Produktvielfalt zu beheben. Mit demselben 3D-Drucker können Unternehmen verschiedene Fleischsorten (zum Beispiel Rind, Schwein oder Lamm) und verschiedene Fleischteile (Filet, Lende, Rib-Eye et cetera) drucken, indem sie einfach die digitale Datei ändern. Dieses Maß an Flexibilität in der Produktion hilft alternativen Fleischproduzenten, die gleiche Vielfalt an Produkten, Zubereitungsmethoden und kulinarischen Anwendungen anzubieten, die Konsumenten von einer traditionellen Fleischtheke oder einem Restaurant erwarten würden.

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Rapid Prototyping: Drucken, testen und wiederholen

Wie bei jedem Entwicklungsprozess kann die Fähigkeit, Entwürfe schnell zu testen und zu iterieren, die Geschwindigkeit, mit der das gewünschte Endprodukt erreicht werden kann, sehr stark bestimmen. Herkömmliche Verfahren der Lebensmittelproduktion, wie zum Beispiel die Extrusion, ermöglichen es alternativen Fleischproduzenten zwar, Inhaltsstoffe zu modifizieren und neue Rezepturen während der Produktentwicklung zu testen, doch es erfordert eine große Menge an Material und lange Produktionszyklen, um jede neue Rezeptur zu testen. Die strukturelle Zusammensetzung von Fleisch mit diesen analogen Prozessen zu verändern, ist noch schwieriger – schwere Maschinen müssen umkonfiguriert werden, ein Schritt, der Tage oder sogar Wochen dauern kann und oft ein sehr kostspieliger Prozess ist. Dies sind inhärente Barrieren innerhalb der alternativen Fleischsorten, die natürlich Entwicklungsdurchbrüche beim Erreichen der Struktur und Textur des Endprodukts verlangsamen.

MMFP hingegen bringt die Vorteile von Rapid Prototyping und digitaler Produktion in die Fleischindustrie. Die Grundlage des 3D-gedruckten Fleisches basiert auf digitalen Bausteinen, die während des Druckprozesses präzise zugewiesen und zusammengesetzt werden, was es den Ingenieuren ermöglicht, über die bloße Manipulation von Zutaten hinauszugehen und die Struktur und Textur des Fleisches tatsächlich zu beeinflussen. Während der Entwicklungsphase können neue Design-Iterationen an der Fleischstruktur innerhalb von Minuten digital über die Software vorgenommen werden, und mehrere neue Muster-«Fleischprototypen» mit unterschiedlichen Strukturparametern können fast sofort gedruckt und verglichen werden. Dieser Prozess des «Druckens, Bemusterns, Wiederholens» bietet eine noch nie dagewesene Geschwindigkeit in der Produktentwicklung und einen bedeutenden Wettbewerbsvorteil bei der Bewältigung der Komplexität der Replikation der Struktur von Tierfleisch – besonders beim Knacken von Steaks.

Die Vorteile von Rapid Prototyping und digitaler Produktion bieten eine noch nie dagewesene Geschwindigkeit bei der Entwicklung von alternativem Fleisch – der Schlüssel zum Knacken des heiligen Grals des Rindersteaks.

Dieser Ansatz öffnet auch die Tür zu fortschrittlichen KI- und maschinellen Lerntechnologien, die das alternative Fleischerlebnis für die Verbraucher weiter optimieren können. Mit der Fähigkeit, Verbrauchergewohnheiten, Vorlieben, Abneigungen und mehr zu lernen, können diese Erkenntnisse in die Entwicklung und Verfeinerung der Fleischproduktion einfließen – und das Produkt weiter an die Anforderungen der Verbraucher anpassen. Wenn beispielsweise die Rückmeldungen der Verbraucher darauf hindeuten, dass das Fleisch zu fett ist, können die digitalen Dateien mit Hilfe von Berechnungsmethoden optimiert werden, um die Fettverteilung umzustrukturieren und das Problem zu beheben.

Blick in die Zukunft und über die Innovation hinaus

Obwohl die inhärenten Eigenschaften des 3D-Drucks ein überzeugendes Angebot für alternatives Fleisch darstellen, ist es noch ein weiter Weg, wenn die Branche für pflanzliches Fleisch wirklich gegen die konventionelle Fleischindustrie antreten will. Wenn die Liebhaber von Massenfleisch davon überzeugen werden sollen, Alternativen zu akzeptieren und ihren konventionellen Fleischkonsum zu reduzieren, muss die komplexe Zusammensetzung von tierischen Muskeln wirklich nachgebildet werden. Während es klar ist, dass neue Innovationen auf Technologie- und Prozessebene erforderlich sind, um dies zu erreichen, wird das Verständnis der Grundlagen dessen, was Fleisch zu «Fleisch» macht, während dieser Reise entscheidend sein.

Wie weit das Team von Redefine Meat schon gekommen ist, zeigt das Unternehmen auf seiner Homepage anhand gut lesbarer Erörterungen (nur in Englisch verfügbar), ansprechend bebildert. Alle Fotos, die zu diesem Beitrag gehören, zeigen Produkte von Redefine Meat. eine der letzten Nachrichten aus Rehovot lautet, dass das Unternehmen jetzt den professionellen Markteintritt vorbereitet. Quasi zum Auftakt hat Redefine Meat gemeinsam mit dem israelischen Fleischvertrieb Best Meister die weltweit größte auf Fleischliebhaber ausgerichtete Blindverkostung von alternativem Fleisch veranstaltet. Das Ergebnis ist zu sehen in einem aufschlussreichen Youtube-Video, weiter oben in diesem Bericht eingebunden (Fotos: Redefine Meat – Video: Redefine Meat über Youtube).

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