Micro-organismen als nieuwe fabriekjes van melkeiwitten

Een mini-fabriekje in de vorm van een levend micro-organisme dat melkeiwitten produceert. Het klinkt misschien futuristisch, maar het is al werkelijkheid. Nog wel op kleine (proef)schaal, maar de aandacht voor deze techniek groeit hard. De kans is groot dat de productie van melkeiwitten met behulp van schimmels, bacteriën of gisten de komende jaren op steeds grotere schaal gaat plaatsvinden.

De techniek wordt precisiefermentatie of microfermentatie genoemd. De laatste tijd heeft de aandacht hiervoor een vlucht genomen. Het ene na het andere bedrijf zegt ermee bezig te zijn. Zo richtten voedingsconcern DSM en zuivelbedrijf Fonterra samen een start-up voor de ontwikkeling en het op de markt brengen van melkeiwitten gemaakt door middel van precisiefermentatie. Ook het grote voedings- en handelsconcern ADM ging een samenwerking aan, met New Culture, voor de productie van deze eiwitten. Daarnaast maakte voedingsbedrijf Nestlé bekend producten te gaan ontwikkelen waarin de wei-eiwitten van het bedrijf Perfect Day zitten. Perfect Day maakt eiwitten met behulp van de fermentatietechniek en de eerste zuivelalternatieven waarin deze eiwitten verwerkt zijn, zijn al op de markt in de VS.

Kleine fabriekjes

Hoe werkt de techniek precies? Hendrik Waegeman, Head of Business Operations bij Bio Base Europe Pilot Plant legt uit: “Bij precisiefermentatie programmeer je een micro-organisme, een schimmel, bacterie of gist, zo dat het een bepaalde stof gaat produceren. In een gecontroleerde omgeving, met de juiste voedingsstoffen en temperatuur, produceren de organismen de gewenste stof. Het wordt dus een soort fabriekje. Dat kan dus een melkeiwit zijn, maar een ander voorbeeld is insuline.”

De golf van aandacht voor alternatieve eiwitten zorgt voor grote investeringen op dit terrein

Waegeman werkt bij Bio Base Europe Pilot Plant, een pilotfabriek in Gent waar bedrijven biobased producten en processen kunnen ontwikkelen, opschalen en testen. “Precisiefermentatie is goed voor ongeveer 75% van onze activiteiten. Dat gaat niet alleen om eiwitten, ook om zoetstoffen, enzymen, speciale suikers en kleurstoffen bijvoorbeeld, maar we merken dat de aandacht voor eiwit wel enorm is toegenomen de laatste jaren. De golf van aandacht voor alternatieve eiwitten zorgt voor grote investeringen op dit terrein”, zo ziet Waegeman.

_{Lees verder onder foto}

Productie van insuline

De techniek is niet nieuw en wordt al lange tijd gebruikt voor vele toepassingen, zoals de productie van enzymen, smaakstoffen, vitamines en kleurstoffen. Eén van de eerste producenten gemaakt met precisiefermentatie is insuline. Het gen voor menselijke insuline werd ingebouwd in de relatief makkelijk programmeerbare bacterie E. coli. Zo kon insuline die exact gelijk is aan menselijke variant door bacteriën gemaakt worden. Later werd ook gebruikgemaakt van andere micro-organismen die genetisch dichter bij de mens staan. Bij de ontwikkeling van melkeiwitten uit fermentatie is het traject vergelijkbaar. Ook daar wordt naar het geschikte micro-organisme gezocht en een passend proces ontwikkeld.

Zuivelvervangers

Het doel is om deze melkeiwitten te kunnen gebruiken in zuivelvervangers. De huidige plantaardige zuivelvervangers missen vaak eigenschappen die reguliere zuivelproducten wel hebben. Door de melkeiwitten in deze producten te verwerken, verbeteren eigenschappen als smaak en textuur. Zo zorgt het melkeiwit caseïne er bijvoorbeeld voor dat kaas gemaakt kan worden van melk en dat het smelt en er draden gevormd worden. Om plantaardige kaasvervangers deze eigenschappen te geven, kan caseïne een belangrijke rol spelen.

Er zijn enorm veel bedrijven bezig met precisiefermentatie voor melkeiwitten. Er wordt alleen nog niets wetenschappelijk gepubliceerd

Etske Bijl is assistent professor op Wageningen University & Research en projectleider van het project ‘Diervrij melkeiwit’. Hierin gaat een consortium van wetenschappers en bedrijven op zoek naar een manier om caseïne te maken met behulp van gisten. “We kiezen specifiek voor een gist omdat we verwachten daarmee een vrij hoge opbrengst eiwit uit de cel te kunnen halen. Dat is belangrijk om er een business case van te kunnen maken.” De informatie die wordt opgedaan in het project, wordt wetenschappelijk gepubliceerd. Een unicum volgens Bijl. “Er zijn enorm veel bedrijven bezig met precisiefermentatie voor melkeiwitten. Er wordt alleen nog niets wetenschappelijk gepubliceerd. Dat willen we veranderen. Het is belangrijk dat de kennis openbaar toegankelijk wordt.”

Het project is een zogenoemd ‘co-creation traject’. Eén van de partners in het project is het bedrijf Those Vegan Cowboys dat is opgezet door de oprichters van de Vegetarische Slager. Het houdt zich bezig met het ontwikkelen van melkeiwitten voor de productie van vegan kaas. De kennis wordt uitgewisseld tussen het bedrijf en de wetenschappers om samen tot productie te komen.

_{Lees verder onder foto}

Reststromen inzetten

“In het project onderzoeken we welke gisten het meest geschikt zijn, hoe we een hoge opbrengst kunnen halen en hoe duurzaam de gehele productie is. Een vervolgstap is om te kijken waar de gisten op moeten groeien en of daar wellicht reststromen voor ingezet kunnen worden. Ook willen we er achter komen hoe zuiver de caseïne moet zijn als we die scheiden van de gisten. Precisiefermentatie wordt veel gebruikt voor de productie van stoffen voor medisch gebruik. Nu maken we iets voor in levensmiddelen, daar gelden wat betreft opzuivering wellicht andere regels”, aldus Bijl. Volgens Waegeman is de inzet van reststromen om de micro-organismen op te laten groeien meer een politieke wens dan realiteit. “Er wordt gezegd: je móet gebruik kunnen maken van reststromen. Maar daardoor wordt het meteen te ingewikkeld gemaakt en het wordt er niet goedkoper op. Het houdt innovatie tegen.”

De zuivelvervangers met de ‘nieuwe’ eiwitten zullen nooit traditionele zuivel volledig vervangen

Wat betreft regelgeving en markttoelating van de eiwitten is er in de EU nog discussie gaande. De nieuwe melkeiwitten vallen sowieso onder de Novel Food-wetgeving. Dat betekent dat dossiers opgebouwd moeten worden over de voedselveiligheid. Vervolgens wordt een aanvraag tot goedkeuring ingediend bij de Europese Commissie, die moet bepalen of het product de markt op mag. Dat duurt vaak meerdere jaren. Daarnaast speelt de vraag of de eiwitten onder de gmo-regelgeving (genetisch gemodificeerde organismen) vallen. Waegeman verwacht dat dat niet het geval zal zijn. “Je moet kunnen bewijzen dat er geen gmo in het eindproduct zit. Het eiwit is gemaakt mét een gmo, in plaats ván een gmo. Dat zou een groot verschil moeten maken.” De uitkomst over hoe hiermee precies wordt omgegaan, is echter nog onbekend, aldus Bijl. Voor zover bekend zijn er ook nog geen Novel Food-aanvragen gedaan voor melkeiwitten uit fermentatie.

Snelle ontwikkeling

De productie van de melkeiwitten vindt nu nog op kleine schaal plaats. Wereldwijd is er echter al jarenlange ervaring met precisiefermentatie. Waegeman verwacht daarom ook dat de productie van melkeiwitten ‘heel groot gaat worden’. “Grote bedrijven als DSM maken op grote commerciële schaal onder andere insuline, enzymen en smaakstoffen met behulp van precisiefermentatie. Dat moet je als referentieniveau nemen. Nu zulke ondernemingen ook in de ontwikkeling en productie van melkeiwitten stappen, kan het heel snel gaan.” Etske Bijl verwacht echter dat de zuivelvervangers met de ‘nieuwe’ eiwitten nooit traditionele zuivel volledig zullen vervangen. “Daarvoor is zuivel een veel te belangrijk voedingsmiddel met honderden belangrijke stoffen die we nog lang niet na kunnen maken.”