代替タンパク質業界は、近年の消費者の需要の変化により、著しい成長を遂げており、食品メーカーが持続可能な食品を生み出す新しい手法を開発する動きを促しています。スタートアップ企業から定評のある業界のリーダー企業まで、比較的新しいこの分野に取り組んでいる企業は、さまざまなテクノロジーと機器を駆使して代替タンパク質製品を生み出しています。
発酵は柔軟性のあるプロセスで、業界全体において代替タンパク質と原料の製造に利用されてます。食品製造における発酵の役割として、特別な汚染物質の管理と予防措置を実施して、発酵原料と製品を汚染から守る必要があります。
オペレーション変更時の管理調整の重要性
代替タンパク質のオペレーションが変われば、汚染を防ぐために必要な汚染管理も変わります。たとえば、ラボで発酵に適した環境を維持する方法と、その環境を大量生産時に維持する方法は大きく異なります。
オペレーションの変化に応じて汚染管理を調整しないと、機器の損傷、製品品質の低下、原料とリソースの浪費、製品汚染、非効率なプロセスなど、望ましくない結果を招く可能性があります。幸いにも、食品・飲料業界で使用されている汚染管理には、発酵原料とプロセスユーティリティーに適用できるものがいくつかあります。
発酵と原料の理解
発酵プロセスは何世紀も前から存在しますが、代替タンパク質の製造に使用される管理された精密発酵は、食品・飲料業界では比較的新しい方法です。精密発酵は「従来の食品」と同様の風味、食感、味を生み出せるため、代替タンパク質を製造する実用的な方法と言えます。
伝統的な発酵方法と精密発酵方法の両方で使用される原料はユーティリティーの一種と考えられます。通常は液体混合物の形態で、発酵プロセスを「促し」ます。
利用できる原料溶液の例は数多くありますが、コストを削減し自社プロセスに適した溶液を見つけるために、多くの代替タンパク質メーカーは自社で発酵原料を製造しています。通常、このような溶液には水、砂糖、その他の栄養成分が含まれています。興味深いことに、この自社製造の溶液はソーダ、ジュース、ワイン、ビール、その他の飲料業界で使用される液糖溶液に似ています。
代替タンパク質メーカーは、このような確立された業界が持つ汚染管理実施の豊富な経験と専門知識を活用することもできます。こうした試行錯誤を経た方法から学ぶことにより、代替タンパク質発酵原料と製造工程を保護する効果的な汚染管理を実施できます。
汚染管理アクション：汚染物質の除去と汚染物質の不活性化または破壊の比較
汚染管理で対象となる物質は、粒子状汚染物質と微生物学的汚染物質です。粒子状汚染物質とは望ましくない浮遊固形物であり、微生物学的汚染物質は望ましくないバクテリアや微生物です。したがって、原料汚染管理を成功させるには、次の手法で両方のタイプの汚染物質を処理します。
1. 汚染物質を除去する粒子フィルトレーション手法およびメンブレンフィルトレーション手法。これは、一般的に加熱手法では除去できない砂のような微粒子が原水に含まれる場合に必要です。熱によって変性するタンパク質など、熱に敏感な原料を取り扱う場合にも利用できます。
2. 汚染物質を破壊または不活性化する加熱、冷却、紫外線放射などの手法。この記事では、食品・飲料業界で最も一般的な手法である、加圧滅菌技術または水蒸気圧入技術を利用した加熱手法について取り上げます。不活性化または破壊は通常、原料が熱に弱くない場合や、フィルトレーションのみでは除去できない微生物学的汚染物質に対処する場合に使用します。
メーカーが粒子状汚染物質と微生物汚染物質の両方を処理する場合、適切であればこれらの手法を組み合わせて保護を強化することもできます。
最も一般的な3つの手法：フィルトレーション、加圧滅菌、水蒸気圧入
言うまでもなく、適用する手法は必要な汚染管理手法と、それが製造製品やプロセスに及ぼす影響により異なります。手法を選択する際は、使用する発酵原料、製品、コスト、安全性、拡張性、実施するプロセスの種類、使いやすさ、総合的な有用性など、プロセスとオペレーションに関するさまざまな点を考慮します。ここでは、最も一般的な方法と最も効果的な活用ケースを紹介します。
方法1 - フィルトレーション
必要なアクションが汚染物質の除去である場合、液体フィルトレーション手法を使用します。発酵原料のフィルトレーションの歴史はそう長くはありませんが、代替タンパク質メーカーはジュース、ブイヨン、ソーダなど、他の糖液フィルトレーションに関する食品・飲料業界での専門知識を活用できます。液体フィルトレーションの3段階のプロセス:
ステップ1：公称ろ過精度粒子フィルターの装着：これにより大きな粒子が除去され、下流のフィルターと機器の保護に役立ちます。通常、このステップで粒子負荷と浮遊固形物の数が削減されます。
ステップ2：絶対ろ過精度粒子フィルターの装着：これにより、フィルター捕捉率に基づき、フィルターミクロンサイズ以上のすべての粒子を最大で99.9999999%除去します。
ステップ3：メンブレンフィルターの装着：これにより、フィルター捕捉率で定義される微生物汚染物質を処理します。メンブレンフィルターは常に完全性試験を実施し、定期的に滅菌する必要があります。
方法2 - 加圧滅菌
加圧滅菌は不活性化または破壊を実行する加熱手法であり、基本的には蒸気を使用して中に入れた内容物を加熱する圧力容器を指します。これは非常に柔軟性が高く、バッチ処理が行われるラボ環境では一般的に使用されています。
装置の物理的性質とバッチプロセスを踏まえると、加圧滅菌は小規模のオペレーションに最も適しています。工業スケールにおいては多くの場合、実用的ではありません。
方法3 - 水蒸気圧入
水蒸気圧入は不活性化または破壊を実行するもう1つの加熱手法です。このプロセスでは蒸気と原料を、発酵槽内または配管システム内で直接混合します。水蒸気圧入法には次の2種類があります。
1. バッチ処理方法：原料を入れた発酵槽に蒸気を注入します。クリーンな蒸気源のみを必要とする手法であり、メーカーが簡単に採用できます。
バッチプロセスの水蒸気圧入法は容易に拡張できますが、規模が大きくなるほど長時間の冷却時間を必要とします。水蒸気も発酵槽に残り、そこで冷却されるため、原料が希釈されます。これは必ずしも利点とも欠点とも言えませんが、プロセスにおいて考慮すべき重要な点です。
2. 連続処理方法：この方法は、産業用設備やインフラが必要となるため、大規模または商業規模で作業する人々にとってより適した手法です。
連続処理方式では、原料が発酵槽へと流れていく保持ループ配管システムに、スチームが連続的に注入されます。配管の終端には「急速膨張（ラピッド・エクスパンション）」と呼ばれる工程があり、フラッシュ冷却を可能にすることで、原料を数分以内に冷却します。通常、この処理はバッチ手法よりもはるかに短時間で処理でき、より高温の蒸気を使用します。
では、どのような手法を選ぶべきか？
この質問に明確な答えはありません。一般的に、代替タンパク質業界の「新しさ」と進化が状況をより複雑にしており、代替タンパク質メーカーは最も効果的なプロセスを踏襲し、変化し続ける規制基準を満たそうとする中で、さらなる複雑さを生み出しています。
複数の選択肢があるなかで、メーカーは先に説明したプロセスの考慮事項を踏まえて、自分たちがどの「最良のユースケース」に当てはまるかを判断する必要があります。
このような要素を判断できれば、メーカーはフィルトレーションによる汚染物質除去戦略か、加圧滅菌または水蒸気圧入の加熱手法による不活性化または破壊戦略か、いずれの汚染管理手法を追及すべきかについて理解を深めることができます。また、適切であれば両方を組み合わせることも可能です。
ドナルドソンのフィルトレーション専門家は、代替タンパク質メーカーが原料の汚染管理ソリューションに適切な製品を判断できるようお手伝いします。当社は米国の植物性食品協会（Plant based Foods Association、PBFA）のメンバーであり、植物由来および代替タンパク質業界の製造ニーズをサポートしています。ドナルドソンブランドのSolaris Biotechチームと緊密に連携して、エンドツーエンドの発酵ソリューションを提供します。
