Van micro-organisme tot eindproduct: fermentatie als technische keten

Fermentatie is een eeuwenoude techniek, maar tegelijk een belangrijk platform voor moderne industriële productie. Micro-organismen leveren inmiddels niet alleen ethanol, citroenzuur en enzymen, maar ook insuline, vanilline en alternatieve eiwitten. Nieuwe toepassingen lopen uiteen van biobased asfalt en textielkleurstoffen tot zuivelproducten zonder koe.

Tijdens het WoTS 2026 seminar Fermentatie in de praktijk: van micro-organisme tot eindproduct[1] lieten Jeroen Koendjbiharie van de Vrije Universiteit Amsterdam en Julia Keppler van Wageningen University & Research zien wat daarvoor nodig is.

Evolutie als ontwikkelgereedschap

Aan ieder fermentatieproces staat een micro-organisme dat onder industriële omstandigheden voldoende snel, stabiel en efficiënt moet produceren. Daarvoor kunnen onderzoekers gerichte genetische modificatie of willekeurige mutagenese met screening gebruiken. Beide methoden hebben beperkingen. Gerichte modificatie vraagt kennis van het organisme en het onderliggende mechanisme, terwijl een geschikte screening niet altijd beschikbaar is.

Laboratoriumevolutie biedt een aanvullende route. Onderzoekers brengen micro-organismen herhaaldelijk in omstandigheden waarin een gewenste eigenschap voordeel oplevert. Denk aan snellere groei, een hogere tolerantie of een andere productopbrengst. Variatie, erfelijkheid en selectiedruk doen vervolgens het werk. Dat maakt het mogelijk om complexe eigenschappen te verbeteren zonder vooraf ieder biologisch mechanisme te doorgronden.

Koendjbiharie illustreerde dit met een giststam die aanvankelijk nauwelijks groeide in een medium zonder biotine. Na evolutie in bioreactoren nam de maximale groeisnelheid sterk toe. Een ander onderzoek richtte zich op gist voor wijn met een lager alcoholgehalte. Selectie op osmotolerantie leidde tot meer glycerol en minder ethanol. De voorbeelden tonen tegelijk een belangrijk aandachtspunt: micro-organismen volgen de opgelegde selectiedruk, maar kiezen daarbij niet noodzakelijk de route die de onderzoeker vooraf verwacht.

Van geproduceerd eiwit naar voedsel

Een goed producerend micro-organisme levert nog geen bruikbaar voedingsmiddel op. Keppler onderscheidde traditionele fermentatie, biomassavergisting en precisiefermentatie. Bij traditionele fermentatie vormt het veranderde voedingsmiddel het eindproduct. Bij biomassavergisting worden de microbiële cellen zelf gebruikt. Precisiefermentatie zet bacteriën, gisten of schimmels in als celfabriek voor specifieke ingrediënten, waaronder melk- en ei-eiwitten.

Na de fermentatie volgen scheiding, zuivering, eiwitanalyse, formulering en structurering. Juist in deze stappen moet blijken of een eiwit kan emulgeren, schuimen of geleren. Dat bepaalt uiteindelijk of het geschikt is voor bijvoorbeeld melk, roomijs of een kaasachtig product. Kleine verschillen in eiwitstructuur of genetische variant kunnen de functionele eigenschappen beïnvloeden. Een nauwkeurige analyse van het geproduceerde eiwit is daarom essentieel.

De volgende stap gaat verder dan het kopiëren van bestaande dierlijke eiwitten. Onderzoekers kunnen eiwitten aanpassen, nieuwe bouwstenen ontwikkelen en natuurlijke structuren reconstrueren, zoals caseïnemicellen. Automatisering en voorspellende modellen moeten het testen van ingrediënten versnellen. Zo verschuift de centrale vraag van “kunnen we dit eiwit produceren?” naar “welke functionaliteit willen we ontwerpen?”

[1] seminar-fermentatie-in-de-praktijk-van-micro-organisme-tot-eindproduct/ – FHI, federatie van technologiebranches