Pflanzliche Proteinzutaten

Die prognostizierte Zunahme der Weltbevölkerung und der wachsende Wohlstand erfordern eine deutliche Steigerung der Nahrungsmittelproduktion um ca. 80 % im Vergleich zum derzeitigen Stand [1]. Nur so können die globalen Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDG – Sustainable Development Goals) der Vereinten Nationen im Hinblick auf eine Sicherung der Ernährung (Zero Hunger) sowie die Versorgung mit gesunden Nahrungsmitteln und die Einführung von nachhaltigen Konsum- und Produktionsprozessen erreicht werden [2]. In Folge des zunehmenden Klimawandels und der geplanten Abkehr von fossilen Brennstoffen und Erdöl als Rohstoff vieler technischer Produkte wird eine verstärkte stoffliche und energetische Nutzung unserer pflanzlichen Rohstoffe benötigt. Dies wird die Konkurrenz um verfügbare Agrarflächen und die Erzeugung von Lebensmitteln weiter verschärfen, was mittelfristig zu deutlich höheren Preisen für Nahrungsmittel führen wird und so dem Ziel Zero Hunger entgegensteht. Um daher qualitativ hochwertige Lebensmittel in ausreichender Menge bereitzustellen, sind sowohl neue Produktionskonzepte als auch die Umstellung auf eine vermehrt pflanzliche Ernährung erforderlich.
Nach derzeitigem Kenntnisstand ist in westlichen Ländern die Proteinzufuhr bei gesunden Erwachsenen ernährungsphysiologisch völlig ausreichend, selbst wenn tierische Lebensmittel ausgeschlossen werden. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine abwechslungsreiche, vollwertige Ernährung. Wenn pflanzliche Proteinquellen hingegen nicht gemischt werden und hauptsächlich aus Getreide bestehen, ist bei einer Ernährung mit geringer Protein- und Energiezufuhr, wie sie in einigen Entwicklungsländern üblich ist, eine niedrige Lysinzufuhr ein Problem [3].
Neben klassischen Proteinquellen wie Hülsenfrüchten und Getreide, die für die vegetarische/vegane Ernährung genutzt werden können, werden in Deutschland immer mehr vegetarische und vegane Alternativprodukte zu tierischen Lebensmitteln angeboten. Die am Markt verfügbaren Milch-, Milchprodukt-, Fleisch- und Ei-Alternativen werden dabei meist aus proteinreichen Mehlen, Proteinkonzentraten und Proteinisolaten hergestellt. Im Rahmen dieses Beitrags sollen u. a. die Gewinnungsverfahren und die ernährungsphysiologischen Eigenschaften dieser Zutaten beleuchtet werden.

Proteine sind wichtige Strukturelemente und erfüllen vielfältige Funktionen im menschlichen Körper, wie die enzymatische Katalyse biochemischer Reaktionen, den Transport von Sauerstoff durch die Blutbahn mit Hilfe des Proteins Hämoglobin oder die Unterstützung der Abwehr von Pathogenen als Bestandteile des Immunsystems (z. B. Immunglobuline). Außerdem können Proteine zur Energiebedarfsdeckung herangezogen werden. Etwa 15–17 % der Gesamtkörpermasse eines Erwachsenen bestehen aus Protein. Die proteinogenen Aminosäuren, von denen es 20 verschiedene gibt, bilden die Grundbausteine der Proteine im menschlichen Körper [4, 5] (• Kästen „ Unentbehrliche und entbehrliche Aminosäuren” und „Empfehlungen für die Proteinzufuhr”).
Der tägliche Proteinbedarf wird zumindest in den Industrienationen derzeit größtenteils durch den Konsum tierischer Proteine wie Fleisch, Wurst, Milch und Ei über alle Altersgruppen gedeckt [9]. Neben tierischen gibt es auch eine große Anzahl an pflanzlichen Proteinlieferanten, darunter Hülsenfrüchte und Getreide. Für die Gewinnung pflanzlicher Proteine sind Soja und Weizen die bekanntesten Quellen, die bereits seit längerer Zeit kommerziell verfügbar sind. Daneben werden Körnerleguminosen¹ wie Erbsen, Ackerbohnen, Lupinen, Kichererbsen und Linsen, Presskuchen aus Ölsaaten, Pseudozerealien, Kartoffeln, aber auch grüne Biomasse wie Blätter, Weizengras oder Luzerne als pflanzliche Proteinquellen der Zukunft beschrieben [10- 12].

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¹ Unter Körnerleguminosen wird eine Untergruppe, die zur Familie der Leguminosen (Leguminosae) gehören verstanden. Diese werden in diesem Artikel synonym zum Begriff Hülsenfrüchte verwendet, da diese im ernährungswirtschaftlichen Bereich gleichgesetzt werden. (https://www.fibl.org/de/themen/huelsenfruechte#:~:text=Der%20Begriff%20%22H%C3%BClsenfr%C3%BCchte%22%20wird%20zum,K%C3%B6rnerleguminosen%2C%20eine%20Untergruppe%20der%20Leguminosen).

Unentbehrliche und entbehrliche Aminosäuren

Mit der Nahrung aufgenommenes Protein stellt zwar 12–15 % des täglichen Energiebedarfs dar, entscheidender ist aber die Lieferung von Aminosäuren, Stickstoff- und Schwefelverbindungen aus Nahrungsprotein. In der Leber werden Aminosäuren stetig auf-, um- oder abgebaut. Entweder werden diese für die Proteinbiosynthese genutzt oder verstoffwechselt [4].
Der menschliche Körper ist nicht in der Lage alle 20 proteinogenen Aminosäuren selbst zu synthetisieren, weshalb neun Aminosäuren als unentbehrlich (früher essenziell) gelten: Histidin, Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Phenylalanin, Threonin, Tryptophan und Valin. Die unentbehrlichen Aminosäuren müssen über die Nahrung zugeführt werden, andernfalls besteht das Risiko einer Mangelernährung. Die entbehrlichen (früher nicht-essenziellen) Aminosäuren sind Arginin, Alanin, Asparagin, Asparaginsäure, Cystein, Glycin, Glutaminsäure, Glutamin, Prolin, Serin und Tyrosin. Diese können unter physiologischen Umständen eigenständig synthetisiert werden [6].

Empfehlungen für die Proteinzufuhr

Für Erwachsene empfiehlt die Weltgesundheitsorganisation (WHO) die tägliche Zufuhr von 0,83 g Protein pro Kilogramm (kg) Körpergewicht (KG). Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) empfiehlt für Kinder und Jugendliche eine tägliche Proteinzufuhr (empfohlene Zufuhr) von 0,9 g/ kg KG, für Erwachsene 0,8 g/kg KG und für Personen ab 65 Jahren (Schätzwert) 1,0 g/kg KG. Diese Werte würden einer durchschnittlichen Proteinaufnahme bei normalgewichtigen Erwachsenen (Body-Mass-Index 22 kg/m2) von 57 g bei Männern und 48 g bei Frauen entsprechen, was einem Anteil an Protein an der Gesamtenergieaufnahme pro Tag zwischen 10 und 15 % entspricht [7]. Der tatsächlich ermittelte Wert in der westlichen Bevölkerung liegt jedoch bei 10 –35 % [8], was einer höheren Proteinaufnahme pro kg KG/Tag als der empfohlenen Proteinmenge entspricht.

Für die Herstellung von proteinreichen pflanzlichen Zutaten werden unterschiedliche Verfahren eingesetzt. Die erhaltenen Zutaten unterscheiden sich dabei vorrangig in ihrem Proteingehalt. So finden sich auf dem Markt sog. Proteinmehle, -konzentrate sowie -isolate. Je nach Proteinquelle und Anreicherungsverfahren weisen diese Proteingehalte zwischen 20 und 50 % bei Mehlen, 50–85 % bei Konzentraten und > 85 % bei Isolaten auf.
Zur Herstellung von Mehlen werden die Saaten ungeschält, teilweise geschält oder vollständig geschält verwendet, sodass die Zusammensetzung der Mehle größtenteils mit der der verwendeten Rohstoffe übereinstimmt. Um potenziell hitzelabile antinutritive Inhaltsstoffe wie Enzyminhibitoren oder Enzyme zu inaktivieren, können die Mehle thermisch behandelt werden. Hierdurch lassen sich auch die sensorischen Eigenschaften der Mehle verändern. Bereits bei geringer Zusatzmenge von Mehlen können die daraus hergestellten Lebensmittel mehr oder weniger stark ausgeprägte pflanzen-typische Fehlgeschmackseindrücke wie bohnig, grasig oder bitter-adstringierend aufweisen. Mehle werden in der Industrie v. a. für Anwendungen wie Backwaren, Trockenextrudaten (Hackfleischersatz) und als Rohstoff für die Herstellung pflanzlicher Drinks bspw. aus Soja [26] oder Hafer eingesetzt.
Für die Herstellung von Proteinkonzentraten werden verschiedene Methoden wie Trockenfraktionierung und extraktive Verfahren eingesetzt (• Abbildung 1). Diese wurden bislang vorrangig für Sojabohnen und Erbsen, aber auch für andere Leguminosen untersucht [27–32].
Trockenfraktionierung umfasst dabei die Feinstvermahlung und anschließende Klassierung von Hülsenfrüchten oder Getreiden. Dabei werden die Samen bis auf < 65 μm vermahlen, damit Stärkekörner von den umgebenden Proteinkörpern mechanisch separiert werden können. Das Ergebnis der anschließenden Klassierung mittels Windsichtung ist eine proteinreiche Feinfraktion und eine stärkereiche Grobfraktion. Diese Proteinkonzentrate weisen einen Proteingehalt von bis zu 75 % sowie eine hohe Funktionalität auf [32]. Allerdings erfolgt parallel zur Proteinanreicherung auch eine Anreicherung antinutritiver Inhaltsstoffe wie Phytinsäure, Trypsininhibitoren und Oligosacchariden, was zu einer verringerten Proteinverdaulichkeit führen kann [32]. Zur extraktiven Herstellung von Proteinkonzentraten werden verschiedene Lösemittel verwendet. Diese reichen von Wasser über wässrig-alkoholische Lösungen bis hin zu rein alkoholischen Lösungen [31]. Ziel dabei ist es, Fette und Fettbegleitstoffe, niedermolekulare Substanzen (z. B. Mono-, Di- und Oligosaccharide) und sekundäre Pflanzenstoffe (z. B. Polyphenole, Phytinsäure) weitgehend abzureichern, wodurch eine deutliche Proteinanreicherung erzielt werden kann. Die durchgeführten Extraktionen verändern jedoch die Proteineigenschaften, da insbesondere eine wässrig-alkoholische Extraktion zur Denaturierung von Proteinen führt. Hierdurch werden die funktionellen Eigenschaften der Proteinzutaten maßgeblich beeinflusst. Durch die Abreicherung von sekundären Pflanzenstoffen, bspw. Polyphenole, können die sensorischen Eigenschaften der Proteinkonzentrate maßgeblich verbessert werden, sodass diese für den Einsatz in Lebensmitteln besser geeignet sind als die vergleichbaren Mehle [33]. Für die Herstellung von Proteinisolaten mit Proteingehalten > 85 % aus pflanzlichen Rohstoffen werden verschiedene wässrige Extraktionsverfahren kombiniert mit verschiedenen Konzentrierungsverfahren eingesetzt (• Abbildung 2). Dabei erfolgt zumeist eine Extraktion der Proteine im Bereich ihrer maximalen Löslichkeit, was bei den meisten pflanzlichen Proteinen im neutralen bis leicht alkalischen Bereich liegt. Anschließend werden die gelösten Proteine durch Fällungsverfahren (z. B. Fällung am isoelektrischen Punkt der Proteine, was dem Bereich der minimalen Löslichkeit entspricht), Membrantrennverfahren wie Ultrafiltration oder thermische Fällung sowie Kombinationen der genannten Verfahren konzentriert. Sowohl die Extraktions- als auch die Konzentrierungsbedingungen beeinflussen die funktionellen und sensorischen Eigenschaften der Proteine und deren Anwendung in Lebensmitteln. So können durch isoelektrische Fällung und Ultrafiltration Proteinisolate mit mittleren bis hohen Löslichkeiten hergestellt werden [26, 34, 35].
Insgesamt können Proteinkonzentrate und -isolate aufgrund ihrer vielfältigen funktionellen Eigenschaften sowie den typischerweise verbesserten sensorischen Eigenschaften in einem deutlich breiteren Applikationsspektrum im Vergleich zu den beschriebenen Mehlen eingesetzt werden. • Tabelle 2 gibt einen kurzen Überblick über die Eigenschaften im Vergleich zwischen Proteinmehlen, -konzentraten und -isolaten. Weiterhin eignen Proteinisolate sich auch für die Proteinanreicherung von Lebensmitteln wie bspw. bei Sportlernahrung [26].

Die Quellen für pflanzliche Proteine sind sehr vielfältig und reichen von Hülsenfrüchten über Getreide und Pseudozerealien sowie Ölsaaten bis hin zu Kartoffeln. Die Besonderheiten der verschiedenen pflanzlichen Proteinquellen werden in den folgenden Abschnitten näher beschrieben.

Hülsenfrüchte

Hülsenfrüchte galten lange als sog. Arme-Leute-Essen, erlebten aber in den letzten Jahren ein großes Comeback als vielversprechende Quelle für pflanzliche Proteine. Hülsenfrüchte haben einen vergleichsweise hohen Proteingehalt, der von mindestens 18 % in Bohnen und 34–40 % in Lupinen reicht [25, 36]. Hülsenfrüchte weisen hohe Gehalte an Lysin, Leucin, Asparaginsäure und Arginin auf, jedoch sind die Gehalte an den unentbehrlichen schwefelhaltigen Aminosäuren Methionin und Cystein sowie an Tryptophan sehr niedrig [10, 30]. Die Hülsenfrüchte, die aktuell mengenmäßig am meisten für die Gewinnung pflanzlicher Proteine eingesetzt werden, sind Sojabohnen, Erbsen, Lupinen, Ackerbohnen, Mung(o)bohnen und Kichererbsen.

Getreide und Pseudozerealien

Getreide und Pseudozerealien wie Amaranth, Buchweizen und Quinoa enthalten 8–11 % Protein. Sie sind reich an schwefelhaltigen Aminosäuren, aber enthalten im Vergleich zu Leguminosen geringere Mengen an Lysin, Threonin und Tryptophan. Aus diesem Grund können Proteine aus Hülsenfrüchten ideal mit Zerealienproteinen kombiniert werden, um den Bedarf an unentbehrlichen Aminosäuren zu decken [37]. Im Gegensatz zu Leguminosenproteinen sind die Proteine aus Zerealien weitgehend unlöslich in Wasser und verdünnten Salzlösungen, da sie überwiegend zu den Prolaminen bzw. Glutelinen zählen (• Tabelle 1).
Neben Weizengluten werden derzeit Reisproteine immer populärer. Diese haben jedoch geringe Löslichkeiten und weisen häufig charakteristische Off-Flavour² auf, die bislang durch geeignete Verfahrensführung noch nicht vollständig reduziert werden konnten [38, 39]. Für die Herstellung von Fleisch-Alternativen wird neben Soja- und Erbsenproteinen derzeit v. a. Weizengluten als pflanzliches Protein eingesetzt, da Weizengluten einzigartige rheologische Eigenschaften³ besitzt. Auch die Herstellung und der Einsatz von Haferproteinen wird untersucht, da Hafer im Vergleich zu anderen Getreidesorten einen höheren Proteingehalt zwischen 9 und 12 % aufweist [40]. Die in Hafer vorhandenen Globuline sind im Gegensatz zu Leguminosenproteinen in wässrigen Lösungen nur schlecht löslich, da sie im leicht sauren bis neutralen pH-Bereich unlösliche Aggregate bilden [40-42].
Weiterhin sind Proteinzutaten aus Pseudozerealien wie Amaranth, Quinoa und Buchweizen aufgrund ihres hohen ernährungsphysiologischen Wertes mit einem Proteingehalt zwischen 12 und 19 %, ihres hohen Gehaltes an schwefelhaltigen Aminosäuren und der weitgehenden Abwesenheit von antinutritiven Inhaltsstoffen für den Einsatz in Lebensmitteln interessant [43-47]. Allerdings sind bislang keine proteinreichen Zutaten aus Pseudozerealien am Markt verfügbar.

Ölsaaten und Presskuchen aus der Ölgewinnung

Neben Hülsenfrüchten und Getreide werden Proteine aus Ölsaaten bzw. aus Presskuchen, dem Nebenprodukt der Ölherstellung, gewonnen. Ähnlich wie bei Leguminosen bestehen die Proteine der Ölsaaten und deren Presskuchen vorrangig aus Albuminen und Globulinen (• Tabelle 1) und haben Proteingehalte zwischen 20 bis 40, teilweise auch 65 %, abhängig von ihrer Verarbeitung und vom Rohstoff [25, 33, 48-50]. Mehle aus geschälten Ölsaaten können nach vollständiger Entölung ohne weitere Verarbeitung in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden und sind daher aufgrund der geringeren Verarbeitung im Vergleich zu Proteinkonzentraten und -isolaten auch im Sinne der Nachhaltigkeit attraktiv. Nichtsdestotrotz enthalten diese Ölsaatenmehle weiterhin verschiedene antinutritive Inhaltsstoffe wie Polyphenole und Phytinsäure, die ihre Anwendung in Lebensmitteln limitieren können [33].
Als Hauptlieferanten pflanzlicher Proteine wurden bislang Raps und Sonnenblumen intensiv untersucht. Dabei wurde insbesondere die Gewinnung von Proteinisolaten aus diesen beiden Rohstoffen in der Literatur beschrieben [33, 48-50]. Aber auch neuere Proteinquellen aus anderen Ölsaaten wie Hanf, Kürbis, Distel, Leinsamen, Leindotter, Sesam und Chia werden in der Literatur als vielversprechende Proteinzutaten diskutiert [51-53] und sind bereits als Mehle oder Konzentrate kommerziell erhältlich. Die limitierende Aminosäure in den meisten Ölsaaten-Proteinen ist Lysin, während Ölsaaten im Vergleich zu Leguminosen häufig höhere Gehalte an schwefelhaltigen Aminosäuren aufweisen [54].
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² Der Begriff Off-Flavour wird in der Lebensmittelsensorik verwendet und bezeichnet einen Geruch/einen Geschmack, der für das betreffende Lebensmittel als untypisch empfunden wird, er kann im weitesten Sinn als Fehlgeruch und -geschmack bezeichnet werden (Off-Flavour, was ist das? Lebensmittelsensorik: Definition, Warenkunde, Lebensmittelkunde [lebensmittellexikon.de]).
³ Unter rheologischen Eigenschaften versteht man die Fließeigenschaften von Materialien. Weizengluten weist hier einzigartige Dehn- und Elastizitätseigenschaften auf.

Die unterschiedlichen pflanzlichen Proteinquellen unterscheiden sich deutlich in ihrem ernährungsphysiologischen Wert. So enthalten Mehle und Konzentrate neben Proteinen v. a. Ballaststoffe, teilweise Kohlenhydrate, aber auch geringe Anteile an Fett. Zudem enthalten die Mehle und Konzentrate je nach Herstellungsverfahren verschiedene Mengen an Mineralstoffen und Spurenelementen sowie Vitaminen. Diese sind bislang aber nicht systematisch untersucht. Im Gegensatz zu Mehlen und Konzentraten enthalten Proteinisolate > 85 % Protein und nur geringe Mengen an Fett, Mineralstoffen und Vitaminen. Ballaststoffe und komplexe Kohlenhydrate sind nur in Spuren vorhanden. Weiterhin variieren die Anteile an unentbehrlichen Aminosäuren zwischen den verschiedenen pflanzlichen Rohstoffen (• Abbildung 3). So weist Kartoffelprotein einen Anteil von etwa 37 % unentbehrlicher Aminosäuren auf und hat damit einen höheren Anteil an unentbehrlichen Aminosäuren als Eiprotein. Alle anderen pflanzlichen Proteine weisen einen niedrigeren Anteil an unentbehrlichen Aminosäuren auf.
Um die Qualität von Proteinen zu vergleichen, gibt es verschiedene Kennwerte. In der Literatur werden dabei die Biologische Wertigkeit (BW), der Chemische Index (CI), das Protein-Effizienz-Verhältnis (PEV), der Index für verdauliche, unentbehrliche Aminosäuren (DIAAS = Digestible, Indispensable Amino Acid Score) und der sog. PDCAAS (Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score) herangezogen. Alle genannten Methoden haben Stärken und Schwächen bei der Beurteilung der Wertigkeit von Proteinen, können aber für einen Vergleich unterschiedlicher Proteinquellen herangezogen werden. Die gängigste Methode für den Vergleich von Proteinzutaten ist der PDCAAS-Wert, der einen maximalen Wert von 1 einnehmen kann. Dieser berücksichtigt neben dem Anteil der unentbehrlichen Aminosäuren eines Proteins auch die Verdaulichkeit. Diese wird von verschiedenen Faktoren wie dem Herstellungsverfahren, der Anwesenheit von Nicht-Proteinbestandteilen und dem Rohstoff bestimmt. • Tabelle 3 gibt einen Überblick über die PDCAAS-Werte kommerziell verfügbarer Pflanzenproteine [56-58].

Der Einsatz pflanzlicher Proteine in Lebensmitteln wird entscheidend von der Zusammensetzung, den funktionellen und den sensorischen Eigenschaften der Zutaten beeinflusst [59]. Unter funktionellen Eigenschaften werden dabei die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Zutaten definiert, die die Anwendung in Lebensmitteln beeinflussen [60]. Dabei werden die Eigenschaften häufig hinsichtlich der folgenden Kriterien unterschieden:

1. Eigenschaften, die durch Hydratation beeinflusst werden, bspw. Wasser- und Fettabsorption, Löslichkeit
2. Eigenschaften, die die Rheologie beeinflussen (z. B. Viskosität, Elastizität, Gelbildung, Aggregierung)
3. Oberflächeneigenschaften (z. B. Emulgierfähigkeit, Schaumfähigkeit) [60].

Diese Eigenschaften werden durch das Zusammenspiel der Aminosäurezusammensetzung, der Proteinstruktur und -konformation sowie der Herstellungs- und Verarbeitungsbedingungen beeinflusst und sind somit für die Proteinzutaten jeweils im Hinblick auf das zu entwickelnde Lebensmittel zu bewerten. Der Einsatz pflanzlicher Proteine zur Herstellung von pflanzlichen Milch-, Milchprodukt-, Fleisch- und Ei-Alternativen ist in den vergangenen Jahren stetig gestiegen. So wurden in Deutschland im Jahr 2019 ein Umsatz von 736 Mio. € mit veganen und vegetarischen Alternativprodukten erzielt, während der Umsatz im Jahr 2021 bereits 1,2 Mrd. € betrug [61]. Die wichtigsten Lebensmittelgruppen im Segment der vegetarischen und veganen Alternativprodukte waren Milch- und Milchprodukt-Alternativen, Fleischersatz sowie momentan auf noch recht niedrigem Niveau, aber mit deutlichen Steigerungsraten, Ei-Alternativen. Dabei werden vegane und vegetarische Produkte mehrheitlich v. a. von der großen KonsumentInnengruppe der sog. FlexitarierInnen gekauft [62].
So sind am Markt aktuell Fleisch-Alternativen aus verschiedenen Rohstoffen und pflanzlichen Proteinen wie Weizengluten, Soja, Erbse oder Sonnenblumen verfügbar. Ebenso wächst die Palette an Milch- und Milchprodukt-Alternativen ständig, wobei unterschiedliche Rohstoffe wie Erbse, Soja, Reis, Hafer in marktverfügbaren Milchprodukt-Alternativen eingesetzt werden. Da in diesen Bereichen intensiv geforscht wird und sich der Markt dynamisch weiterentwickelt, werden sich zukünftig noch weitaus mehr Produkte aus den verschiedensten pflanzlichen Proteinquellen am Markt etablieren.

Die Suche nach nachhaltigen, pflanzlichen Alternativprodukten hat in den letzten Jahren deutlich an Dynamik gewonnen. Dabei ist einer der Hauptbeweggründe die nachhaltige Versorgung der stetig wachsenden Weltbevölkerung mit pflanzlichen Proteinen. Bereits jetzt ist eine Vielzahl von Zutaten aus verschiedenen pflanzlichen Rohstoffen für den Einsatz in Lebensmitteln verfügbar. Diese können jedoch die Ansprüche der KonsumentInnen und der Lebensmittelindustrie an sensorisch attraktive, nahezu neutral schmeckende Proteine mit exzellenten funktionellen Eigenschaften nur teilweise decken, sodass die Forschung nach wie vor daran arbeitet, die pflanzlichen Proteinzutaten zu verbessern.
Um die pflanzlichen Rohstoffe noch breiter in Lebensmitteln einzusetzen, müssen die folgenden Herausforderungen von Seiten der Forschung adressiert werden:

1. Weitere Optimierung von Herstellungsverfahren für Proteinprodukte und ganzheitliche Nutzung der pflanzlichen Rohstoffe und nicht nur einzelner Fraktionen,
2. Suche nach potenziellen neuen pflanzlichen Proteinquellen und
3. Anwendung von Pflanzenproteinen in neuen Lebensmittelprodukten, die Verbraucheranforderungen erfüllen.

Weiterhin muss die rechtliche Einordnung pflanzlicher Proteine bei der Produktentwicklung berücksichtigt werden. Insgesamt sollte jedoch der Hauptfokus auf die Entwicklung von pflanzlichen Produkten gelegt werden, die sicher, sensorisch attraktiv und für die breite Bevölkerung erschwinglich sind, um zukünftig einen höheren Anteil der Proteinversorgung über pflanzliche Produkte abzudecken. Dies kann durch pflanzliche Lebensmittel ggf. in Ergänzung mit den vegetarischen und veganen Alternativprodukten erfolgen.

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Dr. Stephanie Bader-Mittermaier

Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging (IVV)
Giggenhauser Str. 35, 85354 Freising
stephanie.mittermaier@ivv.fraunhofer.de 

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Beiträge der zertifizierten Fortbildung sind prinzipiell produkt- und dienstleistungsneutral und werden finanziell nicht von externen Stellen unterstützt.

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Interessenkonflikt

Die Autorin ist beim Fraunhofer IVV beschäftigt und arbeitet dort mit pflanzlichen Proteinen.

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Zitierweise

Bader-Mittermaier S: Pflanzliche Proteinzutaten. Gewinnung, Eigenschaften und ernährungsphysiologische Bewertung. Ernährungs Umschau 2022; 69(8): M444–53.
DOI: 10.4455/eu.2022.026

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Literatur

1. United Nations DoE, Social Affairs PD. World Population Prospects 2019: Data Booklet (ST/ESA/SER. A/424). In: United Nations New York; 2019
2. Messerli P, Murniningtyas E, Eloundou-Enyegue P, et al.: Global sustainable development report 2019: the future is now–science for achieving sustainable development. United Nations, New York 2019.
3. Mariotti F. 35 – Plant Protein, Animal Protein, and Protein Quality. In: Mariotti F (ed), Vegetarian and Plant-Based Diets in Health and Disease Prevention: Academic Press; 2017:621-642
4. Vaupel P, Biesalski H-K: Proteine. In: Biesalski H-K, Bischoff SC, Pirlich M et al. (Hg). Ernährungsmedizin. Nach dem Curriculum Ernährungsmedizin der Bundesärztekammer. 5., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York 2018, 145–63.
5. Biesalski H-K, Grimm P, Nowitzki-Grimm S: Taschenatlas Ernährung. 8., vollständig überarbeitete Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart (2020).
6. Deutsche Gesellschaft für Ernährung e. V.: Ausgewählte Fragen und Antworten zu Protein und unentbehrlichen Aminosäuren. URL: www.dge.de/wissenschaft/faqs/protein/  (last accessed on 02 June 2022).
7. Richter M, Baerlocher K, Bauer JM, et al.: Revised reference values for the intake of protein. Ann Nutr Metab 2019; 74: 242-50.
8. Lupton JR, Brooks J, Butte N, et al.: Dietary reference intakes for energy, carbohydrate, fiber, fat, fatty acids, cholesterol, protein, and amino acids. National Academy Press: Washington, DC, USA 2002; 5: 589-768.
9. Smeuninx B, Greig CA, Breen L: Amount, source and pattern of dietary protein intake across the adult lifespan: a cross-sectional study. Front Nutr 2020; 7: 25.
10. Bessada SM, Barreira JC, Oliveira MBP: Pulses and food security: Dietary protein, digestibility, bioactive and functional properties. Trends Food Sci Technol 2019;93:53-68.
11. Schweiggert-Weisz U, Eisner P, Bader-Mittermaier S, Osen R: Food proteins from plants and fungi. Curr Opin Food Sci 2020; 32: 156-62.
12. Sá AGA, Moreno YMF, Carciofi BAM: Plant proteins as high-quality nutritional source for human diet. Trends Food Sci Technol 2020; 97: 170-84.
13. Han S-W, Chee K-M, Cho S-J: Nutritional quality of rice bran protein in comparison to animal and vegetable protein. Food chemistry 2015; 172: 766-69.
14. Kaur L, Mao B, Beniwal AS, et al. Alternative proteins vs animal proteins: The influence of structure and processing on their gastro-small intestinal digestion. Trends in Food Sci Technol 2022; 122: 275-286.
15. Budhathoki S, Sawada N, Iwasaki M, et al.: Association of animal and plant protein intake with all-cause and cause-specific mortality in a Japanese cohort. JAMA internal medicine 2019; 179: 1509-18.
16. Virtanen HE, Voutilainen S, Koskinen TT, et al.: Dietary proteins and protein sources and risk of death: the Kuopio Ischaemic Heart Disease Risk Factor Study. Am J Clin Nutr 2019; 109: 1462-71.
17. Aiking H: Future protein supply. Trends Food Sci Technol 2011; 22(2-3): 112-20.
18. Lamb A, Green R, Bateman I, et al.: The potential for land sparing to offset greenhouse gas emissions from agriculture. Nat Clim Chang 2016; 6(5): 488-92.
19. Leip A, Billen G, Garnier J, et al.: Impacts of European livestock production: nitrogen, sulphur, phosphorus and greenhouse gas emissions, land-use, water eutrophication and biodiversity. Environ Res Lett 2015; 10(11): 115004.
20. ukker A, Jansen B. Environmental impacts of products: A detailed review of studies. J Ind Ecol 2006; 10(3): 159-82.
21. Westhoek H, Lesschen JP, Rood T, et al.: Food choices, health and environment: Effects of cutting Europe’s meat and dairy intake. Glob Environ Change 2014; 26(1): 196-205.
22. Chéreau D, Videcoq P, Ruffieux C, et al.: Combination of existing and alternative technologies to promote oilseeds and pulses proteins in food applications. OCL 2016; 23: D406.
23. Day L. Proteins from land plants–potential resources for human nutrition and food security. Trends in Food Sci Technol 2013; 32(1): 25-42
24. Shewry PR, Halford NG: Cereal seed storage proteins: structures, properties and role in grain utilization. J Exp Bot 2002; 53(370): 947-58.
25. Eisner P, Weisz U, Osen R, Mittermaier S: Innovative Nahrungsmittel. In: Biologische Transformation: Springer 2019: 39-65.
26. Endres JG: Soy protein products: characteristics, nutritional aspects, and utilization. New York: AOCS Publishing 2001.
27. Assatory A, Vitelli M, Rajabzadeh AR, Legge RL: Dry fractionation methods for plant protein, starch and fiber enrichment: A review. Trends Food Sci Technol 2019; 86: 340- 51.
28. del Mar Contreras M, Lama-Muñoz A, Gutiérrez-Pérez JM, et al.: Protein extraction from agri-food residues for integration in biorefinery: Potential techniques and current status. Bioresour Technol 2019; 280: 459-77.
29. Pojić M, Mišan A, Tiwari B: Eco-innovative technologies for extraction of proteins for human consumption from renewable protein sources of plant origin. Trends Food Sci Technol 2018; 75: 93-104.
30. Venkidasamy B, Selvaraj D, Nile AS, et al.: Indian pulses: A review on nutritional, functional and biochemical properties with future perspectives. Trends Food Sci Technol 2019; 88: 228-42.
31. Wang Y, Guldiken B, Tulbek M, House JD, Nickerson M: Impact of alcohol washing on the flavour profiles, functionality and protein quality of air classified pea protein enriched flour. Food Res Int 2020; 132: 109085.
32. Vogelsang-O’Dwyer M, Petersen IL, Joehnke MS, et al.: Comparison of Faba bean protein ingredients produced using dry fractionation and isoelectric precipitation: Techno-functional, nutritional and environmental performance. Foods 2020; 9: 322.
33. Kowalska G, Kowalski R, Hawlena J, Rowiński R: Seeds of oilseed rape as an alternative source of protein and minerals. J Elem 2020; 25: 513-22.
34. Boye J, Zare F, Pletch A: Pulse proteins: Processing, characterization, functional properties and applications in food and feed. Food Res Int 2010; 43: 414-31.
35. Arrutia F, Binner E, Williams P, Waldron KW. Oilseeds beyond oil: Press cakes and meals supplying global protein requirements. Trends Food Sci Technol 2020; 100: 88- 102.
36. Rawal V, Charrondiere R, Xipsiti M, Grande F: Pulses: nutritional benefits and consumption patterns. The Global Economy of Pulses 2019: 9-19.
37. Mir NA, Riar CS, Singh S: Nutritional constituents of pseudo cereals and their potential use in food systems: A review. Trends Food Sci Technol 2018; 75: 170-80.
38. Pantoa T, Baricevic-Jones I, Suwannaporn P, et al.: Young rice protein as a new source of low allergenic plant-base protein. J Cereal Sci 2020; 93(24): 102970.
39. Zhao J, Boatright WL: Static headspace analysis of odorants in commercial rice proteins. Food Chem 2017; 221: 345-350.
40. Sterna V, Zute S, Brunava L:. Oat grain composition and its nutrition benefice. Agri Agric Sci Procedia 2016; 8: 252-56.
41. Brückner-Gühmann M, Vasil’eva E, Culetu A, et al.: Oat protein concentrate as alternative ingredient for non-dairy yoghurt-type product. J Sci Food Agri 2019; 99(1): 5852-57.
42. Welch RW: The chemical composition of oats. In: Welch RW (ed.): The oat crop. Berlin, Heidelberg: Springer 1995: 279-320.
43. Alonso-Miravalles L, O’Mahony JA: Composition, protein profile and rheological properties of pseudocereal-based protein-rich ingredients. Foods 2018; 7(5): 73.
44. Mota C, Santos M, Mauro R, et al.: Protein content and amino acids profile of pseudocereals. Food Chem 2016; 193: 55-61.
45. Schoenlechner R, Siebenhandl S, Berghofer E: Pseudocereals. In: Arendt EK, Bello FD (eds.): Gluten-free cereal products and beverages. 1st Ed., Amsterdam: Elsevier 2008, 149-VI.
46. Taylor J, Awika J: Gluten-free ancient grains. Cereals, pseudocereals, and legumes: sustainable, nutritious, and health-promoting foods for the 21st century.1st Ed., Amsterdam: Elsevier 2017.
47. López DN, Galante M, Raimundo G, Spelzini D, Boeris V: Functional properties of amaranth, quinoa and chia proteins and the biological activities of their hydrolyzates. Food Res Int 2019; 116: 419-29.
48. Arntfield SD: Proteins from oil-producing plants. In Yada RY (ed.): Proteins in food processing. Amsterdam: Elsevier 2018, 187-221.
49. Rodrigues IM, Coelho JFJ, Carvalho MGVS: Isolation and valorisation of vegetable proteins from oilseed plants: Methods, limitations and potential. J Food Eng 2012; 109: 337- 46.
50. Murru M, Calvo CL: Sunflower protein enrichment. Methods and potential applications. OCL 2020; 27: 17.
51. Wang Q, Xiong YL: Processing, nutrition, and functionality of hempseed protein: A review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 2019; 18(4): 936-52.
52. Boyle C, Hansen L, Hinnenkamp C, Ismail BP: Emerging camelina protein: Extraction, modification, and structural/ functional characterization. J Am Oil Chem Soc 2018; 95: 1049-1062.
53. Galves C, Stone AK, Szarko J, et al: Effect of pH and defatting on the functional attributes of safflower, sunflower, canola, and hemp protein concentrates. Cereal Chemistry 2019; 96(6): 1036-47.
54. Sosulski FW, Sarwar G: Amino acid composition of oilseed meals and protein isolates. Can InstFood Sci Technol J 1973; 6: 1-5.
55. Gorissen SHM, Crombag JJR, Senden JMG, et al.: Protein content and amino acid composition of commercially available plant-based protein isolates. Amino Acids 2018; 50: 1685-95.
56. Fleddermann M, Fechner A, Rößler A, et al.: Nutritional evaluation of rapeseed protein compared to soy protein for quality, plasma amino acids, and nitrogen balance–a randomized cross-over intervention study in humans. Clin Nutr 2013; 32(4): 519-26.
57. Kleba S, Ismail BP: Report on Minnesota Plant Based Proteins for Food. Agricultural Utilization Research Insitutre (auri), 2018.
58. Mathai JK, Liu Y, Stein HH: Values for digestible indispensable amino acid scores (DIAAS) for some dairy and plant proteins may better describe protein quality than values calculated using the concept for protein digestibility-corrected amino acid scores (PDCAAS). Br J Nutr 2017; 117: 490-99.
59. Kinsella J, Whitehead D: Proteins in whey: chemical, physical, and functional properties. Advances in Food and Nutrition Research 1989; 33: 343-438.
60. Damodaran S: Food proteins: an overview. Food proteins and their applications 2017: 1-24.
61. Statista: Umsatz mit vegetarischen und veganen Lebensmitteln in Deutschland in den Jahren 2017 bis 2019 (last accessed on 05 April 2022).
62. Institut für Handelsforschung (IFH): Branchenreport Vegetarisch & Vegan: Modeerscheinung oder nachhaltiger Wachstumsimpuls? Jahrgang 2016, 2016.