Verfahren zur Herstellung von Zellkulturen revolutionieren die Lebensmittelproduktion. Sie bieten nachhaltige, tierfreie Alternativen zu herkömmlichen Proteinen und fördern innovative Ernährungslösungen.
Herstellung von Kulturfleisch oder Kulturfisch
Mit Hilfe von Biotechnologien werden tierische Zellen außerhalb vom Tier im Labor bzw. im Bioreaktor gezüchtet. Durch die Kultivierung werden Muskel- und Fettzellen in einem kontrollierten Umfeld erzeugt.
- Zellentnahme: Zunächst werden Stammzellen von Tieren entnommen.
- Zellkultivierung: Die entnommenen Zellen werden mit einem Nährmedium im Bioreaktor kultiviert, um das Zellwachstum zu fördern. Diese Zellen proliferieren und bilden Muskel- und Fettzellen.
- Gewebeentwicklung: Um eine fleischähnliche Struktur zu erhalten, werden die Zellen auf spezielle Trägersubstrate gebracht oder in Bioreaktoren gezüchtet, wo sie sich zu Geweben organisieren können.
- Reifung: Die gezüchteten Gewebe müssen reifen, um die richtige Textur und den Geschmack zu entwickeln. Dies kann durch mechanische Stimulation oder andere Methoden geschehen.
Die Forschung im Bereich Cultured Meat hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht. Viele Unternehmen und Forschungsinstitute arbeiten an der Optimierung der Zellkulturtechniken sowie an der Verbesserung von Nährmedien und Reifungsmethoden.
Um die Produktion auf einen industriellen Maßstab zu heben, müssen die Produktionskosten weiter gesenkt und die Effizienz mit Hilfe von technologischen Innovationen gesteigert werden.
Zulassung von Zellprodukten am Markt
In den USA hat die FDA (Food and Drug Administration) zusammen mit dem USDA (United States Department of Agriculture) Richtlinien für die Sicherheit und Regulierung von zellulärem Fleisch entwickelt. Dort und in Israel gibt es erste Zulassungen für Zellfleisch, aber bislang noch keine Produkte im Handel. Singapur hatte als erstes Land weltweit ein Hybridprodukt auf Basis von zellulärem Hähnchenfleisch genehmigt.
In der EU liegen der EFSA (European Food Safety Authority) mehrere Anträge für die Zulassung von kultiviertem Fleisch vor. Neben Daten zur Produktsicherheit, muss ein Antrag Informationen über die verwendeten Zellen, Herstellungsverfahren und das Nährstoffprofil des Produkts enthalten. Die EFSA prüft, ob das Produkt für den menschlichen Verzehr unbedenklich ist. Wann die ersten Zellfleisch-Produkte in der EU zugelassen werden und wie sich die regulatorischen Rahmenbedingungen weiterentwickeln, ist offen (Stand Januar 2025).
Akzeptanz von Zellprodukten und Herausforderungen
Als Vorteile von Zellfleisch gegenüber der klassischen Fleischproduktion werden folgende Argumente angeführt: Weniger Tierleid als in der Massentierhaltung, kein Antibiotika-Einsatz, Keimfreiheit, geringerer Flächenbedarf und geringerer Wasserbedarf.
Das oft genannte Argument eines geringeren CO2-Ausstosses ist umstritten, da der tatsächliche Energiebedarf für die Produktion von Zellfleisch im industriellen Maß und der genaue Aufbau von Produktionsanlagen offen ist.
Für Unternehmen, die Kulturfleisch herstellen und verkaufen wollen, stehen aktuell die Themen technische Herausforderungen und Produktionskosten für die massentaugliche Vermarktung, Zulassung der Produkte und Produktkennzeichnung auf der Agenda.
Darüber hinaus müssen die Zellfleischproduzenten Standfestigkeit beweisen und Überzeugungsarbeit leisten. In Europa, aber auch in den USA gibt es erste Verbote und Initiativen, um Zellfleisch gesetzlich zu verbieten.
Um den Verbraucher zu überzeugen, können gezielte Marketingstrategien, die sich auf Nachhaltigkeit, ethische oder gesundheitliche Aspekte konzentrieren, helfen.1
Fermentation als Schlüsselprozess
Nicht nur bei der Herstellung vieler traditioneller Lebensmittel, sondern auch bei der Produktion von innovativen Lebensmitteln wie Proteinalternativen spielt Fermentation eine wichtige Rolle. Dabei werden Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen oder Pilze sowie deren natürliche Prozesse gezielt eingesetzt, um Proteine oder Enzyme aus verschiedenen Substraten herzustellen.
Biomasse- wie auch Präzisionsfermentation sind innovative Verfahren, mit denen nachhaltige Proteinalternativen hergestellt und so der Bedarf an tierischen Produkten reduziert werden kann.
Während die Biomassefermentation auf dem Wachstum von Mikroben zur Erzeugung proteinreicher Biomasse basiert, nutzt die Präzisionsfermentation genetisch modifizierte Organismen zur gezielten Produktion spezifischer Proteine oder Enzyme.
Biomassefermentation
Bei der Biomassefermentation werden Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen oder Pilze verwendet, um organische Materialien (z.B. Zucker oder andere Kohlenhydrate) in Biomasse umzuwandeln. Diese Mikroben wachsen und vermehren sich in einem geeigneten Nährmedium.
Je nach Nährmedium fermentieren die Mikroben mit oder ohne Sauerstoff, unter anaeroben oder aeroben Bedingungen.
Während des Fermentationsprozesses produzieren sie Biomasse, die reich an Proteinen ist. Nach der Fermentation kann diese Biomasse geerntet und weiterverarbeitet werden. Diese Produkte können als Fleischalternativen oder proteinreiche Zutaten in Lebensmitteln eingesetzt werden.
Die Herstellung von Sauerkraut (Milchsäuregärung) oder auch von Quorn (Fermentation von Pilzen) sind Beispiele für Biomassefermentation.
Präzisionsfermentation
Bei der Präzisionsfermentation werden spezifische Gene in Mikroorganismen, wie Bakterien, Pilze oder Hefen, eingeführt oder modifiziert, um bestimmte Proteine oder Enzyme zu produzieren. Dabei wird oft gentechnisch verändertes Material eingesetzt, um Mikroorganismen so zu gestalten und anzupassen, dass sie spezifische Produkte effizient und nachhaltig herstellen können.
Wie bei der Biomassefermentation fermentieren die mikrobiellen Zellen das Nährmedium und produzieren dabei das gewünschte Protein oder Enzym. Dies kann beispielsweise ein tierisches Protein sein, das für den menschlichen Verzehr geeignet ist.
Nach der Fermentation wird das Produkt geerntet und gereinigt, um das Zielprotein von den Zellen und anderen Bestandteilen des Mediums zu trennen.
Ein Beispiel für Präzisionsfermentation ist die Herstellung von tierischen Proteinen wie Milchproteinen (Kasein) durch gentechnisch veränderte Hefen oder Bakterien. Diese Produkte können dann in pflanzlichen Milchalternativen wie milchfreiem Käse verwendet werden.
Quellen:
1 State of the Industry Report: Cultivated meat and seafood 2023. 27.01.2025.; State of the Industry Report: Fermentation 2023. 27.01.2025.