Eiwitextractie: hoe je eiwit haalt uit erwten, algen en zelfs lucht
Elke sojaburger, elk stukje kweekvlees en elke pot eiwitpoeder in de sportschooltas begint met dezelfde vraag: hoe haal je eiwit uit een grondstof en maak je het geschikt om te eten? Dat proces heet eiwitextractie: het scheiden van eiwitmoleculen van de rest van een grondstof — vezels, zetmeel, vet, water — zodat er een geconcentreerd, redelijk zuiver eiwitproduct overblijft. Vergelijk het met het trekken van bouillon: je kookt vlees en groenten samen en zeeft daarna de smaakstoffen van de vaste resten. Eiwitextractie doet iets soortgelijks, maar dan met erwten, algen, insecten of zelfs bacteriën die op waterstofgas leven, en met veel preciezere technieken dan een zeef.
Waarom is dit ineens relevant voor een site over toekomsttechnologie? Omdat de wereldbevolking groeit en klassieke dierlijke eiwitbronnen — vlees, zuivel, eieren — relatief veel land, water en broeikasgassen kosten. Onderzoekers en bedrijven zoeken daarom naar manieren om eiwit efficiënter te winnen: uit gewassen die we al verbouwen, uit organismen die snel groeien, of zelfs uit lucht en elektriciteit. Eiwitextractie is de schakel die een ruwe grondstof, bijvoorbeeld een zak gedroogde gele erwten, omzet in een bruikbaar ingrediënt zoals erwteneiwitpoeder, dat vervolgens in een vleesvervanger, drinkvoeding of bakproduct terechtkomt.
Wat is het precies?
Bij eiwitextractie begin je met een grondstof die van nature eiwit bevat, meestal tussen de 20 en 60 procent van het drooggewicht. Denk aan sojabonen, erwten, algen, insectenlarven of gekweekte micro-organismen. De rest van die grondstof bestaat uit zetmeel, vezels, vetten en mineralen die je meestal niet in het eindproduct wilt, omdat ze de smaak, textuur of houdbaarheid negatief beïnvloeden.
De meest gebruikte industriële methode is natte extractie, ook wel alkalische extractie genoemd. De grondstof wordt fijngemalen en in water opgelost bij een hoge pH-waarde (basisch, met bijvoorbeeld natronloog), waardoor de eiwitten oplossen terwijl vezels en zetmeel als vaste stof achterblijven en kunnen worden afgefilterd. Vervolgens verlaagt men de pH tot het zogeheten iso-elektrisch punt, het zuurtegraad waarbij de opgeloste eiwitten hun lading verliezen en als vlokken neerslaan. Die vlokken worden afgescheiden, gewassen en gedroogd tot eiwitpoeder. Deze methode is decennialang gebruikt voor sojaconcentraat en -isolaat, en wordt nu ook toegepast op erwten en bonen.
Een nieuwere aanpak is droge fractionering, waarbij geen water wordt gebruikt. Gemalen erwtenmeel wordt hierbij via luchtstromen gescheiden: lichtere eiwitdeeltjes worden door lucht meegevoerd (air classification), terwijl zwaardere zetmeeldeeltjes achterblijven. Deze methode verbruikt aanzienlijk minder water en energie dan natte extractie, maar levert doorgaans een minder zuiver eiwitconcentraat op (vaak 50 tot 60 procent eiwit in plaats van 80 tot 90 procent bij natte extractie). Onderzoeksgroepen, onder andere bij Wageningen University & Research, werken al langer aan het verbeteren van het rendement en de zuiverheid van droge fractionering.
Daarnaast bestaan enzymatische extractie, waarbij enzymen celwanden afbreken zodat eiwit makkelijker vrijkomt, en membraanfiltratie (ultrafiltratie), waarbij een membraan met microscopische poriën eiwitmoleculen scheidt van kleinere moleculen zoals suikers en zouten op basis van molecuulgrootte. Voor eiwit uit algen wordt vaak eerst de celwand mechanisch of enzymatisch opengebroken, waarna een vergelijkbare zuiveringsstap volgt. Bij zogeheten gasfermentatie, zoals bij het Finse product Solein, produceren micro-organismen zelf eiwit door waterstofgas, CO2 en mineralen te ‘eten’; het extractieproces bestaat daar vooral uit het oogsten en drogen van de microbiële biomassa.
Wat wil men ermee bereiken?
Het hoofddoel is het verduurzamen en diversifiëren van de wereldwijde eiwitvoorziening. Dierlijke eiwitproductie legt relatief veel beslag op landbouwgrond, zoet water en veroorzaakt aanzienlijke broeikasgasuitstoot, mede door de teelt van veevoer. Door eiwit rechtstreeks uit planten, algen, insecten of micro-organismen te halen, hoopt men minder land en water nodig te hebben per kilo eiwit, en de omweg via een dier te vermijden.
Een tweede doelstelling is voedselzekerheid: naarmate de wereldbevolking richting de 10 miljard mensen groeit, zoeken beleidsmakers en bedrijven naar eiwitbronnen die snel op te schalen zijn en minder gevoelig zijn voor droogte, ziektes bij vee of geopolitieke verstoringen in de graanhandel. Sommige technieken, zoals gasfermentatie, zijn zelfs vrijwel onafhankelijk van landbouwgrond en weersomstandigheden.
Tot slot speelt smaak- en functionaliteitsverbetering een rol: geëxtraheerde eiwitten worden niet alleen gebruikt in vleesvervangers, maar ook in sportvoeding, babyvoeding, bakkerijproducten en drankjes. Voor die toepassingen moet het eiwit niet alleen voedzaam zijn, maar ook goed oplossen, weinig bijsmaak hebben en de juiste textuur geven, wat continue verbetering van extractiemethoden stimuleert.
Voorbeelden uit de praktijk
Wageningen University & Research (Nederland) onderzoekt al ruim tien jaar droge fractioneringstechnieken voor erwten en bonen, met als doel eiwitconcentraten te maken met minder water- en energieverbruik dan bij natte extractie. Dit onderzoek vormt mede de wetenschappelijke basis voor Nederlandse en Europese bedrijven die erwteneiwit op de markt brengen.
Solar Foods, een Fins bedrijf opgericht in 2017 als spin-off van onderzoeksinstituut VTT en de Lappeenranta University of Technology, ontwikkelde Solein: eiwitpoeder gemaakt door waterstof-oxiderende bacteriën die CO2, waterstof en mineralen omzetten in eiwitrijke biomassa. Singapore keurde Solein in 2022 goed als novel food, wat wereldwijd aandacht trok als een van de eerste goedkeuringen voor dit type ‘eiwit uit lucht’.
Protix, gevestigd in Bergen op Zoom en opgericht in 2009, kweekt larven van de wapenvlieg (black soldier fly) op reststromen uit de voedingsindustrie en extraheert daaruit eiwit voor met name diervoeder en huisdiervoeding. Het bedrijf geldt als een van de grotere Europese spelers in insecteneiwit.
Roquette, een Frans agro-industrieel bedrijf, bouwde een grote erwteneiwitfabriek (NorthStar) in Manitoba, Canada, die sinds de opstart in de vroege jaren 2020 erwteneiwitisolaat produceert via natte extractie voor onder meer de vleesvervangersmarkt.
Mosa Meat, opgericht in Maastricht en bekend van 's werelds eerste gekweekte hamburger in 2013, gebruikt geen extractie uit planten of insecten, maar illustreert wel een verwante uitdaging: het produceren van een geschikt, betaalbaar en dierlijkvrij kweekmedium met de juiste eiwitten en groeifactoren om spiercellen te laten groeien.
Hoe ver is de techniek?
Natte extractie is een volwassen, industrieel bewezen technologie die al decennia op grote schaal wordt toegepast, vooral voor soja- en inmiddels ook erwteneiwit. De belangrijkste beperking is niet technisch maar praktisch: het proces verbruikt veel water en energie, en erwteneiwitisolaat heeft vaak nog een herkenbare, enigszins bittere bijsmaak die voedingsmiddelenfabrikanten met smaakstoffen moeten maskeren.
Droge fractionering is technisch minder ver ontwikkeld op industriële schaal; het levert doorgaans een minder zuiver concentraat op, wat de toepassingen beperkt tot producten waar 100 procent zuiverheid niet noodzakelijk is. Opschaling naar fabrieksniveau met consistente kwaliteit blijft een actief onderzoeksgebied.
Gasfermentatietechnieken zoals Solein bevinden zich in een vroeg commercieel stadium: de eerste goedkeuringen als novel food zijn binnen, maar grootschalige, kostenconcurrerende productie moet zich nog verder bewijzen ten opzichte van gevestigde eiwitbronnen. Insecteneiwit voor menselijke consumptie is in de Europese Unie sinds 2021 geleidelijk goedgekeurd als novel food voor specifieke soorten zoals de gedroogde meelworm, al blijft de acceptatie door consumenten een obstakel dat minstens zo groot is als de technische haalbaarheid.
Over de hele linie geldt dat kosten, smaak, textuur en consumentenacceptatie momenteel grotere obstakels vormen dan de extractietechnologie zelf, die in de meeste gevallen al werkt maar nog geoptimaliseerd moet worden voor kostprijs en kwaliteit op grote schaal.
Wie werken eraan?
In Nederland zijn Wageningen University & Research en het toegepast onderzoeksinstituut TNO belangrijke kennisdragers op het gebied van eiwitextractie en -fractionering, vaak in samenwerking met bedrijven binnen de zogeheten eiwittransitie, mede ondersteund door Nederlandse subsidieprogramma's zoals het Nationaal Groeifonds. Bedrijven als Protix (insecteneiwit) en DSM-Firmenich (ingrediënten en enzymtechnologie) zijn actief in dit veld.
Internationaal zijn Roquette en Ingredion grote spelers in plantaardige eiwitextractie op industriële schaal, terwijl Solar Foods (Finland) en Calysta (Verenigd Koninkrijk/Verenigde Staten, met het product FeedKind) voorop lopen in fermentatie- en gasgebaseerde eiwitproductie. In de Verenigde Staten onderzoekt onder meer Air Protein vergelijkbare gasfermentatietechnieken. Op universitair niveau dragen naast Wageningen ook instellingen als KU Leuven in België bij aan fundamenteel onderzoek naar extractiemethoden. Op Europees niveau financiert de Europese Unie via Horizon Europe-programma's meerdere onderzoeksprojecten rond alternatieve eiwitten, terwijl de Europese Autoriteit voor Voedselveiligheid (EFSA) verantwoordelijk is voor de veiligheidsbeoordeling van nieuwe eiwitbronnen onder de novel food-verordening.