Gistolie: hoe een eeuwenoud keukenorganisme olie leert maken
Gistolie is een verzamelnaam voor plantaardige olie die niet uit een plant komt, maar wordt gemaakt door gist: hetzelfde soort schimmel dat brood laat rijzen en bier laat gisten. Bepaalde gistsoorten hebben van nature de eigenschap dat ze, onder de juiste omstandigheden, suikers omzetten in vet in plaats van in alcohol of koolzuurgas. Dat vet slaan ze op in kleine druppeltjes in hun cellen. Oogst je die cellen en pers of extraheer je het vet eruit, dan houd je een olie over die qua samenstelling sterk lijkt op plantaardige olie zoals palmolie of kokosolie.
Een handige vergelijking: waar een oliepalm jaren moet groeien voordat er vruchten met olie aan de boom hangen, kan gist in een fermentatietank binnen enkele dagen olie produceren, gevoed met bijvoorbeeld suikerrijk restafval uit de voedingsindustrie. Het is in zekere zin bierbrouwen, maar dan met vet als eindproduct in plaats van alcohol. Die snelheid en onafhankelijkheid van landbouwgrond maken gistolie interessant als mogelijk alternatief voor plantaardige oliën waarvan de teelt problematisch is, zoals palmolie.
Wat is het precies?
De sleutel zit in zogeheten oleaginous gistsoorten, letterlijk "olie-minnende" gisten. De bekendste in onderzoek is Yarrowia lipolytica, een gistsoort die van nature al vet kan opslaan, in tegenstelling tot de bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae) die de meeste mensen kennen van brood en bier.
Het proces verloopt ruwweg in stappen. Eerst krijgt de gist een voedingsbodem met suikers of andere koolstofbronnen, vaak reststromen zoals melasse, glycerol of afval uit de voedingsindustrie. Zolang er voldoende stikstof beschikbaar is, gebruikt de gist die koolstof vooral om te groeien en zich te delen. Wordt de stikstof kunstmatig beperkt, dan schakelt de cel over: overtollige koolstof wordt niet langer gebruikt om nieuwe cellen te bouwen, maar wordt omgezet in vetdruppels (triglyceriden) die als energiereserve worden opgeslagen, ongeveer zoals een dier vet opslaat voor de winter.
Onderzoekers grijpen vaak in met genetische modificatie om dit proces te versnellen en te vergroten: genen die vetopbouw afremmen worden uitgeschakeld, genen die vetopbouw stimuleren juist extra actief gemaakt. Daarmee kunnen sommige gestuurde gistcellen in laboratoriumomstandigheden een aanzienlijk deel van hun eigen gewicht aan vet opslaan. Na de fermentatie worden de cellen geoogst, opengebroken en wordt de olie gescheiden van de rest van de celinhoud, waarna ze verder wordt gezuiverd en geraffineerd op een manier die vergelijkbaar is met de raffinage van plantaardige olie.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer is het verminderen van de milieu- en klimaatschade die gepaard gaat met bepaalde plantaardige oliën, met name palmolie. De teelt van oliepalmen heeft in Zuidoost-Azië geleid tot grootschalige ontbossing en verlies van leefgebied voor onder meer orang-oetans, en levert een aanzienlijke bijdrage aan de uitstoot van broeikasgassen wanneer veengrond wordt drooggelegd voor plantages.
Gistolie belooft datzelfde soort vet te leveren zonder tropisch regenwoud te kappen: de productie kan in principe overal ter wereld plaatsvinden, in gesloten fermentatietanks, los van klimaat, seizoen en beschikbaarheid van vruchtbare grond. Bovendien kan de gist gevoed worden met reststromen die anders worden weggegooid, wat aansluit bij het idee van een circulaire economie.
Daarnaast hopen onderzoekers en bedrijven de vetzuursamenstelling van de olie preciezer te kunnen sturen dan bij plantaardige olie, door de gist genetisch aan te passen. Dat opent perspectief op oliën die specifiek zijn afgestemd op toepassingen in voeding, cosmetica, zeep of zelfs duurzame vliegtuigbrandstof, zonder dat daarvoor telkens een nieuw landbouwgewas nodig is.
Voorbeelden uit de praktijk
Een aantal concrete initiatieven laat zien hoe het veld zich ontwikkelt, van laboratorium tot eerste fabrieken.
NoPalm Ingredients (Bergen op Zoom, opgericht in 2021) is een Nederlands bedrijf dat gist laat fermenteren op reststromen uit de voedingsindustrie om een palmolie-alternatief te maken. Het bedrijf heeft investeringen opgehaald om van laboratoriumschaal door te groeien naar een eerste productiefaciliteit, met als doel de olie op termijn te leveren aan de cosmetica- en voedingsindustrie.
C16 Biosciences (New York, opgericht in 2017) ontwikkelt onder de merknaam Palmless een palmolie-vervanger op basis van gistfermentatie, gevoed met agrarische reststromen. Het bedrijf kreeg bekendheid doordat het onder meer steun kreeg van klimaatinvesteerders die zich richten op technologie tegen ontbossing en broeikasgasuitstoot.
In academisch onderzoek geldt Yarrowia lipolytica al langer als modelorganisme. Verschillende universitaire onderzoeksgroepen, waaronder in de Verenigde Staten, hebben via genetische aanpassingen gistcellen gemaakt die een aanzienlijk deel van hun celgewicht als vet opslaan, ver boven wat de gist van nature doet. Dit soort werk vormt de wetenschappelijke basis waarop bedrijven later voortbouwen.
Xylome Corporation (Wisconsin, VS) onderzoekt gist als bron van olie voor biobrandstof, met een focus op moeilijk te verduurzamen sectoren zoals luchtvaart, en heeft daarvoor onderzoekssteun ontvangen vanuit Amerikaanse overheidsprogramma's gericht op hernieuwbare energie.
Hoe ver is de techniek?
Gistolie bevindt zich grotendeels nog in de fase tussen laboratorium en eerste commerciële productie. De biologie zelf, gist die op commando vet gaat opslaan, is al enkele decennia bekend uit onderzoek. Wat de afgelopen jaren vooral is veranderd, is dat bedrijven proberen dat proces op te schalen naar tonnen in plaats van grammen, en betaalbaar te maken.
Dat opschalen is het grootste obstakel. Grote fermentatietanks moeten steriel blijven om te voorkomen dat ongewenste micro-organismen de gist verdringen, het extraheren van olie uit gistcellen kost energie, en de reststromen waarmee de gist gevoed wordt zijn niet overal even goedkoop of constant van kwaliteit beschikbaar. Daardoor ligt de kostprijs van gistolie vooralsnog aanmerkelijk hoger dan die van gewone palmolie, die dankzij decennia aan schaalvoordeel en lage landprijzen extreem goedkoop is.
Om die reden richten de meeste bedrijven zich eerst op kleinere, hoogwaardige markten zoals cosmetica en specialistische voedingsvetten, waar klanten bereid zijn een meerprijs te betalen voor een duurzamer alternatief. De wereldwijde vraag naar plantaardige olie is met naar schatting ruim honderd miljoen ton per jaar echter zo enorm, dat gistolie daarvan voorlopig maar een fractie kan leveren. Of en wanneer de techniek ooit concurrerend wordt met bulkproductie van palmolie, is onzeker en hangt sterk af van verdere technologische verbeteringen en van hoe overheden ontbossing en broeikasgasuitstoot beprijzen.
Wie werken eraan?
Naast de eerder genoemde bedrijven NoPalm Ingredients, C16 Biosciences en Xylome Corporation zijn ook gevestigde spelers uit de industriële biotechnologie actief in het bredere veld van fermentatie-gebaseerde ingrediënten, al ligt hun focus niet uitsluitend op olie. Grote fermentatietechnologiebedrijven zoals DSM-Firmenich en Novonesis (voorheen Novozymes) hebben decennialange ervaring met het opschalen van microbiële productieprocessen, kennis die relevant is voor gistolie.
Op wetenschappelijk vlak wordt in de Verenigde Staten aan meerdere universiteiten onderzoek gedaan naar de metabole aansturing van oleaginous gisten, vaak met steun van het Amerikaanse ministerie van Energie (Department of Energy), dat geïnteresseerd is in microbiële oliën als grondstof voor duurzame vliegtuig- en scheepvaartbrandstof. In Nederland doet Wageningen University & Research, van oudsher sterk in fermentatietechnologie en voedingsbiotechnologie, onderzoek dat raakt aan microbiële olieproductie en de opschaling daarvan.