3 typowe metody ochrony surowców fermentacyjnych w produkcji białek alternatywnych

W ostatnich latach przemysł białek alternatywnych odnotował znaczny rozwój ze względu na zmiany w popycie konsumentów. Skłoniło to producentów żywności do poszukiwania nowych sposobów tworzenia zrównoważonej żywności. Osoby pracujące w tym stosunkowo nowym obszarze, od start-upów po uznanych liderów branży, wykorzystują różne technologie i sprzęt do produkcji alternatywnych źródeł białka.

Fermentacja to elastyczny proces stosowany w całej branży do produkcji alternatywnych białek i składników. Fermentacja w produkcji żywności wymaga zastosowania szczególnej kontroli zanieczyszczeń i środków zapobiegawczych w celu zabezpieczenia surowców fermentacyjnych i produktów przed zanieczyszczeniem.

Znaczenie dostosowania procesów kontroli podczas zmiany produkcji

Kiedy zmienia się produkcja alternatywnych białek, zmieniają się także środki kontroli zanieczyszczeń wymagane do jej zabezpieczenia. Na przykład utrzymanie środowiska sprzyjającego fermentacji w warunkach laboratoryjnych bardzo różni się od tego, jak utrzymuje się to środowisko w warunkach przemysłowych.

Niedostosowanie kontroli zanieczyszczeń podczas zmiany produkcji może skutkować niepożądanymi konsekwencjami, w tym uszkodzeniem sprzętu, obniżoną jakością produktu, marnowaniem materiałów i zasobów, zanieczyszczeniem produktu i nieefektywnością procesu.  Na szczęście w przemyśle spożywczym stosuje się kilka metod kontroli zanieczyszczeń, które można zastosować w przypadku surowców fermentacyjnych i mediów procesowych.  

Zrozumienie fermentacji i surowca

Chociaż proces fermentacji istnieje już od wieków, kontrolowana, precyzyjna fermentacja stosowana w produkcji alternatywnych białek jest stosunkowo nowym zastosowaniem w przemyśle spożywczym. Precyzyjna fermentacja jest praktyczna w przypadku produkcji alternatywnych białek, ponieważ pomaga uzyskać podobne smaki, tekstury i smaki jak „tradycyjna żywność”.

Surowiec stosowany zarówno podczas tradycyjnej, jak i precyzyjnej fermentacji można uznać za rodzaj medium, zwykle w postaci płynnej mieszaniny, która pomaga „napędzać” proces fermentacji.

Istnieje wiele przykładów dostępnych rozwiązań w zakresie surowców, ale aby obniżyć koszty i znaleźć rozwiązanie pasujące do danego procesu, wielu producentów alternatywnych białek produkuje własne surowce do fermentacji. Często składają się one z mieszanki wody, cukru i innych składników odżywczych. Co ciekawe, rozwiązania te są podobne do roztworów cukru stosowanych w produkcji napojów gazowanych, soków, wina, piwa i innych napojów.

Producenci alternatywnych białek mogą również czerpać z rozległego doświadczenia i wiedzy specjalistycznej, jaką posiadają te ugruntowane branże w zakresie stosowania kontroli zanieczyszczeń. Mogą uczyć się na podstawie tych wypróbowanych i przetestowanych zastosowań, aby wdrożyć skuteczną kontrolę zanieczyszczeń, która chroni ich surowiec fermentacyjny i proces produkcyjny.

Działania w zakresie kontroli zanieczyszczeń: usuwanie a inaktywacja lub zniszczenie substancji zanieczyszczającej

Kontrola zanieczyszczeń dotyczy zarówno zanieczyszczeń stałych, jak i mikrobiologicznych. Cząstki stałe to wszelkiego rodzaju niepożądane zawieszone ciała stałe, natomiast zanieczyszczenia mikrobiologiczne obejmują niepożądane bakterie i mikroorganizmy. Mając to na uwadze, skuteczna kontrola zanieczyszczenia surowca uwzględnia oba rodzaje zanieczyszczeń poprzez wykonanie następujących działań:

1. Usuwanie zanieczyszczeń za pomocą metod filtracji cząstek stałych i filtrów membranowych. Działania te są na ogół wymagane, gdy w wodzie źródłowej występują cząstki stałe, takie jak piasek, których nie można usunąć metodami termicznymi. Można je również zastosować, gdy producent pracuje z materiałami wrażliwymi na ciepło, takimi jak białka, które mogą ulegać denaturacji pod wpływem ciepła.

2. Zniszczenie lub inaktywacja zanieczyszczeń osiągane poprzez ogrzewanie, chłodzenie lub inne metody, takie jak promieniowanie UV. W tym artykule omówimy najpowszechniejsze metody stosowane w przemyśle spożywczym, czyli metody termiczne wykorzystujące autoklaw lub wtrysk pary. Inaktywację lub zniszczenie zanieczyszczeń stosuje się zazwyczaj, gdy materiały nie są wrażliwe na ciepło oraz w przypadku zanieczyszczeń mikrobiologicznych, które mogą być odporne na samą filtrację.

W stosownych przypadkach producenci mogą zastosować kombinację powyższych działań w celu zapewnienia dodatkowej ochrony oraz w przypadku zanieczyszczenia cząstkami stałymi i mikrobiologicznymi.

Zrozumienie 3 najpopularniejszych metod: filtracja, autoklaw i wtrysk pary

Oczywiście zastosowana metoda zależy od pożądanego działania kontroli zanieczyszczeń i tego, jak wpłynie ona na produkt i proces produkcyjny. Przy wyborze metody bierze się pod uwagę wiele czynników procesowych i operacyjnych, w tym zastosowany surowiec fermentacyjny, produkt, koszty, bezpieczeństwo, skalowalność, rodzaj procesu, łatwość użycia i ogólną skuteczność. Przyjrzyjmy się najczęstszym metodom i najlepszym przypadkom ich zastosowania.

Metoda 1 – Filtracja

Gdy pożądanym działaniem jest usunięcie zanieczyszczeń, wówczas stosuje się metody filtracji cieczy. Chociaż nie ma dużego doświadczenia historycznego w filtrowaniu surowców fermentacyjnych, producenci alternatywni białek mogą czerpać z wiedzy specjalistycznej dostępnej podczas filtrowania innych roztworów cukru w przemyśle spożywczym, takich jak soki, buliony i napoje gazowane. Najlepsza praktyka filtracji cieczy opiera się na 3-etapowym procesie:

Krok 1: Zastosowanie nominalnego filtra cząstek stałych: Usuwa duże cząstki i pomaga chronić dalsze filtry i sprzęt. Ogólnie rzecz biorąc, etap ten zmniejsza obciążenie cząstkami i liczbę zawieszonych ciał stałych.

Krok 2: Zastosowanie bezwzględnego filtra cząstek stałych: Powoduje usunięcie wszystkich cząstek większych niż rozmiar mikronowy filtra w oparciu o wskaźnik retencji filtra, który może wynosić do 99,9999999% cząstek.

Krok 3: Zastosowanie filtra membranowego: Usuwa zanieczyszczenia mikrobiologiczne zgodnie ze współczynnikiem retencji filtra. Filtry membranowe należy zawsze poddawać kontroli integralności i regularnie je sterylizować.

Metoda 2 – Autoklawy

Autoklawy zaliczają się do metod termicznych w zakresie inaktywacji lub niszczenia zanieczyszczeń. Są to zbiorniki ciśnieniowe, które wykorzystują parę do podgrzewania umieszczonej w nich zawartości. Metoda ta jest bardzo elastyczna i powszechna w warunkach laboratoryjnych, w których stosuje się procesy nieciągłe.

Biorąc pod uwagę fizyczny charakter sprzętu i nieciągłość procesu, autoklawy najlepiej nadają się do produkcji na mniejszą skalę i często okazują się niepraktyczne na skalę przemysłową.

Metoda 3 – Wtrysk pary

Wtrysk pary to kolejna metoda termiczna, która powoduje inaktywację lub zniszczenie zanieczyszczeń. Jest to proces mieszania pary bezpośrednio z surowcem w fermentorze lub w układzie. Istnieją dwa różne rodzaje metod wtrysku pary:

1. Metoda nieciągła: Polega na wtryskiwaniu pary do fermentora zawierającego surowiec. Proces ten jest łatwo dostępny dla producentów, ponieważ wymaga jedynie źródła czystej pary.

Metoda wtrysku pary w procesie nieciągłym jest łatwo skalowalna, należy jednak pamiętać, że zastosowanie jej na większą skalę wymaga dłuższego czasu chłodzenia. Para również pozostaje w fermentorze i schładza się, co powoduje rozcieńczenie surowca. Nie jest to koniecznie zaleta ani wada, ale należy brać to pod uwagę.

2. Metoda ciągła: Ta metoda jest bardziej odpowiednia dla produkcji na dużą skalę lub na skalę komercyjną, ponieważ wymagany jest sprzęt i infrastruktura przemysłowa.

Podczas procesu ciągłego para jest wtryskiwana w sposób ciągły do układu, przez który surowiec przepływa do fermentora. Na końcu układu następuje etap „szybkiego rozprężania”, który ułatwia błyskawiczne schładzanie, umożliwiając schłodzenie surowca w ciągu kilku minut. Ogólnie rzecz biorąc, proces ten jest znacznie szybszy niż metoda nieciągła i wykorzystuje wyższą temperaturę pary.

Zatem jaką metodę należy wybrać?

Z oczywistych względów na to pytanie nie ma jednej odpowiedzi. Ogólna „nowość” i ewolucja branży alternatywnych białek dodaje kolejny poziom złożoności, ponieważ producenci starają się stosować najbardziej efektywny proces i spełniać zmieniające się standardy regulacyjne.  

Mając do dyspozycji wiele opcji, producenci muszą wziąć pod uwagę wyżej wymienione kwestie związane z procesem, aby określić, do którego przypadku „najlepszego zastosowania” się zaliczają.

Po określeniu tych czynników producenci będą w stanie lepiej zrozumieć, jaką metodę kontroli zanieczyszczeń powinni zastosować – niezależnie od tego, czy będzie to strategia usuwania zanieczyszczeń realizowana poprzez filtrację, czy strategia inaktywacji lub niszczenia realizowana za pomocą metod termicznych w autoklawie lub za pomocą wtrysku pary. Niektórzy, w stosownych przypadkach, mogą również zdecydować się na kombinację obu tych metod.

Eksperci firmy Donaldson w zakresie filtracji mogą pomóc producentom alternatywnych białek w znalezieniu odpowiednich produktów do rozwiązań w zakresie kontroli zanieczyszczeń surowców. Jako członek Plant Based Foods Association (PBFA) jesteśmy zaangażowani we wspieranie potrzeb produkcyjnych w branży białek roślinnych i alternatywnych. Ściśle współpracujemy z naszym zespołem w Solaris Biotech – marce Donaldson, aby zapewniać kompleksowe rozwiązanie w zakresie fermentacji.