Von Plastik zu Protein – Insekten als Lösungsweg in Plastikentsorgung und Lebensmittelversorgung
Hintergrund: Protein, Versorgung bei steigender Weltbevölkerung
Eiweiß bzw. Protein spielt eine wichtige Rolle bei der Abdeckung der Makro- und Mikronährstoffdefizite, der Weltbevölkerung. Mit dem ansteigenden Wohlstand, sowie der Preissenkung durch Massentierhaltung, stieg auch der Fleischkonsum. Dabei ist die industrielle Viehzucht einer der größten Faktoren bei lokalen und globalen Umweltproblemen.1 Es wird vorausgesagt, dass es einen Anstieg des durchschnittlichen jährlichen Bedarfs an Eiweiß, von 37,4 kg pro Person im Jahr 2000 auf 52 kg pro Person im Jahr 2050 geben wird.2 Dies stellt ein enormes Wachstum dar, vor allem wenn man bedenkt, dass im Jahr 2050 voraussichtlich mehr als 9,7 Milliarden Menschen auf unserer Erde leben werden.3
Um den Eiweißbedarf zu decken müsste somit das Fleischangebot, sowie das Angebot von pflanzlichen Proteins drastisch gesteigert werden. Dies würde jedoch die Umweltproblematik verschärfen und jegliche Klimaziele verfehlen. Zum einen nutzen beide Eiweißquellen große Landflächen in Monokulturen, was in einer niedrigen Bodendiversitätsrate resultiert und wobei oft Regenwälder abgeholzt werden. Zum anderen ist die Fleischproduktion durch den hohen Methanausstoß besonders von Rindern ein treibender Faktor des Klimawandels. Auch Wasser und Nahrungsverbrauch sind an dieser Stelle nicht ökologisch, von ethischen Problemen der Massentierhaltung ganz zu schweigen. Zudem kommen noch gesundheitliche Bedenken dazu, da Antibiotika verstärkt in der Massentierhaltung eingesetzt werden, was wiederum zu resistenten Keimen führen kann.
Es gibt jedoch noch eine alternative Eiweißquelle die bereits in vielen Teilen der Welt genutzt wird, doch hierzulande noch stark stigmatisiert ist. Die Rede ist von Insekten.
Innovation: Von Plastik zu Protein
Etwa ein Drittel der Weltbevölkerung hat Insekten regelmäßig auf dem Speiseplan, doch vor allem in der westlichen Gesellschaft werden diese noch überwiegend in der Ernährung abgelehnt. Dabei könnten sie zu einer stabilen und umweltfreundlicheren Lebensmittelversorgung beitragen. Insekten haben einen Proteinanteil in Trockenmasse von bis zu 77%.4 Zusätzlich sind sie reich an vielen verschiedenen Nährstoffen, unter anderen wichtigen Fettsäuren die sonst vor allem durch Fischverzehr aufgenommen werden.
Im Tierfutterbereich könnten Insektenmehle, je nach Tierart, 25 bis 100 Prozent des Soja- oder Fischmehlbedarfs ersetzen. Einige Insektenarten die als Nahrungsmittel verwendet werden können benötigen für die Aufzucht nur einfache organische Nebenprodukte oder Abfälle. Diese Fakten sind besonders interessant, denn jährlich werden rund 1,3 Milliarden Tonnen organische Abfälle produziert.4 Je nach Platzbedarf und Proteinwirkungsgrad sind Insekten zudem viel effizienter als andere tierische Proteinquellen. Daher können sie sowohl als Tierfutter, als auch menschliche Nahrung verwendet werden. Im Gegensatz zu anderen Nahrungsquellen stehen Insekten auch nicht in Landnutzungskonkurrenz gegenüber Lebensmittel- und Nutzpflanzen. Sie benutzen lediglich 1/10 der Nutzfläche im Vergleich zu Schweinen und Rindern, stoßen nur 1/100 der Treibhausgase aus und haben eine weitaus höhere Konversionsrate, sowie einen höheren essbaren Anteil.5 Sie benötigen zwölfmal so wenig Futtermittel wie Rinder für die gleiche Menge an Fleisch, was ebenfalls Ressourcen schont.
Doch Insekten können nicht nur in der Lebensmittelversorgung aushelfen. Wissenschaftler der Beihang Universität in Peking und der Stanford Universität in Kalifornien entdeckten, dass es bestimmte Bakterienarten im Darm der Wachswürmer (Plodia interpunctella) und Mehlwürmer (Tenebrio molitor) gibt, die den Konsum von Polystyrol-Schaum ermöglichen.6 Polystyrol ist ein gängiger Kunststofftyp, der 7 Prozent der jährlichen globalen Kunststoffproduktion von etwa 46,3 Mio. Tonnen ausmacht.7 Dies schafft die Möglichkeit, Mehlwürmer zu züchten und gleichzeitig Polystyrol-Abfälle bei der Proteinproduktion zu beseitigen.8 Wachswürmer, die Larven der indischen Mehlmotte, sind zudem in der Lage, PE-Folien zu kauen und zu essen. In ihrer Arbeit beschreiben die Wissenschaftler, dass das von den Mehlwürmern gegessene Polystyrol in 47,7% CO2, 49,2% Fäkalien und 0,5% Biomasse umgewandelt wird. Das bedeutet, dass aus 200kg Polystyrol 1kg Mehlwürmer gewonnen werden können. Dies ist möglich durch zwei Bakterienstämme (Enterobacter asburiae YT1 und Bacillus YP1), die in ihrem Darm isoliert wurden.9 Durch mehrere chemische und biologische Testverfahren wurde bewiesen, dass Mehlwürmer Polystyrol zersetzen und abbauen können.
Durch die Analyse des Molekulargewichts im Kot-Extrakt der Würmer konnte nachgewiesen werden, dass eine Depolymerisation/Spaltung der langkettigen Polystyrolstruktur stattfand und neue Fragmente mit einem niedrigeren Molekulargewicht im Darm der Mehlwürmer gebildet wurden.5 BE Solutions hat diesbezüglich eine Testreihe durchgeführt. Unsere Testzucht bewies, dass Mehlwürmer tatsächlich PS konsumieren. Wir gaben ihnen verschiedene Arten von PS und beobachteten einen Unterschied in der Dauer des PS Konsums. Währen 1g einer bestimmten Art von PS von ca. 60g Mehlwürmern in weniger als 4 Stunden verspeist wurde, dauerte es bei anderen Arten von PS 4 Tage oder sogar noch länger. Ungefähr 12,4g Mehlwürmer fraßen 0,2g PS in 1,45 Stunden.
Potential: Zukünftige Ver- und Entsorgung
Forscher möchten im nächsten Schritt die Darmbakterien der Mehlwurmlarven untersuchen und prüfen, inwieweit sich diese nach einer Extraktion vermehren und in Abbauprozesse in der Industrie, in Mülldeponien oder in Klärwerken einsetzen lassen. Man könnte in weiteren Schritten die Darmbakterien gezielt vermehren und zum Beispiel in Kläranlagen oder zur Trennung von Sondermüll einsetzen. Den Wissenschaftlern zufolge beschränkt sich die Wirkung der Mehlwürmer nicht nur auf den biologischen Abbau von Kunststoffen, denn die Larven wandeln das Polystyrol in Biomasse für den eigenen Organismus um. So lassen sich die Mehlwürmer dann im Anschluss beispielsweise als hochwertiges Fischfutter weiterverwenden, da es sich wie oben beschrieben, um hochwertige Eiweiß- und Proteinquellen handelt. So können Kreisläufe geschlossen und gleich zwei Probleme (Plastikentsorgung und Nahrungsmittelknappheit) angegangen werden. In solch einem Kreislaufsystem sehen wir besonderes Potential im Einsatz zur dezentralen Lösung der Plastikentsorgung und Lebensmittelversorgung, vor allem in finanziell und Infrastruktur schwachen Gebieten. Zudem tut sich ein weiteres Potential auf. Insekten haben einen recht hohen Fettanteil. Aus bestimmten Arten können so Öle und vor allem auch ein Fett hergestellt werden, welches Palmfett ähnelt. In Anbetracht der großen Problematik bezüglich der Waldrodung und Monokulturen zur Palmfettgewinnung, könnten Insekten so eine weitere Lösungsmöglichkeit bieten.
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Quellen:
1 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0924224412001458
2 http://www.fao.org/global-perspectives-studies/en/
3 https://www.un.org/development/desa/en/news/population/world-population-prospects-2019.html
4 https://www.madr.ro/docs/ind-alimentara/risipa_alimentara/presentation_food_waste.pdf
5 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5b02661
6 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5b02661
8 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es504038a
9 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/096517489400048M
