Seit Jahrtausenden wird Fermentation, also die Transformation von Lebensmitteln durch Bakterien, Pilze oder Hefen, eingesetzt, um Brot, Käse, Kimchi, Tempeh oder Bier herzustellen. Schon frühe Zivilisationen nutzten mikrobielle Kulturen zur Konservierung von Lebensmitteln, zur Herstellung alkoholischer Getränke, zur Veränderung des Geschmacks und der Textur sowie zur Verbesserung des Nährwerts und der Bioverfügbarkeit von Lebensmitteln. Im letzten Jahrhundert hat sich die Rolle der Fermentation weit über ihre historische Verwendung hinaus auf ein viel breiteres Spektrum von Anwendungen ausgedehnt.
Ein Beispiel ist die Verwendung von fermentiertem Schlauchpilzmyzel durch das britische Unternehmen Quorn, das in den 1980er Jahren eines der ersten Fleischersatzprodukte auf den Markt brachte. Auch die meisten Vitamine für Nahrungsergänzungsmittel werden durch Fermentation hergestellt. Seitdem werden der Prozess der Fermentierung und sein Potenzial für ein nachhaltigeres Lebensmittelsystem wissenschaftlich immer besser erforscht. In den kommenden Jahren wird die Fermentation auch zu einer Schlüsselkomponente bei der Umstellung auf alternative Proteine werden.
Mit der rasanten Entwicklung der Bioinformatik bzw. der biotechnologischen Forschung, ist es nicht nur möglich, Bakterien gezielter auszuwählen, sondern auch ihre Funktion mithilfe der Genschere Crispr präzise zu programmieren. Daher der Begriff Präzisionsfermentation, die aber nicht nur gentechnische, sondern auch viele nicht-gentechnische Ansätze verfolgt.
So kann man mithilfe veränderter Bakterien und pflanzlicher Nährstoffe rekombinante Proteine wachsen lassen, die bisher nur von tierischen Lebewesen erzeugt werden konnten. Das Ergebnis kommt beispielsweise in der industriellen Käseproduktion zum Einsatz, wo fermentativ hergestelltes Chymosin statt Kälberlab verwendet wird.
Weltweit arbeiten immer mehr Firmen daran, jene spezifischen tierischen Aminosäuren zu finden, die zum Beispiel für den Geschmack oder die physikalischen Eigenschaften von Kuhmilch verantwortlich sind. Diese werden dann von entsprechend programmierten Bakterien in sogenannten Fermentern, riesigen Tanks mit aktuell bis zu 600.000 Litern, nachgebaut. Sie produzieren dann zum Beispiel Kasein ganz ohne den Einsatz von Kuhmilch. Dadurch lässt sich – verglichen mit der Aufzucht, Fütterung und dem Melken in der Viehzucht – nicht nur der Produktionsaufwand wesentlich reduzieren. Es geht auch deutlich schneller: Im Idealfall können die so produzierten Lebensmittelbestandteile im Abstand von wenigen Stunden geerntet werden. Auch der Methan- und CO2-Ausstoß, der Energie- und Wasserverbrauch wären deutlich geringer – ganz zu schweigen vom Tierleid.
Der US-amerikanische Think-Tank RethinkX, der sich auf die Identifizierung von bahnbrechenden Innovationen konzentriert, sieht in der Präzisionsfermentation daher das größte Potenzial für die Herstellung neuer Lebensmittel und alternativer Proteine. Die Prognose des Think-Tanks, dass sich durch diese Technologie die Zahl der Rinder in den USA bis 2030 halbieren und in Folge die traditionelle Milch- und Fleischindustrie kollabieren werde, mag überzogen sein. Dennoch zeichnet sich mit der Verlagerung von Makroorganismen zu Mikroorganismen mittel- bis langfristig ein Paradigmenwechsel in der globalen Lebensmittelproduktion ab.
Vor 10.000 Jahren, so heißt es in dem Report „Rethinking Food and Agriculture“, sei es dem Menschen gelungen, Makroorganismen wie Tiere und Pflanzen zu domestizieren und für sich nutzbar zu machen. Nun stehe man vor der zweiten Domestikation, bei der man die Mikroorganismen beherrschen und gezielt nutzbar machen könne. Dies erlaube es, für den Menschen notwendige Proteine direkt zu produzieren, ohne den Umweg über die tierische Produktion. Die „Disruption der Kuh“, die mit dem Einsatz des Traktors statt Zugtieren begonnen habe und mit dem Ersatz von Leder durch Kunststoff fortgesetzt worden sei, werde mit dem Ersatz des Fleisches nun komplettiert.
Sicher ist, dass die Präzisionsfermentation neben der Produktion von Cultured Meat und Plant-based Foods in Zukunft einen wesentlichen Beitrag zur ökologisch notwendigen Reduktion der industriellen Viehzucht leisten wird. Mehr noch, dass diese Technologie auch den beiden anderen Alternativen weiter auf die Sprünge helfen wird, weil sie auch wichtige neue Werkzeuge und Ausgangsstoffe zur Verfügung stellt. Ein Beispiel ist das durch Präzisionsfermentation gewonnene Häm-Protein, das von Impossible Foods für sein „blutendes“ Burger-Patty verwendet wird, um eine Reihe von organoleptischen Eigenschaften von traditionellen Fleisch-Patties zu erzielen. Ein anderes Beispiel ist die Gewinnung eines alternativen, nicht-tierischen Wachstumsmediums bei der Zucht von Stammzellen für die skalierbare Produktion von Cultured Meat.
Bild: Aqua Cultured Foods