Caseïne: het melkeiwit dat ook zonder koe gemaakt kan worden
Caseïne is het belangrijkste eiwit in melk. Ongeveer 80 procent van alle eiwitten in koemelk bestaat uit caseïne, de rest heet wei-eiwit. Caseïne is verantwoordelijk voor een eigenschap die iedereen kent van een boterham met kaas: als je mozzarella verhitten, wordt hij rekkerig en smelt hij soepel uit. Dat komt door de manier waarop caseïnemoleculen in melk kleine bolletjes vormen, micellen genoemd, die bij het maken van kaas samenklonteren tot een elastisch netwerk.
Traditioneel komt caseïne altijd van een koe, geit of ander zoogdier: het wordt uit melk gehaald door de melk te laten stremmen, bijvoorbeeld met het enzym leb. Maar er is een nieuwe ontwikkeling gaande waarbij wetenschappers caseïne maken zonder dat er een dier bij betrokken is. Ze gebruiken daarvoor gist of schimmels die, dankzij een stukje ingebouwd koeien-DNA, precies hetzelfde eiwit aanmaken als een koe zou doen. Het eindresultaat is moleculair identiek aan 'echte' caseïne, alleen is er geen koe voor nodig geweest.
Wat is het precies?
Caseïne is chemisch gezien een fosfoproteïne: een eiwit met fosfaatgroepjes die ervoor zorgen dat het zich in water kan ophouden in de vorm van micellen, microscopisch kleine bolletjes. Melk bevat verschillende soorten caseïne (alfa-, beta- en kappa-caseïne), die samen die bolletjes vormen. Wanneer de zuurgraad verandert of een enzym wordt toegevoegd, vallen de bolletjes uit elkaar en klonteren ze samen: dat is het stremmen waarmee kaas wordt gemaakt.
De nieuwe techniek om caseïne te maken heet precisiefermentatie. Dat werkt in grote lijnen in vier stappen. Eerst identificeren onderzoekers het gen dat in het DNA van een koe de blauwdruk vormt voor een bepaald caseïne-eiwit. Vervolgens knippen ze dat gen eruit en plakken ze het in het DNA van een micro-organisme, meestal een gist zoals Komagataella phaffii of een schimmel. Dat micro-organisme wordt daarna in grote fermentatietanks (bioreactoren) gevoed met suikers, net zoals bij het brouwen van bier, maar in plaats van alcohol produceert het nu het gewenste melkeiwit. Als laatste stap wordt het eiwit uit de fermentatievloeistof gefilterd en gezuiverd, zodat er een poeder overblijft dat verder verwerkt kan worden tot kaas, melk of andere zuivelproducten.
Het resultaat is geen plantaardige imitatie, zoals bij sojamelk of cashewkaas, maar een eiwit dat op moleculair niveau niet te onderscheiden is van caseïne uit een koe. Dat is precies waarom deze technologie anders is dan eerdere plantaardige alternatieven: de smelt- en rekeigenschappen van kaas kunnen in theorie veel beter worden nagemaakt.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer is het verkleinen van de ecologische voetafdruk van zuivel. Melkveehouderij vraagt veel land en water en koeien stoten methaan uit, een broeikasgas dat sterk bijdraagt aan klimaatverandering. Voorstanders van precisiefermentatie stellen dat het produceren van eiwit via gist in een bioreactor veel minder land, water en uitstoot vergt dan het houden van een koe, al verschillen de exacte cijfers per studie en zijn ze vaak nog gebaseerd op kleinschalige productie.
Een tweede doel is dierenwelzijn: er is geen koe nodig, dus geen melkveehouderij met de bijbehorende discussies over huisvesting en levensduur van melkkoeien. Daarnaast hopen bedrijven een product te maken dat lactosevrij is, omdat je alleen het eiwit isoleert en niet de melksuiker. Dat zou aantrekkelijk kunnen zijn voor mensen met lactose-intolerantie die toch willen genieten van kaas die echt smelt en rekt zoals ze gewend zijn.
Ten slotte spelen voedselzekerheid en schaalbaarheid een rol: fermentatie in tanks is in principe minder afhankelijk van beschikbare landbouwgrond en weersomstandigheden dan traditionele veehouderij, wat relevant kan worden naarmate de wereldbevolking groeit.
Voorbeelden uit de praktijk
Perfect Day (Verenigde Staten, opgericht in 2014) was een van de eerste bedrijven die wei-eiwit via precisiefermentatie op de markt bracht en kreeg in 2020 van de Amerikaanse voedsel- en warenautoriteit FDA de GRAS-status (Generally Recognized As Safe), een belangrijke regelgevende doorbraak die ook andere bedrijven de weg wees.
New Culture (Verenigde Staten, opgericht in 2019) richt zich specifiek op caseïne voor kaas, met als doel een mozzarella te maken die net zo smelt en rekt als de versie van een koe, maar dan volledig via gefermenteerde caseïne.
Formo (Duitsland, tot 2020 Legendairy Foods) ontwikkelt eveneens kaasproducten op basis van gefermenteerde caseïne en behoort tot de grotere Europese spelers in dit veld, met aanzienlijke investeringen sinds de oprichting.
Change Foods (Australië/Verenigde Staten, opgericht in 2019) werkt aan caseïne-gebaseerde kaas en test de technologie op kleinere schaal in samenwerking met voedselproducenten.
Standing Ovation (Frankrijk, opgericht in 2019) onderzoekt eveneens de productie van caseïne via fermentatie, met Europa als belangrijkste afzetmarkt op termijn.
Hoe ver is de techniek?
De basistechnologie, het laten produceren van melkeiwitten door gist, werkt inmiddels op laboratorium- en pilotschaal. De grootste horde is nu opschaling: bioreactoren die groot genoeg zijn om tegen een concurrerende prijs te produceren, zijn duur om te bouwen en te exploiteren. Daardoor is gefermenteerde caseïne op dit moment nog duurder dan caseïne uit melk, al dalen de kosten naarmate de productieschaal toeneemt.
Regelgeving verschilt sterk per regio. In de Verenigde Staten hebben verschillende bedrijven al een GRAS-status gekregen, wat verkoop in voedingsmiddelen vereenvoudigt. In de Europese Unie valt dit soort eiwit onder de Novel Food-verordening, een traject dat doorgaans meerdere jaren in beslag neemt voordat een product goedgekeurd wordt voor de Europese markt. Dat is een belangrijke reden waarom veel producten op basis van gefermenteerde caseïne vooralsnog vooral in de Verenigde Staten te vinden zijn, in beperkte oplage en vaak nog als proefproduct.
Inhoudelijk is er ook nog een uitdaging: melk bevat meerdere soorten caseïne in een specifieke verhouding, en het exact nabouwen van die mix is nodig om complexere, langer gerijpte kazen te kunnen maken. Voor eenvoudige producten zoals smeltkaas of mozzarella-achtige kaas lijkt dat al aardig te lukken, maar voor ambachtelijke, lang gerijpte kazen is nog meer onderzoek nodig.
Wie werken eraan?
Naast de eerder genoemde bedrijven Perfect Day, New Culture, Formo, Change Foods en Standing Ovation zijn er meer partijen actief, zoals Remilk (Israël) dat zich vooral op wei-eiwit richt. Het Amerikaanse Good Food Institute (GFI), een non-profitorganisatie die de sector volgt en onderzoek publiceert, speelt een rol als onafhankelijke informatiebron over de voortgang van precisiefermentatie wereldwijd.
Op onderzoeksgebied doet onder meer Wageningen University & Research in Nederland werk aan eiwittransities in voeding, waaronder fermentatietechnologie, al ligt de focus daar breder dan alleen caseïne. Verder zijn er universiteiten in de Verenigde Staten en Europa die bijdragen aan de onderliggende biotechnologie, zoals het efficiënter maken van gistsystemen voor eiwitproductie.
Geografisch is de Verenigde Staten voorlopig het land met de meeste startups en de meest gevorderde regelgeving op dit gebied, gevolgd door een groeiend aantal initiatieven in Europa (met name Duitsland, Frankrijk en Nederland) en Israël.