ETH Pioneer Fellow Martin Hofmann hat ein Verfahren entwickelt, um hochwertige pflanzliche Fleischalternativen herzustellen. Seine Forschungen zu den Fließeigenschaften weicher Materialien ermöglichen es ihm, die Marmorierung echter Steaks zu imitieren.
Tofuwürste, Burger aus fermentierten Pilzen oder Hähnchen aus Erbsenprotein – Fleischalternativen werden so beliebt, dass sie aus dem Supermarkt nicht mehr wegzudenken sind. Bisher sind jedoch pflanzliche Alternativen für hochwertige Fleischprodukte wie Steak nicht ohne Weiteres verfügbar.
Martin Hofmann ist zuversichtlich, dass sich das bald ändern wird. Der Materialwissenschaftler hat ein Verfahren entwickelt, um pflanzliches Steak aus Fett und Erbsenprotein herzustellen. Diese Produkte richten sich vor allem an Menschen wie ihn: Nicht-Vegetarier, die ihren Fleischkonsum reduzieren und auf eine pflanzlichere Ernährung umsteigen wollen.
„Ich möchte dazu beitragen, einen gesunden, umwelt- und tierfreundlichen Ersatz für hochwertiges Fleisch auf den Markt zu bringen, der wie das tierische Original schmeckt“, sagt Hofmann.
Küche als erstes Labor
Man könnte sagen, Hofmann war prädestiniert, Naturwissenschaftler zu werden. Seine Mutter ist Biochemikerin, sein Vater Botaniker und seine Schwester Geologin. Naturwissenschaftliche Experimente waren für die Hofmanns so selbstverständlich wie für andere Familien Fußball und Gesellschaftsspiele. «Schließlich ist jede Küche wie ein kleines Labor», sagt der ETH-Forscher.
Hofmann studierte Chemie und Materialwissenschaften an der EPFL. Für seine Promotion schloss er sich Jan Vermant, Professor für Weiche Materialien an der ETH Zürich, an, wo er die Fließeigenschaften und das Mischungsverhalten von Emulsionen untersuchte. Hofmann konnte zeigen, dass es möglich ist, sehr dünne Öl- und Wasserschichten beim Vorbeiströmen zu steuern, um eine gleichmäßig strukturierte Emulsion zu erzeugen. Bald erkannte er, dass diese Methode verwendet werden konnte, um die Textur von Fleisch künstlich nachzubilden.
Von Rinderprotein bis Erbsenprotein
Das zarte Mundgefühl, der saftige Geschmack und die rosa Farbe: Zwei Dinge machen den Biss in ein Steak einzigartig: Die faserige Textur und die Verteilung des Fettgewebes, auch Marmorierung genannt. „Die Natur hat sich Zeit gelassen, um Rindermuskelgewebe zu erschaffen. Es nachzubilden, erfordert viel Forschung“, sagt Hofmann.
Die einzige Möglichkeit, einer pflanzlichen Alternative ein fleischiges Gefühl zu verleihen, besteht darin, ihre Proteinstruktur biochemisch so zu manipulieren, dass sie der von Fleisch nachempfunden ist. Für sein pflanzliches Steak verarbeitet Hofmann in seinem Labor Erbsenprotein zusammen mit Aromen und Gewürzen, um die faserige Struktur seines tierischen Pendants nachzubilden. Dazu wird der Proteinteig in einen speziell konstruierten Aufsatz gedrückt, während gehackte Karotten-, Erbsen- und Weizenfasern sowie etwas Öl und Wasser hinzugefügt werden.
Die pflanzliche Alternative von Hofmann ersetzt das für Steaks charakteristische Fettgewebe durch eine einfache Öl-in-Wasser-Emulsion, der Zusatzstoffe wie Vitamine und Spurenelemente zugesetzt werden können. Da der Fettgehalt der Emulsion deutlich reduziert werden kann, ist das pflanzliche Steak nicht nur umweltfreundlicher als das tierische Original, sondern auch gesünder.
Chaotische Fettfasern
Die Marmorierung ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal von Steaks. Wenn es sehr stark ist – wie beim japanischen Kobe-Rind – gilt das Fleisch als von höchster Qualität. Marmorierung künstlich nachzubilden ist jedoch alles andere als einfach.
„Man muss etwas sehr Unregelmäßiges imitieren. Denn wenn wir uns die eine Hälfte eines Steaks ansehen, sagt uns das nichts darüber, wie die andere Hälfte aussieht“, erklärt Hofmann. Nur Produkte, die die Zufälligkeit der Natur berücksichtigen, können den einzigartigen Geschmack und das Mundgefühl von Steak nachahmen.
Basierend auf seinen Untersuchungen zum Mischungsverhalten weicher Materialien entwickelte Hofmann ein Verfahren, bei dem das Erbsenprotein und das Fett vermischt werden, um die typische Marmorierung von hochwertigem Fleisch nachzubilden. Er nennt diese Methode „advektive Verarbeitung“. Im Gegensatz zu herkömmlichen 3D-Drucktechniken werden bei diesem Verfahren der Proteinteig und das Fett kontinuierlich in einen Aufsatz gedrückt und vermischt.
Dafür kombiniert er zwei Komponenten: Die Hardware besteht aus zwei Extrusionsdüsen für das Erbsenprotein und einer für das Fett. Die zweite Komponente ist eine Hofmann-eigene Software, die den Zusammenführungsprozess steuert.
Marktreif in einem Jahr
Hofmann will seine Methode nun auf den Markt bringen und gründet im Rahmen eines Pioneer Fellowships ein Spin-off. Es wäre sein zweites Start-up: 2014 gründete er mit einem Kommilitonen das Unternehmen Technis, das sich auf die Entwicklung von Bodensensoren für smarte Böden spezialisiert hat und mittlerweile 51 Mitarbeiter beschäftigt.
Doch heute sieht sich Hofmann eher als Zulieferer. Anstatt selbst Steaks auf pflanzlicher Basis zu produzieren und zu verkaufen, plant er, mit seiner Produktionstechnologie anderen Unternehmen dabei zu helfen, authentische pflanzliche Alternativen zu hochwertigem Fleisch herzustellen. Sein Ziel: „Ich möchte es den Menschen ein bisschen leichter machen, auf billiges Fleisch aus Massentierhaltung zu verzichten.“