Jeder Deutsche hat im Jahr 2015 fast 25 Kilogramm Käse verzehrt. Insbesondere für Vegetarier ist Käse eine reichhaltige Eiweißquelle. Schwierig wird es indes für Käseliebhaber, die sich koscher oder halal ernähren wollen. Denn bei der herkömmlichen Käseproduktion werden Enzyme – die sogenannten Lipasen – eingesetzt, die aus dem Drüsengewebe aus Mund- und Rachenraum von Ziegen gewonnen werden. Lipasen spalten während der Käseproduktion Fette in freie Fettsäuren – dadurch beschleunigen sie den Reifeprozess, und unterstützen die Ausbildung eines kräftigeren Geschmacks.
Bei der Käseproduktion fällt zudem tonnenweise Molke als Abfallstoff an. Sie wird weltweit verkauft und zum Teil in der Pharmaindustrie als Füllstoff für Medikamente weiterverarbeitet. Auch diese Stoffe müssen sowohl koscheren als auch halal-basierten Ansprüchen gerecht werden. Um diese Problematik zu umgehen, lassen vor allem die großen Käseproduzenten seit einigen Jahren die Ziegenlipase in der Produktion einfach weg. Das hat dazu geführt, dass einige Käsesorten ihr charakteristisches Aroma verloren haben.
Alter Geschmack – neues Verfahren
Die Optiferm GmbH, ein mittelständisches Unternehmen aus dem Allgäu, das sich auf Enzyme und Kulturen in der Milchwirtschaft spezialisiert hat, will diesen Trend stoppen. Dazu entwickeln sie Lipase-Enzyme, die mithilfe von Pilzen erzeugt werden und somit die Anforderungen an ein vegetarisches, koscheres und halal-gerechtes Produkt allesamt erfüllen. Die Allgäuer suchen dazu zusammen mit dem Lebensmittelbiotechnologen Holger Zorn an der Justus-Liebig-Universität Gießen im Stoffwechsel von Speisepilzen nach geeigneten Lipasen. Das Verbundprojekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Initiative „KMU-innovativ: Biotechnologie-BioChance“ mit insgesamt knapp 300.000 Euro über einen Zeitraum von etwa drei Jahren bis Juli 2017 gefördert.
Speisepilze toxikologisch unbedenklich
Welche Vorteile Speisepilze als Enzymquellen haben, erläutert Projektmanagerin Julia Manhard: „Pilze enthalten sehr viele Enzyme, die sie nach außen hin absondern, sodass diese leicht zugänglich sind und die Zellen nicht erst umständlich aufgeschlossen werden müssen.“ Außerdem verwendet das Forscherteam Speisepilze (Basidiomyceten), die aus toxikologischer Sicht unbedenklich sind und zudem große Mengen der Enzyme sekretieren. Aufgrund ihrer besonderen katalytischen Eigenschaften und ihrer hohen Prozessstabilität eignen sich diese Enzyme hervorragend für einen Einsatz in der Lebensmittelbiotechnologie.
Da immer nur sehr geringe Mengen der Pilzenzyme eingesetzt werden, ist deren Herstellung außerdem sehr energieeffizient, und besonders im Vergleich zu der Ziegenlipase auch sehr ressourcenschonend, sagt Manhard. Die verwendeten Pilze sind sogenannte „Wildstämme“ aus der Natur und werden in der Stammsammlung der Universität Gießen gelagert. „Wir wollen definitiv keine gentechnisch veränderten Enzyme verwenden – und der Konsument will das auch nicht in seinem Käse“, betont Manhard.
Pilze geben Enzyme in Nährmedium ab
Um die Enzyme der Pilze zu gewinnen, werden die Pilze in flüssigem Nährmedium kultiviert. „Man darf dabei nicht an den Pilz auf dem Waldboden denken – uns interessiert nur das Myzel, das normalerweise im Boden wächst“, sagt Julia Manhard.
Um die Optimierung der Kulturbedingungen kümmerte sich die Gießener Doktorandin Nadja Kreuter aus dem Team um Holger Zorn. Das Labor ist der ideale Partner für das Projekt, denn bereits 2003 beschrieb Zorn als erster die Basidiomyceten-Lipasen und ließ diese anschließend auch patentieren. Das Besondere an den Pilzenzymen: je nach vorhandenem Substrat bilden sie verschiedene Aromen aus.
Hartkäse, Schnittkäse und Weichkäse zählen zu den sogenannten Süßmilchkäsen. Hier gerinnt die Milch durch die Zugabe des sogenannten Lab. Das Lab ist ein Enzymgemisch, das Milcheiweiß so spaltet, dass die Milch eindickt, ohne sauer zu werden. Es wurde ursprünglich aus der Schleimhaut des Labmagens junger, noch milchtrinkender Kälber gewonnen. Aufgrund stetig steigender Nachfrage, sowie ethischen Gründen wird das tierische Lab in der Käseindustrie jedoch seit Langem durch mikrobiell hergestelltes Labenzym ersetzt.
Am Geschmack gefeilt
„Besonders die charakteristischen Geschmacksprofile der Käsesorten Feta, Provolone und Kaschkawal leiden unter der neuen Praxis ohne Ziegen-Lipase“, sagt Manhard. Aufgrund der verhältnismäßig einfachen Herstellung haben sich die Forscher den Fetakäse als Testobjekt herausgesucht .
Die neuen Pilzlipasen werden gleich zu Beginn der Käseproduktion der erwärmten Milch zugegeben. Aktiv werden die Enzyme allerdings erst während der Käsereifung. Hier spalten sie die Fette und formen das Geschmacksprofil, das sich mit der Zeit intensiviert. Deshalb werden die so produzierten Fetakäse auch in regelmäßigen Abständen während der Reifung vom hausinternen „Sensorikpanel“, einem Kreis von Geschmacksexperten, verkostet und begutachtet, damit kein Fehlgeschmack auftritt.
Hierzu vergleichen die versierten Mitarbeiter den Pilz-Lipase-Käse mit herkömmlichem Ziegen-Lipase-Käse sowie mit lipasefreiem Käse. Das Ziel: Pilz- und Ziegen-Lipase-Käse sollen in Geschmack und Konsistenz nicht voneinander zu unterscheiden sein. „Die Konsistenz war recht einfach nachzuahmen, für den Geschmack mussten wir etwas länger an der Prozedur feilen“, so Manhard.
Zusätzlich zum Geschmackstest werden die Käse außerdem in Gießen mittels Gaschromatographie einem Fettsäureprofil unterzogen – ebenfalls mit dem Ziel das Profil des Pilz-Lipase-Käses dem des Ziegen-Lipase-Käses anzugleichen.
Bis zur Markteinführung dauert es noch
Obwohl die Projektpartner schon einen großen Schritt vorangekommen sind, rechnet Manhard noch mit mehreren Jahren, bis es zu einer Markteinführung kommt. Die Zusammenarbeit zwischen Optiferm und der Universität Gießen wird deshalb auch nach dem Ende des Verbundprojekts fortgeführt. Eine Patentierung der gemeinsamen Erfindung wurde bereits auf den Weg gebracht. Nun folgt die Maßstabsvergrößerung der Enzymproduktion und –aufreinigung.
Besonders die Entwicklung eines effizienten, praxisnahen Verfahrens zur Reinigung der Lipasen aus dem Kulturüberstand ist Voraussetzung für eine erfolgreiche Produkteinführung. Dabei wird neben der Wirtschaftlichkeit auch besonders Wert auf die Nachhaltigkeit des Produktionsprozesses gelegt. Außerdem muss das entwickelte Enzym noch durch die Europäische Lebensmittelaufsicht EFSA zugelassen werden. Dass die Lipase prinzipiell für Lebensmittelanwendungen geeignet und aus toxikologischer Sicht unbedenklich ist, konnte bereits im Rahmen eines toxikologischen Gutachtens bestätigt werden.
Einen wichtigen Zukunftsmarkt für ihre Produkte sieht Manhard vor allem in der veganen Ernährung – in Deutschland aber auch international: Sobald die Lipasen für die Herstellung von traditionellem Käse optimiert sind, ist ihr nächstes großes Ziel deshalb, Speisepilzlipasen für die Produktion von veganem Käse, beispielsweise aus Sojamilch, einzusetzen.
Autorin: Judith Reichel
