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Proteinfolien für Würste und Saatgut

Wursthüllen aus Kollagen stellen eine Alternative zum Naturdarm dar, bieten sie doch für Knack- und Brühwürste ein vergleichbares Erlebnis für den Kunden. In dem durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt „Biotechnologische Prozessentwicklung für neuartige Membranen auf Basis Kollagen“ wollen die Wissenschaftler die Prozesstechnik der Kollagenverarbeitung biotechnologisch optimieren und so auch die Umwelt schonen.

Das charakteristische Knacken der Wurst entsteht durch die Wursthülle. © Naturin Viscofan GmbH

Wenn man eine Wurst isst, dann beginnt dies mit dem Reinbeißen. Das dabei entstehende charakteristische Knacken wird durch die Wursthülle erzeugt und spielt in der Lebensmittelsensorik der Knackwurst eine bedeutende Rolle. Außer mit dem Naturdarm werden viele Brühwürste auch mit einer essbaren Kollagenhülle umschlossen. Dieser essbare Darm auf Kollagenbasis sorgt für den knackigen Biss und kann Naturdärme ersetzen. Bisher werden die Wursthüllen auf Kollagenbasis durch hydrolytische  Prozesse gewonnen. Dabei können Materialstärken von etwa 50 - 70 µm hergestellt werden. Das Kollagen wird zum Beispiel aus Rinderspalt, einem Teil der Lederhaut (Dermis), gewonnen, der in Gerbereien als Nebenprodukt anfällt. Ferner können Schweineschwarten oder auch Fisch verwendet werden.

Material und Energiekosten einsparen

Dr. Hans Füßer von der Naturin Viscofan GmbH © Naturin Viscofan GmbH

Das Strukturprotein Kollagen ist das am häufigsten vorkommende Protein im Körper von Wirbeltieren. Es ist unter anderem im Bindegewebe und in der Haut zu finden. Kollagen fällt als Nebenprodukt bei der Lederherstellung an und wird seit dem letzten Jahrhundert zu Wursthüllen weiterverarbeitet. Um eine bessere Material- und Energieeffizienz zu erreichen, also während der Herstellung Wasser, Material und Energiekosten einzusparen, hat sich die Projektgruppe „Biotechnologische Prozessentwicklung für neuartige Membranen auf Basis Kollagen„ zum Ziel gesetzt, die Kollagenhülle biotechnologisch mit Hilfe von Enzymen herzustellen und die Materialstärke der Hülle auf die Hälfte zu reduzieren. An dem durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Cluster Biopolymere/Biowerkstoffe geförderten Projekt sind die Naturin Viscofan GmbH, das Institut für Biologische Verfahrenstechnik der Hochschule Mannheim, die ASA Spezialenzyme GmbH, die N-Zyme BioTec GmbH, das Beratungsbüro Bio-Logik-Control Prof. Dr. Peter M. Kunz sowie die SUET Saat- und Erntetechnik GmbH beteiligt. „Neben der Reduzierung der Materialstärke auf unter 50 µm möchten wir auch Kollagen als biobasiertes Material in andere Anwendungsgebiete einführen“, erklärt Dr. Hans Füßer, Leiter der Abteilung für Forschung und Entwicklung der Naturin Viscofan GmbH, dem Hauptantragsteller des Projektes. „Wir wollen weg von rein chemisch hydrolytischen Prozessen“, so Füßer, der für Kunden des Unternehmens auch andere Produkte aus Kollagen entwickelt.

Analyse der Faserverteilung


Die Abbildungen zeigen den aus der Gerberei verwendeten Rinderspalt (Fleischspalt) (Abbildung links) sowie die gewolfte Kollagenmasse (Abbildung Mitte). Letztere ist ein viskosealestisches Gel mit faserigen Bestandteilen. Die Kollagengrundmasse (Abbildung rechts) hat die Zähigkeit eines Teiges und besteht aus nativem Kollagen mit intakter Proteinstruktur.

Um die Materialstärke der Hülle zu reduzieren, mussten die Projektpartner zunächst die Faserstrukturen des bisher eingesetzten Kollagens analysieren. Das Polymer Kollagen liegt als Fibrille vor. In der Fibrille sind die Kollagenmoleküle versetzt angeordnet, sodass elektronenmikroskopisch ein Bändermuster zu erkennen ist. Die Qualität des eingesetzten Kollagens bei der Wursthüllenproduktion wird über die chemische Analyse der Faserverteilung bestimmt. Dabei wird die Proteinkonzentration des Überstandes nach einer Zentrifugation der Kollagenmasse gemessen. Da jedoch die Verteilung der Faserbündeldicken und -längen die Produktion und Anwendungseigenschaften der Wursthüllen maßgeblich bestimmen, entwickelte das Projektteam eine neue, genauere Methode, die auf einer optischen Erfassung der Fasern mit einem Scanner basiert. Hier können nun auch Faserbündel in Dicken von etwa 10 bis 200 µm erfasst werden.

Kollagenfolie auch für Saatplatten

Demonstration der Faserstruktur der Kollagengrundmasse © Naturin Viscofan GmbH

Um eine geringere Materialstärke zu erreichen, setzen die Wissenschaftler statt der chemischen Behandlung mit Säuren oder Laugen Enzyme ein. Hierbei wurden zunächst verschiedene Enzyme getestet, mit denen Proteine aufgespalten werden können. Nach den Pilotversuchen zeigt sich, dass die Fasern in der Kollagenmasse je nach Behandlung unterschiedlich aufgeteilt sind. „Dank der besseren Analysemethoden konnten wir sehen, dass in der mit der Protease behandelten Kollagenmasse keine großen Faserbündel mehr vorhanden sind“, erklärt Füßer. „Wir haben ein Gemisch aus Fasern und Faserbündeln zwischen 5 und 80 µm erreicht. Daraus ergibt sich eine gute mechanische Festigkeit der Hülle.“ Es wurden bereits erste Versuche in der Produktion der Naturin Viscofan GmbH begonnen. Jedoch müssen noch die optimalen Bedingungen für die Enzyme in der Prozessanwendung bestimmt werden. „Die in dem Projekt gewonnenen Daten können als Basis für das Produktmodell dienen“, sagt Füßer. Somit bietet das Projekt eine Unterstützung für den Endanwender der Kollagenhülle oder -folie.

Eine weitere Endanwendung im Projekt ist der Einsatz einer Kollagenfolie als Saatplatte. Das Unternehmen SUET Saat- und Erntetechnik GmbH stellt bisher zum Beispiel Saatplatten für die Direktaussaat im Freiland und die Jungpflanzenanzucht her. Dabei ist das Saatgut zwischen zwei Schichten Papier eingebettet. Nach der Aussaat zersetzt sich das Papier nach wenigen Wochen und der Keimling kann das Keimmedium durchdringen. Die Projektpartner wollen versuchen, das Papier durch die Kollagenfolie zu ersetzen. Der Samen soll also in der Kollagenfolie eingebettet werden. „Wir erhoffen uns von der Kollagenfolie bessere Produkt- und Anwendungseigenschaften verglichen mit Papier“, sagt Füßer.

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