4. Insekten als Proteinquelle

4. Insekten als Proteinquelle

Warum Insekten?

Wenn die Weltbevölkerung weiter wächst, die Land und Wasserressourcen aber gleich bleiben, wird es irgendwann zu Engpässen bei der ausreichenden Versorgung mit Nahrungsmitteln kommen. Eine Idee, dem zu begegnen und mit möglichst wenig Input-Ressourcen einen großen Output an Nährstoffen zu erzeugen, ist die Produktion von Proteinen und Fetten mithilfe von Insekten.

Die Zucht und alternative Verwendung von Insektenproteinen ist aber nur sinnvoll, wenn für deren Zucht keine Grundnahrungsmittel eingesetzt werden, sondern organische Abfälle. Die Black Soldier Fly wird deshalb in vielen Projekten erforscht und als vielversprechender Kandidat zur kommerziellen Verwendung angesehen (Fraunhofer 2019, DBFZ 2021).

Das vielversprechendste Anwendungsgebiet von Insektenproteinen ist aber im Moment der Futtermittelmarkt, da es bei Nahrungsmitteln für die menschliche Ernährung vor allem in westlichen Gesellschaften eher Vorbehalte und Abwehrreaktionen gegen Insekten gibt. In Asien oder Afrika ist es aber durchaus üblich, auch Insekten zu essen.

Als Tierfutter sind Insekten aber sehr gut geeignet, da sie bei vielen Arten ohnehin auf dem Speiseplan stehen (z.B. Hühner, Raubfische, Schweine). So wurden Versuche durchgeführt, die demonstrieren, dass der Ersatz von herkömmlichen Futtermitteln z.B. aus Soja oder Fischmehl in der Hühnerzucht sowohl auf die Fleischqualität als auch aus das ökonomische Ergebnis positiv auswirkt (Kim et al. 2019). Als Tierfutter, z.B. für exotische Haus- und Zootiere ist aber die Verwendung von gezüchteten Insekten nichts neues.

4.1 Wie funktioniert das?

Am Beispiel der Schwarzen Soldatenfliege (Hermetia illucens) soll das Verfahren der Aufzucht und Weiterverarbeitung erläutert werden. Die ausführliche Beschreibung des Verfahrens findet man bei Dortmans et al. (2021). 

Der Vorteil dieser Fliegenart ist, dass sich die Larven bevorzugt von organischen Reststoffen ernähren und daher sehr gut für die Verwertung von Abfällen der Lebensmittelindustrie geeignet sind. Ihre Larven haben einen hohen Eiweiß- (35 %) und Fettgehalt (30 %). Für die Züchtung wird keine hoch spezialisierte und kostspielige technologische Ausstattung benötigt.

Die Soldatenfliege kommt in tropischen und subtropischen Gebieten vor. Die Larve entwickelt sich innerhalb von 14-16 Tagen. Die fertigen Fliegen nehmen keine Nahrung zu sich und leben nur etwa eine Woche, in der sie sich paaren und wieder Eier ablegen.

Für die Zucht sollte man folgende Bedingungen schaffen:

• ausreichend warm: 24-30 °C
• keine direkte Sonneneinstrahlung
• ausreichender Wassergehalt im Futter: 70-80 %
• ausreichend nahrhaftes Futter: proteinreich und mit hohen Anteilen an leicht verfügbaren Kohlenhydraten, ohne giftige Stoffe
• ausreichend zerkleinertes Futter

Kurz vor der Verpuppung, wenn die Larven ihr maximales Gewicht erreicht haben, werden sie geerntet. Dabei müssen die Abfallreste und die Larven voneinander getrennt werden. Wenn das Material trocken ist, kann das z.B. durch Sieben erfolgen. Die lebenden Larven können bereits als Tierfutter verkauft werden. Werden sie tot verkauft oder noch weiterverarbeitet, müssen sie vorher noch gereinigt und desinfiziert werden. Das geschieht kurz mit heißem Wasser, wodurch die Larven sterben. Anschließend müssen sie schnell zu Öl, Mehl oder Pellets weiterverarbeitet werden, damit sie nicht verderben.

Für die Extraktion von Proteinen können folgende Verfahren genutzt werden:

Subkritische Wasserextraktion

• wird bei Temperaturen zwischen 100 und 374ºC ausgeführt
• Wasser wird durch Druckänderungen im flüssigen Zustand gehalten
• die Dichte und Viskosität des Wassers nimmt ab und die Wasserstoffbrückenbindungen werden geschwächt
• Wasser wirkt nun wie ein organisches Lösungsmittel und fördert die Depolymerisation sowie die Bildung kleinerer löslicher Proteinfraktionen und Aminosäuren

Trockenfraktionierung

Reinigung, Mahlung, Aufbrechen der Zellen und anschließende Separierung von Stärkepartikeln und Proteinen nach ihrem Größenunterschied und ihrer Dichte

Alkalische Extraktion

Behandlung im alkalischen Bereich (z.B. Natriumhydroxid) bricht die Zellwand auf und extrahiert das Protein. Die Extrahierbarkeit von Proteinen wird durch das Verhältnis von Biomasse zu Lösungsmittel, Temperatur, Zeit und pH-Wert beeinflusst.

Für die Extraktion von Fetten können folgende Verfahren genutzt werden:

Folch-Extraktion

Durch die Zugabe von Chloroform und Methanol im Verhältnis 2:1 fallen die Proteine aus. Die flüssige Phase enthält die Lipide. Sie werden anschließend durch Zentrifugieren und Absaugen der leichteren oberen Phase mit dem Lösemittel gewonnen.

Weitere Möglichkeiten:

• Soxhlet Methode
• Superkritische CO2- Extraktion