Organoleptische Tests sind entscheidend für kultiviertes Fleisch, um die sensorischen Eigenschaften von herkömmlichem Fleisch nachzubilden. Wichtige Kennzahlen umfassen:
- Saftigkeit: Gemessen mit Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) und Feuchtigkeitsverlusttests während des Kochens. Herausforderungen sind die Replikation des Fettgehalts und der Feuchtigkeitserhaltung.
- Zartheit: Bewertet mit Texture Profile Analysis (TPA) und Warner-Bratzler Scherkraft (WBSF). Kultiviertes Fleisch zeigt vielversprechende Ergebnisse bei der Erreichung weicherer Texturen.
- Mundgefühl und Textur: Analysiert durch Rheologie und Gerüststeifigkeit. Aktuelle Produkte fehlen die faserige Komplexität von ganzen Stücken.
- Geschmack und Aroma: Techniken wie GC-MS und elektronische Nasen identifizieren Schlüsselverbindungen, wie die aus der Maillard-Reaktion, um fleischige Aromen zu imitieren.
Während kultiviertes Fleisch mit Saftigkeit und Geschmacksvielfalt zu kämpfen hat, verringern Fortschritte in Co-Kultursystemen und geschmacksverstärkenden Gerüsten die Lücke zu konventionellem Fleisch.
Wichtige organoleptische Kennzahlen für kultiviertes Fleisch
Saftigkeit: Messmethoden und Ergebnisse
Die Replikation der Saftigkeit von konventionellem Fleisch in kultivierten Alternativen hat sich als schwierig erwiesen. Forscher gehen dieses Problem an, indem sie Adipozyten (Fettzellen) mit Muskelzellen co-kultivieren oder separate "Fettblöcke" produzieren, die reich an Lipiden sind. Diese Ansätze zielen darauf ab, die Feuchtigkeitsbindung zu verbessern und das ölige Geschmacksprofil zu verstärken, das zur Saftigkeit beiträgt [1][9].
Zur Messung der Saftigkeit wird häufig Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) verwendet.Diese Methode identifiziert flüchtige Verbindungen wie Nonanal und 2-Ethyl-1-hexanol, die entscheidend für das "fettige" Mundgefühl und die Wahrnehmung von Saftigkeit sind [1][3]. Ein anderer Ansatz beinhaltet das Garen von Fleischproben auf spezifische Kerntemperaturen - 65°C, 70°C und 75°C - und das Messen des Feuchtigkeitsverlusts während des Prozesses [5]. Forscher haben herausgefunden, dass die Erhöhung der Adipogenese nicht nur die Feuchtigkeitsretention verbessert, sondern auch flüchtige Verbindungen erzeugt, die das Aroma von geröstetem Rindfleisch nachahmen [1].
Diese Fortschritte in der Saftigkeitsforschung ebnen den Weg für die Erforschung anderer wichtiger texturaler Eigenschaften, wie Zartheit.
Zartheit: Bewertung und Benchmarks
Nach der Saftigkeit sticht die Zartheit als entscheidender Faktor bei der Bestimmung der Qualität von kultiviertem Fleisch hervor.Zwei primäre Methoden werden zur Bewertung der Zartheit verwendet: Texture Profile Analysis (TPA) und Warner-Bratzler Shear Force (WBSF).
- TPA simuliert den Kauvorgang durch einen Doppelkompressionstest und misst Aspekte wie Härte, Elastizität, Kohäsion, Kaubarkeit und Widerstandsfähigkeit [2].
- WBSF verwendet eine V-förmig gekerbte Klinge, um die Kraft zu bestimmen, die erforderlich ist, um die Fleischprobe zu scheren [7][2].
Eine Studie aus dem Jahr 2022 [2] verglich kultivierte Frankfurter Würstchen mit konventionellen. Während die Härtegrade ähnlich waren, zeigten die kultivierten Würstchen einen Elastizitätswert von 0,54, der dem von rohem Huhn (0,61) nahekommt.Allerdings stellte die Studie fest, dass kultiviertes Fleisch tendenziell einen höheren Young'schen Modul (ein Maß für die Steifigkeit) im Vergleich zu herkömmlich verarbeitetem Fleisch aufweist [2].
"Die Analyse des Young'schen Moduls war der Parameter, der die größten Unterschiede zeigte... kultiviertes Fleisch, das als Frankfurter Wurst zubereitet wurde, weist einen signifikant höheren Wert auf als die kommerzielle Wurst, was darauf hindeutet, dass der Herstellungsprozess zu einem steiferen Produkt führt." - Jacobo Paredes et al., Nature [2]
Mundgefühl und Texturanalyse
Das Erreichen des richtigen Mundgefühls ist entscheidend für die Kundenzufriedenheit. Das Mundgefühl wird mit Rheologie bewertet, die die viskoelastischen Eigenschaften von Fleisch durch Messung des Speichermoduls (G') und des Verlustmoduls (G'') [2] bewertet.Diese Methode bietet Einblicke in die innere Struktur und das Fließverhalten von Fleischmatrizen [2]. Um ein vollständiges Bild zu erhalten, kombinieren Forscher jetzt Zug-, Druck- und Schertests, die eine dreidimensionale Analyse von Fleischprodukten bieten [8].
Ein entscheidender Faktor, der das Mundgefühl beeinflusst, ist die Steifigkeit des Gerüsts, die eine wichtige Rolle bei der Gestaltung der endgültigen Textur spielt. Studien legen nahe, dass Gerüste mit einem Young'schen Modul von etwa 11 kPa ideal für das Muskelwachstum (Myogenese) sind, während solche um 3 kPa besser für das Fettwachstum (Adipogenese) geeignet sind [1]. Darüber hinaus versteifen sich kultivierte Muskelgewebe, wenn sie auf 60°C erhitzt werden, aufgrund der Denaturierung von Proteinen [1].
Kultiviertes Fleisch weist oft eine geringere Kohäsion im Vergleich zu herkömmlich verarbeitetem Fleisch auf, was bedeutet, dass es bei Tests dazu neigt, leichter auseinanderzubrechen [2].Im Gegensatz dazu zeigt tierisches Fleisch typischerweise eine höhere Steifigkeit bei Zug als bei Druck. Zum Beispiel hat tierische Wurst eine Zug-Druck-Asymmetrie von 2,41 [8]. Diese Faktoren beeinflussen das gesamte Esserlebnis erheblich.
Geschmacks- und Aromaprofilierung in kultiviertem Fleisch
Analytische Methoden für Geschmack und Aroma
Geschmack ist eine der kritischsten Eigenschaften bei kultiviertem Fleisch. Um die flüchtigen Verbindungen zu identifizieren, die für fleischige, muffige und fettige Aromen verantwortlich sind, verlassen sich Forscher auf fortschrittliche Techniken wie Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) kombiniert mit Dynamische Headspace-Probenahme (DHS) und GC-MS-Olfaktometrie (GC-MS-O). In diesen Methoden schnüffeln geschulte Beurteiler am GC-Auslass und ordnen chemische Peaks spezifischen Aromen zu [6][10][11].
Ein weiteres Werkzeug, die elektronische Nase (e-nose), bietet eine schnelle Aroma-Fingerabdruckerstellung. Diese Technologie erstellt einen "Fingerabdruck" von Aromen, der schnelle Vergleiche zwischen kultiviertem und konventionellem Fleisch ermöglicht [10]. Währenddessen bewertet die elektronische Zunge (e-tongue) nicht-flüchtige Geschmackskomponenten wie Bitterkeit, Säure und Umami, indem sie elektrochemische Reaktionen misst [3]. Für wasserlösliche Geschmacks-Vorläufer wie Aminosäuren und Zucker - Schlüsselakteure bei der Aromaentstehung während des Kochens - ist Flüssigchromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) die bevorzugte Methode [1][11].
In einer Studie verwendeten Forscher die Hauptkomponentenanalyse auf GC-MS-Daten, um kultiviertes Schweinefett mit konventionellem Fett zu vergleichen und erfassten 90.0 % der Variation zwischen den beiden Proben [6]. Dieses Detailniveau hilft dabei, herauszufinden, wo sich kultiviertes Fleisch unterscheidet, und leitet Bemühungen, die Aromen von herkömmlichem Fleisch präziser nachzubilden.
Diese Werkzeuge tun mehr, als nur Aromen zu identifizieren - sie helfen Wissenschaftlern auch, die Verbindungen zu bestimmen, die benötigt werden, um die Aromen von traditionellem Fleisch nachzuahmen.
Schlüsselaromastoffe in kultiviertem Fleisch
Mit diesen hochmodernen Techniken haben Forscher spezifische Aromastoffe identifiziert, die entscheidend für die Nachbildung des Geschmacks von herkömmlichem Fleisch sind. Die komplexe Chemie von gekochtem Fleisch nachzubilden, ist keine leichte Aufgabe, da kultiviertes Fleisch oft bestimmte Geschmacks-Vorläuferstoffe fehlt, die sich bei Tieren durch ihre Ernährung natürlich ansammeln oder von nicht-muskulären Organen modifiziert werden [4].Ein herausragendes Beispiel ist die Maillard-Reaktion, die auftritt, wenn Aminosäuren und reduzierende Zucker bei Temperaturen über 150°C interagieren und das geröstete, fleischige Aroma erzeugen, das gekochtes Rindfleisch definiert [10].
"Der Unterschied in den Aminosäureprofilen zwischen in vitro Geweben und traditionellem Fleisch stellt Herausforderungen dar, den Maillard-Geschmack von traditionellem Fleisch nachzuahmen." - Nature Communications [10]
Schwefelhaltige Verbindungen sind besonders wichtig für authentische Fleischaromen. Furfurylmercaptan trägt zu gerösteten Fleischnoten bei, während 3-Mercapto-2-pentanon fleischige und zwiebelartige Aromen hinzufügt [10]. Eine weitere Schlüsselverbindung, 2,5-Dimethylpyrazin, liefert geröstete Rindfleisch-ähnliche Aromen und dient als Marker für eine erfolgreiche Muskelzelldifferenzierung [1].Fettnoten hingegen stammen von Verbindungen wie Nonanal und 2-ethyl-1-hexanol, die Nebenprodukte der Lipidoxidation sind [1][3].
Im Dezember 2023 zeigten Forscher der KU Leuven, dass das Grillen von differenzierten Muskelblöcken bei 180°C für fünf Minuten höhere Mengen an 2,5-Dimethylpyrazin und Benzaldehyd erzeugte, wodurch das chemische Profil des kultivierten Fleisches dem von herkömmlichem Rindfleisch näher kam [1]. Bis Juni 2024 gab es einen neuen Durchbruch: Forscher entwickelten ein "geschmacksumschaltbares Gerüst" unter Verwendung von Furfurylmercaptan, das an ein Gelatine-basiertes Hydrogel gebunden war. Bei Erhitzung auf 150°C setzte das Gerüst fleischige flüchtige Stoffe frei und erzeugte ein Geschmacksprofil, das laut Hauptkomponentenanalyse dem von herkömmlichem Rindfleisch viel näher war als das von standardmäßig kultiviertem Fleisch [10]. Beeindruckend war, dass das Gerüst 93.8 % seines Gewichts über einen 14-tägigen Zellkulturzeitraum bei 37 °C [10].
Sensory evaluation of alternative proteins: A best practices guide
sbb-itb-ffee270
Vergleich von kultiviertem und konventionellem Fleisch
Kultiviertes vs. konventionelles Fleisch: Vergleich der sensorischen Metriken
Beim kultivierten Fleisch gibt es klare Hürden zu überwinden, um die sensorischen Qualitäten von konventionellem Fleisch zu erreichen. Das Verständnis dieser Unterschiede ist entscheidend, um die Lücke zu schließen und ein ähnliches Esserlebnis zu erzielen. Hier ist, wie sich kultiviertes Fleisch im Vergleich zu seinem traditionellen Gegenstück in mehreren sensorischen Aspekten schlägt.
Saftigkeit bleibt eine bedeutende Herausforderung.Konventionelles Fleisch profitiert von natürlichem intramuskulärem Fett und Wasserhaltekapazität, die kultiviertes Fleisch noch nicht effektiv nachbilden konnte [4]. Andererseits könnte Zartheit ein Bereich sein, in dem kultiviertes Fleisch glänzt. Durch das Vermeiden des Prozesses der Totenstarre und der Bildung des Aktomyosin-Komplexes, der traditionelles Fleisch verhärtet, könnte kultiviertes Fleisch eine weichere Textur erreichen. Wie Lieven Thorrez von der KU Leuven erklärt:
"Wenn die Totenstarre weniger stark wäre oder kein Aktomyosin-Komplex gebildet würde, könnte dies einen positiven Effekt auf die Produktqualität in Bezug auf die Zartheit haben... im Vergleich zu traditionellem Fleisch" [4].
Mundgefühl und Textur sind weitere Bereiche, die verfeinert werden müssen. Derzeit neigt kultiviertes Fleisch dazu, der weichen, gehackten Textur zu ähneln, die in verarbeiteten Produkten zu finden ist, anstatt der faserigen Komplexität von ganzen Stücken.Zum Beispiel verglich eine Studie von Biotech Foods aus dem Jahr 2022 S.L eine kultivierte Frankfurter Wurst mit ihrem kommerziellen Gegenstück. Die kultivierte Wurst hatte einen Federwert von 0,54, etwas niedriger als die 0,61, die in kommerziellen Würsten beobachtet wurden, was sie in der Textur näher an frischem Huhn als an traditionellem Schweinefleisch macht [2]. Darüber hinaus zeigte die kultivierte Version eine höhere Steifigkeit (Young's Modulus), was auf einen Bedarf an Prozessverbesserungen hinweist, um den Verbraucherpräferenzen zu entsprechen [2].
Der Geschmack ist vielleicht der auffälligste Mangel. Konventionelles Fleisch entwickelt seinen reichen, komplexen Geschmack durch postmortale Metabolismus und Maillard-Reaktionen. Im Gegensatz dazu neigt kultiviertes Fleisch, es sei denn, seine Muskelzellen sind hoch differenziert, dazu, einen milderen Geschmack zu haben [4][1][10].Ohne diese natürlichen geschmacksverstärkenden Prozesse erfordert kultiviertes Fleisch innovative Lösungen, um das intensive Geschmacksprofil von traditionellem Fleisch nachzubilden.
Sensory Metrics Vergleichstabelle
| Metrik | Konventionelles Fleisch | Kultiviertes Fleisch |
|---|---|---|
| Saftigkeit | Hoch; dank intramuskulärem Fett und effizienter Wasserbindung [4]. | Niedriger; oft als "trocken" beschrieben aufgrund des Fehlens natürlicher Fettzellen [4]. |
| Zartheit | Variiert; beeinflusst durch Reifung, pH-Änderungen und Totenstarre [4]. | Potentiell höher; vermeidet die verhärtenden Effekte des Aktomyosin-Komplexes [4]. |
| Mundgefühl | Faserig und komplex; enthält Bindegewebe und andere strukturelle Elemente [4]. | Weicher oder "gehackt-ähnlich"; fehlt die 3D-Komplexität von ganzen Stücken [4][2]. |
| Geschmack | Reichhaltig und intensiv; entwickelt durch postmortalen Stoffwechsel und Maillard-Reaktionen [4]. | Mild; erfordert Zusatzstoffe oder konstruierte Gerüste, um traditionelle Geschmacksprofile nachzuahmen [1][10]. |
| Härte | Hoch bei ganzen Stücken; variiert in verarbeiteten Produkten [2]. | Vergleichbar mit verarbeiteten Produkten wie Würstchen, wenn sie mit TPA (Texture Profile Analysis) getestet werden [2]. |
Fazit
Gründliche organoleptische Tests spielen eine entscheidende Rolle, um sicherzustellen, dass kultiviertes Fleisch die Erwartungen der traditionellen Fleischkonsumenten erfüllt [3]. Forschung hebt konsequent die sensorische Ähnlichkeit als Schlüsselfaktor für die Akzeptanz der Verbraucher hervor [3]. Durch die Kombination rigoroser Testmethoden mit fortlaufenden Fortschritten ebnet die kultivierte Fleischindustrie weiterhin den Weg für ihre Entwicklung.
Die Hürden sind jedoch unbestreitbar. Kultiviertes Fleisch fehlt derzeit die natürlichen postmortalen Prozesse - wie der pH-Abfall und die Totenstarre -, die traditionellem Fleisch seinen unverwechselbaren Geschmack und seine Textur verleihen [4]. Trotz dessen sind Fortschritte erkennbar. Eine Studie von 2024 von Pasitka et al.enthüllte, dass 67 % der Teilnehmer ein hybrides kultiviertes Hühnerprodukt gegenüber einer sojabasierten Alternative bevorzugten, was zeigt, dass die Erreichung sensorischer Ähnlichkeit in Reichweite ist [3]. Mercedes Vila von Biotech Foods S.L. betont die Bedeutung dieser Bemühungen:
"Die sensorischen Eigenschaften von kultiviertem Fleisch leiten sich aus den molekularen Eigenschaften des Produkts ab, und da kultiviertes Fleisch noch in den Kinderschuhen steckt, ist das Studium und Verständnis seiner Eigenschaften von größter Bedeutung" [2].
Zukünftige Richtungen in der organoleptischen Forschung
Forscher beschäftigen sich aktiv mit den Herausforderungen von Geschmack und Textur. Zum Beispiel werden geschmacksveränderbare Gerüste entwickelt, die bei Erhitzung auf etwa 150°C fleischige Verbindungen wie Furfurylmercaptan freisetzen.Diese Methode adressiert das Problem des Verlusts flüchtiger Verbindungen während verlängerter Kulturperioden [10].
Die Texturanalyse ist ebenfalls fortschrittlicher geworden. Anstatt sich ausschließlich auf grundlegende Härteprüfungen zu verlassen, verwenden Wissenschaftler jetzt Methoden wie die Texturprofilanalyse und Rheologie, um die mechanischen Eigenschaften - wie den Youngschen Modul und den Schermodul - spezifischer Fleischstücke wie Filet oder Bruststück nachzubilden [2]. Ko-Kultursysteme, die Myoblasten, Fibroblasten und Adipozyten kombinieren, helfen dabei, das komplexe Bindegewebe und die Fettmarmorierung ganzer Fleischstücke nachzuahmen [4]. Darüber hinaus bieten Werkzeuge wie elektronische Nasen und Zungen objektive Möglichkeiten, Geschmacks- und Aromaprofile mit denen von konventionellem Fleisch zu vergleichen [10].
Diese Durchbrüche unterstreichen die Bedeutung kontinuierlicher Forschung und Innovation in der Entwicklung von kultiviertem Fleisch.
Wie Cellbase die Forschung und Entwicklung von kultiviertem Fleisch unterstützt
FAQs
Wie wird die Saftigkeit von kultiviertem Fleisch der von traditionellem Fleisch ähnlich gemacht?
Kultiviertes Fleisch erreicht die Saftigkeit von traditionellem Fleisch, indem Muskel- und Fettzellen in speziell gefertigten Gerüsten kombiniert werden. Diese Gerüste, oft aus Materialien wie Gelatine oder Alginat hergestellt, sind darauf ausgelegt, Feuchtigkeit zu halten und die vertraute Textur von Tierfleisch nachzubilden.
Durch die Anpassung von Faktoren wie Steifigkeit und Wasserretention rekonstruieren diese Gerüste das empfindliche Fett-Wasser-Gleichgewicht, das in konventionellem Fleisch zu finden ist. Dieses sorgfältige Design stellt sicher, dass die Feuchtigkeitsfreisetzung, Zartheit und das Mundgefühl dem Erlebnis des Essens von traditionellem Fleisch nahekommen.
Was sind geschmacksveränderbare Gerüste und wie verbessern sie kultiviertes Fleisch?
Geschmacksveränderbare Gerüste sind hochmoderne Biomaterialien, die entwickelt wurden, um das Zellwachstum zu unterstützen und gleichzeitig die sensorische Attraktivität von kultiviertem Fleisch zu verbessern.Diese Gerüste werden aus einem auf Gelatine basierenden Hydrogel hergestellt, das mit temperaturreaktiven Geschmacksverbindungen (SFCs) angereichert ist. So funktioniert es: Während der Zellkulturphase bleibt das Gerüst inaktiv, um sicherzustellen, dass es die Gewebeentwicklung nicht beeinträchtigt. Aber sobald es auf typische Kochtemperaturen erhitzt wird, setzt es aromatische Verbindungen frei, die die reichen, fleischigen Aromen von traditionellem Fleisch nachahmen.
Diese Methode stellt sicher, dass das Gerüst das Zellwachstum unterstützt, ohne den Geschmack zu beeinträchtigen. Das Ergebnis? Ein köstlicher Geschmacksschub beim Kochen, der die Aromen und den Geschmack von herkömmlichem Fleisch widerspiegelt. Diese Gerüste sind entscheidend für die Verbesserung des Geschmacks- und Aromaprofils von kultiviertem Fleisch und machen es für Verbraucher attraktiver.
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Warum könnte kultiviertes Fleisch zarter sein als traditionelles Fleisch?
Kultiviertes Fleisch zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, ein Maß an Zartheit zu erreichen, das mit traditioneller Landwirtschaft schwer zu erreichen ist. Dies liegt hauptsächlich an der präzisen Kontrolle über Faktoren wie Zelldifferenzierung und Gerüststeifigkeit während der Produktion. Diese Kontrollen stellen sicher, dass Muskelfasern gleichmäßig ausgerichtet sind und nur minimal Bindegewebe enthalten, was zu einer weicheren und zarteren Textur führt.
Durch die Feinabstimmung dieser Bedingungen bietet kultiviertes Fleisch konsequent eine Textur, die traditionelle Methoden nur schwer replizieren können.
