Moderne fermentatie: precisiefermentatie en biomassafermentatie uitgelegd

Fermentatie bestaat al duizenden jaren, maar er zijn in de afgelopen jaren nieuwe ontwikkelingen voor eiwitproductie zonder dieren. Wat is (precisie)fermentatie en hoe verschilt het van biomassafermentatie?

Welke vormen van innovatieve of moderne fermentatie zijn er?

Fermentatie met behulp van bacteriën of schimmels wordt in de voedingsindustrie veel toegepast, bijvoorbeeld voor de conservering van melkproducten, evenals de productie van alcoholische dranken zoals bier. Er zijn drie verschillende vormen van moderne fermentatie.

Precisiefermentatie

Bij precisiefermentatie wordt gebruik gemaakt van micro-organismes die genetisch gemodificeerd zijn om de voedingsbodem in specifieke verbindingen om te zetten. Dit zijn bijvoorbeeld eiwitten, maar ook smaakmoleculen, vitamines of vetten. Dit is een nieuwe vorm van fermentatie waarbij meer controle en specificiteit in het productieproces is. Het bekendste voorbeeld hiervan is de productie van insuline. Bij precisiefermentatie wordt de geproduceerde stof vervolgens geïsoleerd van de micro-organismes.

Biomassafermentatie

Bij biomassafermentatie krijgen micro-organismes, zoals schimmels, bacteriën of gisten, voedingsstoffen toegediend die ze omzetten in onder anderen eiwitten en vezels. Die voedingsstoffen lopen uiteen, van suikerhoudende grondstoffen zoals suikerbieten tot reststromen zoals aardappelschillen. De micro-organismes zetten de voedingsbodem om in eiwitten, vezels en andere voedingsstoffen waardoor ze groeien. Vervolgens wordt de hele biomassa, dus zowel het eiwit als het micro-organisme, ‘geoogst’ en vervolgens verwerkt.

Gasfermentatie

Meerder start-ups produceren eiwitten produceren met als voedingsstof gasvormige koolstofbronnen. Denk hierbij aan CO2, waterstof of stikstof. Gasfermentatie is ook een vorm van biomassafermentatie, maar hierbij is geen productie van suikerhoudende gewassen nodig. Producenten gebruikten hiervoor specifieke bacteriën of micro-organismen die deze gassen kunnen omzetten in bijvoorbeeld eiwitten. Daarnaast voegen ze voedingsstoffen zoals water, nutriënten en vitamines toe in de bioreactor. De gehele biomassa wordt ‘geoogst’.

Wat is het verschil tussen precisiefermentatie, biomassafermentatie en gasfermentatie?

Het grootste verschil tussen precisiefermentatie en biomassafermentatie is dat de eerste specifieke functionele ingrediënten oplevert. Met precisiefermentatie kun je specifieke zuiveleiwitten maken, zoals het kaaseiwit caseïne. Bij biomassafermentatie en gasfermentatie is het eindproduct een eiwitrijk product, maar daarnaast bestaat het ook uit vezels, vitamines en mineralen. Het ingrediënt heeft geen functionele eigenschappen zoals schuimen of emulgeren. Sommige bedrijven werken wel aan het verbeteren van de oplosbaarheid van hun materiaal. Het verschil in biomassafermentatie en gasfermentatie zit in de voedingsbodem die de producent gebruikt.

Daarnaast wordt bij precisiefermentatie gebruik gemaakt van genetisch gemodificeerde organismes (GMO). Het DNA van micro-organismes zijn zo gemodificeerd dat ze enkel het gewenste eindproduct maken. Er is nog een discussie gaande in de EU of precisiefermentatie valt onder de GMO-wetgeving, omdat de GMO in het eindproduct eruit wordt gezuiverd.

Wat zijn de voordelen van (precisie)fermentatie?

Het grootste voordeel van (precisie)fermentatie is dat het land- en watergebruik drastisch lager kan. Er is minder behoefte aan landbouw- en grasland voor de productie van eiwitten. Verder is de productie van eiwitten vele malen sneller dan bij planten en dieren.

Biomassafermentatie kan met een verscheidenheid aan grondstoffen, in het bijzonder reststromen van de agrarische sector. Hiermee kunnen reststromen worden verwaard en leidt dat tot een efficiënter gebruik. Het levert ook een hogere productie van eiwitten op.

Precisiefermentatie biedt het voordeel dat de producent enorm veel controle kan uitvoeren op het proces en het eindproduct. De productie van zeer specifieke eiwitten is ook mogelijk met deze technologie.

Waarom mag (precisie)fermentatie nog niet in de EU?

Producenten mogen nieuwe voedingsmiddelen of ingrediënten niet zomaar op de markt brengen. Eerst moet de veiligheid worden gegarandeerd. Binnen de EU is het zo geregeld dat alleen de Europese Commissie nieuwe voedingsmiddelen kan toelaten op de Europese markt. Hiervoor moeten voedingsproducenten een Novel-Food-aanvraag indienen. Daarna onderzoekt de Europese voedselveiligheidsautoriteit Efsa of het veilig is. De ingrediënten die voortkomen uit precisiefermentatie zijn nieuw voor de EU-markt, dus moet Efsa eerst controleren of deze veilig zijn. Ook moet worden vastgesteld of de technologie veilig is.

Hetzelfde geldt voor biomassa- en gasfermentatie, omdat het gaat om een eindproduct dat nieuw is voor de Europese voedingsmarkt. Hierbij zijn wel uitzonderingen, zoals de mycoproteïnen (schimmeleiwit) van Quorn en het eiwit van MycoTechnology. De vleesvervangers van Quorn werden voor 1997 al in significante mate gegeten binnen de EU. MycoTechnology heeft begin 2023 toestemming gekregen van de EU om zijn ingrediënt op basis van erwten- en rijsteiwit dat is gefermenteerd met behulp van shiitake-paddenstoelenmycelia (schimmel) te verkopen.

Voedingsmiddelen die wordt gemaakt met andere micro-organismes of van een nieuwe technologie zullen het Novel-Food traject moeten doorlopen om de veiligheid te garanderen. Een aantal bedrijven wachten op goedkeuring: Nature’s Fynd, Solar Foods, Perfect Day, en The Protein Brewery.

Welke Nederlandse bedrijven zijn bezig met (precisie)fermentatie?

Those Vegan Cowboys

Het van origine Nederlandse bedrijf Those Vegan Cowboys is bezig met de ontwikkeling van koevrije kaas met behulp van precisiefermentatie. Het produceert caseïne en wil daarmee een koevrije kaas op de markt brengen.

Vivici

De Nederlandse start-up Vivici produceert het wei-eiwit β-lactoglobuline als ingrediënten voor voedingsproducenten. Vivici is een joint-venture van zuivelgigant Fonterra en ingrediëntenproducent DSM Firmenich. Vivici mag al producten verkopen in de Verenigde Staten.

The Protein Brewery

The Protein Brewery maakt het eiwitingrediënt Fermotein door middel van biomassafermentatie. Het Brabantse bedrijf mag het ingrediënt in Singapore en de VS verkopen.

Farmless

Farmless produceert eiwitten uit CO2, water, een stikstofbron en mineralen. Deze ingrediënten worden omgezet in een soort alcohol waarop de bacteriën groeien. Vervolgens wordt de hele biomassa ‘geoogst’.

FrieslandCampina

Zuivelbedrijf FrieslandCampina heeft een samenwerking met het Amerikaanse Triplebar Bio voor de ontwikkeling van eiwitten uit precisiefermentatie. FrieslandCampina Ingredients gebruikt sinds 2016 precisiefermentatie om oligosacchariden van moedermelk te produceren.