Прецизионная ферментация способствует развитию экологически сбалансированного и рационального молочного производства
08 Jan 2024
За молочным прилавком происходит «тихая революция». Молочные фермы становятся все более высокотехнологичными и ставят своей целью достижение новых уровней эффективности. Альтернативные продукты на растительной основе завоевывают рынки, а прецизионная ферментация позволяет производить молочные продукты не животного происхождения, которые выглядят как настоящие и имеют такой же вкус. Для пищевых компаний, стремящихся удовлетворить растущий мировой спрос на молочные продукты более рациональным способом, прецизионная ферментация становится все более важным элементом головоломки. Реализация перспектив будет во многом зависеть от эффективного промышленного производства.
Влияние молока
Во всем мире любят молочные продукты. Индия является безусловным лидером по производству и потреблению молока, а Европейский союз и США остаются крупными производителями, потребителями и экспортерами.[1, 2] Китай — крупнейший в мире импортер молочной продукции, и потребление молочных продуктов на душу населения в этой стране продолжает расти.[3] Согласно исследованию, проведенному в июне 2023 года, в период с 2022 по 2028 год стоимость мирового рынка молочных продуктов вырастет почти на 40 процентов (до 1243 миллиардов долларов США).[4] Секрет в самом молоке — богатом питательными веществами источнике полноценного белка, вкус и физические свойства которого позволяют готовить из него самые разнообразные блюда и напитки. Молоко — это также глубоко традиционный продукт, ведь оно питает нас с первых дней жизни как физически, так и эмоционально. Во многих отношениях и во многих частях мира это самая лучшая и полезная еда.
Но хотя впечатляющие достижения в молочном животноводстве позволили в значительной степени увеличить производство молока на одну корову, мы не можем рассчитывать на то, что эти преданные животные смогут удовлетворить постоянно растущий мировой спрос на молочные продукты. А планета говорит нам, что мы и не должны пытаться. Хорошие новости: Все больше экспертов, пищевых компаний и инвесторов считают, что прецизионная ферментация позволяет сочетать этичность и экологичность растительного молока с непревзойденным вкусом, текстурой и питательными свойствами «настоящего».
Новые перспективы развития технологий производства продуктов из сыворотки
Одна из таких компаний — ImaginDairy. Являющаяся пионером в области пищевых технологий и базирующаяся в Хайфе, Израиль, она уже давно является лидером в производстве молочных белков на основе технологии прецизионной ферментации. ImaginDairy использует передовые технологии вычислительной и молекулярной биологии для повышения точности ферментации и производства молочных белков с новым уровнем эффективности и выхода продукции. Г-жа Рони Зидон-Эяль (Roni Zidon-Eyal), вице-президент ImaginDairy по развитию бизнеса, объясняет это на понятном всем нам языке. «Наша задача — создать источник белка для превосходных молочных продуктов не животного происхождения, без ущерба для качеств традиционных молочных продуктов, которые мы знаем и любим», — объясняет она.
Компания быстро начала свою деятельность. В 2020 году компания поставила перед собой задачу воспроизвести все шесть сывороточных и казеиновых белков, содержащихся в молоке, поскольку, согласно общепринятому мнению, весь этот комплекс белков необходим для имитации свойств молока. Но вскоре выяснилось, что один сывороточный белок, бета-лактоглобулин, может справиться с этой задачей самостоятельно. «Просто используя нашу сыворотку на основе прецизионной ферментации для получения 3,4 % белка, содержащегося в молоке, мы смогли создать вкусное молоко, мороженое и сливочный сыр, которые по вкусу и по ощущениям были совсем как настоящие», — говорит Зидон-Эяль. Компания даже смогла сделать йогурт с белковой матрицей, полностью состоящей из сыворотки. По мнению г-жи Зидон-Эяль, это иллюстрирует одно из ключевых преимуществ использования молочного белка, а не растительного. «Поскольку мы используем настоящий молочный белок, нам не нужны дополнительные стабилизаторы или ингредиенты для маскирования каких-либо вкусо-ароматических веществ. В нашем йогурте всего четыре ингредиента.»
Йогурт (изображение: ImaginDairy/Sarit Goffen)
Учитывая успех сыворотки, ImaginDairy сосредоточила усилия на выводе на рынок этого молочного белка. Многие из нас пришли сюда из индустрии пищевых ингредиентов и понимают, что сужение нашего основного объекта внимания необходимо для того, чтобы превратиться из «крутой биотехнологической» компании в настоящую надежную компанию по производству ингредиентов», — говорит г-жа Зидон-Эяль. Похоже, что этот подход работает. В апреле 2023 года Danone приобрела миноритарный пакет акций компании, сделав ImaginDairy первой компанией в портфеле Danone, производящей молочные белки методом ферментации.
«Поскольку мы используем настоящий молочный белок, нам не нужны дополнительные стабилизаторы или ингредиенты для маскирования каких-либо вкусо-ароматических веществ. В нашем йогурте всего четыре ингредиента.»
г-жа Рони Зидон-Эяль, вице-президент ImaginDairy по развитию бизнеса
Преодоление проблемы масштабирования
Как бы многообещающе это ни звучало, компаниям, подобным ImaginDairy, все еще предстоит напряженная борьба. Достижение паритета стоимости с традиционными молочными продуктами требует постоянных инноваций — как в области биотехнологий, так и в производстве. Несмотря на то, что прецизионная ферментация уже несколько десятилетий успешно применяется для производства инсулина и сычужного фермента, эти высокоценные продукты производятся в небольших количествах. Съедобные белки, в частности, сыворотка или казеин, должны производиться в гораздо больших количествах. «Наши микроорганизмы очень эффективны, но для достижения необходимых больших объемов белка нам также потребуются чрезвычайно эффективные промышленные производственные процессы», — объясняет г-жа Зидон-Эяль.
Чтобы помочь реализовать этом, команда ImaginDairy регулярно посещает Центр передового опыта GEA New Food Application and Technology Center of Excellence (ATC) в Хильдесхайме, Германия. В Центре передовых технологий (ATC) установлена пилотная линия культивирования клеток и ферментации, которая помогает компаниям ускоренно внедрять инновации из лаборатории в промышленное производство. Доктор Антье Бегерад (Dr. Antje Begerad), инженер по образованию, а сегодня заместитель руководителя отдела продаж новых продуктов питания компании GEA, объясняет суть вопроса, когда речь идет об использовании прецизионной ферментации для масштабного производства молочных белков и других ингредиентов. «Как и коровы, микроорганизмы нуждаются в правильном уходе, чтобы можно было производить желаемые конечные продукты. Их требования сложны, и очень трудно учесть эти биологические потребности в больших машинах в рамках промышленной системы производства. Поддерживать жизнеспособность микроорганизмов в пробирке гораздо проще, чем в 500- или 200 000-литровом бродильном чане.»
Некоторые ключевые проблемы крупномасштабной прецизионной ферментации:
- Необходимо постоянно контролировать и поддерживать такие условия в ферментере, как температура, pH, наличие пищи и кислорода, при этом у каждого микроорганизма свои особые требования.
- В процессе метаболизма клетки выделяют тепло. Если в ферментере образуется слишком много тепла, клетки или конечные продукты могут быть повреждены.
- Перемешивание содержимого в ферментере обеспечивает равномерное распределение условий по всему реактору, но такой поток жидкости может повредить клетки.
- Соблюдение стерильных (асептических) условий имеет решающее значение. В случае любого загрязнения может потребоваться отбраковка всей партии, а это дорого.
В ATC инженеры GEA используют цифровых двойников для виртуального моделирования процесса смешивания различных растворов. «Самое главное, что ATC позволяет компаниям проводить испытания непосредственно в 50- и 500-литровых биореакторах», — говорит Бегерад. «В итоге они знают, комфортно их клеткам в этой системе или нет».
Для создания такого конечного продукта, как сывороточный протеин, ферментация — лишь одна из составляющих процесса. Кроме того, здесь предусмотрена подготовка рабочих сред, стерилизация, разделение, гомогенизация, фильтрация и распылительная сушка. «Это все те области, в которых большинство компаний не имеют большого опыта, — говорит Бегерад. «После ферментации каждый белок, произведенный определенным организмом, нуждается в несколько иной обработке, пока он участвует в этом процессе». В ATC компания GEA может совместно с клиентами определить правильные параметры для каждой системы и оптимизировать их для оптимального соответствия требованиям микроорганизмов и конечного продукта.
Для производителей всего спектра альтернативных белков — от культивируемого мяса до молочных белков точной ферментации — масштабирование производства действительно является основной задачей. Однако г-жа Зидон-Эяль старается подчеркнуть, что сотрудничество с GEA — это не только расширение масштабов производства. «Прелесть ATC заключается в том, что мы так близко знакомимся с самим процессом производства от начала и до конца,» — говорит она. «Мы можем свободно экспериментировать с машинами разных размеров и с различными переменными. Мы можем создавать различные варианты расположения промышленных линий и на собственном опыте убедиться, как это влияет на конечный результат. Так что речь идет не просто о масштабировании, а об умном масштабировании. Мы знаем, что в конечном итоге наш успех, а возможно, и успех всей отрасли, будет зависеть от разработки чрезвычайно эффективных производственных процессов для каждого конкретного конечного продукта.»
«GEA может совместно с клиентами определить правильные параметры для каждой системы и оптимизировать их для оптимального соответствия требованиям микроорганизмов и конечного продукта.»
доктор Антье Бегерад, заместитель руководителя отдела продаж новых продуктов питания компании GEA
В то время как ImaginDairy начинает масштабное производство с контрактными производственными организациями (CMO), компания работает с GEA над улучшением процессов с технической точки зрения. «В будущем мы хотим разработать мегалинии для нашей продукции. GEA и ATC позволяют нам узнать гораздо больше о том, как оптимизировать промышленный процесс. Поэтому, когда мы будем готовы к собственному производству, мы сможем установить самую лучшую линию», — говорит г-жа Зидон-Эяль.
«Прелесть центра прикладных технологий в том, что мы можем так близко познакомиться с самим процессом производства — от начала и до конца. Речь идет не просто о масштабировании, а об умном масштабировании.»
г-жа Рони Зидон-Эяль, вице-президент ImaginDairy по развитию бизнеса
Больше вариантов для большего числа пользователей
С тех пор как в 2020 году в магазинах появились первые молочные продукты не животного происхождения, изготовленные методом прецизионной ферментации, этот сектор переживает бурный рост и развитие. По данным Института правильного питания, к 2022 году 62 компании будут заниматься прецизионной ферментацией для получения альтернативного белка, причем около 40 из них будут нацелены на молочные продукты.[5]
ImaginDairy и американская компания Perfect Day — одни из тех, кто специализируется на сывороточном белке. Другие, например Change Foods, отдают предпочтение казеину при производстве сыра не животного происхождения. Компания Yali Bio находится на ранней стадии освоения технологии прецизионной ферментации для производства молочных жиров. Некоторые, как, например, Bored Cow, создают собственные товарные бренды, в то время как другие занимаются исключительно B2B. Некоторые из них — стартапы, другие — гиганты пищевой промышленности, в частности, General Mills и Danone. Конечно, существует конкуренция, но г-жа Зидон-Эяль подчеркивает совместный характер их коллективной деятельности: «Мы хотим добиться масштабных перемен; ни одна компания не сможет сделать это в одиночку.»
Цель также не в том, чтобы заменить молочные продукты животного или растительного происхождения. Молочные белки, получаемые методом прецизионной ферментации, можно использовать для создания новых «как настоящих» версий молока, мороженого, сливочного сыра и йогурта, а также для улучшения существующих продуктов на растительной основе. Их можно даже смешивать с традиционными молочными продуктами, чтобы уменьшить их углеродный след.
На данный момент главная задача — добиться от этих микроорганизмов достаточно высоких показателей выхода, чтобы можно было надежно поставлять их производителям продуктов питания и напитков. Только так можно сбалансировать качество и затраты. И тогда потребители смогут судить сами. «Это наша конечная цель», — говорит г-жа Зидон-Эяль. «Предоставить потребителям больше возможностей выбора и привлечь их к сотрудничеству.»
Мороженое (изображение: ImaginDairy/Sarit Goffen)
Источники:
[1] https://ourworldindata.org/grapher/milk-production-tonnes?tab=chart
[2] https://www.statista.com/statistics/272003/global-annual-consumption-of-milk-by-region/
[4] https://www.statista.com/statistics/502280/global-dairy-market-value/
[5] https://gfi.org/wp-content/uploads/2023/01/2022-Fermentation-State-of-the-Industry-Report-1.pdf
