Kasvipohjaisia proteiinijakeita elintarvikkeisiin

Maailmanlaajuiset megatrendit ja ajurit, kuten ilmastonmuutos, väestönkasvu ja kaupungistuminen, pakottavat myös ruuantuotannon uudistumaan. Kasvava kasviperäisten tuotteiden käyttö eläinperäisten tuotteiden rinnalla tai jopa korvaamassa niitä tukee resurssitehokkaampaa ja kestävämpää ruuantuotantoa.

Kuluttajien kiinnostus kasvisruokaan on selvästi lisääntynyt, mikä motivoi elintarviketeollisuutta vastaamaan kysyntään, lisäämään kasvipohjaisten ainesosien tutkimusta ja parantamaan kilpailukykyään uusien tuoteratkaisuiden avulla. Kasviraaka-aineisiin ja -proteiineihin perustuvia tuotteita tulee markkinoille kiihtyvällä tahdilla: nyhtikset, härkikset, kaurajuomat ja -jogurtit sekä soija- tai gluteenipohjaiset vegaaniset tuotteet valtaavat alaa kauppojen maito- ja lihahyllyistä. Kaupallisia kasviproteiinikonsentraatteja ja -isolaatteja on saatavilla jo runsaasti, ja määrä kasvaa jatkuvasti (taulukko).

Proteiinien rikastus sivuvirroista

Proteiinien rikastus maatalouden ja elintarviketeollisuuden sivuvirroista voi tulevaisuudessa mahdollistaa uusien tuotekonseptien kehityksen, etenkin kun sivuvirtojen vuosittaiset tuotantomäärät ovat valtavia. Sivuvirroiksi luokiteltavia runsasproteiinisia raaka-aineita ovat esimerkiksi viljojen leseet, erilaiset puristekakut, kuten rypsin puristekakku ja panimoteollisuudessa syntyvä mäski sekä tärkkelys- ja etanolituotannon nestemäiset sivuvirrat. Nämä käytetään nykyään suurelta osin eläinten rehuksi.

Vehnä- ja riisileseiden vuosittaiset tuotantomäärät ovat yhteensä noin 250 miljoonaa tonnia. Jos niiden sisältämästä proteiinista saataisiin talteen 50 prosenttia, riittäisivät leseproteiinit määrällisesti täyttämään miljardin ihmisen proteiinin tarpeen (50 g päiväannoksen mukaan).

Perinteisesti proteiinien rikastus kasviraaka-aineista tehdään nesteuutolla, jossa proteiini ensin liuotetaan uuttoseoksen pH:ta nostamalla ja sen jälkeen saostetaan pH:ta laskemalla. Prosessi vaatii kuitenkin paljon vettä ja kemikaaleja.

Proteiinien rikastus onnistuu myös kuivilla fraktiointimenetelmillä, kuten jauhatuksella ja ilmaluokituksella, jolloin haluttu erotus saavutetaan suoraan hienonnetusta jauhosta ilman, että raaka-ainetta tarvitsee sekoittaa veteen. Kuivilla fraktiointimenetelmillä saavutetaan kuitenkin usein alhaisempi proteiinipitoisuus, 25–70 prosenttia raaka-aineesta riippuen. Koska myös kasvisoluseinien kuitukomponentit ovat ravitsemuksellisesti kiinnostavia, ei välttämättä ole tavoiteltavaa täysin eristää proteiinia, vaan myös ravitsemuksellisesti hyödyllisten komponenttien seos on kiinnostava ”hybridiraaka-aine”.

Ravitsemuksellisia haasteita voidaan selättää

Kasviproteiinien ravitsemuksellisena heikkoutena pidetään puutteita ihmisille välttämättömien aminohappojen määrissä. Aminohapoista lysiiniä on rajoitetusti saatavilla viljoissa, ja rikkipitoisten aminohappojen pitoisuudet ovat alhaisia palkokasveissa. Yhdistelemällä vilja- ja palkokasvipohjaisia proteiinilähteitä voidaan molempien aminohapporyhmien määrät kuitenkin saada ravitsemuksellisesti sopivalle tasolle.

Ongelmat kasviproteiinien sulavuudessa ihmiskehossa voivat puolestaan johtua esimerkiksi kasvimateriaalin sisältämistä inhibiittoreista, jotka heikentävät ruuansulatusentsyymien toimintaa, tai proteiinin sijainnista sulamattomien kuiturakenteiden sisällä. Ravitsemuksellista laatua heikentävistä tekijöistä fytaatti sitoo itseensä mineraaleja vähentäen niiden biologista saatavuutta.

Palkokasvien sisältämät lektiinit voivat puolestaan aiheuttaa ruuansulatusongelmia. Proteiinien sulavuutta voidaan parantaa ja ravitsemuksellista laatua heikentävien komponenttien määrää vähentää esimerkiksi entsyymikäsittelyiden tai fermentoinnin avulla.

Uusia proteiiniainesosia kehitteillä

Kasvava kiinnostus kasviproteiinituotteita kohtaan näkyy niin elintarviketeollisuuden toiminnassa kuin tutkimuksen painotuksissakin. Viime vuonna järjestettiin jo kymmenes vuotuinen Protein Summit, jonka teemana oli uusien proteiinistrategioiden luominen. Ranskassa pidetty kokous keräsi ennätysmäärän, yli 300 osallistujaa, teollisuudesta ja muista sidosryhmistä. Useat rinnakkaisluennot ja näyttely antoivat kattavan kuvan siitä, miten paljon alalla on tapahtumassa.

Mykoproteiini, lehtiproteiini (Rubisco), sinimailasen proteiini ja hyönteisproteiini ovat esimerkkejä jo tuotetuista tai pilotoinnissa olevista uusista ainesosista. Ranska, Saksa ja Iso-Britannia ovat teollisuuden ja julkisten toimijoiden yhteistyönä luoneet omat proteiinistrategiansa, joihin sisältyy toimenpiteitä proteiinikasvien viljelyohjelmista tutkimus- ja investointitavoitteisiin.

Tapahtumassa työstettiin myös yhteistä eurooppalaista ”Proteiini 2030” agendaa. Viime vuonna Suomi allekirjoitti 13 muun maan kanssa eurooppalaisen julistuksen palkokasvien käytön lisäämisestä proteiinin lähteenä (neweurope.eu/article/13-eu-member-states-sign-european-soya-declaration).

Kuluttajatrendien myötä ja kestävän kehityksen mukaisten ratkaisujen löytämiseksi myös Teknologian tutkimuskeskus VTT keskittyy tutkimuksessa ja teknologiakehityksessä raaka-aineiden resurssitehokkaaseen hyödyntämiseen ja proteiinien rikastamiseen kasviraaka-aineista ja kasviperäisistä sivuvirroista. Parhaillaan VTT toimii yhteistyöverkostojensa kanssa useissa kansainvälisissä kasviainesosiin keskittyvissä projekteissa ja vetää kolmea kansainvälistä hanketta, joissa eri kasviraaka-aineista rikastetaan ja muokataan proteiinipitoisia jakeita elintarvikesovelluksia varten.

Edellytyksenä hyvät funktionaaliset ominaisuudet

Kasviproteiinien käyttöä elintarvikesovelluksissa vaikeuttavat ravitsemuksellisten tekijöiden lisäksi niiden teknologiset ja aistittavat ominaisuudet. Ainesosien soveltaminen elintarvikkeissa edellyttää ymmärrystä niiden funktionaalisista ominaisuuksista ja käyttäytymisestä elintarvikematriiseissa.

Ruokamatriisissa proteiinit ovat tärkeässä asemassa rakenteen muodostamisessa ja vaikuttavat esimerkiksi vaahtoutumis- ja emulgointiominaisuuksiin. Kasviproteiinit eivät toimi näissä rakenteissa yhtä hyvin kuin eläinperäiset proteiinit, ja yksi suurimmista haasteista on kasviproteiinien alhainen liukoisuus veteen.

Nesteuuttoon perustuvissa proteiinin erotusmenetelmissä prosessointiolosuhteet, kuten korkea pH tai lämpötila, usein heikentävät kasviproteiinien toiminnallisuutta. Kuivafraktioinnilla tuotetut kasviproteiinijakeet eivät joudu prosessointivaiheessa alttiiksi ääriolosuhteille, ja siksi näiden teknofunktionaaliset ominaisuudetkin ovat usein hyviä.

Funktionaalisia ominaisuuksia ja toisaalta myös makua voidaan parantaa esimerkiksi entsyymiavusteisesti. Proteiinien hydrolysointi lisää yleensä liukoisuutta, ja ristisilloittavilla entsyymeillä voidaan parantaa esimerkiksi rakenteenmuodostusta ja stabiiliutta. Myös fysikaalisilla prosessointimenetelmillä voidaan muokata kasviproteiinien teknologista funktionaalisuutta.

Tällä hetkellä VTT:llä on käynnissä kolme kasviproteiineihin liittyvää väitöskirjatyötä, joissa tutkitaan esimerkiksi kasviproteiinien fraktiointia ja funktionalisointia.