Innowacje we wszystkich rodzajach fermentacji mikrobiologicznej tzn. precyzyjnej, biomasy oraz tradycyjnej.

Obserwujemy coraz większa rolę fermentacji mikrobiologicznej w tworzeniu nowej generacji alternatywnych produktów białkowych. Inwestycje w podmioty zajmujące się fermentacją w globalnej przestrzeni alternatywnego białka potroiły się z prawie 600 milionów dolarów w 2020 roku do ponad 1,7 miliarda dolarów w 2021 roku.

Fermentacja precyzyjna wykorzystuje gospodarzy mikrobiologicznych jako „fabryki komórek” do produkcji określonych składników funkcjonalnych. 

Te składniki zazwyczaj wymagają większej czystości niż podstawowe składniki białkowe i są włączane na znacznie niższych poziomach. Te funkcjonalne składniki mogą poprawić właściwości sensoryczne i funkcjonalne atrybuty produktów pochodzenia roślinnego lub mięsa hodowlanego.

Fermentacja precyzyjna może wytwarzać enzymy, aromaty, witaminy, naturalne pigmenty i tłuszcze. Przykłady obejmują białka mleczne Perfect Day, białka jaja Clara Foods i białko hemu Impossible Foods.

Fermentacja biomasy wykorzystuje szybki wzrost i wysoką zawartość białka wielu mikroorganizmów do wydajnej produkcji dużych ilości białka.

Sama biomasa drobnoustrojów może służyć jako składnik, z komórkami nienaruszonymi lub minimalnie przetworzonymi — na przykład komórki można rozbić, aby poprawić strawność lub wzbogacić o jeszcze wyższą zawartość białka.

Ta biomasa służy jako główny składnik produktu spożywczego lub jako jeden z kilku podstawowych składników mieszanki. Przykładami fermentacji biomasy są grzyby strzępkowe stosowane przez Quorn i Meati jako bazę dla swoich produktów.

Tradycyjna fermentacja wykorzystuje nienaruszone żywe mikroorganizmy do modulowania i przetwarzania składników pochodzenia roślinnego.

W wyniku tradycyjnej fermentacji powstają produkty o unikalnych profilach smakowych i odżywczych oraz zmodyfikowanej teksturze. Przykładami są grzyby Rhizopus do fermentacji soi w tempeh, a także różne bakterie kwasu mlekowego do produkcji sera i jogurtu. Istnieją również bardziej nowoczesne wersje tej koncepcji, takie jak fermentacja białek roślinnych MycoTechnology w celu poprawy smaku i funkcjonalności.

Innowacje pojawiają się we wszystkich trzech rodzajach fermentacji.

Pomimo długiej historii fermentacji mikrobiologicznej w biotechnologii spożywczej i przemysłowej, ogromny potencjał innowacji pozostaje niewykorzystany. Ogromna różnorodność biologiczna gatunków drobnoustrojów, w połączeniu z praktycznie nieograniczonymi możliwościami syntezy biologicznej, przekłada się na ogromne możliwości pojawienia się nowych alternatywnych rozwiązań białkowych z podejść opartych na fermentacji.

Możliwości rozwoju fermentacji można podzielić na pięć kluczowych obszarów obejmujących łańcuch wartości:

-wybór i projektowanie celu,

-rozwój szczepu,

-optymalizacja surowca,

-projektowanie bioprocesów,

-formułowanie i wytwarzanie produktu końcowego.

Aktualny stan wyboru celu

Biologia zapewnia twórcom żywności niemal nieograniczoną paletę cząsteczek, z których mogą łączyć smaki, tekstury i aromaty. Jednak nie wszystkie te składniki są łatwo dostępne w dużych ilościach i niskich cenach. Dzięki wykorzystaniu komórek drobnoustrojów jako gospodarza produkcyjnego fermentacja precyzyjna umożliwia wysoce skalowalną produkcję praktycznie każdego składnika.

Wybór celu i projektowanie to punkt wyjścia dla procesu fermentacji precyzyjnej. Cząsteczka lub cząsteczki będące przedmiotem zainteresowania są określane jako cel. Celem może być białko, lipid, związek smakowo-zapachowy, zapach, enzym, czynnik wzrostu, pigment lub cząsteczki innej klasy.

Składniki pochodzące z fermentacji są już szeroko stosowane w przemyśle spożywczym.

Większość witamin w suplementach diety i wzbogaconej żywności przetworzonej, takiej jak witamina B12 i ryboflawina, jest wytwarzana w procesie fermentacji, podobnie jak wiele składników aromatyzujących. Przemysł spożywczy był jednym z pierwszych, który wykorzystał fermentację do wypierania produktów zwierzęcych z codziennego użytku.

Komercjalizacja produkowanej w procesie fermentacji chymozyny (głównego enzymu w podpuszczce cielęcej, pobieranej z wyściółki żołądków cielęcych) w latach 80. sprawiła, że ​​podpuszczka cielęca, która wcześniej była wykorzystywana jako koagulant w produkcji sera, stała się przestarzała w większości światowej produkcji sera.

Godnym uwagi przykładem zastosowania precyzyjnej fermentacji w białkach alternatywnych jest zastosowanie przez Impossible Foods oczyszczonej leghemoglobiny sojowej. „Heme”, wyprodukowany przy użyciu Pichia pastoris , jest używany jako składnik smakowy w ich burgerze, aby uzyskać zestaw właściwości organoleptycznych w gotowanym produkcie.

Inne rekombinowane białka, takie jak kazeina i serwatka, są kluczowymi celami ze względu na ich wyjątkową funkcjonalność w produktach mlecznych. Białka te można łączyć ze składnikami pochodzenia roślinnego, tworząc produkt końcowy. Na przykład cukier, olej kokosowy i olej słonecznikowy są połączone z rekombinowaną serwatką wyprodukowaną w procesie fermentacji, aby stworzyć bazę do lodów Perfect Day.

Precyzyjna fermentacja celuje w określone cząsteczki.

Do produkcji mięsa hodowlanego wykorzystuje się cząsteczki docelowe, takie jak czynniki wzrostu niepochodzące od zwierząt. W tej przestrzeni działa już kilka firm, m.in. ORF Genetics , Richcore i Peprotech . Ponadto białka, takie jak kolagen lub fibronektyna, wytwarzane w wyniku fermentacji, mogą służyć jako kluczowe, wolne od zwierząt elementy rusztowania dla bardziej złożonych, wysoce ustrukturyzowanych produktów mięsnych.

W przypadku celu białkowego instrukcja obsługi syntezy białka jest zakodowana w DNA organizmu gospodarza, albo jako gen występujący naturalnie, albo jako gen wprowadzony drogą inżynierii. W zależności od celu możliwe są zarówno podejścia inżynieryjne, jak i nieinżynieryjne.

Na przykład białko sojowej leghemoglobiny produkowane przez Impossible Foods jest modyfikowane w szczepie gospodarza drożdży w celu wydajnej, skalowalnej produkcji. Z drugiej strony, firma Triton Algae Innovations zajmująca się mikroalgami, komercjalizuje białka hemu, które są natywne dla ich szczepów alg, więc nie jest w to zaangażowana inżynieria.

Synteza celów niebiałkowych nie może być kodowana bezpośrednio w DNA gospodarza. Zamiast tego genom koduje szereg enzymów, które tworzą ścieżkę biosyntezy do produkcji cząsteczek docelowych.

Na przykład, docelowymi cząsteczkami do produkcji kwasów omega-3 z alg są kwasy tłuszczowe DHA i EPA, ale instrukcja obsługi wytwarzania tych kwasów tłuszczowych składa się z kilku enzymów zakodowanych w genach, które przekształcają prekursorowe kwasy tłuszczowe w te pożądane kwasy tłuszczowe w komórce. Podobnie jak w przypadku celów białkowych, cząsteczki takie jak tłuszcze lub cząsteczki aromatyzujące mogą być wytwarzane w gospodarzach mikrobiologicznych z zastosowaniem lub bez użycia technik inżynieryjnych, w zależności od konkretnego celu i wyboru organizmu gospodarza.

Wyzwania przed graczami produkującymi białko poprzez fermentację pozostają ogromne.

Jednym z największych jest zwiększenie skali technologii do punktu, w którym cena ich zrównoważonego białka może konkurować z tradycyjnymi źródłami. Firma Deep Branch jest jedną z wielu podejmujących wyzwanie skalowania. Brytyjska firma wykorzystuje drobnoustroje do przekształcania dwutlenku węgla w zrównoważone białko do wykorzystania w paszach dla zwierząt. Jego podejście różni się nieco od fermentacji precyzyjnej, ponieważ same drobnoustroje są również składnikiem końcowego produktu białkowego.

Innym ważnym czynnikiem ograniczającym jest ograniczona ilość miejsca w zbiorniku w świecie fermentacji. Główna zdolność do fermentacji precyzyjnej znajduje się w rękach międzynarodowych korporacji, w tym DuPont i Cargill, a ich przestrzeń jest zwykle zarezerwowana dla lukratywnych produktów, w tym kwasu mlekowego i farmaceutyków.

Dokąd zmierza innowacyjna selekcja celów dla fermentacji precyzyjnej.

Fermentacja pozwala na oddzielenie pierwotnego źródła cząsteczki docelowej i metody jej produkcji. To rozdzielenie znacznie rozszerza krajobraz poszukiwań biomolekuł o unikalnych i cennych funkcjach.

Po pierwsze, idealne cele mogą pochodzić z gatunków, które są niezwykle rzadkie, trudne do zebrania, drogie lub w inny sposób niedostępne lub niepraktyczne. Fermentacja zapewnia mechanizm wytwarzania tych cząsteczek w skali i po cenach odpowiednich do komercyjnej opłacalności.

Po drugie, cele nie ograniczają się do tych występujących w naturze: nowe warianty cząsteczek docelowych mogą być modyfikowane poprzez losowe zmiany i badania przesiewowe (ewolucja ukierunkowana) lub poprzez racjonalne projektowanie, co prowadzi do celów, które przewyższają wydajność jakiejkolwiek naturalnie występującej wersji.

Kolagen Mastodonta.

Firma Geltor produkująca kolagen ilustruje oba aspekty tego rozszerzonego krajobrazu poszukiwań. Żelatyna (forma kolagenu) z konwencjonalnych źródeł zwierzęcych jest ograniczona do kilku gatunków (głównie świń i krów, chociaż żelatyna rybna jest również dostępna w handlu), które są przetwarzane w dużych ilościach. Ale kolagen jest wszechobecny w królestwie zwierząt, a Geltor może wytwarzać białka kolagenowe z dowolnego gatunku, w tym gatunków wymarłych.

W 2018 roku firma zaprezentowała wszechstronność swojej platformy za pomocą żelek wykonanych z wyhodowanego kolagenu mastodonta, którego sekwencje białkowe pochodzą z naukowej analizy długo zamrożonych mastodontów. Geltor produkuje również na zamówienie wersje kolagenu, które są precyzyjnie dostosowane do właściwości pożądanych dla konkretnego zastosowania – na przykład żelatynę, która wykazuje określoną lepkość żelującą, elastyczność lub temperaturę topnienia.

Podobnie fermentacja umożliwia adaptację lub modyfikację enzymów tak, aby wykazywały wyższą aktywność, nową specyficzność substratową, większą stabilność lub odporność w określonych warunkach przetwarzania, co ma dramatyczne konsekwencje dla redukcji kosztów. Takie enzymy służą wielu celom w całym przemyśle białek alternatywnych.

Te przykłady pokazują, że fermentacja ma ogromny potencjał do badania przesiewowego naturalnych wariantów celów i projektowania nowych wariantów pod kątem zwiększonych właściwości sensorycznych, funkcjonalnych lub odżywczych lub atrybutów, które zmniejszają koszty i usprawniają procesy produkcyjne.

#konsultant #doradztwo #usługi konsultingowe #freelancer #produkcja spożywcza #technolog żywności #system HACCP #firma konsultingowa #certyfikacja BRC #certyfikacja IFS #żywności #znakowania żywności #branża spożywcza #doradztwo technologia spożywcza #konsulting produkcja żywności #technologia żywności