Geschmacks-optimierung bei pflanzlichen Ei-Alternativen

Geschmacksoptimierung bei pflanzlichen Ei-Alternativen

Alter­na­ti­ven für tie­ri­sche Pro­duk­te sind gefragt. Die Beweg­grün­de: Nach­hal­tig­keit, Tier­wohl, gesün­de­re Pro­duk­te. Bei der Her­stel­lung wird oft auf gen­tech­nisch ver­än­der­te Orga­nis­men gesetzt. Doch geht es auch gen­tech­frei? Und wel­che Hür­den müs­sen für ein geschmack­lich über­zeu­gen­des Pro­dukt über­wun­den wer­den? Ire­ne Che­tschik, Pro­fes­so­rin an der Zür­cher Hoch­schu­le für Ange­wand­te Wis­sen­schaf­ten (ZHAW), gewährt einen Ein­blick in die Ent­ste­hung von Ei-Ersatz auf Pflan­zen­ba­sis.

Text: Ire­ne Che­tschik und Imre Blank

Nach der­zei­ti­ger Schät­zung wird die Welt­be­völ­ke­rung im Jahr 2050 auf 10 Mil­li­ar­den Men­schen stei­gen1, was einen radi­ka­len Wan­del in der Pro­duk­ti­on, der Ver­ar­bei­tung und im Ver­brauch von Lebens­mit­teln not­wen­dig macht. Aus die­sem Grund ist die Nach­fra­ge nach pflanz­li­chen Alter­na­ti­ven zu Fleisch, Eiern und Milch­pro­duk­ten in den letz­ten Jah­ren erheb­lich gestie­gen­und wird in der Zukunft wei­ter­hin zuneh­men.Dabei ver­zeich­net ins­be­son­de­re die Kate­go­rie der pflanz­li­chen Ei-Alter­na­ti­ven momen­tan das gröss­te Wachs­tum.3

Die Nach­fra­ge nach pflan­zen­ba­sier­ten Lebens­mit­teln ist ein seit vie­len Jah­ren wach­sen­der Trend, der nicht nur bei Per­so­nen, die sich vegan ernäh­ren, son­dern immer mehr auch bei Fle­xi­ta­ri­ern Zuspruch fin­det. Die Beweg­grün­de sind man­nig­fal­tig und betref­fen unter ande­rem Tier­wohl, Umwelt, Nach­hal­tig­keit und gesun­de Ernäh­rung. Der Trend, Eier durch pflanz­li­che Alter­na­ti­ven zu erset­zen, die eine gleich­wer­ti­ge oder bes­se­re Funk­tio­na­li­tät bie­ten als deren Imi­tat, hat vie­le Grün­de. Vie­le die­ser Fak­to­ren sind sowohl für die Ver­brau­cher von Bedeu­tung als auch für die Lebens­mit­tel­her­stel­ler, die der­zeit Eier ver­wen­den, um ihren Pro­duk­ten beson­de­re funk­tio­na­le, sen­so­ri­sche und ernäh­rungs­phy­sio­lo­gi­sche Eigen­schaf­ten zu ver­lei­hen. Doch die Tat­sa­che, dass Ei-Ersatz­stof­fe nicht die glei­chen sen­so­ri­schen Eigen­schaf­ten wie Eier bie­ten, wird das Wachs­tum des glo­ba­len Mark­tes für die­se Pro­duk­te wahr­schein­lich ein­schrän­ken.4

240912 sag gfi 131 Bild S 9(Bild: ZHAW/ILGI)


Auf der Suche nach Schlüs­sel­aro­men: Die mensch­li­che Nase wird mit Metho­den der ana­ly­ti­schen Che­mie kom­bi­niert, um mass­ge­ben­de Aro­ma­stof­fe im Ei zu iden­ti­fi­zie­ren.

Um das Wachs­tum in die­ser Kate­go­rie län­ger­fri­stig anzu­kur­beln, sind pflanz­li­che Ei-Ersatz­pro­duk­te gefragt, die durch ihre orga­no­lep­ti­schen Eigen­schaf­ten wie bei­spiels­wei­se Aro­ma, Geschmack und Mund­ge­fühl über­zeu­gen. Neben Nach­hal­tig­keit und gesund­heit­li­chen Aspek­ten sind Aro­ma und Geschmack eines Lebens­mit­tels immer noch das wich­tig­ste Ent­schei­dungs­kri­te­ri­um für den Kon­sum.5

Geschmack­lich über­zeu­gen­de, her­vor­ra­gen­de Eial­ter­na­ti­ven zu ent­wickeln ist ein beson­ders anspruchs­vol­les For­schungs­ge­biet – ein wah­res Königs­dis­zi­plin. Ire­ne Che­tschik und Imre Blank wol­len einen voll­mun­di­gen Eier­ge­schmack bei tier­frei­en Eier­sät­zen errei­chen, um so die Attrak­ti­vi­tät der­ar­ti­ger Pro­duk­te wei­ter zu stei­gern. Dies soll durch geziel­te Anpas­sung der Rezep­tur und der Ver­ar­bei­tung gesche­hen.

Den unver­wech­sel­ba­ren Eige­schmack in pflan­zen­ba­sier­ten Alter­na­tiv­pro­duk­ten nach­zu­emp­fin­den ist eine gros­se Her­aus­for­de­rung, da die genutz­ten pflanz­li­chen Roh­stof­fe oft­mals inten­si­ve Eigen­ge­schmäcker mit­brin­gen. Bis­he­ri­ge Ansät­ze setz­ten allen vor­an auf den Zusatz von Aro­men, um die­se Geschmäcker zu ver­decken und einen Eige­schmack zu imi­tie­ren. Doch sol­che Aro­men wer­den von vie­len Kon­su­mie­ren­den kri­tisch betrach­tet. An der ZHAW soll des­halb in Zusam­men­ar­beit mit einem Ber­li­ner Start-Up ein neu­er Ansatz erforscht wer­den, um den Geschmack des tie­ri­schen Ori­gi­nals natür­li­cher und authen­ti­scher abzu­bil­den. Das Pro­jekt «Mole­cu­lar Sen­so­ry Gui­ded Fla­vour Impro­ve­ment of Plant-Based Egg” wird von der Adal­bert-Raps Stif­tung geför­dert.

Sen­so­ri­sche Eigen­schaf­ten von pflan­zen­ba­sier­ten Eipro­duk­ten

Wäh­rend die Ent­wick­lun­gen von pflan­zen­ba­sie­ren Alter­na­ti­ven sich zumin­dest in der Ver­gan­gen­heit gröss­ten­teils auf die tex­tu­rie­ren­den Eigen­schaf­ten fokus­siert haben und bereits bei zahl­rei­chen pflan­zen­ba­sier­ten Alter­na­ti­ven erfolg­reich auf den Markt gebracht wur­den, wur­de der Opti­mie­rung der Aro­ma- und Geschmacks­ei­gen­schaf­ten zunächst nicht all­zu viel Beach­tung geschenkt. Dabei ist es bekannt, dass pflan­zen­ba­sier­te Pro­te­ine soge­nann­te Off-fla­vours – Abwei­chun­gen vom typi­scher­wei­se erwar­te­ten Geschmack – auf­wei­sen,6 wel­che als bit­te­re und adstrin­gie­ren­de Geschmacks­qua­li­tä­ten sowie grü­ne und erb­sen­ar­ti­ge Aro­ma­no­ten wahr­ge­nom­men wer­den, die auf das Vor­han­den­sein von bestimm­ten Mole­kü­len zurück­zu­füh­ren sind.

Um die­se unan­ge­neh­men Aro­ma- und Geschmacks­wahr­neh­mun­gen zu ver­mei­den, kön­nen unter­schied­li­che Ansät­ze ver­folgt wer­den:Zum einen kann die Pro­zes­sie­rung der pflan­zen­ba­sier­ten Pro­te­ine opti­miert wer­den, sodass die uner­wünsch­ten Off-fla­vours erst gar nicht ent­ste­hen. Zum ande­ren wird der Fer­men­ta­ti­on Erfolg zuge­spro­chen, unan­ge­neh­me Aro­ma- und Geschmacks­wahr­neh­mun­gen merk­lich zu redu­zie­ren. Dar­über hin­aus kann der Zusatz von Aro­men uner­wünsch­te Off-fla­vours mas­kie­ren und die Aro­ma- und Geschmacks­ei­gen­schaf­ten opti­mie­ren. Aro­men müs­sen jedoch als Zusatz­stof­fe dekla­riert wer­den, die von vie­len Kon­su­men­ten als kri­tisch betrach­tet wer­den. Idea­ler­wei­se müss­ten die wert­ge­ben­den Aro­ma­stof­fe, wie bei dem Koch- oder Brat­vor­gang des Hüh­ner­eis aus ent­spre­chen­den pflan­zen­ba­sier­ten Aus­gangs­stof­fen erst ent­ste­hen, damit das Pro­dukt sen­so­risch voll über­zeu­gen kann. Hier setzt die Idee des Pro­jek­tes an: Um ein pflan­zen­ba­sier­tes Eipro­dukt mit über­zeu­gen­den Aro­ma- und Geschmacks­ei­gen­schaf­ten zu ent­wickeln, soll der Geschmack des tie­ri­schen Ori­gi­nals mit­tels aus­ge­wähl­ter natür­li­cher Roh­stof­fe imi­tiert wer­den.

240912 sag gfi 131 Bild S 11(Bild: Shut­ter­stock)


«Hüh­ner sind kei­ne Lege­ma­schi­nen» – Men­schen, die nach vega­nen Ei-Alter­na­ti­ven fra­gen, begrün­den ihre Hal­tung durch ethi­sche, öko­lo­gi­sche, aber auch gesund­heits­be­zo­ge­ne Argu­men­te.


 Wel­che Aro­men machen das Ei aus?

Um Eigen­schaf­ten wie Geruch, Geschmack und Mund­ge­fühl von pflan­zen­ba­sie­ren Eipro­duk­ten zu opti­mie­ren, muss der soge­nann­te der Unter­schied zwi­schen Hüh­ner­ei und pflan­zen­ba­sier­tem Ei-Ersatz – fach­sprach­lich „Fla­vour-Gap“ genannt – iden­ti­fi­ziert wer­den. Dafür wer­den zunächst die Aro­ma- und Geschmacks­ei­gen­schaf­ten auf mole­ku­la­rer Ebe­ne mit den Metho­den des Sen­so­mics-Kon­zep­teserforscht. Sen­so­mics ist ein schritt­wei­ser Ansatz zur Bestim­mung der Schlüs­sel­aro­ma­stof­fe, die für den Geruch und Geschmack eines Lebens­mit­tels ver­ant­wort­lich sind. Die dabei gewon­ne­nen Daten lie­fern wich­ti­ge Erkennt­nis­se, wel­che direkt in Pro­duk­te über­setzt wer­den kön­nen, die mit ihren sen­so­ri­schen Eigen­schaf­ten über­zeu­gen.

Das Sen­so­mics-Kon­zept basiert auf einem mole­ku­lar-sen­so­ri­schen Ansatz und ermög­licht die Unter­schei­dung von wert­ge­ben­den Aro­ma- bzw. Geschmackstof­fen von Lebens­mit­tel­in­halts­stof­fen, die kei­nen oder einen sehr gerin­gen sen­so­ri­schen Bei­trag auf­wei­sen. Somit kön­nen durch die Anwen­dung der Metho­den die­ses Kon­zep­tes die­je­ni­gen Mole­kü­le her­aus­ge­fil­tert wer­den, die mit unse­ren Aro­ma- und Geschmacks­re­zep­to­ren inter­agie­ren und somit im Wesent­li­chen für die Aro­ma- und Geschmacks-eigen­schaf­ten eines Lebens­mit­tels ver­ant­wort­lich sind.

Die­se Metho­de erfor­dert aller­dings eine auf­wen­di­ge und mehr­stu­fi­ge Vor­ge­hens­wei­se, bei wel­cher die fol­gen­den Schrit­te mass­ge­bend sind: Zunächst muss das Aro­ma aus dem Lebens­mit­tel iso­liert wer­den. Im näch­sten Schritt wer­den che­mi­sche Infor­ma­tio­nen mit der sen­so­ri­schen Beur­tei­lung der mensch­li­chen Nase ver­bun­den, um das Gemisch flüch­ti­ger Ver­bin­dun­gen auf die aro­ma­ak­ti­ven Kom­po­nen­ten zu unter­su­chen. Die­ses Ver­fah­ren nennt man Gaschro­ma­to­gra­phie-Olfak­to­me­trie und es ist not­wen­dig, da nur ein Bruch­teil der aro­ma­ak­ti­ven Ver­bin­dun­gen mass­ge­bend am Aro­ma eines Lebens­mit­tels betei­ligt sind. Mit­tels die­ses Ver­fah­rens kann jedem Aro­ma­stoff kann eine sen­so­ri­sche Qua­li­tät zuge­ord­net wer­den. Nach­fol­gend wer­den die aro­ma­re­le­van­ten flüch­ti­gen Ver­bin­dun­gen iden­ti­fi­ziert. Hier­zu kom­men Metho­den der ana­ly­ti­schen Che­mie zur Tren­nung von Sub­stanz­ge­mi­schen zum Ein­satz: Gaschro­ma­to­gra­phie (zur Tren­nung und Ana­ly­se flüch­ti­ger und halb­flüch­ti­ger Ver­bin­dun­gen im Gas­ge­misch) gekop­pelt mit Mas­sen­spek­tro­me­trie, einer Ana­ly­se­me­tho­de zur genau­en Iden­ti­fi­zie­rung von Ato­men und Mole­kü­len anhand ihrer Mas­sen. Anschlies­send wer­den die Aro­ma­stof­fe quan­ti­fi­ziert. Durch das Ver­hält­nis von Kon­zen­tra­ti­on zu Geruchs­schwel­len­wert wird der Aro­ma­wert der ein­zel­nen geruchs­ak­ti­ven Ver­bin­dun­gen ermit­telt. Der Aro­ma­wert drückt die rela­ti­ve Bedeu­tung ein­zel­ner Aro­ma­stof­fe zum Gesamt­aro­ma aus.

Als letz­ter Schritt muss fest­ge­stellt wer­den, ob tat­säch­lich alle rele­van­ten Aro­ma­stof­fen gefun­den wur­den. Dazu wer­den soge­nann­te Rekom­bi­na­ti­ons­expe­ri­men­te durch­ge­führt, bei wel­chen die iden­ti­fi­zier­ten Aro­ma­stof­fe in ihren bestimm­ten Quan­ti­tä­ten zusam­men­ge­mischt und anschlies­send sen­so­risch eva­lu­iert wer­den. Dar­über hin­aus wer­den aus­ge­such­te geschmacks­ge­ben­de Kom­po­nen­ten sowohl in der tie­ri­schen als auch in der pflanz­li­chen Eiver­si­on auf qua­li­ta­ti­ver und quan­ti­ta­ti­ver Ebe­ne ana­ly­siert. Auf der Grund­la­ge des Ver­glei­ches der Aro­ma- und Geschmacks­stoff­kom­po­si­ti­on von bei­den Pro­duk­ten lässt sich das „Fla­vour-Gap“ genau defi­nie­ren.

Opti­mie­rung der Aro­ma- und Geschmacks­ei­gen­schaf­ten

Konn­te das „Fla­vour-Gap“ zwi­schen dem pflan­zen­ba­sier­ten Rühr­ei und einer Hüh­ner-Rüh­rei­re­fe­renz genau bestimmt wer­den, kann es als Basis für die Opti­mie­rung des Aro­ma- und Geschmacks­stoff­pro­fils des pflan­zen­ba­sier­ten Pro­duk­tes ver­wen­det wer­den. Zu die­sem Zweck kön­nen natür­li­che Roh­stof­fe ein­ge­setzt wer­den, die das gewünsch­te Aro­ma- und Geschmacks­pro­fil idea­ler­wei­se beim Brat­vor­gang gene­rie­ren und uner­wünsch­te Aro­ma- und Geschmacks­qua­li­tä­ten eli­mi­nie­ren. Ein beson­de­res Augen­merk soll dabei auf natür­li­chen Roh­ma­te­ria­li­en lie­gen, um so den Zusatz von Aro­men redu­zie­ren oder ver­mei­den zu kön­nen.

Um den Erfolg die­ser Stra­te­gie zu über­prü­fen, wer­den aus­ge­wähl­te Zuta­ten zur pflan­zen­ba­sier­ten Eima­trix dazu­ge­ge­ben und sen­so­risch durch ein geschul­tes Panel eva­lu­iert. Dabei wird die Inten­si­tät von aus­ge­wähl­ten Aro­ma- und Geschmacks­ei­gen­schaf­ten des pflan­zen­ba­sier­ten Rüh­reis direkt mit dem tie­ri­schen Pro­dukt ver­gli­chen. Zeigt das Pro­fil des pflan­zen­ba­sier­ten Rüh­reis eine gros­se Ähn­lich­keit zu dem Pro­fil des tie­ri­schen Pro­duk­tes auf, kann die Arbeit als erfolg­reich ange­se­hen wer­den. In anschlies­sen­den Kon­su­men­ten­tests kann noch­mals kon­trol­liert wer­den, ob die Aro­ma- und Geschmacks­ei­gen­schaf­ten des neu­en Pro­duk­tes über­zeu­gend sind.

Auf dem Weg zum opti­ma­len Eier­satz — Fort­schrit­te an der ZHAW

Das Pro­jekt «Mole­cu­lar Sen­so­ry Gui­ded Fla­vour Impro­ve­ment of Plant-Based Egg” an der ZHAW wur­de 2023 lan­ciert. Bereits konn­te das «Fla­vour Gap» zwi­schen einem pflan­zen­ba­sier­ten Rüh­rei­pro­dukt und der tie­ri­schen Ver­si­on erfolg­reich iden­ti­fi­ziert wer­den.9 Basie­rend auf den gewon­ne­nen Erkennt­nis­sen konn­ten auch die Aro­ma- und Geschmacks­ei­gen­schaf­ten erfolg­reich opti­miert wer­den. Dar­über hin­aus konn­te anhand die­ses Pro­jek­tes auf­ge­zeigt wer­den, dass das sen­so­ri­sche Ver­ständ­nis von Pro­duk­tei­gen­schaf­ten auf mole­ku­la­rer Ebe­ne essen­ti­ell ist, um die Aro­ma- und Geschmacks­ei­gen­schaf­ten von pflan­zen­ba­sier­ten Pro­duk­ten mit­tels clean-label Ansät­zen zu opti­mie­ren und die­se für die Zukunft wett­be­werbs­fä­hig zu machen.


Ire­ne Che­tschik ist Pro­fes­so­rin für Lebens­mit­tel­che­mie und Aro­ma­for­schung and der Zür­cher Hoch­schu­le für Ange­wand­te Wis­sen­schaf­ten (ZHAW).

Imre Blank ist frei­be­ruf­li­cher Lebens­mit­tel­che­mi­ker. Sein wis­sen­schaft­li­ches Inter­es­se liegt in der För­de­rung der Ent­wick­lung nach­hal­ti­ger Lebens­mit­tel.
 

1 Our approach – Food Systems – Food and Agri­cul­tu­re Orga­nizati­on of the United Nati­ons. (2024) http://www.fao.org/food-systems/our-approach/en/

2 Chron­a­kis, I.S.; Madsen, M. (2022). Algal pro­te­ins. In Hand­book of Food Pro­te­ins, Phil­lips, G.O.; Wil­liams, P.A., Eds. Wood­head Publi­shing. pp. 353–594.

3 Gri­zio, M.; Specht, L,; (2018) Plant-based egg alter­na­ti­ves: Opti­mi­zing for func­tion­al pro­per­ties and appli­ca­ti­ons. The Good Food Insti­tu­te. https://gfi.org/wp-content/uploads/2021/02/Plantbasedeggalternatives.pdf

4 Choud­hu­ry, N.R. (2024) Glo­bal Egg Repla­ce­ment Ingre­di­ent Mar­ket Out­look from 2024 to 2034. Future Mar­ket Insights Inc.; https://www.futuremarketinsights.com/reports/egg-replacement-ingredient-market

5 Inter­na­tio­nal Food Infor­ma­ti­on Coun­cil (2022). 2022 Food and Health Sur­vey; https://foodinsight.org/wp-content/uploads/2022/05/IFIC-2022-Food-and-Health-Survey-Report.pdf

6 Leo­nard W, Zhang P, Ying D, Fang Z. (2023). Sur­moun­ting the off-fla­vor chall­enge in plant-based foods. Crit Rev Food Sci Nutr. 63(30):10585–10606.

7 Mit­ter­mei­er-Kles­sin­ger, V. K., Hof­mann, T., & Dawid, C. (2021). Miti­ga­ting Off-Fla­vors of Plant-Based Pro­te­ins. Jour­nal of Agri­cul­tu­ral and Food Che­mi­stry, 69(32), 9202–9207.

8 Gran­vogl, M. & Schie­ber­le, P. (2022). The sen­so­mics approach: A useful tool to unra­vel the genui­ne aro­ma blue­print of foods and aro­ma chan­ges during food pro­ces­sing. In: Chia­ra Emi­lia Irma Cor­de­ro, ed. Com­pre­hen­si­ve Ana­ly­ti­cal Che­mi­stry. Vol 96. Else­vier; 2022:41–68.

9 Tran, L, Gil­lich, E, Cezan­ne, M.L., André, A, Glä­ser, P, Blank, I, Che­tschik, I. (2024) Mole­cu­lar defi­ni­ti­on of the fla­vour gap bet­ween plant-based egg and chicken egg. [Manu­script in pre­pa­ra­ti­on for sub­mis­si­on for publi­ca­ti­on with the Jour­nal of Agri­cul­tu­ral and Food Che­mi­stry.] https://www.zhaw.ch/storage/lsfm/ueber-uns/lakeweek/2024–01-31_Irene_Chetschik.pdf

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