La industria de las proteínas alternativas ha experimentado un crecimiento significativo en los últimos años debido a los cambios en la demanda de los consumidores, lo que ha llevado a los fabricantes de alimentos a explorar nuevas formas de crear alimentos sostenibles. Quienes trabajan en este ámbito relativamente nuevo, desde empresas nuevas hasta líderes consolidados de la industria, utilizan diversas tecnologías y equipos para hacer realidad sus productos proteínicos alternativos.
La fermentación es un proceso flexible utilizado en toda la industria para producir proteínas e ingredientes alternativos. El papel de la fermentación en la fabricación de alimentos requiere controles específicos de contaminantes y medidas preventivas para salvaguardar la materia prima y los productos de fermentación contra la contaminación.
Importancia de alinear los controles al cambiar de operación
Cuando una operación proteínica alternativa cambia, también cambian los controles de contaminación necesarios para salvaguardarla. Por ejemplo, mantener un entorno propicio para la fermentación en un laboratorio es muy diferente a la forma en que se mantiene este entorno en un ámbito industrial.
Si no se ajustan los controles de contaminantes al cambiar una operación, pueden producirse consecuencias no deseadas, como daños en los equipos, disminución de la calidad del producto, desperdicio de materiales y recursos, contaminación del producto e ineficiencias en el proceso. Afortunadamente, existen varios controles de contaminación utilizados en la industria alimentaria y de bebidas que pueden aplicarse a la materia prima de fermentación y a las utilidades del proceso.
Comprender la fermentación y las materias primas
Aunque el proceso de fermentación existe desde hace siglos, la fermentación de precisión controlada utilizada en la producción de proteínas alternativas es una aplicación relativamente nueva en la industria de alimentos y bebidas. La fermentación de precisión es práctica para la producción de proteínas alternativas, puesto que ayuda a producir sabores, texturas y gustos similares a los de la "comida tradicional".
La materia prima utilizada tanto en las prácticas de fermentación tradicionales como en las de precisión puede considerarse un tipo de utilidad, por lo general una forma de mezcla líquida, que ayuda a "activar" el proceso de fermentación.
Existen numerosos ejemplos de soluciones de materias primas disponibles, pero para reducir costos y encontrar una solución que se adapte a su proceso, muchos fabricantes de proteínas alternativas producen sus propias materias primas de fermentación internamente. Estas soluciones con frecuencia contienen una mezcla de agua, azúcar y otros nutrientes. De manera interesante, las soluciones internas creadas son similares a las soluciones de azúcar líquido utilizadas en las industrias de refrescos, jugos, vino, cerveza y otras bebidas.
Los fabricantes de proteínas alternativas también pueden aprovechar la amplia experiencia y los conocimientos de estas industrias bien establecidas en la aplicación de controles de contaminación. Pueden aprender de estas aplicaciones probadas para implementar controles de contaminación efectivos que salvaguarden su materia prima de fermentación de proteínas alternativas y su proceso de fabricación.
Acciones de control de la contaminación: Eliminación versus inactivación o destrucción del contaminante
Los controles de contaminación abordan tanto los contaminantes de partículas como los microbiológicos. Las partículas son cualquier tipo de sólido en suspensión no deseado, mientras que los contaminantes microbiológicos incluyen bacterias y microorganismos no deseados. Considerando esto, un control exitoso de la contaminación de la materia prima aborda ambos tipos de contaminantes realizando las siguientes acciones:
1. Eliminación del contaminante mediante métodos de filtración de partículas y membranas. En general, esto se requiere cuando en el agua de origen se encuentran presentes partículas como arena, las cuales no pueden ser eliminadas con métodos de calentamiento. Esta acción también puede utilizarse cuando el fabricante trabaja con materiales sensibles al calor, como las proteínas, que pueden desnaturalizarse por efecto del calor.
2. Destrucción o inactivación del contaminante que se logra mediante calentamiento, enfriamiento u otros métodos como la radiación UV. Para este análisis, trataremos los métodos más comunes en la industria de alimentos y bebidas, que son los métodos de calentamiento que utilizan tecnologías de autoclave o inyección de vapor. En general se utiliza la inactivación o destrucción cuando los materiales no son sensibles al calor y para tratar contaminantes microbiológicos que pueden ser resistentes solamente a la filtración.
Cuando corresponda, los fabricantes pueden adoptar una combinación de las acciones anteriores para protección adicional y cuando se trate tanto de partículas como de contaminantes microbianos.
Comprender los 3 métodos más comunes: Filtración, autoclave e inyección de vapor
Evidentemente, el método aplicado depende de la acción de control de la contaminación deseada y de cómo afectará al producto y al proceso de fabricación. Cuando se elige un método, hay que considerar varios aspectos relacionados con los procesos y las operaciones, como la materia prima de fermentación utilizada, el producto, los costos, la seguridad, la escalabilidad, el tipo de proceso adoptado, la facilidad de uso y la eficacia general. Examinemos cada uno de los métodos más comunes y sus casos de mejor uso.
Método 1 - Filtración
Cuando la acción deseada es la eliminación del contaminante, se implementan métodos de filtración de líquidos. Aunque no existe una amplia experiencia histórica en el filtrado de materias primas para fermentación, los fabricantes de proteínas alternativas pueden valerse de los conocimientos especializados disponibles en el filtrado de otras soluciones de azúcar en la industria de alimentos y bebidas, como jugos, caldos y refrescos. La mejor práctica para la filtración de líquidos sigue un proceso de 3 pasos:
Paso 1: Aplicación de un filtro de partículas nominal: Esto elimina las partículas grandes y ayuda a proteger los filtros y equipos aguas abajo. En general, este paso reduce la carga de partículas y el número de sólidos en suspensión.
Paso 2: Aplicación de un filtro absoluto de partículas: Esto elimina todas las partículas mayores que el tamaño en micras del filtro, según el índice de retención del filtro, que podría ser de hasta 99,9999999% de las partículas.
Paso 3: Aplicación de un filtro de membrana: Esto aborda contaminantes microbiológicos definidos por el índice de retención del filtro. Los filtros de membrana deben someterse siempre a pruebas de integridad y esterilizarse con regularidad.
Common Best-Use Case:
Alto volumen, baja viscosidad, escala industrial, proceso continuo, presupuesto flexible, partículas presentes.
Método 2 - Autoclaves
Los autoclaves realizan la acción de calentamiento de inactivación o destrucción y son, en definitiva, recipientes a presión que utilizan vapor para calentar el contenido que se coloca en su interior. Este método es muy flexible y habitual en los laboratorios donde se siguen procesos por lotes.
Dada la naturaleza física del equipo y el proceso por lotes, los autoclaves son más adecuados para operaciones a escala más pequeña y a menudo resultan poco prácticos a escala industrial.
Common Best-Use Case:
Bajo volumen, alta viscosidad, escala de laboratorio, proceso por lotes, normas de calidad farmacéutica.
Método 3 - Inyección de vapor
La inyección de vapor es otro método de calentamiento que realiza la acción de inactivación o destrucción. Es el proceso de mezclar vapor directamente con la materia prima dentro de un fermentador o en un sistema de tuberías. Existen dos tipos diferentes de métodos de inyección de vapor:
1. Método de proceso por lotes: Consiste en inyectar vapor en el fermentador que contiene la materia prima. Este proceso es fácilmente accesible para los fabricantes, puesto que solo requiere una fuente de vapor limpio.
El método de inyección de vapor por lotes es fácilmente escalable, pero es importante considerar que hacerlo a mayor escala requiere un tiempo de enfriamiento más prolongado. El vapor también permanece en el fermentador y se enfría, lo que provoca la dilución de la materia prima; esto no es necesariamente una ventaja o una desventaja, pero debería ser un factor clave del proceso.
Common Best-Use Case:
A escala de laboratorio, producción de distintos tipos de productos, sin limitaciones de tiempo, se requieren soluciones flexibles.
2. Método de proceso continuo: Este método es más pertinente para aquellos que trabajan a gran escala o a escala comercial, dado que se requieren equipos e infraestructuras industriales.
Durante el método de proceso continuo, se inyecta vapor continuamente en un sistema de tuberías de bucle de retención por el cual circula la materia prima hacia el fermentador. Al final de la tubería, hay un paso de proceso de "expansión rápida" que facilita el enfriamiento rápido, lo cual permite que la materia prima se enfríe en pocos minutos. En general, este proceso es mucho más rápido que el método por lotes y utiliza una temperatura de vapor más elevada.
Common Best-Use Case:
Gran volumen, escala industrial, necesidad de soluciones flexibles, producción de múltiples productos, sistema continuo.
Entonces, ¿qué método "debería" elegir?
Está claro que no hay una respuesta absoluta para esta pregunta. La "novedad" general y la evolución de la industria de las proteínas alternativas agregan otra capa de complejidad, dado que los fabricantes de proteínas alternativas se esfuerzan por seguir el proceso más eficaz y cumplir las cambiantes normas reglamentarias.
Con múltiples opciones disponibles, los fabricantes deben tener en cuenta los factores del proceso antes mencionados para determinar en qué caso de "mejor uso" se encuentran.
Una vez determinados estos factores, los fabricantes estarán en mejores condiciones de comprender qué método de control de contaminantes deben seguir, ya sea una estrategia de eliminación de la contaminación mediante filtración o una estrategia de inactivación o destrucción mediante autoclave o métodos de calentamiento por inyección de vapor. Es posible que algunos también opten por una combinación de ambos cuando corresponda.
Los expertos en filtración de Donaldson pueden ayudar a los fabricantes de proteínas alternativas a encontrar los productos adecuados para su solución de control de la contaminación de las materias primas. Como miembro de la Plant Based Foods Association (PBFA), nos dedicamos a apoyar las necesidades de fabricación del sector de las proteínas vegetales y alternativas. Trabajamos en estrecha colaboración con nuestro equipo en Solaris Biotech - una marca de Donaldson para proporcionar una solución de fermentación integral.
