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Deutscher Zukunftspreis 2014 Lebensmittel aus Lupinensamen

Bitteres Lupineneiweiß verwandeln sie in schmackhafte, ressourcenschonende Fleisch- und Milchalternativen - dafür hat das Forscherteam den mit 250.000 Euro dotierten Zukunftspreis erhalten. Ein Teil des Teams kommt vom Fraunhofer Institut in Freising.

Stand: 19.11.2014

Team 3: Stephanie Mittermaier, Peter Eisner und Katrin Petersen (Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung in Freising und Prolupin GmbH) | Bild: Ansger Pudenz/Deutscher Zukunftspreis

Die Menschheit besser ernähren, Medikamente schneller entwickeln, neue Werkstoffe herstellen - das sind die Entwicklungen, die um den Deutschen Zukunftspreis konkurrierten. Das Rennen gemacht hat die Ernährungsidee: Die Lebensmittelchemiker Peter Eisner und Stephanie Mittermaier vom Fraunhofer Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung in Freising sowie Katrin Petersen von der Prolupin GmbH in Grimmen (Mecklenburg-Vorpommern) setzten sich mit ihrer Idee, Fleisch- und Milchalternativen aus Lupineneiweiß herzustellen, durch. Bundespräsident Joachim Gauck hat ihnen dafür am 19. November den Deutschen Zukunftspreis 2014 verliehen.

"Wir arbeiten an dem Verfahren seit 1989 und hatten vor sechs Jahren einen Punkt, an dem wir die Idee fast begraben hätten."

Peter Eisner vom Fraunhofer Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung in Freising nach der Preisverleihung

Der Deutsche Zukunftspreis

Der "Deutsche Zukunftspreis - Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation" wird nicht nur für herausragende Erfindungen vergeben, sondern auch für ihre Anwendungs- und Marktfähigkeit. Nominierungsvorschläge können die führenden deutschen Institutionen aus Wissenschaft und Wirtschaft machen. Den Preisträger bestimmt eine Fachjury. Sie nominiert jeweils bis zu vier Projekte, aus denen eines ausgewählt und ausgezeichnet wird. Der Preis wird seit 1997 jährlich an eine Einzelperson oder ein Team vergeben und ist mit 250.000 Euro dotiert.

Die Gewinner-Idee: Fleischersatz aus Lupinen

Schmecken wie "echt": Getränke, Eis und Aufstriche aus Lupine.

Ungefähr sieben Milliarden Menschen leben auf der Erde und jedes Jahr wächst die Bevölkerung um etwa 78 Millionen. So viele Menschen zu ernähren braucht viel Platz. Für pflanzliche Lebensmittel wird dabei wesentlich weniger Fläche benötigt, als für tierische Produkte. Das liegt an der großen Menge an pflanzlichem Futter bei der Tierhaltung. In einem Kilogramm produziertem tierischem Protein stecken so indirekt fünf Kilogramm Pflanzenprotein. Würden nur pflanzliche Produkte gegessen, wären die Flächen deutlich effizienter genutzt. Das Problem: Den meisten schmecken Fleisch, Käse und Eier besser als die Ersatzprodukte aus Soja. Das mit dem Zukunftspreis ausgezeichnete Freisinger Forscherteam entwickelte ein Verfahren, um aus Lupinen vegetarische und vegane Lebensmittel herzustellen, die so schmecken und sich im Mund anfühlen wie tierische Produkte.

Ressourcenschonender als Soja

Die Pflanzen werden in Mitteleuropa als Vor- oder Zwischenfrucht angebaut und stehen dadurch nicht in Konkurrenz zu Weizen, Mais oder Raps. Für den Anbau von Sojabohnen werden dagegen große Flächen tropischen Regenwaldes gerodet. Außerdem enthalten Soja-Produkte oft gentechnisch modifizierte Bestandteile. Lupinen sind garantiert nicht gentechnisch verändert. Dass Lupinen geruchlich und geschmacklich nahezu neutral sind, ist das Verdienst des Forscherteams. Sie schafften es, die Inhaltsstoffe von Lupinensamen vollständig voneinander zu trennen. Dadurch ließen sich die störenden Stoffe einfach herauslösen. Die übrig bleibenden Proteine schmecken fast neutral und können als Brotaufstrich, Wurst- oder Teigware sowie als Süßigkeit verarbeitet werden.

Pflanzliche Proteine für Milchersatzprodukte wie Joghurt oder Käse zu verwenden ist besonders schwierig. Die ausgezeichneten Forscher zeigten, dass Lupinen auch dafür geeignet sind. Ein veganes Lupinen-Speiseeis nach ihrem Rezept wird seit 2011 verkauft. Lupinen könnten dank ihrer besseren Eigenschaften Sojaprodukte gänzlich ersetzen. Mit ihrer Idee setzten sie sich gegen zwei Mitbewerber durch, die dünnen und biegsamen Stahl sowie ein effizientes Schnellverfahren für Medikamententests entwickelt hatten.

Mitbewerber-Idee 1: Ionenkanalmessungen im Hochdurchsatz

Michael George (links), Andrea Brüggemann (Mitte) und Niels Fertig (rechts)

Neue Medikamente entwickeln, das dauert bis zu zwölf Jahre und kostet im Schnitt rund 800 Millionen Euro. Ein Grund für den teuren und langfristigen Prozess liegt in der aufwendigen und zeitraubenden Analyse von Millionen von Substanzen, die als Wirkstoff infrage kommen. Die Münchner Wissenschaftler der Nanion Technologies GmbH haben eine Roboterplattform entwickelt, die das Aufspüren von medizinischen Wirkstoffen deutlich vereinfacht. Sie kann Hunderte Wirkstoff-Kandidaten parallel und gleichzeitig an über 700 Zellen testen.

Jeder Wirkstoff hat einen bestimmten Punkt im Körper, an dem er seinen heilenden Effekt entfalten soll, das sogenannte Target. Ein besonders wichtiges Target sind Ionenkanäle: feine Poren in der Zellmembran. Sie dienen als Schleuse und steuern den Fluss geladener Teilchen durch die Membran.
Bei diversen Erkrankungen, darunter Diabetes, Epilepsie und Mukoviszidose, ist die Funktion der Ionenkanäle gestört. Um eine geeignete Substanz zu finden, die genau hier wirkt, müssen Pharmaforscher unzählige Stoffe an verschiedenen Zellen testen. Das geschieht meist mit der Patch-Clamp-Technik, bei der sich elektrische Ströme durch die Zellmembran messen lassen.

Wirkstoffe für Medikamente schneller finden

Pipettierkopf mit 384 Pipetten

Die Forscher nutzten in einer abgewandelten Patch-Clamp-Methode Biochips auf denen winzige Sensoren eine automatisierte Analyse ermöglichten. Für das Verfahren waren Niels Fertig und Andrea Brüggemann bereits 2007 für den Deutschen Zukunftspreis nominiert.

Das Patchen mit Mikrochips ist mittlerweile das Standardverfahren bei der Suche nach Wirkstoffen. Die drei Forscher entwickelten das Verfahren jetzt zu einer breiten und flexibel einsetzbaren Roboterplattform weiter. Das neue SyncroPatch-System lässt sich dabei problemlos in bestehende Laboreinrichtungen einbauen. Es kann über 20.000 Substanzen pro Tag untersuchen und aussichtsreiche Wirkstoff-Kandidaten früher erkennen als bisher. Das beschleunigt die Wirkstoffsuche bei geringeren Kosten.

Mitbewerber-Idee 2: Horizontales Bandgießen von Stahl

Karl-Heinz Spitzer (links), Ulrich Grethe (Mitte) und Burkhard Dahmen (rechts)

Der traditionelle Werkstoff Stahl ist immer noch hochmodern. So lassen sich mit Spezialstählen besonders spritsparende Autos bauen. Die Forscher haben ein Stahl-Gießverfahren entwickelt, mit dem auch neuartige Sonderstähle energie- und ressourcenschonend hergestellt werden können.

Vor allem in der Automobilindustrie sind neue Stähle gefragt, um den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen zu verringern. Ein Beispiel ist HSD-Stahl. Sein großer Mangan-Anteil macht ihn stark verformbar und gleichzeitig sehr fest. Damit können selbst sicherheitsrelevante Bauteile wie Sitze, Türaufprallträger oder Stoßfänger deutlich leichter gemacht werden.

Hochleistungswerkstoffe ressourcenschonend herstellen

1:15 Modell der Bandgießmaschine (Salzgitter Flachstahl GmbH)

Horizontales Bandgießen oder Belt Casting Technology (BCT) heißt das Verfahren des Forscherteams. Anders als bei alten Verfahren, werden dabei keine 30 Zentimeter dicken Stahlblöcke gegossen, die mit viel Energie weiterverarbeitet werden müssen. Stattdessen werden 1 bis 2 Zentimeter dünne Bänder gegossen, die bereits ungefähr die Materialdicke haben wie die Bauteile, die aus ihnen gefertigt werden sollen.

Stahl wird dafür auf ein mitlaufendes, wiederverwendbares Förderband gegossen, dass von unten durch Wasser gekühlt wird. Das horizontale Gießen minimiert Spannungen, wenn der Stahl fest wird. Außerdem kühlen die dünnen Bänder schneller ab, auch das verbessert die Materialeigenschaft des Stahls. Das Horizontale Bandgießen verbraucht über 60 Prozent weniger Energie und senkt die Investitionen für den Bau einer Anlage auf ein Drittel.


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