Kaas zonder koe

Vleesvervangers zijn er al volop in de supermarkt. Die producten zijn bijna net zo voedzaam en lekker als een kipfilet of biefstuk. Ook in prijs kunnen ze stilaan concurreren met vlees. Die ontwikkelingen zijn voor een deel de verdienste van De Vegetarische Slager, dat in 2010 werd opgericht door Jaap Korteweg en Niko Koffeman. Sinds mei vorig jaar – en nadat ze hun bedrijf in 2018 verkochten aan Unilever – richten de twee Nederlanders zich volledig op plantaardige zuivelproducten. Onder de naam Those Vegan Cowboys ondernemen ze een zoektocht naar melk zonder koe.

De melkveehouderij in het Westen is vervuilend. Gemiddeld stoot een koe jaarlijks 125 kilogram methaan uit, een schadelijk broeikasgas. Per liter melk verdwijnt 1,8 kilogram CO₂ in de atmosfeer, en per kilogram belegen kaas wordt 10 kilogram CO₂ uitgestoten.

Om de doelstellingen van het klimaatakkoord te kunnen nakomen, is een paradigmashift nodig, meent Koffeman. Volgens hem moeten we toewerken naar een veevrije zuivelindustrie. ‘Typisch halen bedrijven chymosine, dat gebruikt wordt om kaas te stremmen, uit de lebmaag van geslachte kalveren. Eerder al zijn onderzoekers erin geslaagd om dat stremsel met microbenprocessen na te maken. Nu moet het mogelijk zijn om melkproducten volledig te vervangen door plantaardige zuivel.’

Werk van vier magen

Om hun ideaal te bereiken hebben de ‘cowboys’ het laboratorium Oxyrane in Gent overgenomen en omgedoopt tot het New Milk Lab. Will van den Tweel is daar aangesteld als hoofd Onderzoek en ontwikkeling. ‘Vóór de overname van Those Vegan Cowboys gebruikten onderzoekers in dit lab schimmels om eiwitten te produceren voor medicijnen. We willen nu iets soortgelijks doen, maar dan voor de productie van microbiële melkeiwitten. Dat gebeurt dan via fermentatie of vergisting.’

Melk bestaat voor 87 procent uit water. De andere bestanddelen zijn lactose of melksuiker (4,5 à 5%), vetten (3,5 à 5%), mineralen (minder dan 1%) en eiwitten (3 à 4%). Van de eiwitten is 80 procent caseïne, de rest is wei-eiwit. Het is die caseïne dat de cowboys willen produceren – dat eiwit vormt namelijk de basis voor kaas.

Koeien maken caseïne aan door gras te eten. Het gras wordt in de vier magen afgebroken en omgezet in diverse kleinere biologische bouwstenen. Die dienen onder meer voor spier- en dus ook melkproductie. De melkcaseïnes worden uiteindelijk in de uier aangemaakt. Maar in de stappen daarvoor werken de magen als een soort cascade van reactievaten.

‘Ook in het lab zullen we gras moeten voorbehandelen, zodat we de biopolymeren kunnen omzetten in de bouwstenen voor caseïnefermentatie’, zegt Van den Tweel. ‘De productie zal naar alle waarschijnlijkheid niet in één bioreactor plaatsvinden, maar in meerdere naast elkaar.’

De uitdaging is om die eiwitten efficiënt tot overproductie te brengen. Dat moet gebeuren door een of meerdere genen van de koe in schimmels te plaatsen die uit zichzelf al zeer efficiënt eiwitten kunnen maken. Die verrijkte schimmels zetten dan met hun ingebouwde enzymen de grascomponenten om in melkeiwitten. ‘We verwachten dat we daar binnen zes jaar in slagen’, aldus Van den Tweel.

Smaak en mondgevoel

‘Ook dan is het proces nog lang niet ten einde’, zegt bio-ingenieur Paul Van der Meeren (UGent). ‘Daarna moeten die melkeiwitten namelijk nog worden opgewaardeerd tot zogenoemde caseïnemicellen. Dat zijn grote en complexe structuren van uitgerolde eiwitketens. Ze zijn aan elkaar verbonden door zouten – voornamelijk calcium en fosfaat, maar ook magnesium en citroenzuur. Caseïnemicellen geven magere melk zijn typisch witte kleur.’

Die gewenste micelstructuur ontstaat dus door calcium en fosfaat toe te voegen. Daar zijn al procedures voor beschreven. ‘Maar hoe zal dat verlopen bij fermentatief geproduceerde melkeiwitten?’, vraagt Van der Meeren zich af. ‘Met de huidige procedures krijg je micellen die kleiner zijn dan die in koemelk. De natuurlijk geproduceerde micellen zijn een paar honderd nanometer groot, terwijl de kunstmatig gefabriceerde varianten kleiner zijn dan 100 nanometer. Het is de vraag of die micellen zich hetzelfde gaan gedragen als de caseïnemicellen in koemelk wanneer je er stremsel aan toevoegt om kaas te maken. Als ze zich anders gedragen, dan kan dat een andere structuur en smaak opleveren.’

Ook het vetgehalte van koemelk draagt bij aan de textuur, de smaak en het mondgevoel van kaas. In gras zit geen vet, daarom moeten producenten achteraf een vetcomponent toevoegen. ‘Kaas bestaat voor een kwart uit vet, er moet dus heel wat vet bij’, weet Van den Tweel. Dierlijk vet verschilt nogal van de plantaardige variant, zoals palmolie. Melkvet heeft een brede vetzuursamenstelling waarin ook korte ketens zitten, zoals boterzuur. Van der Meeren: ‘Daarom smaakt boter anders dan margarine. Technisch vormt het geen probleem om vet bij te voegen aan een oplossing van eiwit en water. Maar de smaak kan wel anders uitpakken.’ Melkvet namaken wordt een lastige opgave voor Those Vegan Cowboys. Ook René Floris van het Nederlandse NIZO food research vindt dat die uitdaging sterk wordt onderbelicht door de ondernemers. ‘De focus ligt nu op eiwitten produceren. Maar het zijn de vetten die de romigheid en het mondgevoel van melk en kaas bepalen.’

Voetafdruk

De ondernemers van The Vegan Cowboys willen hun plantaardige kaas duurzaam produceren. Ze streven naar een lagere ecologische voetafdruk door minder water te verbruiken en minder methaan, CO₂ en stikstof uit te stoten. Ze berekenden wat de impact is van microbiële zuivel en vergeleken die met eerdere berekeningen van de impact van gangbaar geproduceerde zuivel. Voor hun eigen berekening maakten de cowboys gebruik van bestaande fermentatieprocessen, zoals de productie van het aminozuur lysine, dat onder meer in diervoeders zit.

De bioreactors die de ondernemers nodig zullen hebben voor caseïneproductie slurpen energie. Toch kan de ecologische voetafdruk van microbiële zuivel lager uitvallen dan die van conventioneel geproduceerde zuivel. De cowboys claimen namelijk dat ze enkel hernieuwbare energiebronnen zullen gebruiken. Recent publiceerde het studiebureau CE Delft een onderzoek naar de milieu-impact van kweekvlees (zie ook Eos nr. 4, 2021). Daaruit bleek dat de energiebron gebruikt bij de productie sterk bepalend is voor de voetafdruk.

En wat met de kostprijs? Zeker in het begin zal die naar alle waarschijnlijkheid relatief hoog zijn. Die kan pas dalen als de productie wordt opgeschaald en de efficiëntie verhoogt. Dat was ook het geval bij de producten van De Vegetarische Slager. Elf jaar na de oprichting liggen die concurrerende vleesvervangers op de schappen van vierduizend winkels, verspreid over zeventien landen. Voor het zover is voor vegetarische kaas – die van het Europese Parlement geen kaas zal mogen heten – is er nog een lange weg te gaan.

‘Het is in elk geval boeiend om mee te werken aan de doelstelling van Those Vegan Cowboys om kaas te maken uit gras’, zegt Van der Meeren. ‘Al zou ik er zelf niet meteen mijn centen in stoppen. Waar zij als ondernemers kansen zien, zie ik als wetenschapper vooral risico’s. Dat is de aard van het beestje.’