Eiwit-Alternatieven: Hoe uit planten kunstmatig vlees wordt

Alternatieve eiwitten zijn een van de trendthema's in de machine- en installatiebouw van de voedingsmiddelenindustrie en daarmee ook op de POWTECH. Maar hoe worden deze überhaupt geproduceerd? En welke uitdagingen stellen zich aan productontwikkelaars en machinebouwers? Een korte deep dive in een fascinerend technologisch segment.

Zonder eiwitten gaat niets. Ze vormen de fundering voor alle levende wezens en leveren ons lichaam aminozuren, waaruit spieren, cellen en weefsels, evenals antistoffen en hormonen worden opgebouwd. Eieren, vlees, vis en zuivelproducten zijn traditioneel belangrijke eiwitbronnen, maar ook plantaardige eiwitten – en deze winnen steeds meer aan belang voor de wereldvoeding. Maar van de sojaboon, lupine of graankorrel tot een veganistische worstvervanger is het een lange weg, waarin veel techniek zit. Want het eiwit moet eerst uit de grondstoffen worden geëxtraheerd en verwerkt, voordat het vervolgens tot vlees- of worstvervanger 'geëxpandeerd' kan worden.

Het proces begint met het sorteren en reinigen van de grondstoffen, of het nu peulvruchten, zaden of andere zijn, die eerst worden vermalen. Op deze nog relatief traditionele verwerkingsstap volgt de eiwitextractie, die afhankelijk van de grondstof op verschillende manieren kan worden uitgevoerd. Vaak gebeurt dit via een meertrapsproces met water of zoutoplossingen, maar ook organische oplosmiddelen worden ingezet. Daarbij worden de grondstoffen eerst geweekt om de eiwitten van de koolhydraten en andere bestanddelen te scheiden. Vervolgens wordt het afgescheiden eiwit uit de oplossing gefilterd (proteine-coagulatie) en gescheiden. Ten slotte wordt de oplossing (concentraat of isolaat) direct verwerkt of in een spuitdroger tot een poeder gedroogd. Dit poeder vormt de uitgangsbasis voor de texturering – een proces dat uiteindelijk leidt tot een vleesachtig product.

Van de reiniging van sojabonen tot het eiwitpoeder

De grove schets geeft al aan dat in de verschillende stappen de meest uiteenlopende machines en apparaten nodig zijn. Laten we dit dus eens nader bekijken aan de hand van de productie van soja-isolaat: De sojabonen worden gereinigd, vermalen en in water geweekt. Vervolgens worden ze verhit om de eiwitten vrij te maken. Bij de eiwitextractie spelen centrifuges of decanters een grote rol: in hun conisch toelopende, roterende trommels worden vaste deeltjes door centrifugale kracht naar buiten gedreven en vormen een laag aan de binnenwand van de trommel. De vloeistof verzamelt zich in het centrum en wordt via een uitlaat afgevoerd. Hierdoor wordt de eiwitoplossing in de eerste stap continu gescheiden van de plantaardige resten. Nadat het eerst opgeloste eiwit onder toevoeging van zuur of zout is 'gecoaguleerd' tot eiwitvlokken, worden deze eveneens in een decanter geconcentreerd. Om het eiwit zo volledig mogelijk te benutten en de afvalwaterbelasting te verminderen, worden in de decanter niet-gescheiden eiwitvlokken in een extra plaatseparator afgezet; dit werkt omdat de machine zowel centrifugale krachten als de zwaartekracht benut.

Ten slotte worden de gecoaguleerde eiwitten gewassen en zuurrestneutraal gemaakt, opnieuw gecentrifugeerd of gefilterd. Het soja-isolaat wordt uiteindelijk bij lage temperatuur gedroogd – bijvoorbeeld in spuitdrogers. Zoals de naam al zegt, wordt de eiwitrijke vloeistof daarbij van boven in een droogkamer gespoten en komt deze in aanraking met een hete luchtstroom, waarbij de vloeistof verdampt en het eerder opgeloste product uiteindelijk als droog poeder op de bodem valt.

Alleen door textureren ontstaat een concurrerend vleesvervanger

Al deze stappen vormen echter slechts de voorbereiding op de weg naar een vleesvervanger! Want uiteindelijk zijn voor de consument niet alleen inhoud en smaak bepalend, maar ook de beet- en mondgevoel. Om hier een zo origineel mogelijke 'Customer Experience' te bereiken, moeten de plantaardige eiwitten worden geëxpandeerd. Dit gebeurt meestal in speciale extruders, waarbij eerst verschillende grondstoffen en kruiden van het recept worden gemengd en gemalen om een gelijkmatige consistentie te verkrijgen. Dit mengsel wordt in een extruder gedoseerd en via spuitmonden aan water toegevoegd. In de langgerekte machine draaien een of twee schroeven die het materiaal richting een opening (matrijs) aan het einde van een cilindrische kamer transporteren. Op deze manier wordt de massa blootgesteld aan hoge druk, evenals aan gedefinieerde scheerkrachten en temperaturen, waarbij het eiwit denatureert – men spreekt van het kookextrusieproces. Aan het einde van de extruder wordt het product via een mondstuk uitgestort, waarbij fijne vezels ontstaan die op de gewenste lengte worden gesneden. Afhankelijk van de methode kunnen zo droge getextureerde plantaardige eiwitten (TVP) of eiwten met een hoog watergehalte (HMMA) worden geproduceerd. Laatstgenoemde lijken het meest op vlees, terwijl TVP voor verdere verwerking in water moet worden geweekt.

Hoge eisen aan de machinetechniek

De eisen aan de gebruikte techniek zijn hoog: De machines moeten enerzijds flexibel genoeg zijn om verschillende recepten en grondstoffen te verwerken. Daarnaast speelt hygiëne een grote rol – alle componenten moeten dode hoeken vrij en gemakkelijk te reinigen zijn. Omdat de in de eerste stap gebruikte centrifuges grote massa's in beweging moeten zetten, is energie-efficiëntie hier van groot belang. Bovendien is het belangrijk om in de scheidstap vaste stoffen met een zo laag mogelijk vochtgehalte te produceren, omdat de daaropvolgende droging een energie-intensief proces is.

Bij het textureren is de precisie van de gebruikte componenten in termen van doseringsnauwkeurigheid en procesparameters zoals druk en temperatuur van groot belang. Met toenemende vraag en groeiend productievolume worden bovendien geïntegreerde processen steeds belangrijker, waarbij de volledige lijn optimaal op elkaar is afgestemd. Hier speelt ook automatisering een belangrijke rol. Zij zorgt niet alleen voor een hoge productiviteit, maar ook voor reproduceerbaar gelijkblijvende processen en een naadloze documentatie van de productieparameters.

Op de POWTECH zullen machines en oplossingen voor de gehele procesketen – van de boon tot het granulaat – te zien zijn. De nieuwe scope, die naast poeders en bulkgoederen ook vloeistoffen omvat, houdt rekening met de geïntegreerde, holistische benadering van de procesketens.