Przełomowy punkt w rozwoju nowej żywności
21 lipca 2025 roku
Owoce morza hodowane w warunkach naturalnych. (Zdjęcie: Arye Elfenbein/ CC BY)
Alternatywne źródła białka mają obiecującą przyszłość, ale wciąż są zbyt drogie w produkcji. W odpowiedzi słyszymy zazwyczaj, że rozwiązanie tego problemu stanowi skalowanie. Ale co jeśli rozwiązanie polega na poprawie jakości, a nie zwiększaniu ilości? Od bardziej efektywnych, wysoce wydajnych procesów po upcycling ciepła odpadowego: inżynierowie zmieniają nasze metody produkcji żywności.
Pomimo całej uwagi poświęcanej w ostatnich latach mięsu hodowanemu komórkowo oraz precyzyjnej fermentacji, prawdziwa transformacja dopiero się zaczyna. Inżynierowie – nie tylko przedsiębiorcy – dokonują postępów w ramach procesu, a tym samym stają się liderami kolejnej fazy: skalowania nowej żywności dzięki wykorzystaniu lepszych bioreaktorów, stabilniejszych linii komórkowych oraz inteligentniejszych systemów energetycznych. To przejście od przełomu do rozbudowy, która pozwala osiągać szybsze postępy, gdy motorem rozwoju staje się sama konfiguracja procesu.
Nowa żywność w GEA
Za światową produkcję żywności odpowiadają systemy, które ją napędzają: od higienicznego po aseptyczny model obsługi, mieszania, fermentacji, czyszczenia, koncentracji czy suszenia. GEA jest jedną z niewielu firm, które obejmują wszystkie etapy łańcucha tego procesu. A teraz ta wiedza ekspercka pomaga przyspieszać przejście na alternatywne źródła białek. Zamiast tworzyć nowe systemy zupełnie od zera, wielu producentów nowej żywności dostosowuje istniejącą infrastrukturę i technologię. Zadaniem GEA jest przyspieszyć tę transformację oraz zapewnić wyższy poziom jej czystości i wydajności.
W roku 2022 GEA stworzyła linię biznesową dedykowaną nowej żywności, obejmującą precyzyjną fermentację oraz fermentację biomasy, mięso hodowane komórkowo, produkty roślinne oraz żywność wytwarzaną z insektów. Celem jest pomóc producentom w drodze od początkowej koncepcji po stabilny, możliwy do skalowania proces.
Morten Holm Christensen (Dyrektor ds. zastosowań biotechnologii w GEA) oraz Tatjana Krampitz (Dyrektor ds. zarządzania technologią w GEA New Food) rozmawiają o procesie fermentacji gazowej z doktorem Juha-Pekka Pitkänen, (współzałożycielem i Dyrektorem ds. technologii w Solar Foods).
Inny przykład stanowi firma Solar Foods produkująca Solein – białko bakteryjne wytwarzane przy użyciu powietrza i energii ze źródeł odnawialnych. Firma dokonała skutecznego skalowania unikatowego procesu produkcji z wykorzystaniem fermentacji gazowej wspomaganego projektowaniem procesu oraz integracją technologii GEA na dalszych etapach produkcji.
Lepsze bioreaktory: Przełom w obszarze przepłukiwania
Podczas gdy przedsiębiorstwa podejmują działania na rzecz skalowania produkcji mięsa z hodowli komórkowej, kluczowe pozostaje następujące wyzwanie: jak zwiększać wydajność komórek, jednocześnie zapewniając procesy stabilne i efektywne pod względem kosztów? W samym sercu tego równania jest działanie bioreaktorów.
W GEA zespół inżynierów pracuje nad procesem przetwórstwa opartym na przepłukiwaniu, który stanowi alternatywę dla metod ciągłej i półokresowej i pozwala osiągnąć większą gęstość komórkową i produktywność oraz stałe zbieranie komórek. „Nasze analizy i modele wykazują, że przepłukiwanie stanowi najlepszą metodę maksymalizowania zdolności produkcyjnych” – mówi Tatjana Krampitz, Dyrektor ds. zarządzania technologią w GEA New Food. „Aby móc produkować w sposób ciągły, łączymy inteligentną kontrolę procesów z optymalną wydajnością w zakresie przepłukiwania, co pozwala nam realizować w odpowiednim momencie strategie zbierania i żywienia (półokresowo lub ciągle)”.W oparciu o te wnioski GEA uruchomiła podstawową platformę do przepłukiwania wykorzystywaną w 2024 roku w pilotażowych projektach aseptycznych, takich jak bioreaktor Axenic P czy separator jednorazowy Kytero. To wyjątkowe połączenie umożliwia hodowlę komórek o wysokiej gęstości, a jednoczesne wykorzystanie wirówki usprawnia ciągłe zbieranie komórek i pozwala ograniczyć wysiłki związane z czyszczeniem i sterylizacją.
Badania i rozwój prowadzone przez GEA w zakresie nowej żywności pozwalają dokonywać postępów także w obszarach kontroli procesów (na przykład usprawniania mieszania), uczenia maszynowego (w celu zwiększania wydajności poprzez skuteczne planowanie i harmonogramowanie) oraz poprawy efektywności operacyjnej (poprzez ograniczanie przestojów i zapewnianie dostępności środków produkcji).
Nowa Żywność
Centra technologiczne GEA wspomagają skalowanie produkcji alternatywnych źródeł białka
To tutaj firmy z branży technologii żywności mogą testować i dopracowywać procesy fermentacji i hodowli komórkowej w warunkach przemysłowych, zanim zainwestują w infrastrukturę do produkcji na szeroką skalę.
Wydajność to nie tylko kwestia produkcji – to także tworzenie systemów, które działają w sposób bardziej inteligentny od samego początku.
Tatjana Krampitz
Dyrektor ds. zarządzania technologią w GEA New Food
Kolejną innowację stanowią procesy produkcji nowej żywności w obiegu zamkniętym
Dzięki wiedzy eksperckiej w zakresie całego łańcucha produkcji GEA zapewnia kompleksowe spojrzenie na nową żywność. Firma nie ogranicza się do ponownego analizowania sposobu produkcji żywności, ale zachęca producentów do takiego (ponownego) ustrukturyzowania procesów produkcyjnych, które zapewni im wydajność i zrównoważony rozwój w dłuższej perspektywie.
To kompleksowe podejście opiera się na głębokiej wiedzy ekspertów GEA w zakresie ogrzewania, chłodnictwa, bioprzetwarzania oraz optymalizacji instalacji. Zamiast domyślnie skalować, GEA pomaga firmom z branży spożywczej i biotechnologicznej projektować inteligentniejsze fabryki umożliwiające oszczędzanie energii, tworzenie rozwiązań w obiegu zamkniętym oraz realną wydajność.„Wydajność to nie tylko kwestia produkcji” – mówi Tatjana Krampitz. „To także tworzenie systemów, które działają w sposób bardziej inteligentny od samego początku, w oparciu o odzyskiwanie energii, automatyzację oraz elastyczne platformy, które dostosowują się do zmian rynkowych. To także mądre wykorzystywanie zasobów w sposób, który nie skutkuje obniżeniem jakości czy wydajności”.
Holistyczne rozwiązania inżynieryjne
Produkcja żywności z uwzględnieniem warunków klimatycznych
Kolejny przykład dekarbonizacji w branży napojów i alkoholi: W 2026 roku jedna z wiodących marek produkujących napoje i alkohole stworzy swój pierwszy napój w pierwszym w Europie bezemisyjnym browarze, także wyposażonym w obiegowy system energii od GEA. Pomimo bardzo dużego zapotrzebowania browaru na ciepło i chłodnictwo pompy ciepła GEA oraz system mechanicznej rekompresji pary umożliwiają ograniczenie zużycia energii cieplnej nawet o 90% dzięki odzyskiwaniu ciepła odpadowego z chłodnictwa i gotowania brzeczki.
Jeśli jesteśmy w stanie tworzyć bezemisyjne browary, możemy osiągnąć to samo w zakładach wykorzystujących precyzyjną fermentację.
Adam Mincher
Dyrektor techniczny ds. inżynierii produkcji piw i napojów alkoholowych w GEA
Wykorzystywanie logiki stosowanej w browarach do produkcji nowej żywności
Adam Mincher, Dyrektor techniczny ds. inżynierii produkcji piw i napojów alkoholowych w GEA, zauważa, że tę samą logikę można zastosować do alternatywnych źródeł białka. „Nowa żywność stanowi alternatywę dla żywności pochodzącej z rolnictwa uznawanego przez wielu za niezrównoważone i uprzemysłowione” – tłumaczy. „Pozostaje jednak pytanie o to, jakie korzyści dla klimatu się z nimi wiążą, w szczególności w związku z ilością energii potrzebną do funkcjonowania tych fabryk. Jeśli zaprojektujemy je tak, by od początku były samowystarczalne pod względem energii i były wyposażone w obiegowy system energii, zyskamy pełen wachlarz nowych możliwości w zakresie wydajności. Dlatego, jeśli jesteśmy w stanie tworzyć bezemisyjne browary, możemy osiągnąć to samo w zakładach wykorzystujących precyzyjną fermentację”.
Ponadto dodaje, że w odróżnieniu od browarów, w przypadku zakładów produkcji nowej żywności, obciążenie energetyczne często jest stabilniejsze, przez co jeszcze bardziej nadają się do odzyskiwania ciepła.
Ponowna analiza kwestii skali: Dlaczego o wiele ważniejszy od rozmiaru jest proces
Dla inżynierów GEA celem jest nie tylko ograniczyć ślad węglowy wynikający z produkcji żywności, lecz także sprawić, by produkcja żywności była w większym stopniu oparta na logice przyrody. Morten Holm Christensen, Dyrektor ds. zastosowań biotechnologii w GEA, tłumaczy: „Wskutek metabolizmu drobnoustrojów powstaje nie tylko produkt, lecz także woda i CO2. Obie te substancje mogą być wychwytywane i wykorzystywane ponownie. Może to brzmieć jak fantastyka naukowa, ale tak właśnie od zawsze działa przyroda”.
Kilka lat temu ci, którzy zafascynowali się alternatywnymi źródłami białka, skupili się przede wszystkim na skali i od eksperymentów w laboratorium przeszli do produkcji przemysłowej. Skala nadal ma znaczenie. Lecz dziś wielu ekspertów podnosi, że większe znaczenie może mieć wydajność procesu: ciągłe działanie, inteligentne wykorzystanie energii oraz lepsze projekty bioreaktorów okazują się istotniejsze niż sam rozmiar.
Do produkcji nowej żywności potrzeba więcej niż tylko stali. Potrzeba inteligentniejszych systemów.
Morten Holm Christensen
Kierownik ds. zastosowań w obszarze biotechnologii, GEA
Badanie przeprowadzone niedawno przez firmę McKinsey wykazuje słuszność tej zmiany myślenia. Zgodnie z wynikami analizy usprawnianie procesu może wpłynąć na obniżenie kosztu składników potrzebnych do fermentacji bardziej niż samo skalowanie i to nawet o 60 procent. O ile podwojenie rozmiaru zakładu pozwala obniżyć koszt jednostkowy o 20-50 procent, poprawa parametrów procesowych, takich jak stężenie produktu, wydajność fermentacji czy stabilność szczepów, może skutkować obniżeniem kosztów jednostkowych nawet o 60 procent.
W kwestii precyzyjnej fermentacji Christensen wskazuje na trzy obszary, w których inteligentniejsze procesy są kluczowe:
(Zdjęcie: Solar Foods)
- Wydajność szczepów: Bakterie są zaprojektowane tak, by wytwarzać większe ilości produktu przy mniejszych zasobach i krótszych cyklach. Dostęp do zaawansowanych narzędzi fermentacji w skali pilotażowej pozwala projektantom szczepów projektować bakterie zoptymalizowane pod kątem produkcji na szeroką skalę, a tym samym ograniczać ryzyko braku wydajności w procesie skalowania.
- Stabilność szczepów: Momenty przełomowe w technologiach rekombinowanych białek pozwalają zwiększyć odporność na mutacje, zapewniając stabilność w długich cyklach fermentacji. Stabilne szczepy oraz odpowiedni aseptyczny projekt umożliwiają ciągłą produkcję. Przejście z produkcji półokresowej na ciągłą to jeden z najskuteczniejszych sposobów na zwiększanie możliwości systemów stosowanych w bioreaktorach.
- Wydajność bioreaktorów: W większej skali przesył tlenu, zarządzanie ciepłem, właściwości mieszania i naprężenia ścinające stają się trudniejsze w zarządzaniu. Obecnie tylko kilka firm działa w skali przekraczającej strefę komfortu dla branży, tj.100 metrów sześciennych, ale istnieje także kilka systemów działających w skali 400 metrów sześciennych.
Jeden bioreaktor lub 25 000 krów
Coraz większa wydajność we wszystkich tych trzech obszarach umożliwia wykładniczy wzrost produktywności. „Obecnie jeden duży bioreaktor może zastąpić 2500 krów mlecznych pod względem zdolności produkcji białka. Ale jeśli inżynieria szczepów, stabilność i technologie bioreaktorów będą się rozwijać równolegle – jak zakładamy – synergie te mogą sprawić, że jeden reaktor będzie w stanie zastąpić 25 000 krów”.
Powodem tego optymizmu u Christensena jest fakt, że większość infrastruktury umożliwiającej precyzyjną fermentację w skali przemysłowej jest już gotowa. „Zarówno w obszarze przygotowania surowców, jak i sterylizacji, oddzielania, filtracji, czyszczenia, suszenia natryskowego czy obsługi proszków portfolio produktów GEA już teraz odpowiada na wszystkie potrzeby, szczególnie na dalszych etapach procesu” – tłumaczy. „A bioreaktory to urządzenia do produkcji energii cieplnej netto. Wystarczy dodać do mieszanki systemy odzyskiwania energii od GEA, by uzyskać jeszcze intensywniejszy efekt”.
Punkt przełomowy jest coraz bliżej
Technologia, gospodarka oraz pilna potrzeba społeczna idą ze sobą w parze. Dla Christensena przełomowy punkt w rozwoju nowej żywności jest coraz bliżej, a wraz z nim zbliża się także zmiana w zakresie mocy przemysłowej. „Usuwamy teraz ostatnie wąskie gardła. Liderami będą firmy kontrolujące największe szczepy produkcyjne. W szczególności te, które posiadają szczepy gotowe do skalowania i stabilne – ich pozycja startowa jest najlepsza”.
W swojej wypowiedzi nie mówi o ostrożności. Mówi o odpowiednim czasie. „Pociąg nowej żywności nie opuścił jeszcze stacji. Ale kiedy wyruszy w drogę, będzie naprawdę szybki”.
