Fermentatie: hoe micro-organismen onze voedsel- en materiaaltoekomst veranderen
Fermentatie is van oudsher het proces waarbij micro-organismen zoals gisten, schimmels en bacteriën suikers omzetten in andere stoffen. Denk aan het zuurdesembrood dat rijst door gist, de yoghurt die dikker wordt door melkzuurbacteriën, of het bier dat gist laat brouwen. Deze organismen doen dit al miljoenen jaren vanzelf; de mens heeft alleen geleerd om het proces te sturen en te benutten.
De afgelopen jaren is er een nieuwe laag bovenop deze eeuwenoude techniek gekomen. Wetenschappers passen het erfelijk materiaal (DNA) van micro-organismen aan, zodat deze niet zomaar alcohol of zuur produceren, maar heel specifieke moleculen: eiwitten die normaal alleen in koeienmelk voorkomen, of kleurstoffen die normaal uit vlees komen. Je zou het kunnen vergelijken met een bakker die niet langer alleen brood laat rijzen, maar zijn zuurdesem zo heeft getraind dat het exact het eiwit produceert dat in kaas zit — zonder dat er een koe aan te pas komt. Dit heet precisiefermentatie, en het is een van de snelst groeiende terreinen binnen de moderne biotechnologie.
Wat is het precies?
Om te begrijpen wat er nieuw is, moet je eerst drie vormen van fermentatie uit elkaar houden. Traditionele fermentatie is het klassieke proces: micro-organismen doen wat ze van nature doen, zoals bij zuurkool, tempeh of wijn. Biomassafermentatie gaat een stap verder: hierbij laat men een micro-organisme, bijvoorbeeld een schimmel, gewoon massaal groeien omdat de schimmel zelf — zijn cellen, zijn structuur — als voedingsmiddel dient. Denk aan mycoproteïne, de basis van sommige vleesvervangers.
Precisiefermentatie is de meest geavanceerde vorm. Hierbij wordt het DNA van een micro-organisme (meestal een gist, schimmel of bacterie) aangepast met een specifiek gen — een stukje erfelijke code dat de instructie bevat voor één bepaald molecuul. Dat gen kan bijvoorbeeld afkomstig zijn van een koe (voor het eiwit wei-eiwit), een plant (voor sojaleghemoglobine, de stof die vlees zijn 'bloederige' smaak geeft) of gewoon door mensen ontworpen zijn. Het micro-organisme gaat dat molecuul vervolgens zelf aanmaken tijdens het groeien.
Dit proces vindt plaats in een bioreactor: een grote, gesloten tank waarin temperatuur, zuurgraad, zuurstof en voeding (meestal suikers) nauwkeurig worden geregeld, vergelijkbaar met een enorme, computergestuurde brouwketel. De micro-organismen vermenigvuldigen zich, produceren het gewenste molecuul, en dat wordt daarna gezuiverd en gescheiden van de rest. Opschalen van dit proces — van een laboratoriumbekertje naar een fabriekstank van honderdduizenden liters — is technisch lastig en duur, en vormt een van de grootste knelpunten in het veld.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer is duurzaamheid. Veeteelt kost veel land, water en voer, en veroorzaakt aanzienlijke uitstoot van broeikasgassen zoals methaan. Met fermentatie kunnen dierlijke eiwitten — of moleculen die daarop lijken — worden geproduceerd zonder dat er een dier aan te pas komt. Dat scheelt in potentie ruimte, water en uitstoot, al verschilt de exacte milieuwinst per product en per productieproces, en is onafhankelijk, grootschalig onderzoek daarnaar nog beperkt.
Daarnaast biedt fermentatie toegang tot moleculen die anders schaars, duur of moeilijk verkrijgbaar zijn. Collageen bijvoorbeeld, een eiwit dat van nature uit huid en botten van dieren wordt gewonnen en veel wordt gebruikt in cosmetica en medische toepassingen, kan via fermentatie op een consistentere en diervrije manier worden gemaakt. Hetzelfde geldt voor enzymen die in de voedingsindustrie, wasmiddelen of medicijnen worden gebruikt.
Tot slot wordt er onderzoek gedaan naar bredere toepassingen: van leerachtige materialen gemaakt uit schimmeldraden (mycelium) tot biobrandstoffen en zelfs bouwmaterialen. Het idee is steeds hetzelfde: gebruik microben als kleine, programmeerbare fabriekjes in plaats van grondstoffen te winnen via landbouw, veeteelt of de petrochemische industrie.
Voorbeelden uit de praktijk
Een aantal bedrijven heeft de afgelopen tien jaar laten zien dat precisiefermentatie niet alleen theorie is. Perfect Day, opgericht in 2014 in de Verenigde Staten, produceert wei-eiwitten — de eiwitten die normaal in koeienmelk zitten — met behulp van gefermenteerde schimmels. Hun eiwit wordt inmiddels verwerkt in ijs en andere zuivelachtige producten van verschillende merken.
Impossible Foods gebruikt gefermenteerde gist om sojaleghemoglobine te produceren, een molecuul dat in hun plantaardige burgers zorgt voor een vleesachtige geur en 'bloederige' smaak bij het bakken. Dit ingrediënt kreeg rond 2019 goedkeuring van de Amerikaanse voedsel- en warenautoriteit (FDA) voor gebruik in voeding.
Solar Foods, een Fins bedrijf, produceert een eiwit genaamd Solein met behulp van bacteriën die groeien op waterstof en kooldioxide in plaats van suikers uit gewassen. Het bedrijf opende in 2024 een fabriek in Finland om dit proces op grotere schaal te testen — een van de weinige voorbeelden waarbij fermentatie vrijwel losstaat van landbouwgrondstoffen.
Nature's Fynd bouwt voort op een schimmelstam (Fusarium) die oorspronkelijk is gevonden in de hete bronnen van Yellowstone National Park. Deze schimmel wordt gefermenteerd tot een eiwitrijke basis voor vleesvervangers en zuivelalternatieven, met producten die rond 2021 op de Amerikaanse markt kwamen.
Geltor richt zich specifiek op recombinant collageen: collageen-achtige eiwitten die volledig via fermentatie worden gemaakt, bedoeld voor cosmetica en medische toepassingen zonder dierlijke oorsprong.
Hoe ver is de techniek?
Precisiefermentatie is voor sommige toepassingen al lang geen laboratoriumcuriositeit meer: enzymen en bepaalde eiwitten worden al decennia industrieel via fermentatie gemaakt, denk aan insuline voor diabetespatiënten, dat sinds de jaren tachtig via gefermenteerde bacteriën wordt geproduceerd. Nieuwer is de toepassing op grote schaal voor voedingsmiddelen zoals zuivel- en vleesvervangers.
Toch blijft opschaling het grootste obstakel. Bioreactorcapaciteit — het totale volume aan fermentatietanks wereldwijd dat geschikt is voor voedselproductie — is nog altijd klein vergeleken met wat nodig zou zijn om een substantieel deel van de wereldwijde vraag naar dierlijke eiwitten te vervangen. Het bouwen van nieuwe fabrieken is kapitaalintensief en kost jaren, en het energieverbruik van grootschalige fermentatie is nog niet in alle gevallen overtuigend lager dan traditionele productie.
Regelgeving speelt eveneens een rol. In de Europese Unie moeten nieuwe voedingsmiddelen via de zogeheten Novel Food-verordening worden goedgekeurd door de Europese Autoriteit voor Voedselveiligheid (EFSA), een proces dat vaak jaren duurt. In de Verenigde Staten verlopen goedkeuringstrajecten via andere instanties en soms sneller, wat verklaart waarom veel producten daar eerder op de markt verschijnen dan in Europa. Ook consumentacceptatie is onzeker: sommige mensen staan positief tegenover 'gefermenteerd' voedsel, anderen associëren het woord 'genetisch gemodificeerd' organisme nog met wantrouwen, ook al eindigt het geproduceerde molecuul zelf identiek aan het natuurlijke origineel.
Wie werken eraan?
Naast de eerder genoemde bedrijven — Perfect Day, Impossible Foods, Solar Foods, Nature's Fynd en Geltor — zijn er meer spelers actief, zoals The Every Company (eiwitten uit eieren via fermentatie) en Motif FoodWorks (smaak- en textuurmoleculen voor plantaardige producten). Grote industriële fermentatiebedrijven zoals dsm-firmenich leveren al langer enzymen en ingrediënten via vergelijkbare technieken en spelen een belangrijke rol in het opschalen van nieuwe toepassingen.
Op onderzoeksgebied is Wageningen University & Research in Nederland een vooraanstaand instituut, met specifieke aandacht voor de zogenoemde eiwittransitie — de verschuiving van dierlijke naar alternatieve eiwitbronnen, waaronder fermentatie. Ook TNO doet onderzoek naar opschaling en toepassingen van biotechnologie in de voedingsindustrie.
Landen die opvallen door actieve bedrijvigheid of onderzoek zijn de Verenigde Staten (met de meeste opkomende bedrijven), Finland (via Solar Foods) en Nederland (via onderzoek en beleid rond de eiwittransitie). Singapore profileert zich daarnaast als een land met relatief snelle goedkeuringstrajecten voor nieuwe voedingsproducten, wat het aantrekkelijk maakt voor bedrijven die snel willen lanceren. De Europese Unie speelt vooral een regulerende rol via EFSA, wat de introductiesnelheid van nieuwe producten op de Europese markt beïnvloedt.