Переломный момент для новых продуктов питания
21 июля 2025 г.
Дикие культивируемые морепродукты. (Фото: Арье Эльфенбейн (Arye Elfenbein)/ CC BY)
Альтернативные белки обладают большим потенциалом, но их производство по-прежнему достаточно дорого. Считается, что масштабирование решит эту проблему. Но что, если решение заключается в том, чтобы стать лучше, а не просто больше? От более эффективных и высокопроизводительных процессов до повторного использования отработанного тепла — инженеры меняют подход к выращиванию продуктов питания.
Несмотря на все внимание, уделяемое в последние годы культивируемому мясу и точной ферментации, настоящая трансформация начинается только сейчас. Этот процесс продвигают не только предприниматели, но и разработчики, которые возглавляют следующий этап — масштабирование производства новых продуктов питания с помощью более совершенных биореакторов, более стабильных клеточных линий и более интеллектуальных энергетических систем. Это переход от прорыва к строительству, которое происходит быстрее, когда сам процесс становится рычагом.
Новые продукты питания в GEA
Функционирование глобального производства продуктов питания обеспечивают системы гигиенической и асептической обработки, смешивания, ферментации, осветления, концентрирования и сушки. GEA является одной из немногих компаний, поставляющей оборудование и решения для всей этой технологической цепочки. Сейчас эта компетенция помогает ускорить переход на производство альтернативных белков. Вместо создания новых систем с нуля многие производители новых продуктов питания адаптируют существующую инфраструктуру и технологии. Роль GEA состоит в том, чтобы сделать этот переход более быстрым, чистым и эффективным.
В 2022-м году компания GEA создала специальное подразделение, занимающееся новыми продуктами питания, в том числе точной ферментацией и ферментацией биомассы, культивированным мясом, продуктами питания на растительной основе и продуктами питания из насекомых. Цель заключается в том, чтобы помочь производителям в переходе от концепций на ранней стадии к масштабируемым и стабильным процессам.
Мортен Хольм Кристенсен (Morten Holm Christensen) (менеджер по применениям в области биотехнологий, GEA) и Татьяна Крампиц (Tatjana Krampitz) (руководитель отдела управления технологиями подразделения New Food компании GEA) обсуждают процессы газовой ферментации с доктором Юха-Пекка Питкяненом (Juha-Pekka Pitkänen) (соучредитель и технический директор Solar Foods).
Еще одним примером является компания Solar Foods, которая производит Solein (солеин) — микробный белок, полученный с использованием воздуха и электроэнергии из возобновляемых источников. Компания успешно масштабировала производство на основе уникальной технологии газовой ферментации при поддержке GEA в области проектирования технологических процессов и интеграции последующих технологий.
Более эффективные биореакторы: прорыв в перфузии
В ходе масштабирования производства культивированного мяса сохраняется одна основная проблема — как увеличить выход клеток, обеспечив при этом стабильность и рентабельность процессов? Функциональность биореактора — ключевой фактор этого уравнения.
Команда инженеров GEA занимается усовершенствованием технологии производства на основе перфузии, которая является альтернативой методам производства партиями и стационарного культивирования с подпиткой. Она позволяет достичь более высокой плотности клеток и производительности, а также обеспечить непрерывный сбор клеток. «Наши исследования и моделирование показывают, что перфузия — это путь к достижению производственных объемов, — говорит Татьяна Крампиц, руководитель отдела управления технологиями подразделения New Food компании GEA. — «Для обеспечения непрерывности производства мы объединяем интеллектуальное управление процессами с оптимальной производительностью перфузии, что позволяет реализовывать стратегии своевременного сбора и подачи (в частичном или непрерывном режиме)».Эта информация побудила компанию GEA запустить в 2024-м году платформу перфузии начального уровня для асептических пилотных проектов, включая биореактор Axenic P и одноразовый сепаратор Kytero. Эта уникальная комбинация позволяет культивировать клетки с высокой плотностью, а центрифуга оптимизирует непрерывный сбор клеток и сокращает затраты на очистку и стерилизацию.
Опытно-конструкторские разработки GEA в области новых продуктов питания также ведутся и в таких областях, как управление процессами (например, повышение эффективности смешивания), машинное обучение (для повышения производительности за счет эффективного планирования и составления графиков) и повышение эксплуатационной эффективности (за счет сокращения времени простоя и обеспечения доступности производственных ресурсов).
Новые продукты питания
Технические центры GEA поддерживают масштабирование производства альтернативных белков
Здесь компании, занимающиеся пищевыми технологиями, могут тестировать и совершенствовать процессы ферментации и культивирования клеток в промышленных условиях, прежде чем инвестировать в крупномасштабную инфраструктуру.
Эффективность — это не только производительность, но и создание систем, которые с самого начала работают более интеллектуально.
Татьяна Крампиц (Tatjana Krampitz)
Руководитель отдела управления технологиями подразделения New Food компании GEA
Циркулярные новые процессы производства новых продуктов питания — следующая инновация
Компания GEA, обладающая инженерным опытом на всех этапах производственной цепочки, предлагает целостный подход к производству новых продуктов питания. Компания не просто пересматривает свой подход к производству продуктов питания, но и призывает производителей (пере)структурировать свое производство с целью обеспечения долгосрочной эффективности и устойчивого развития.
Этот комплексный подход основан на глубоких знаниях GEA в области нагрева, охлаждения, биотехнологий и оптимизации производственных мощностей. Вместо обычного масштабирования производства GEA помогает предприятиям пищевой и биотехнологической отрасли проектировать более интеллектуальные производства, ориентированные на энергоэффективность, циркулярность и реальную производительность.«Эффективность — это не только производительность, — говорит Татьяна Крампиц. — Речь идет о создании систем, которые с самого начала работают более эффективно благодаря рекуперации энергии, автоматизации и гибким платформам, которые адаптируются к изменениям рынка. Это также означает разумное использование ресурсов без ущерба для качества или выхода продукта».
Комплексные инженерные решения
Климатически оптимизированное производство продовольствия
Еще один пример декарбонизации из мира напитков: В 2026 году крупная компания по производству напитков начнет выпуск своего первого напитка на первом в Европе пивоваренном заводе с нулевым выбросом углекислого газа. Это предприятие также будет работать с питанием от энергетических систем GEA с замкнутым циклом. Несмотря на высокие требования к нагреву и охлаждению в пивоваренной промышленности тепловые насосы GEA и механические системы компрессии пара сокращают потребление тепловой энергии до 90% за счет рекуперации отработанного тепла от систем охлаждения и варки сусла.
Если мы сможем добиться нулевого уровня выбросов в пивоварнях, то сможем сделать то же самое и в прецизионной ферментации.
Адам Минчер (Adam Mincher)
Технический директор подразделения пива и алкогольных напитков, GEA
Применение логики пивоваренного производства к новым продуктам питания
Адам Минчер (Adam Mincher), технический директор подразделения пива и алкогольных напитков GEA, видит перенос той же логики применительно к альтернативным белкам. «Новые продукты питания предлагают альтернативу тому, что многие считают неэкологичным промышленным сельским хозяйством, — говорит он. — Однако все еще остаются вопросы по поводу того, насколько они полезны с точки зрения защиты климата, особенно с учетом энергии, необходимой для работы этих предприятий. Если мы с самого начала спроектируем их таким образом, чтобы они были энергетически самодостаточными и циклическими, мы выйдем на совершенно новый уровень эффективности. А если мы сможем добиться нулевого уровня выбросов в пивоварнях, то сможем сделать то же самое и в прецизионной ферментации».
Он добавляет, что в отличие от пивоваренных предприятий системы производства новых продуктов питания часто работают на более стабильных уровнях энергопотребления, что делает их еще более эффективными с точки зрения рекуперации тепла.
Переосмысление масштаба: почему процесс важнее размера
Для инженеров GEA цель состоит не только в снижении воздействия производства продуктов питания на экологию, но и в приближении производства продуктов питания к собственной логике природы. Мортен Хольм Кристенсен (Morten Holm Christensen), менеджер по применению биотехнологий, объясняет: «В результате микробного метаболизма производится продукт, а также выделяется вода и CO2, которые можно улавливать и повторно использовать. Это может показаться научной фантастикой, но именно так всегда работала природа».
Всего несколько лет назад ажиотаж вокруг альтернативных белков был связан в первую очередь с масштабами — переходом от лабораторных экспериментов к промышленному производству. Масштаб все еще имеет значение. Сегодня же многие эксперты утверждают, что более важную роль может играть эффективность процесса — непрерывное производство, разумное использование энергии и более совершенная конструкция биореактора оказываются более важными факторами, чем только размер.
Новые продукты питания требуют большего, чем просто использование стали. Для них нужные более интеллектуальные системы.
Мортен Хольм Кристенсен (Morten Holm Christensen)
Менеджер по применению биотехнологий, GEA
Недавний анализ McKinsey подтверждает этот сдвиг в мышлении. Согласно их выводам, совершенствование процессов может снизить себестоимость ферментированных ингредиентов больше, чем простое масштабирование — до 60 процентов. В то время как увеличение масштабов производства в два раза может снизить удельную себестоимость на 20–50 процентов, улучшение таких параметров процесса, как концентрация продукта, эффективность ферментации и стабильность штаммов, может снизить удельную себестоимость на 60 процентов.
По прецизионной ферментации Кристенсен указывает на три пункта, в отношении которых необходимы более интеллектуальные процессы:
(Фото: Solar Foods)
- Эффективность штаммов: создание микробов для получения большего количества продукта с меньшими затратами ресурсов и более короткими циклами. Доступ к современному оборудованию для ферментации в пилотном масштабе позволяет разработчикам штаммов создавать микроорганизмы, оптимизированные для крупномасштабного производства, что снижает риск неэффективности при увеличении масштабов производства.
- Стабильность штаммов: прорывные достижения в технологиях рекомбинантных белков повышают устойчивость к мутациям, что обеспечивает стабильные характеристики в течение длительных циклов ферментации. Благодаря стабильным штаммам и правильной асептической конструкции оборудования обеспечивается возможность непрерывного производства. Переход от производства партий продукции к непрерывному режиму производства является одним из наиболее эффективных способов увеличения производительности биореакторных систем.
- Производительность биореактора: при масштабном производстве повышается сложность регулирования переноса кислорода, управления тепловым режимом, контроля характеристик смешивания и сдвигового напряжения. Сегодня лишь немногие компании работают за пределами комфортной зоны отрасли в объеме 100 кубических метров, но уже есть несколько систем, работающих с объемами на уровне 400 кубических метров.
Один биореактор или 25000 коров
Улучшение показателей по этим трем параметрам может обеспечить рост в геометрической прогрессии. «Сегодня один большой биореактор может заменить 2500 молочных коров по объему производства белка. Но если техническое проектирование штаммов, стабильность и технологии биореакторов будут развиваться параллельно, как мы и ожидаем, то благодаря их взаимодействию один такой реактор сможет заменить 25000 коров».
Оптимизм Кристенсена основывается на том, что большая часть инфраструктуры для коммерческого производства продукта на основе технологии точного ферментирования уже создана. «Подготовка среды, стерилизация, сепарация, фильтрация, очистка, сушка распылением или производство порошков — в портфеле решений GEA уже есть все необходимое, особенно для сферы последующей переработки, — поясняет он. — «Биореакторы также являются производителями чистого тепла. Добавьте к этому системы рекуперации энергии GEA, и аргументы станут еще более убедительными».
Переломный момент приближается
Технологии, экономика и социальная необходимость приходят в соответствие друг с другом. Для Кристенсена новый переломный момент в сфере производства продуктов питания находится в пределах досягаемости. Вместе с ним произойдет и смещение акцентов в отрасли. «Устраняются последние препятствия. Лидерами будут компании, которые будут контролировать устойчивые производственные штаммы. Особенно те, у которых есть готовые к масштабированию стабильные штаммы — у них есть серьезное преимущество».
То, что он говорит, не является предостережением. Он имеет в виду выбор правильного момента времени. «Состав с новыми продуктами питания еще не отправился со станции. Но когда это произойдет, он начнет двигаться очень быстро».
