Waarom is fermentatie de basis van een biobased economie?

Fermentatie is een eeuwenoud proces dat al sinds 3000 voor Christus wordt toegepast om voedsel langer te kunnen bewaren en het een andere smaak en textuur te geven. Het is niets anders dan het gecontroleerd laten bederven van groente, fruit, vlees of vis, op zo’n manier dat het niet schadelijk is als we het eten. Zo kwamen onze voorouders in Mesopotamië - het gebied in het Midden-Oosten tussen de Tigris en de Eufraat - er per toeval achter dat ze druiven konden omzetten in wijn, en door het te laten staan de wijn weer veranderde in azijn. Toen leek het wel magie, maar met de komst van de microscoop kwamen we erachter dat het werkelijk kwam door het werk van micro-organismen.

Er zijn verschillende soorten micro-organismen. Zo heb je melkzuurbacteriën, die suiker omzetten in melkzuur en daarmee zuurkool, boter, yoghurt en kaas produceren. Een ander soort organisme is gist. Dat zet suiker om in alcohol waarmee we wijn, bier en brood kunnen maken. Schimmels maken van een roomkaas een brie of roquefort, maar ook sojasaus is ontstaan door een schimmel, net als miso en tempeh. En azijn maakten de Mesopotamiërs dan per ongeluk, inmiddels weten we dat het ontstaat door dubbele fermentatie: suiker wordt alcohol en daarna wordt het met zuurstof azijn.

Fermenteren is de basis van Corbion

Tegenwoordig weten we dat we met biologische processen veel meer kunnen dan alleen voedsel een andere smaak en textuur te geven. Dankzij de fermentatie van suiker maakt biotechconcern Corbion naast toepassingen voor de voedingsindustrie inmiddels ook ingredienten voor schoonmaakmiddelen, dagcrème, oplosbaar hechtdraad en bioplastics. Zoals Corbion topman Olivier Rigaud zei tijdens een beleggersdag in maart 2020: “Fermenteren staat aan de basis van alles wat we doen.” Dat begon in 1931, toen de Schiedamse melkzuurfabriek werd overgenomen door suikermaatschappij CSM, de voorloper van Corbion. De suikerfabriek werd omgebouwd tot melkzuur-fermentatiefabriek.

Maar die melkzuurfabriek ziet er nu heel anders uit dan 90 jaar geleden. Geen houten tonnen zoals vroeger, zegt Harald Ruijssenaars, Corporate Scientist bij Corbion, “maar grote stalen tanks waar een paar honderd kuub fermentatiebeslag in gaat. Alles wordt gereguleerd, zodat er uiteindelijk melkzuur de tanks komt.” Ruijssenaars werkt voor de afdeling fermentatie R&D waar hij zich bezighoudt met ontwikkeling en verbetering van fermentatieprocessen. Ook onderzoekt hij hoe het vakgebied zich ontwikkelt en helpt hij bij het uitstippelen van de juiste strategie.

Lees ook: Deze nieuwe techniek uit Noorwegen zorgt dat we het regenwoud niet meer hoeven te kappen voor hout

Toepassingen van melkzuur

Van alle gefermenteerde producten die Corbion maakt, heeft melkzuur nog steeds het grootste aandeel. Klanten van Corbion gebruiken het melkzuur voor allerlei toepassingen. “Het grootste deel van de melkzuur wordt gebruikt in voedingsmiddelen. En dan vooral als conserveermiddel, zodat producten langer houdbaar zijn”, zegt Ruijssenaars. “Melkzuur verlaagt de pH-waarde van het product, waardoor bepaalde organismen zich er niet prettig voelen. Dat heeft een antibacteriële werking.” De zouten uit melkzuur vinden toepassingen in voedingsmiddelen, maar ook in dagcrèmes bijvoorbeeld.

Daarnaast wordt er van melkzuur ethylactaat gemaakt, dat wordt gebruikt als oplosmiddel. En polymelkzuur, ook wel bekend als PLA, wordt gebruikt als biobased alternatief voor plastic en is biologisch afbreekbaar. In plaats van aardolie, wordt het ‘plastic’ van suiker gemaakt. En de heel zuivere PLA’s worden gebruikt bij biomedische toepassingen, bijvoorbeeld voor oplosbaar hechtdraad.

Andere fermentatieproducten van Corbion zijn propionzuur en diverse op algen gebaseerde ingrediënten. Propionzuur is een conserveermiddel dat in Amerika aan brood wordt toegevoegd, en nu nog vooral uit aardolie wordt gemaakt. “Maar ook hier merken we een verschuiving naar biobased ingrediënten, daarom is er veel belangstelling voor het biobased propionzuur dat Corbion produceert”, zegt Ruijssenaars. En de algenproducten zijn een vervanger voor visolie, omdat het ook rijk is aan omega-3 vetzuren. Die visolie wordt aan kweekzalm gevoerd. Normaal wordt dat voer gemaakt van bijvangst van vis, maar door het van algenolie te maken is er minder vis uit de zee nodig, wat de biodiversiteit daar bevordert.

Lees hier waarom algen de duurzame grondstof van de toekomst zijn

Fermenteren is hip

Ruijssenaars houdt zich al dertig jaar professioneel bezig met fermentatie, en merkt dat het de laatste jaren steeds meer wordt omarmd. “Mensen willen er ook zelf mee aan de slag, denk aan kimchi, zuurkool of kefir. Dat heeft het imago van fermentatie goed gedaan. Dat het niet eng is, maar juist heel lekker.” Bovendien worden er allerlei gezondheidsclaims toegeschreven aan gefermenteerde producten, zoals dat het goed zou zijn voor je darmen. Is dat ook echt aangetoond? “De levende organismen overleven de passage door de maag wel en komen dan in de darmen, maar er is geen bewijs dat het de darmmicrobioom blijvend verandert. Dan kun je beter je voedingspatroon aanpassen.”

Grondstoffen van de toekomst

Corbion maakt nu melkzuur uit hernieuwbare grondstoffen zoals suikerriet en biet, die omgezet worden in melkzuur. Maar naarmate de bevolking groeit, wordt ook de landbouwgrond schaarser. Inzetten op efficiënte gewassen is daarom van belang. Het landbouwareaal dat bestemd is voor de teelt van gewassen voor bioplastics was in 2019 wereldwijd maximaal 0,02 procent - en de verwachting is dat dit nog vele jaren zo zal blijven. Niettemin zoekt Corbion ook naar andere grondstoffen voor bioplastics. Bagasse, maisstoof, tarwestro en houtsnippers - van agrarische bijproducten en afvalstromen – zijn veelbelovende grondstoffen die niet bedoeld zijn voor menselijke consumptie, en daarom een waardevolle potentiële grondstof kunnen zijn voor de bioplastics. En hoewel het inzetten van deze alternatieve grondstoffen technisch kan - Corbion was het eerste bedrijf dat met succes op laboratoriumschaal bioplastics produceerde uit alternatieve grondstoffen - is er nog een lange weg te gaan voordat dit op grote schaal haalbaar is. “Deze alternatieve grondstoffen vergen meer processing, je moet bijvoorbeeld meer enzymen toevoegen om de suikers uit het hout los te krijgen. En de enzymen zijn heel duur”, zegt Ruijssenaars.

Verder in de toekomst zou de melkzuurproductie zelfs helemaal onafhankelijk van suikers kunnen worden. Zo wordt er gekeken naar de mogelijkheden om melkzuur uit zogenaamde C1 grondstoffen te maken, dat zijn moleculen met 1 C-atoom zoals CO2. Voordat het zover is moet er nog veel technologische ontwikkeling plaatsvinden, en zal er ook een nieuwe waardeketen rondom C1 grondstoffen moeten ontstaan. “Het is waarschijnlijk te kostbaar om een C1 grondstof uitsluitend voor melkzuur te gebruiken. Het is daarom van belang dat die grondstof zo generiek mogelijk is, zodat er meerdere producten van gemaakt worden, door verschillende bedrijven, die samen de kosten kunnen dragen”, zegt de wetenschapper. “Samen met Photanol kijken we naar de optie om melkzuur uit CO2 en zonlicht te maken, dat is natuurlijk echt de heilige graal! Het is nog een grote uitdaging om dat kostenefficiënt te krijgen, maar het zou mooi zijn als we dat in de toekomst op grote schaal kunnen doen.”

Nieuwe studie laat zien hoe je van bioplastics echte kunstmest kunt maken

Geld en geduld

Het vergt engelengeduld voordat iets van de grond komt in de biotechnologie, erkent Ruijssenaars. “Het produceren van polymelkzuur (PLA), waar biobased plastic van kan worden gemaakt, heeft ook heel lang geduurd. In 1983 hadden we het voor het eerst op de markt voor biomedische toepassingen. Sinds de fabriek van de Total Corbion PLA joint venture in 2019 in Thailand opende, begon de PLA-markt ook voor niet biomedische toepassingen te groeien. Die laatste ontwikkeling heeft dus bijna veertig jaar geduurd.”

We hebben nu nog dertig jaar tot een circulaire economie in 2050. Is dit haalbaar? “Daar is technologieontwikkeling voor nodig, om de kosten omlaag te krijgen, maar net zo belangrijk is acceptatie van de markt”, zegt Ruijssenaars. Want de vraag naar duurzame producten moet uiteindelijk groter zijn dan naar producten die niet duurzaam zijn. En fermentatie ligt aan de basis van die duurzame economie.