KAIST und Start-up SilicoBio läuten das Zeitalter mikrobiell hergestellter Lebensmittel im industriellen Maßstab ein
Sie schlagen Wachstumsstrategien für Proteinmarkt der nächsten Generation vor
Die Frage ist nicht mehr, ob mikrobielle Lebensmittel hergestellt werden können. Die Frage lautet nun: Wer kann sie als Erster zu einer Industrie machen? Forscher des KAIST haben die Voraussetzungen für den Erfolg der mikrobiellen Lebensmittelindustrie in den Bereichen Produktion, Märkte und Regulierung umfassend analysiert und Wachstumsstrategien für die Proteinindustrie der nächsten Generation vorgeschlagen.
KAIST (Präsident Choongsik Bae) gab am 31. Juli bekannt, dass ein Forschungsteam unter der Leitung von Distinguished Professor Sang Yup Lee vom Fachbereich für Chemie- und Biomolekulartechnik gemeinsam mit Forschern von SilicoBio, einem Start-up der KAIST-Fakultät, die Voraussetzungen für den Erfolg der mikrobiellen Lebensmittelindustrie in Bezug auf Herstellung, Markteintritt und regulatorischer Bereitschaft umfassend analysiert und eine Industrialisierungsstrategie sowie eine Roadmap vorgelegt hat.
Diese Studie ist insofern von Bedeutung, als sie keinen neuen Mikroorganismus oder keine neue Produktionstechnologie entwickelt hat, sondern stattdessen die zentralen Herausforderungen systematisch analysiert hat, die mit der Verbindung von laborbasierten Kerntechnologien mit der realen Industrie verbunden sind. Insbesondere durch die Darstellung einer integrierten Perspektive, die Produktionsreife, Markteintrittsstrategien und regulatorische Maßnahmen umfasst, schlägt die Studie eine Richtung für die Entwicklung mikrobieller Lebensmittel vor, die über die Proteinindustrie der nächsten Generation hinausgeht und zu einer zukünftigen Plattform für die biologische Produktion führt. Es wird erwartet, dass sie als wichtiger Meilenstein zur Stärkung der nationalen Wettbewerbsfähigkeit im Bereich der biologischen Produktion und zur Förderung einer globalen nachhaltigen Lebensmittelindustrie dienen wird.
Die Forscher stellten fest, dass sich der Wettbewerb in der mikrobiellen Lebensmittelindustrie von der Produktivität auf Laborebene hin zur Produktionsreife verlagert. Sie identifizierten eine stabile Rohstoffversorgung und Qualitätskontrolle, die Kontrolle und Sicherheitsgewährleistung bei Nicht-Modellmikroorganismen, die Senkung der Kosten für die nachgelagerte Verarbeitung sowie die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften für das Recycling von Nebenprodukten als Schlüsselfaktoren, die das Tempo der Kommerzialisierung bestimmen werden. Unter „Fertigungsreife“ versteht man den Grad, in dem eine Labortechnologie zuverlässig im industriellen Maßstab produziert werden kann. Nicht-Modellmikroorganismen sind Mikroorganismen mit hohem industriellem Potenzial, für die jedoch noch keine ausreichende Forschungsinfrastruktur vorhanden ist. Die nachgelagerte Verarbeitung umfasst die Prozesse der Trennung, Reinigung, Konzentration und Trocknung der Zielkomponenten nach der Fermentation.
Die Forscher betonten insbesondere, dass die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit weniger von der Exzellenz einer einzelnen Technologie abhängen wird, sondern vielmehr von der Fähigkeit, integrierte Produktionsplattformen aufzubauen. Eine integrierte Produktionsplattform bezeichnet ein Produktionssystem, das den gesamten Prozess als ein zusammenhängendes Ganzes betreibt – von der Stammentwicklung und der großtechnischen Fermentation bis hin zur Reinigung, Qualitätskontrolle und Produktformulierung. Selbst bei ein und demselben mikrobiellen Lebensmittelprodukt kann die Wahl des Rohstoffs die Vorbehandlungskosten und Qualitätsschwankungen beeinflussen, während die Wahl des Stammes und des Fermentationsverfahrens einen großen Einfluss auf die Produktionskosten, den Energieverbrauch und die Produktqualität haben kann. Die Forscher kamen daher zu dem Schluss, dass die zukünftige industrielle Wettbewerbsfähigkeit davon abhängen wird, wie schnell Unternehmen Produktionsplattformen aufbauen können, die diese Faktoren auf integrierte Weise optimieren.
Auf der Marktseite identifizierten die Forscher zudem die Voraussetzungen für den Erfolg der mikrobiellen Lebensmittelindustrie. Anhand von Verbraucherumfragen und Branchenbeispielen stellten sie fest, dass sich mikrobielle Lebensmittel nicht allein durch die Betonung ökologischer Nachhaltigkeit durchsetzen können. Verbraucher legen Wert auf Geschmack, Konsistenz, Vertrautheit und Sicherheit, während Lebensmittelhersteller die Funktionalität schätzen, die sich auf konkrete Produkte anwenden lässt. Unternehmen und Investoren messen unterdessen der Vorhersehbarkeit behördlicher Genehmigungsverfahren und der Geschwindigkeit des Markteintritts besondere Bedeutung bei. Mit anderen Worten: Der Markt für mikrobielle Lebensmittel ist in eine industrielle Phase eingetreten, in der nicht nur die Technologie, sondern auch die Produktentwicklungsfähigkeit und die regulatorische Bereitschaft gemeinsam bewertet werden.
Die Forscher argumentierten zudem, dass mikrobielle Lebensmittel nicht lediglich als Alternative-Protein-Industrie betrachtet werden sollten. Sie wiesen darauf hin, dass mikrobielle Lebensmittel das Potenzial hätten, sich zu einer zentralen Plattform für auf Präzisionsfermentation basierende funktionelle Lebensmittelzutaten, hochwertige Biomaterialien und zirkuläre Biofertigung zu entwickeln. Präzisionsfermentation ist eine Technologie, bei der Mikroorganismen eingesetzt werden, um gezielt bestimmte Proteine oder funktionelle Substanzen herzustellen. Die zirkuläre Biofertigung bezeichnet ein nachhaltiges Fertigungssystem, das Nebenprodukte und nachwachsende Rohstoffe zur Herstellung neuer biobasierter Produkte nutzt. Das bedeutet, dass mikrobielle Lebensmittel nicht nur zu einer zukünftigen Nahrungsquelle werden könnten, sondern auch zu einem neuen Produktionssystem, das die globale Lebensmittel-, Werkstoff- und Biofertigungsindustrie miteinander verbindet.
Die in dieser Studie vorgeschlagene Industrialisierungsstrategie steht zudem in engem Einklang mit der Geschäftsausrichtung von SilicoBio, das an der gemeinsamen Forschung beteiligt war. Auf der Grundlage der in der Studie vorgestellten Strategie zur Produktionsreife arbeitet SilicoBio daran, eine Plattform aufzubauen, die mikrobielle Proteine und funktionelle Lebensmittelzutaten mit Fermentation im industriellen Maßstab, Scale-up und Produktentwicklung verbindet. Unter „Scale-up“ versteht man den Prozess der Ausweitung der Produktion vom Labormaßstab auf den industriellen Maßstab.
Sang Yup Lee, Distinguished Professor am KAIST, sagte: „Da sich der globale Wettbewerb im Bereich der synthetischen Biologie und der biologischen Fertigung verschärft, entwickeln sich mikrobielle Lebensmittel zu einer Schlüsselbranche, die die nationale Wettbewerbsfähigkeit in der biologischen Fertigung über die Zukunft der Ernährung hinaus prägen wird.“ Er fügte hinzu: „Künftig wird die Wettbewerbsfähigkeit davon abhängen, wie schnell wir ein Industrialisierungs-Ökosystem aufbauen können, das Kerntechnologien mit der tatsächlichen Produktion und den Märkten verbindet.“
Ein Vertreter von SilicoBio erklärte: „Unser Ziel ist es, die in dieser Studie vorgeschlagene Industrialisierungsstrategie mit der tatsächlichen Produktion und Vermarktung zu verknüpfen“, und fügte hinzu: „Wir werden eine Plattform aufbauen, die in der Lage ist, mikrobielle Lebensmittel der nächsten Generation und funktionelle Biomaterialien stabil zu produzieren.“
Diese Studie, deren Erstautor Seok Yeong Jung, Doktorand am Institut für Chemie- und Biomolekulartechnik, ist und an der Forscher von SilicoBio als Mitautoren mitwirkten, wurde am 17. Juli in der internationalen Fachzeitschrift „One Earth“ (Impact Factor 15,3, JCR-Top 2,07 %) veröffentlicht.
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