Der Markt für pflanzenbasierte Fleischersatzprodukte wächst exponentiell und Wirtschaftsexperten sagen voraus, dass die Nachfrage nach alternativen Proteinen bis 2030 zwischen 77 Mrd. und 153 Mrd. US-Dollar liegen wird. Dies entspricht einer Nachfragesteigerung um den Faktor 15 verglichen mit 2021 . Dafür gibt es mehrere Gründe: die persönliche Gesundheit eines jeden, die Sorge um das Tierwohl, aber auch der Wunsch, die Auswirkungen des Klimawandels zu begrenzen.

Pflanzenbasierte Fleischersatzprodukte werden für die Herstellung verschiedenster Konsumgüter verwendet, darunter veganes Hackfleisch, vegane Nuggets und Produkte, die bestimmten Fleischprodukten ähneln sollen, wie z.B. Pulled Pork. Hauptsächlich werden vegane Fleischersatzprodukte aus zwei verschiedenen pflanzenbasierten Zwischenprodukten hergestellt – texturiertes Pflanzenprotein (TVP) und Fleischanaloga mit hohem Wasseranteil (HMMA, High Moisture Meat Analogues).

TVP-Produkte und ihre Herstellung

TVP besitzt eine expandierte, faserige Struktur mit großen Poren, die durch das Verdampfen von Wasser bei hohen Temperaturen entstehen. TVP wird bei einem Feuchtegehalt von 10 bis 30 Prozent verarbeitet. Dies ist deutlich geringer als bei HMMA. TVP ist ein dehydriertes Fleischersatzprodukt und muss in Wasser eingeweicht werden, um es zu veganen Konsumgütern wie Burgern, Hähnchenstreifen oder Hackfleisch weiter zu verarbeiten.

Das Herzstück des Herstellungsprozesses für pflanzenbasierte Fleischersatzprodukte ist der ZSK Food-Extruder von Coperion. Gleichsinnig drehende Doppelschnecken in einem geschlossenen Prozessraum schaffen die erforderlichen Bedingungen für die einzelnen Prozessschritte, um TVP aus Proteinpulvern, Wasser und anderen Zutaten zu erzeugen. Ein typischer Herstellungsprozess umfasst diese Schritte:

• Zunächst werden die Zutaten homogen gemischt.
• Danach werden die Zutaten geknetet und plastifiziert. Es entsteht eine homogene Schmelze.
• Im Anschluss werden die Proteine in der Schmelze denaturiert. Die Proteinmoleküle werden aufgebrochen und zu der neuen, gewünschten Struktur geformt.

Qualitätsfaktoren für TVP sind die Textur, Länge und Stärke der Fasern. Der Proteingehalt sollte zwischen 50 und 80 Prozent liegen. Höhere Proteinanteile führen häufig zu einem gummiartigen Produkt von geringer Qualität. Ein Fettgehalt von über 5 Prozent kann die Faserbildung verhindern und zu viel Wasser führt zu einer breiartigen Textur mit wenig sichtbaren Fasern.

Die Prozessparameter im ZSK Food-Extruder nehmen ebenfalls großen Einfluss auf die Produktqualität des TVPs. Zu viel Energieeintrag durch eine zu hohe Schneckendrehzahl oder eine unpassende Schneckenkonfiguration führen zu einer zu starken Braunfärbung des Produkts. Zu wenig Energieeintrag beschränkt die Expansion des Produkts und verleiht dem TVP lediglich eine mangelhafte Textur.

Am Ende des Extrusionsprozesses werden die Produktfasern des TVPs an einer Düsenplatte ausgerichtet. Danach schneidet die zentrische Granulierung ZGF von Coperion die Stränge der Schmelze in Granulate, die im nächsten Schritt getrocknet und dann gelagert werden. Eine richtig gewählte Rezeptur und die darauf abgestimmten Prozessparameter erzeugen ein hochwertiges TVP, das den Extruder mit fester Textur und sichtbaren Fasern verlässt.

HMMA-Produkte und ihre Herstellung

HMMA besitzt eine dichte, faserige Struktur, die Muskelfleisch sehr ähnelt. Das Produkt enthält 50 bis 70 Prozent Feuchtigkeit und sollte gekühlt oder tiefgefroren gelagert werden. HMMA wird in erster Linie für Fertiggerichte wie für vegane Hähnchenstücke oder Hackfleisch verwendet.

HMMA wird – wie auch TVP – im ZSK Food Extruder erzeugt, aber die Zutaten werden bei einem höheren Wassergehalt verarbeitet. Faserlänge und -stärke sind Merkmale der HMMA-Qualität, ebenso wie die Produkttextur und -festigkeit. HMMA enthält 50 bis 70 Prozent Wasser und 30 bis 50 Prozent Pflanzenproteine, bei weniger als 10 Prozent Fettgehalt. Der Feuchtegehalt im Verfahren ist ein kritischer Faktor für die HMMA-Qualität, da zu viel Wasser dem Produkt eine spröde Textur und eine zu helle Farbe verleiht.

Ein ebenfalls sehr wichtiger Parameter bei der Herstellung von HMMA ist der mechanische Energieeintrag der rotierenden Doppelschnecken des ZSK Food Extruders. Während zu hohe Schneckendrehzahlen zu Produkten mit gummiartigen, schwer trennbaren Faserschichten führen können, erzeugen zu niedrige Drehzahlen teilweise zu weiche, teigartige und spröde Texturen. Mit der passend gewählten Schneckendrehzahl weist HMMA eine gleichmäßige Textur auf, deren Schichten sich einfach trennen lassen.

Direkt im Anschluss an den ZSK Food Extruder durchläuft das HMMA eine Kühldüse, in der die fleischähnliche Textur ausgebildet und diese „eingefroren“ wird. Der feste Strang wird im nächsten Verarbeitungsschritt geschnitten und für die Lagerung gekühlt.

Coperion ZSK Food Extruder in Hybrid-Version – für die Herstellung von TVP und HMMA auf einer Produktionslinie

Obwohl TVP und HMMA mit dem ZSK Food Extruder hergestellt werden, variieren die Prozessbedingungen beträchtlich. Abhängig von der Rezeptur für das jeweilige Produkt unterscheiden sich die Prozesszonen im Extruder und der notwendige Energieeintrag, um das gewünschte Produkt zu erzeugen. Zudem muss der Extruderaustrag bei der Umstellung zwischen TVP und HMMA geändert werden.

Der Coperion ZSK Food Extruder in Hybrid-Version berücksichtigt all diese Unterschiede und ermöglicht die Produktion von TVP und HMMA auf ein und derselben Linie. Er verwendet einen Adapter am Ende des Extruderverfahrensteils, um einen schnellen Wechsel zwischen Granulierung und Kühldüse zu ermöglichen. Maschinenbediener können diese Umrüstung in weniger als zwei Stunden durchführen – eine Elektrofachkraft wird dafür nicht benötigt. Den ZSK Food Extruder in Hybrid-Version hat Coperion insbesondere für kleine Produktionseinheiten, Forschungseinrichtungen und Start-ups entwickelt. Sobald eine Rezeptur perfektioniert ist, kann sie auf einen größeren Produktionsmaßstab übertragen werden.

Das Reinigen ist beim Wechsel zwischen TVP und HMMA sehr wichtig. Eine Kreuzkontamination von Produkten kann schwerwiegende Auswirkungen auf die Produktqualität haben. Der ZSK Food Extruder besitzt Doppelschnecken mit einem dichtkämmenden, selbstreinigenden Profil, sodass stagnierende Zonen über die gesamte Länge des Verfahrensteils vermieden werden. Dies ermöglicht schnelle Wechsel von einem Produkt zu einem anderen.

Die Herstellung von TVP erfordert eine Granulierung und einen Trockner, während HMMA-Produkte eine Kühldüse sowie Kühl- oder Gefriergeräte benötigen. Je höher die Produktionsraten sind, desto größer müssen diese Aggregate sein. So wird es mit zunehmender Anlagengröße weniger praktikabel, TVP und HMMA auf einer Produktionslinie herzustellen.

Ein Experte für das Extrudieren, Dosieren und Wiegen

Coperion realisiert Komplettlösungen für die Herstellung von TVP und HMMA. Wir verfügen über umfangreich eingerichtete Test Center, unterstützen bei der Entwicklung neuer Rezepturen, führen Tests mit neuen Rohmaterialien durch und geben umfassende Schulungen. Der ZSK Food Extruder ist der Extruder mit den höchsten Durchsatzraten am Markt. Er ist modular aufgebaut und lässt sich flexibel für jeden Prozess auslegen. Das Verhältnis des Schneckendurchmessers (äußerer zu innerem Schneckendurchmesser) ist unabhängig von der Extruderbaugröße konstant. Das ermöglicht die zuverlässige Übertragung einer Rezeptur auf höhere Produktionsraten.

Wenden Sie sich uns, wenn Sie mehr darüber erfahren möchten! Wir beraten Sie gerne, wie Sie Ihre Produktion für TVP und HMMA erweitern können.