Zijn bacteriën het voedsel voor de toekomst?

‘Voedsel uit het lab zal weldra de landbouw vernietigen – en het zal de planeet redden.’ Volgens de Britse milieuactivist en The Guardian-columnist George Monbiot – niet gestorven aan zijn eerste overdrijving – staan we aan de vooravond van een revolutie. Binnen afzienbare tijd staan niet dieren en planten in voor het gros van ons dieet, maar eencellige micro-organismen, zoals bacteriën, gisten en andere schimmels. Dat voedsel komt dan niet van boerderijen, maar uit grote, stalen tanks in fabrieken, waarin microben voedingsstoffen naar keuze produceren. Die kunnen dat efficiënter, met minder land- en watergebruik, en een kleinere klimaatimpact dan de klassieke landbouw. 

Monbiot verwijst onder meer naar een rapport van de Amerikaanse denktank RethinkX, die voorspelt dat de veehouderij in de komende decennia zal instorten. Zoals we tot dusver steeds dieren en planten hebben gedomesticeerd, is het volgens de Amerikaanse experts tijd voor een tweede domesticatiegolf. Dit keer zetten we de eencelligen naar onze hand. 

De problemen zijn welbekend. De veehouderij is wereldwijd verantwoordelijk voor ongeveer 14,5 procent van onze broeikasgasuitstoot. De landbouw neemt ongeveer 70 procent van ons watergebruik voor zijn rekening en beslaat de helft van het bewoonbare landoppervlak, zo’n driekwart daarvan als grasland of voor de teelt van veevoeder. De sector heeft een belangrijk aandeel in milieuproblemen, zoals vermesting en de achteruitgang van de biodiversiteit. 

Tijd voor iets anders en beters, vinden de voorstanders van ‘cellulaire landbouw’. ‘Boerderijvrij voedsel zal ons toelaten gigantische stukken land en zee terug te geven aan de natuur’, aldus Monbiot. ‘Het zal een eind maken aan dierenleed en het gros van de ontbossing en industriële visserij. Het zal voor een enorme reductie zorgen in het gebruik van meststoffen en pesticiden. Het is onze beste kans om wat volgens sommigen een zesde massa-extinctie is te stoppen. En als we het goed doen, levert het ons goedkoop en overvloedig voedsel op.’ 

Monbiots pleidooi lokte uiteenlopende reacties uit, van ‘Laat maar komen!’ tot ‘Wat een onzin! Doe mij dan maar de apocalyps.’ Intussen timmeren wetenschappers en bedrijven gestaag aan de weg, ook in België.

Ford-T

Yves Depetter haalt een doosje bruin poeder boven. Het bestaat uit gedroogde bacteriën en bevat 60 à 70 procent eiwit. ‘Dit is eiwit van prima kwaliteit. De aminozuursamenstelling is vergelijkbaar met die van vis, en leunt dichter aan bij onze behoeftes dan soja.’ Depetter doet onderzoek naar dit zogenoemde single cell protein (SCP) bij het Gentse bedrijf Avecom, in 1995 opgericht als spin-off van de Universiteit Gent. 

De bacteriën groeien in glimmende tanks op het proceswater van een aardappelverwerkingsbedrijf. ‘Een twaalftal stammen werken samen als een microbioom’, zegt Depetter. ‘Een minderheid doet het meeste werk, maar samen presteren ze beter dan één stam alleen.’ 

De bacteriën zijn geïsoleerd uit slibstalen en de samenstelling van het ‘team’ is een natuurlijk proces. Bacteriën die in deze omstandigheden niet goed gedijen, vallen af. Als ze zich voldoende hebben vermenigvuldigd, worden de bacteriën geoogst en gedroogd, met het eiwitrijke poeder als resultaat. Op korte termijn wil Avecom 2.500 ton SCP per jaar produceren, om dat vervolgens te vertienvoudigen. 

Dat poeder lijkt niet meteen een product dat de gangbare landbouw meteen van de kaart zal vegen. ‘Beschouw dit als de allereerste Ford-T, die nog verder ontwikkeld moet worden’, zegt Willy Verstraete. De emeritus hoogleraar microbiële technologie aan de UGent is de drijvende kracht achter dit onderzoek naar microbieel eiwit. ‘De manier waarop we vandaag het eiwit in onze voeding produceren is vreselijk inefficiënt. Van alle stikstof die we als meststof toedienen aan onze gewassen gaat ongeveer 60 procent verloren via water en lucht, met alle milieuproblemen van dien.’ 

Dat is volgens Verstraete de grootste verliespost. ‘Maar de verliezen lopen nog verder op als we vervolgens die eiwitten uit planten aan dieren voederen’, vervolgt hij. ‘We moeten de groeiende vraag naar eiwit dekken zonder de druk op het milieu nog verder te vergroten. Daarvoor hebben we een efficiënter productieproces nodig. Micro-organismen kunnen helpen.’

Voedsel uit hout en lucht

Om te groeien hebben micro-organismen bouwstenen nodig als stikstof, fosfor en koolstof, samen met een energiebron. In de tanks van Depetter zit alles wat de bacteriën willen in het afvalwater, al kan ook zuiveringsslib of mest een goede bron van voedingsstoffen zijn. Zo helpen microben kringlopen te sluiten. We kunnen minerale stikstof ook via het Haber- Boschproces in een fabriek produceren, zoals dat nu voor kunstmest gebeurt. 

Koolstof kan komen uit afvalwater, organische resten of planten die voor de mens niet eetbaar zijn. Zo gebruikt het Franse Arbiom gisten om eiwit uit hout te produceren. Ook methaan uit biogas of CO2 kan als koolstofbron dienen. Het dubbele voordeel van micro-organismen is dat ze stikstof veel efficiënter omzetten in eiwitten, en dat ze daar bovendien uiteenlopende energiebronnen voor kunnen gebruiken. 

Sommige bacteriën zijn in staat om waterstofgas als energiebron te gebruiken. Zo beweert het Finse Solar Foods ‘voedsel uit lucht’ te maken, op basis van CO2 en waterstof dat het bedrijf via elektrolyse uit water wint. Dat levert in dit geval een geel poeder op. Ook het Belgische Calidris Bio wil op basis van gecapteerde CO2 en waterstof eiwit produceren. 

Bij Avecom bewandelen ze dezelfde piste. ‘Hernieuwbare energie zal fors aan belang winnen’, denkt Depetter. ‘Met de overtollige elektriciteit die windmolens en zonnepanelen op piekmomenten produceren, kunnen we waterstof maken die we aan bacteriën voeren.’ In die toekomstvisie vind je eiwitproducenten bijvoorbeeld in de haven, waar ze met elektriciteit van offshorewindparken en CO2 van de nabijgelegen industrie bacteriën kweken. 

Micro-organismen groeien snel, en produceren in enkele uren tot een dag tijd tot meerdere kilo’s eiwit per kubieke meter. Daar hebben planten en dieren weken voor nodig. Het gevolg is dat je voor dezelfde eiwitproductie in de fabriek vele honderden keren minder land nodig hebt.

Oude koek

Micro-organismen als eiwitbron gebruiken lijkt revolutionair, maar is eigenlijk oude koek. In een poging om zelfvoorzienend te zijn, deden wetenschappers in de voormalige Sovjet-Unie in de jaren 1930 al onderzoek naar eiwitproductie door gisten op basis van stro. In de jaren 1960 en 1970 verschenen de eerste fabrieken. Als voedsel voor de micro-organismen gebruikten ze zowel cellulose uit hout en stro, als restproducten van de olieraffinage. 

Volgens de Amerikaanse centrale inlichtingendienst CIA waren de Sovjets halfweg de jaren 1980 in staat om bijna twee miljoen ton eiwit per jaar te produceren. Dat verwerkten de Russen in veevoeder, zodat ze daar geen graan of geïmporteerde soja voor hoefden te gebruiken. 

In de jaren 1970 onderzocht ook British Petroleum al de productie van eiwitrijke gist op basis van bijproducten uit de olieraffinage. Een pilootinstallatie die jaarlijks 100.000 ton moest produceren liep tegen strenge milieuregelgeving op, en na de oliecrisis werd het plan opgeborgen. Eind jaren 1970 produceerde een installatie van Imperial Chemical Industries 50.000 ton microbieel eiwit per jaar op basis van methanol. Ook dat ‘Pruteen’ diende als ingrediënt voor veevoeder, maar de kelderende prijzen voor soja en vismeel zorgden ervoor dat de fabriek in 1988 de deuren moest sluiten. 

In 1985 bracht het Britse Marlow Foods de vleesvervanger Quorn op de markt, op basis van de schimmel Fusarium venenatum. Het bedrijf hield het op de verpakking slim bij ‘een plantje’. Het is tot dusver het succesvolste voorbeeld van microbieel eiwit bestemd voor menselijke consumptie, naast enkele algen en gisten die vooral als supplement of smaakmaker dienst doen. 

Ook vandaag zetten de meeste producenten van microbieel eiwit in de eerste plaats in op dierenvoeding. Er valt namelijk veel duurzaamheidswinst te boeken door soja en vismeel in vee- en visvoeder te vervangen door een andere eiwitbron. Bovendien is de regelgeving voor veevoeder minder streng. Samen met een internationaal onderzoeksteam becijferde Verstraete dat we tegen 2050 al 10 à 20 procent van het eiwit in veevoeder kunnen vervangen door microbieel eiwit. Daardoor kunnen we 6 procent van de wereldwijde landbouwoppervlakte teruggeven aan de natuur. Dat is ongeveer de grootte van China. 

Verdunde Duvel

Dat zijn mooie cijfers. Maar wellicht zetten ze niet meteen de ‘revolutie’ in gang die mensen als Monbiot voor ogen hebben. ‘Ik zie het gebruik van microbieel eiwit in veevoeder als een opstapje naar meer’, zegt Siegfried Vlaeminck (UAntwerpen). In zijn lab produceren bacteriën eiwit met afvalwater van brouwerij Moortgat. Ze groeien in feite op verdunde Duvel. Over enkele weken zullen Vlaeminck en zijn collega’s proeven starten met forel om te onderzoeken of het eiwit vismeel in de aquacultuur kan vervangen. Op langere termijn verwacht Vlaeminck dat we microbieel eiwit zelf zullen opeten. ‘Als je kijkt naar duurzaamheid, dan lijkt het logisch dat de veehouderij aan belang zal inboeten.’ 

Met zijn bacterieel eiwit op basis van waterstof mikt ook Avecom op de voedingsmarkt, net als de Finnen van Solar Foods. Het poeder verwerken in gebak, alternatieven voor zuivel of vleesvervangers ligt het meest voor de hand. Voedingstechnologen moeten dat spoor wel nog verder onderzoeken. Met de steun van Flanders’ FOOD, dat innovatie in de voedingssector stimuleert, bestuderen ze momenteel in hoeverre het microbieel eiwit dierlijke eiwitten in bewerkte voeding kan vervangen. 

‘We lopen natuurlijk achter op de plantaardige vleesvervangers, waar al veel onderzoek naar is gedaan’, zegt Vlaeminck. ‘Maar we hebben er vertrouwen in. Kijk maar naar de diversiteit aan Quornproducten: die worden allemaal op basis van één schimmel gemaakt.’ 

Of microbieel eiwit echt doorbreekt, zal niet alleen afhangen van de vraag of de voedingstechnologen er iets lekkers mee weten te maken. Wie met nieuwe bacteriën, schimmels of gisten aan de slag wil, zal zijn product door de dure Europese Novel Foods-wetgeving moeten weten te loodsen. Ook de prijzen van grondstoffen als waterstof, en de elektriciteit om die te produceren, zullen mee bepalen welke toepassingen het halen. 

En dan moeten we het natuurlijk nog willen eten. ‘Dat is toch sterk generatiegebonden’, vreest Vlaeminck. ‘Maar geef het nog wat tijd en ik verwacht dat zowel voor plantaardige als microbiële eiwitten een mooie rol is weggelegd.'

Braakliggend terrein

Vlaeminck en zijn collega’s experimenteren ook met purperbacteriën. ‘Die zijn amper bestudeerd. Nochtans zijn ze veelzijdig als een zakmes. Ze hebben een uitstekende aminozuursamenstelling, kunnen op uiteenlopende voedingsstoffen groeien, en kunnen hun energie ook uit licht halen.’ 

Slechts een beperkt aantal micro-organismen is grondig onderzocht. ‘Dit is totaal braakliggend terrein’, zegt Vlaeminck. ‘Wanneer we micro-organismen beter onderzoeken kan dat nog talrijke interessante organismen opleveren, die eiwitten met een goede aminozuursamenstelling of andere interessante stoffen produceren.’ 

We hoeven ons bovendien niet te laten beperken door de mogelijkheden die de natuur biedt. Door micro-organismen genetisch te wijzigen kunnen we ze laten produceren wat we maar willen. Dat doen we nu al door gemodificeerde bacteriën insuline of vitamines te laten maken. Amerikaanse bedrijven als Clara Foods en Perfect Day werken aan ei-eiwit en eiwitten uit koemelk geproduceerd door genetisch gewijzigde gisten. Ook de Nederlander Jaap Korteweg, bekend van De Vegetarische Slager, gaf recent te kennen na het succes van zijn vleesvervangers te willen inzetten op melk uit gras, zonder de koe. Over hoe hij dat precies wil aanpakken, zijn nog geen details bekend. 

En er is meer dan eiwit alleen. Het Amerikaanse C16 wil met gist een alternatief voor palmolie brouwen, en sommige micro-organismen zijn in staat om hoge gehaltes gezonde omega-3-vetzuren te produceren, die we normaal uit vis halen. Vlaeminck: ‘Er is nog een enorm onontgonnen potentieel. Dat geldt zowel voor nuttige stoffen die we door micro-organismen kunnen laten produceren als voor voedingsstoffen waarop ze kunnen groeien.'

Bio-raffinaderij

Intussen droomt Verstraete van een ander landbouwmodel. ‘Uiteraard eten we in de toekomst nog groenten en granen, en niet alleen voedsel uit het lab. Maar vandaag telen we eiwitrijke gewassen voor vee en laten we op graslanden enkel koeien grazen. In plaats daarvan zouden we met het gras van maaiweiden naar een bioraffinaderij kunnen gaan. Daar kunnen we er eiwit mee maken en ook andere nuttige producten, zoals bioplastics. De subsidies waarmee we nu een inefficiënt en milieubelastend systeem overeind houden, kunnen we gebruiken om die transitie te stimuleren.’ 

De boerenzoon uit Beernem, die een groot deel van zijn carrière wijdde aan waterzuivering met behulp van micro-organismen, beseft dat hij geen evidente boodschap brengt. Maar dat is niet de eerste keer. ‘Toen ik er als jonge prof op de televisie voor pleitte om meer in afvalwaterzuivering te investeren, zei ik dat dat ongeveer 100 frank per persoon zou kosten. Dat maakte hevige reacties los: ‘100 frank! Voor afval?’ En zie, vandaag kijkt niemand daar nog van op.'