3 metodi comuni per salvaguardare le materie prime per la fermentazione nella tua attività di produzione di proteine alternative

Negli ultimi anni il settore delle proteine alternative ha registrato una crescita significativa per via dei cambiamenti nella domanda dei consumatori, spingendo i produttori alimentari a esplorare nuovi modi per creare alimenti sostenibili. Coloro che lavorano in questo spazio relativamente nuovo, dalle start-up ai leader affermati del settore, utilizzano varie tecnologie e attrezzature per portare al successo i loro prodotti a base di proteine alternative.

La fermentazione è un processo flessibile impiegato in tutto il settore per produrre proteine e ingredienti alternativi. Il ruolo della fermentazione nella produzione alimentare richiede specifici controlli dei contaminanti e misure preventive per salvaguardare dalla contaminazione le materie prime e i prodotti per la fermentazione.

Importanza dell'allineamento dei controlli nella modifica delle attività

Quando un'attività di produzione delle proteine alternative si modifica, cambiano anche i controlli di contaminazione necessari per salvaguardarla. Per esempio, le modalità di mantenimento di un ambiente favorevole alla fermentazione in un laboratorio cambiano notevolmente se si lavora in un contesto industriale.

La mancata regolazione dei controlli dei contaminanti quando si modifica un'attività può determinare conseguenze indesiderate, tra cui danni alle apparecchiature, qualità dei prodotti compromessa, materiali e risorse sprecati, contaminazione dei prodotti e inefficienze del processo.  Fortunatamente, vi sono diversi controlli sulla contaminazione utilizzati nel settore alimentare e delle bevande che possono essere applicati alle materie prime per la fermentazione e ai servizi di processo.  

Comprensione della fermentazione e delle materie prime

Sebbene il processo di fermentazione esista da secoli, la fermentazione di precisione controllata utilizzata nella produzione di proteine alternative è un'applicazione relativamente nuova nel settore alimentare e delle bevande. La fermentazione di precisione è un aspetto pratico della produzione di proteine alternative poiché aiuta a produrre aromi, consistenze e gusti simili a quelli del "cibo tradizionale".

La materia prima utilizzata nelle pratiche di fermentazione tradizionale e di fermentazione di precisione può essere considerata come un tipo di utilità, solitamente una forma di miscela liquida, che aiuta a "far carburare" il processo di fermentazione.

Vi sono numerosi esempi di soluzioni disponibili per le materie prime, ma per ridurre i costi e trovare una soluzione adatta al loro processo, molti produttori di proteine alternative preferiscono produrre internamente le proprie materie prime per la fermentazione. Tali soluzioni spesso contengono una miscela di acqua, zucchero e altri nutrienti. È interessante notare che le soluzioni interne create sono simili alle soluzioni di zucchero liquido utilizzate nel settore delle bibite gassate, dei succhi, del vino, della birra e di altre bevande.

I produttori di proteine alternative possono anche attingere alla vasta esperienza e competenza di questi settori consolidati nell'applicazione dei controlli della contaminazione. Possono prendere spunto da queste applicazioni collaudate per implementare controlli efficaci della contaminazione che salvaguardino le loro materie prime per la fermentazione delle proteine alternative e il relativo processo di produzione.

Azioni per il controllo della contaminazione: Rimozione o inattivazione/distruzione del contaminante

I controlli della contaminazione interessano sia il particolato che i contaminanti microbiologici. Viene considerato particolato qualsiasi tipo di solido sospeso indesiderato, mentre i contaminanti microbiologici includono batteri e microrganismi altrettanto indesiderati. Tenendo presente questa distinzione, un controllo efficace della contaminazione delle materie prime si occupa di entrambi i tipi di contaminanti, eseguendo le seguenti azioni:

1. Rimozione del contaminante tramite metodi di filtrazione del particolato e della membrana. Ciò è generalmente richiesto quando nell'acqua alla fonte sono presenti particolati, al esempio la sabbia, che non possono essere rimossi tramite metodi di riscaldamento. Questa azione può essere attuata anche quando il produttore lavora con materiali sensibili al calore, come le proteine, che possono essere denaturate termicamente.

2. Distruzione o inattivazione dei contaminanti tramite riscaldamento, raffreddamento o altri metodi, come ad esempio le radiazioni UV. In questa discussione tratteremo i metodi più comuni nel settore alimentare e delle bevande, ovvero i metodi di riscaldamento che utilizzano tecnologie di autoclave o di iniezione di vapore. L'inattivazione o la distruzione viene generalmente utilizzata in caso di materiali non sensibili al calore per affrontare i contaminanti microbiologici che potrebbero essere resistenti alla sola filtrazione.

Ove opportuno, i produttori possono intraprendere una combinazione delle azioni di cui sopra per un'ulteriore protezione e nel caso in cui si affrontino sia i contaminanti particolati che quelli microbici.

Comprensione dei 3 metodi più comuni: Filtrazione, autoclave e iniezione di vapore

È evidente che il metodo applicato dipende dall'azione di controllo della contaminazione desiderata e da come questa influenzerà il prodotto e il processo di fabbricazione. Vi sono molte considerazioni operative e di processo da fare quando si tratta di scegliere un metodo, tra cui la materia prima per la fermentazione utilizzata, il prodotto, i costi, la sicurezza, la scalabilità, il tipo di processo intrapreso, la facilità d'uso e l'efficacia complessiva. Diamo un'occhiata a ciascuno dei metodi più comuni e ai relativi casi d'uso migliori.

Metodo 1: filtrazione

Quando l'azione desiderata è la rimozione del contaminante, vengono implementati metodi di filtrazione dei liquidi. Anche se non esiste una vasta esperienza storica nella filtrazione delle materie prime per la fermentazione, i produttori di proteine alternative possono attingere all'esperienza disponibile nella filtrazione di altre soluzioni zuccherine nel settore alimentare e delle bevande, come succhi, brodi e bibite. Le pratiche migliori per la filtrazione dei liquidi seguono un processo di 3 passaggi:

Passaggio 1: applicazione di un filtro antiparticolato nominale: rimuove le particelle di grandi dimensioni e aiuta a proteggere i filtri e le apparecchiature a valle. Nel complesso, questo passaggio riduce il carico di particelle e il numero di solidi sospesi.

Passaggio 2: applicazione di un filtro antiparticolato assoluto: rimuove tutte le particelle più grandi della dimensione micron del filtro, in base al grado di ritenzione dello stesso, che potrebbe gestire fino al 99,9999999% delle particelle.

Passaggio 3: applicazione di un filtro a membrana: si occupa dei contaminanti microbiologici come definito dal grado di ritenzione del filtro. I filtri a membrana devono essere sempre testati per verificarne l'integrità e sterilizzati regolarmente.

Metodo 2: autoclavi

Le autoclavi eseguono l'azione di riscaldamento per l'inattivazione o la distruzione e in definitiva sono recipienti a pressione che utilizzano il vapore per riscaldare il contenuto posto al loro interno. Questo metodo è molto flessibile e comune negli ambienti di laboratorio in cui vengono seguiti processi in lotti.

Data la natura fisica dell'attrezzatura e del processo in lotti, le autoclavi sono più adatte ad attività su scala ridotta e spesso si rivelano poco pratiche su scala industriale.

Metodo 3: iniezione di vapore

L'iniezione di vapore è un altro metodo di riscaldamento che esegue l'azione di inattivazione o distruzione. Si tratta del processo di miscelazione del vapore direttamente con la materia prima all'interno di un fermentatore o in un sistema di tubazioni. Vi sono due diversi tipi di metodi di iniezione del vapore:

1. Metodo di processo in lotti: comporta l'iniezione di vapore nel fermentatore contenente la materia prima. Questo processo è facilmente accessibile per i produttori poiché richiede solo una fonte di vapore pulita.

Il metodo di iniezione del vapore in un processo in lotti è facilmente scalabile, ma è importante notare che farlo su scala più ampia richiede un tempo di raffreddamento più lungo. Anche il vapore rimane nel fermentatore e si raffredda, provocando la diluizione della materia prima; questo non è necessariamente un vantaggio o uno svantaggio, ma dovrebbe essere un aspetto chiave del processo da tenere in considerazione.

2. Metodo di processo continuo: questo metodo è più rilevante per coloro che lavorano su larga scala o su scala commerciale poiché sono necessarie attrezzature e infrastrutture industriali.

Durante il metodo di processo continuo, il vapore viene continuamente iniettato in un sistema di tubazioni ad anello di tenuta attraverso il quale la materia prima scorre attraverso e verso il fermentatore. Alla fine della tubazione, si ha una fase del processo di "espansione rapida" che facilita il raffreddamento rapido, consentendo alla materia prima di raffreddarsi in pochi minuti. Nel complesso, questo processo è molto più veloce del metodo in lotti e utilizza una temperatura del vapore più elevata.

Quindi, quale metodo "dovresti" scegliere?

È chiaro che non esiste un'unica risposta a questa domanda. Le "novità" e l'evoluzione complessiva del settore delle proteine alternative aggiunge un ulteriore livello di complessità poiché tali produttori si sforzano di seguire il processo più efficace e soddisfare gli standard normativi in evoluzione.  

Con le molteplici opzioni disponibili, i produttori devono prendere in considerazione quanto summenzionato sul processo per determinare quale "miglior utilizzo" faccia più al loro caso.

Una volta determinati questi fattori, i produttori riusciranno a capire meglio quale metodo di controllo dei contaminanti dovrebbero adottare, sia che si tratti di una strategia di rimozione della contaminazione eseguita tramite filtrazione, di una strategia di inattivazione o distruzione eseguita tramite autoclave o metodi di riscaldamento a iniezione di vapore. Alcuni potrebbero anche optare per una combinazione di entrambi, ove opportuno.

Gli esperti di filtrazione Donaldson possono aiutare i produttori di proteine alternative a individuare i prodotti giusti per la loro soluzione di controllo della contaminazione delle materie prime. In qualità di membri della Plant Based Foods Association (PBFA), ci impegniamo a supportare le esigenze di produzione nel settore delle proteine vegetali e alternative. Lavoriamo a stretto contatto con il nostro team di Solaris Biotech, un marchio Donaldson, per fornire una soluzione di fermentazione end-to-end.