В последние годы в отрасли альтернативных белков наблюдается значительный рост, вызванный изменениями потребительского спроса. Это побудило производителей продуктов питания к исследованию новых способов создания устойчивых продуктов питания. Те, кто работает в этой относительно новой нише, — от стартапов до признанных лидеров отрасли, — используют различные технологии и оборудование для доведения до ума своих продуктов на основе альтернативных белков.

Ферментация — это гибкий процесс, используемый в масштабах всей отрасли для производства альтернативных белков и ингредиентов. Роль ферментации в производстве пищевых продуктов требует специальных средств контроля загрязнений и профилактических мер для защиты сырья и продуктов ферментации от загрязнения.

Важность применения надлежащих средств контроля при смене операций

При переходе к очередной рабочей операции с альтернативными белками изменяются и средства контроля загрязнений, необходимые для ее защиты. Например, подход к поддержанию среды, создающей условия для ферментации, в лабораторных условиях сильно отличается от того, как эта среда поддерживается в условиях производства.

Неспособность отрегулировать средства контроля загрязнений при переходе к другой операции может привести к нежелательным последствиям, включая повреждение оборудования, снижение качества продукции, потери материалов и ресурсов, загрязнение продукции и неэффективность процесса.  К счастью, существует ряд средств контроля загрязнений, используемых при производстве пищевых продуктов и напитков, которые можно применять для сырья для ферментации и технологической инфраструктуры.  

Объяснение понятий ферментации и сырья

Хотя процесс ферментации известен на протяжении многих веков, контролируемая прецизионная ферментация, используемая при получении альтернативных белков, является относительным новшеством при производстве пищевых продуктов и напитков. Прецизионная ферментация подходит для производства альтернативных белков, поскольку помогает получить запахи, текстуру и вкус, аналогичные «традиционной еде».

Сырье, используемое в процессах как традиционной, так и прецизионной ферментации, можно рассматривать как средство, обычно в виде жидкой смеси, помогающее «подпитывать» процесс ферментации.

Существует множество примеров доступных сырьевых растворов, но для сокращения затрат и поиска того раствора, который подходит именно для их процесса, многие производители альтернативных белков самостоятельно готовят собственное сырье для ферментации. Эти растворы часто представляют собой смесь воды, сахара и других питательных веществ. Интересно, что самостоятельно созданные растворы аналогичны жидким сахарным растворам, используемым при производстве газированной воды, соков, вин, пива и других напитков.

Кроме того, производители альтернативных белков могут использовать обширные знания и опыт применения средств контроля загрязнений, которые накоплены в этих устоявшихся отраслях. Они могут учиться на этих отлаженных способах применения, чтобы внедрять эффективные средства контроля загрязнений, которые защищают их сырье для ферментации альтернативных белков и соответствующие производственные процессы.

Действия по контролю загрязнений: удаление против инактивации или разрушения загрязняющих веществ

Контроль загрязнений распространяется на загрязняющие вещества в виде как твердых частиц, так и микробиоты. Твердые частицы — это нежелательная взвесь твердых веществ любого типа, тогда как к микробиологическим загрязнителям относятся нежелательные бактерии и микроорганизмы. Учитывая это, успешный контроль загрязнений сырья предусматривает устранение загрязнений обоих типов нижеперечисленными способами.

1. Удаление загрязняющих веществ с помощью методов фильтрации твердых частиц и мембранной фильтрации. Обычно это требуется, когда в исходной воде присутствуют твердые частицы, например песок, которые невозможно удалить путем нагрева. Эти методы могут также использоваться, когда производитель работает с термочувствительными материалами, такими как белки, которые при нагревании могут денатурировать.

2. Разрушение или инактивация загрязняющих веществ посредством нагревания, охлаждения либо применения других методов, таких как УФ-обработка. В данной статье рассматриваются методы, наиболее широко применяемые в пищевой промышленности и при производстве напитков, которые предусматривают нагрев с использованием автоклавов или технологий впрыска пара. Инактивация или разрушение обычно используются для материалов, не чувствительных к нагреванию, и для устранения микробиологических загрязнений, устойчивых только к фильтрации.

При необходимости производители могут использовать комбинацию вышеуказанных методов, чтобы обеспечить дополнительную защиту и устранить как нежелательные твердые частицы, так и микробные загрязнения.

Описание трех наиболее широко применяемых методов: фильтрация, автоклавирование и впрыск пара

Очевидно, что выбор метода зависит от требуемого результата контроля загрязнений и его влияния на выпускаемый продукт и производственный процесс. при выборе метода учитывается множество факторов технологического и эксплуатационного характера, включая используемое сырье для ферментации, вид продукта, затраты, безопасность, масштабируемость, тип осуществляемого процесса, простоту использования и общую эффективность. Давайте рассмотрим каждый из наиболее широко применяемых методов и примеры их оптимального использования.

Метод 1: фильтрация

Применяется, когда требуется удалить загрязняющие вещества, после чего применяются методы фильтрации жидкостей. Хотя большого опыта фильтрации сырья для ферментации не наработано, производители альтернативных белков могут использовать опыт фильтрации других сахарных растворов, накопленный в пищевой промышленности и при производстве напитков, таких как соки, жидкие концентраты и газированные напитки. Передовая практика фильтрации жидкости базируется на трехэтапном процессе.

Этап 1: применение фильтра определенного номинала для улавливания частиц. Это позволяет удалить крупные частицы и защитить фильтры и оборудование, установленные в линии за этим фильтром. В целом, на этом этапе снижается содержание твердых частиц и количество взвешенных твердых веществ.

Этап 2: применение фильтра абсолютной очистки от твердых частиц. Это позволяет удалить все частицы размером больше номинала фильтра в микронах; степень задержания, обеспечиваемая фильтром, может достигать 99,9999999 % частиц.

Этап 3: применение мембранного фильтра. Это позволяет удалить микробиологические загрязнения исходя из степени задержания, обеспечиваемой фильтром. Мембранные фильтры всегда следует проверять на целостность и регулярно стерилизовать.

Метод 2: автоклавирование

Автоклавы обеспечивают нагрев с целью инактивации или разрушения загрязняющих веществ; обычно это сосуды под давлением, для нагрева содержимого которых используется пар. Этот метод отличается гибкостью и широко применяется в лабораторных условиях, где используется периодическая обработка.

Учитывая физическую природу оборудования и возможность периодической обработки, автоклавы лучше всего подходят для операций небольшого объема и часто оказываются непрактичными для применения на производстве.

Метод 3: впрыск пара

Впрыск пара представляет собой еще один способ нагрева, который производит инактивацию или разрушение. Это процесс прямого смешивания пара с сырьем в ферментере или системе трубопроводов. Существует два различных типа метода впрыска пара.

1. Метод периодической обработки. Это предусматривает впрыск пара в ферментер, в котором находится сырье. Этот процесс легко доступен для производителей, поскольку для него требуется только источник чистого пара.

Метод впрыска пара для периодической обработки легко масштабируется, но важно отметить, что при этом требуется более длительное время охлаждения. Пар также остается в ферментере и охлаждается; при этом сырье разбавляется, что не обязательно является преимуществом или недостатком, но обязательно должно учитываться при обработке.

2. Метод непрерывной обработки. Этот метод более актуален для тех, кто работает с крупными или коммерческими объемами, поскольку для него требуется промышленное оборудование и инфраструктура.

При использовании метода непрерывной обработки пар непрерывно впрыскивается в систему трубопроводов контура, в котором сырье выдерживается и по которому оно проходит в ферментер. На конечном участке трубопровода происходит «быстрое расширение» сырья, что способствует его быстрому охлаждению и позволяет ему остыть в течение нескольких минут. В целом, такая обработка выполняется намного быстрее, чем по периодическому методу, и для нее используется более горячий пар.

Итак, какой метод «следует» выбрать?

Понятно, что однозначного ответа на этот вопрос нет. Общая «новизна» и особенности эволюции индустрии альтернативных белков добавляет еще один уровень сложности, поскольку производители альтернативных белков стремятся применять наиболее эффективную обработку и соблюдать постоянно меняющиеся нормативные стандарты.  

При наличии нескольких вариантов производители должны учитывать вышеупомянутые особенности обработки, чтобы определить для себя «наиболее подходящий» вариант.

Как только все факторы будут определены, производители смогут лучше понять, какой метод контроля загрязнений им следует использовать, будь то стратегия удаления загрязнений с помощью фильтрации либо стратегия инактивации или разрушения посредством нагрева в автоклаве или впрыском пара. Кроме того, некоторые из них могут комбинировать оба метода, когда это будет уместно.

Эксперты компании Donaldson по фильтрации могут помочь производителям альтернативных белков найти продукты, подходящие для их решений по контролю загрязнения сырья. Являясь членом Ассоциации производителей растительных продуктов питания (PBFA), мы стремимся поддерживать производственные потребности отрасли, производящей растительные продукты питания и альтернативные белки. Мы тесно сотрудничаем с нашей командой из Solaris Biotech, которая является брендом компании Donaldson, с целью разработки и предложения комплексного решения для ферментации.