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MIT Technology Review Feature

KI entwickelt veganen Käse: Wie Startups den Käsemarkt aufmischen wollen

Climax Foods und andere Unternehmen nutzen maschinelles Lernen, um einen überzeugenden Ersatz für herkömmlichen Milchkäse zu schaffen. Die KI kann dabei große Mengen an „Käsedaten“ analysieren.

Von MIT Technology Review Online
4 Min.
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Die wichtigsten Zutaten des veganen Blauschimmelkäses von Climax Foods sind Kürbiskerne, Kokosnussöl, Limabohnen und Hanfproteinpulver. (Foto: Climax Foods)

Oliver Zahn, Geschäftsführer von Climax Foods, serviert in seinem Büro im kalifornischen Emeryville einen Teller mit veganem Brie, Feta und Blauschimmelkäse – und ich halte meine Erwartungen erstmal niedrig. Die meisten veganen Käsesorten sind unangenehm schmeckende, nicht ganz richtige Versionen des echten Käsevorbildes. Aber der Brie, den ich heute probiere, ist weich, reichhaltig, samtig – und köstlich. Man könnte leicht glauben, dass er aus Kuhmilch hergestellt wurde, aber er ist vollständig auf Pflanzenbasis entstanden. Ohne den Einsatz von maschinellem Lernen hätte es ihn nicht gegeben, sagt Zahn.

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Climax Foods ist eines von mehreren Startups, wie auch Shiru aus Alameda in Kalifornien und Notco aus Chile, die Lebensmittel auf pflanzlicher Basis mithilfe von künstlicher Intelligenz (KI) entwickeln. Die Unternehmen trainieren Algorithmen auf Datensätzen von Zutaten mit gewünschten Merkmalen wie Geschmack, Geruch oder Dehnbarkeit. Anschließend durchkämmen sie mit KI-Hilfe große Datenmengen, um neue Kombinationen dieser Zutaten zu entwickeln, die ähnliche Eigenschaften aufweisen.

„Die herkömmliche Entdeckung von Inhaltsstoffen kann Jahre dauern und Dutzende von Millionen [US-]Dollar kosten, und das Ergebnis sind Inhaltsstoffe, die nur minimal besser sind als die vorherige Generation“, sagt Jasmin Hume, CEO von Shiru, die ihre Doktorarbeit über Protein-Engineering geschrieben hat. „Jetzt können wir ganz von vorne anfangen, also damit, was die Natur zu bieten hat, die Proteine auswählen, die am besten funktionieren, daraus in etwa drei Monaten Prototypen entwickeln und sie testen.“

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22 Millionen Tonnen Käse im Jahr

Ein Grund für die Entwicklung von Alternativen zu Käse auf Milchbasis sind seine Umweltkosten: Käse hat einen höheren Kohlendioxid-Fußabdruck als Hühner- oder Schweinefleisch, und die Menschen essen jedes Jahr etwa 22 Millionen Tonnen davon. Für Zahn besteht die Antwort darin, den Verbrauchern nicht zuzumuten, sich mit einem gummiartigen, faden Ersatz zu begnügen, sondern eine pflanzliche Version anzubieten, die genauso gut oder besser schmeckt und in der Herstellung viel weniger kosten könnte.

Nicht jeder in der Branche ist optimistisch, was die KI-gestützte Entdeckung von Inhaltsstoffen angeht. Jonathan McIntyre, ein Lebensmittelberater, der früher bei Pepsi Forschungs- und Entwicklungsteams für Getränke und Snacks leitete, hält die Technologie als Werkzeug für seinen Bereich für „deutlich überbewertet“. „KI ist nur so gut wie die Daten, mit denen man sie füttert“, sagt er. In Anbetracht der Tatsache, wie eifersüchtig die Lebensmittelunternehmen ihre Rezepturen und geschützten Informationen hüten, werde es nicht unbedingt genügend Daten geben, um produktive Ergebnisse zu ermöglichen. McIntyre hat eine warnende Geschichte parat: Während seiner Zeit bei Pepsi versuchte das Unternehmen, mithilfe von IBMs Watson eine bessere Limonade zu entwickeln. „Das Ergebnis war das am schlechtesten schmeckende Getränk aller Zeiten“, sagt er.

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Climax Foods umging das Problem der Datenknappheit, indem es seine eigenen Trainingssätze erstellte, um zu verstehen, warum Käse so gut schmeckt. „Als wir anfingen, gab es nur sehr wenige Daten darüber, warum ein tierisches Produkt so schmeckt, wie es schmeckt – tierischer Cheddar, Blauschimmel, Brie, Mozzarella – weil es eben so ist, wie es ist“, sagt Zahn, der zuvor das Data-Science-Geschäft von Google mit massiven Anzeigen leitete. „Es [gab] keinen kommerziellen Grund, es zu verstehen.“

Ein Datenschatz für Käse

Im lebensmittelwissenschaftlichen Labor im Erdgeschoss der Climax-Büros, das sich auf dem Gelände einer alten Schokoladenfabrik befindet, zeigt Zahn einige der Instrumente, mit denen sein Team seinen Datenschatz aufgebaut hat. Ein Gerät zeigt mithilfe von Ionenchromatographie das genaue Gleichgewicht der verschiedenen Säuren nach dem Abbau von Laktose durch Bakterienstämme an. Ein Massenspektrometer arbeitet als „elektronische Nase“, um herauszufinden, welche flüchtigen Verbindungen unsere Geruchsreaktion auf Lebensmittel hervorrufen. Ein sogenanntes Rheometer misst, wie ein Käse auf physische Verformung reagiert. Ein Teil unserer Reaktion auf Käse beruht nämlich darauf, wie er sich beim Schneiden und Kauen verhält. Aus den Käsedaten lassen sich Zielwerte für die Leistung ableiten, die eine KI mit verschiedenen Kombinationen von Pflanzenbestandteilen zu erreichen versuchen kann.

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Auf der Basis von wohlbegründeten Vermutungen, welche Pflanzen sich gut als Ersatz eignen, haben die Lebensmittelwissenschaftler von Climax in den letzten vier Jahren mehr als 5.000 Käseprototypen entwickelt. Mit denselben Laborinstrumenten, die auch für Tierkäse verwendet werden, führt das Climax-Team eine Analyse aus 50 verschiedenen Tests auf Textur und Geschmack durch und erzeugt Millionen von Datenpunkten. Die KI wird auf diese Prototypen trainiert, und der Algorithmus schlägt dann Mischungen vor, die noch besser funktionieren könnten. Das Team probiert sie aus und iteriert weiter. „Man variiert alle Eingabeparameter, misst die Ergebnisse und versucht dann, die Differenz zwischen dem Ergebnis und dem Zielwert für das Tier so gering wie möglich zu halten“, sagt Zahn. Er schätzt, dass Climax, einschließlich kleiner „Mikro-Prototypen“, etwa 100.000 Kombinationen von Pflanzeninhaltsstoffen analysiert hat.

Zahn zufolge würde es mehrere tausend Jahre dauern, die Zutatenmischungen in so vielen Prototypen von Hand zu probieren und fein abzustimmen. Doch nachdem er mit seinem KI-gestützten Team Anfang 2020 bei Null angefangen hatte, haben sie ihren ersten Käse im April vergangenen Jahres auf den Markt gebracht.

Kürbiskerne und Limabohnen für den veganen Käse

Die pflanzlichen Bestandteile des veganen Blauschimmelkäses sind nicht gerade exotisch. Die vier wichtigsten Zutaten sind Kürbiskerne, Kokosnussöl, Limabohnen und Hanfproteinpulver. Dennoch beschrieb ihn die Sterneköchin Dominique Crenn aus San Francisco als „weich, buttrig und überraschend reichhaltig – jenseits der Vorstellungskraft für einen veganen Käse“.

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Bel Group, der Hersteller der Käsemarke „Laughing Cow“, hat einen Vertrag zur Lizenzierung der Produkte des Unternehmens abgeschlossen. Dazu hat auch ein zweiter großer Hersteller, den Zahn noch nicht öffentlich nennen darf, einen Vertrag unterzeichnet. Zahn bemüht sich derzeit um eine Finanzierungsrunde und hofft, noch in diesem Jahr veganen Brie und Feta verkaufen zu können.

Im Gegensatz zu Watsons erfolglosem Versuch, eine bessere Pepsi Cola zu formulieren, können die Algorithmen von Climax Zutaten auf eine Weise zusammenbringen, die wie Alchemie wirkt. „Es gibt eine Wechselwirkung zwischen einer Komponente und einer anderen, die einen Geschmack oder ein Gefühl auslöst, das man nicht erwartet hat“, sagt Zahn. „Es ist nicht nur die Summe der beiden Komponenten, sondern etwas völlig anderes.“

Der Autor des Textes ist Andrew Rosenblum. Er ist selbstständiger Journalist in den USA. Für die US-amerikanische Ausgabe von MIT Technology Review deckt er den Themenbereich Biotechnologie ab.
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