Tres métodos comunes para salvaguardar la materia prima de fermentación en su operación de proteínas alternativas

Debido a los cambios en la demanda de los consumidores, el sector de las proteínas alternativas ha experimentado un crecimiento significativo en los últimos años, lo que ha llevado a los fabricantes de alimentos a explorar nuevas formas de crear alimentos sostenibles. Quienes trabajan en este sector relativamente nuevo, desde empresas de nueva creación hasta líderes industriales consolidados, utilizan diversas tecnologías y equipos para crear productos proteínicos alternativos.

La fermentación es un proceso flexible que se utiliza en todo el sector para producir proteínas e ingredientes alternativos. El papel de la fermentación en la fabricación de alimentos requiere controles específicos de contaminantes y medidas preventivas para salvaguardar la materia prima y los productos de fermentación frente a la contaminación.

La importancia de alinear los controles al cambiar de operación

Al cambiar a una operación proteínica alternativa, también cambian los controles de contaminación necesarios para su protección. Por ejemplo, mantener un entorno propicio para la fermentación en un laboratorio es muy diferente de cómo se mantiene este entorno en un entorno industrial.

Si no se ajustan los controles de contaminantes al cambiar una operación, pueden producirse consecuencias no deseadas, tales como daños en los equipos, disminución de la calidad del producto, desperdicio de materiales y recursos, contaminación del producto e ineficiencias en el proceso.  Afortunadamente, existen varios controles de contaminación utilizados en la industria alimentaria que pueden aplicarse a la materia prima de fermentación y a los recursos del proceso.  

Comprender la fermentación y las materias primas

Aunque el proceso de fermentación existe desde hace siglos, la fermentación de precisión controlada utilizada en la producción de proteínas alternativas es una aplicación relativamente nueva en la industria alimentaria. La fermentación de precisión es práctica para la producción de proteínas alternativas, ya que ayuda a producir sabores, texturas y gustos similares a los de la «comida tradicional».

La materia prima utilizada tanto en las prácticas de fermentación tradicionales como en las de precisión puede considerarse un tipo de recurso, normalmente una forma de mezcla líquida, que ayuda a «alimentar» el proceso de fermentación.

Existen numerosos ejemplos de soluciones de materias primas disponibles, pero para reducir costes y encontrar una solución que se adapte a cada proceso, muchos fabricantes de proteínas alternativas producen sus propias materias primas de fermentación internamente. Estas soluciones suelen estar formadas por una mezcla de agua, azúcar y otros nutrientes. Curiosamente, las soluciones internas creadas son similares a las soluciones de azúcar líquido utilizadas en las industrias de refrescos, zumos, vino, cerveza y otras bebidas.

Los fabricantes de proteínas alternativas también pueden aprovechar la amplia experiencia y los conocimientos de estas industrias bien establecidas en la aplicación de controles para evitar la contaminación. Pueden aprender de estas aplicaciones de probada eficacia para implantar controles de prevención de la contaminación efectivos que salvaguarden su materia prima de fermentación de proteínas alternativas y su proceso de fabricación.

Acciones de control de la contaminación: Eliminación frente a inactivación o destrucción del contaminante

Los controles de prevención de la contaminación abordan tanto las partículas como los contaminantes microbiológicos. Las partículas son cualquier tipo de sólido en suspensión no deseado, mientras que los contaminantes microbiológicos incluyen bacterias y microorganismos no deseados. Teniendo esta distinción en cuenta, un control eficaz de la contaminación de la materia prima aborda ambos tipos de contaminantes mediante lo siguiente:

1. Eliminación del contaminante utilizando métodos de filtración de partículas y membranas. Este paso suele ser necesario cuando en el agua de origen hay partículas, como arena, que no pueden eliminarse mediante métodos de calentamiento. Este paso también puede utilizarse cuando el fabricante trabaja con materiales sensibles al calor, como las proteínas, que pueden desnaturalizarse por efecto del calor.

2. Destrucción o inactivación del contaminante, lo cual se consigue mediante calentamiento, enfriamiento u otros métodos como la radiación UV. En este debate trataremos los métodos más comunes en la industria alimentaria, que son los métodos de calentamiento que utilizan tecnologías de autoclave o inyección de vapor. El proceso de inactivación o destrucción se utiliza generalmente cuando los materiales no son sensibles al calor y para tratar contaminantes microbiológicos que pueden ser resistentes únicamente a la filtración.

Cuando proceda, los fabricantes pueden aplicar una combinación de los pasos anteriores para una mayor protección, así como cuando se trate tanto de partículas como de contaminantes microbianos.

Comprensión de los tres métodos más comunes: Filtración, autoclave e inyección de vapor

Evidentemente, el método aplicado dependerá de la acción de control de la contaminación deseada y de cómo afectará al producto y al proceso de fabricación. A la hora de elegir un método, deben tenerse en cuenta muchos aspectos relacionados con el proceso y el funcionamiento, tales como la materia prima de fermentación utilizada, el producto, los costes, la seguridad, la escalabilidad, el tipo de proceso emprendido, la facilidad de uso y la eficacia general. Veamos cada uno de los métodos más comunes y sus mejores casos de uso.

Método 1: filtración

Cuando el objetivo deseado es la eliminación del contaminante, se aplican métodos de filtración de líquidos. Aunque no existe una amplia experiencia histórica en el filtrado de materias primas para fermentación, los fabricantes de proteínas alternativas pueden aprovechar la experiencia disponible en el filtrado de otras soluciones de azúcar en la industria de alimentación y bebidas, como es el caso de zumos, caldos y refrescos. La mejor práctica para la filtración de líquidos sigue un proceso de tres pasos:

Paso 1: aplicación de un filtro de partículas nominal: Elimina las partículas grandes y ayuda a proteger los filtros y equipos posteriores. En general, este paso reduce la carga de partículas y el número de sólidos en suspensión.

Paso 2: aplicación de un filtro absoluto de partículas: Elimina todas las partículas mayores que el tamaño en micras del filtro, según el índice de retención del filtro, que podría ser de hasta el 99,9999999 % de las partículas.

Paso 3: aplicación de un filtro de membrana: Trata los contaminantes microbiológicos definidos por el índice de retención del filtro. Los filtros de membrana deben someterse siempre a pruebas de integridad y esterilizarse con regularidad.

Método 2: autoclaves

Los autoclaves realizan la acción de inactivación o destrucción por calentamiento y son, en definitiva, recipientes a presión que utilizan vapor para calentar el contenido que se coloca en su interior. Este método es muy flexible y habitual en los laboratorios donde se siguen procesos por lotes.

Dada la naturaleza física del equipo y el proceso por lotes, los autoclaves son más adecuados para operaciones a pequeña escala y a menudo resultan poco prácticos a escala industrial.

Método 3: inyección de vapor

La inyección de vapor es otro método de calentamiento que realiza la acción de inactivación o destrucción. El proceso consiste en mezclar vapor directamente con la materia prima dentro de un fermentador o en un sistema de tuberías. Existen dos tipos diferentes de métodos de inyección de vapor:

1. Método de procesamiento por lotes: Consiste en inyectar vapor en el fermentador que contiene la materia prima. Este proceso es de fácil acceso para los fabricantes, ya que solo requiere una fuente de vapor limpio.

El método de inyección de vapor por lotes es fácilmente escalable, pero es importante tener en cuenta que hacerlo a mayor escala requiere un tiempo de refrigeración más largo. El vapor también permanece en el fermentador y se enfría, lo que provoca la dilución de la materia prima; esto no es necesariamente una ventaja o una desventaja, pero debería ser una consideración clave del proceso.

2. Método de procesamiento continuo: Este método es más pertinente para quienes trabajan a gran escala o a escala comercial, ya que se requieren equipos e infraestructuras industriales.

Durante el método de procesamiento continuo, se inyecta vapor continuamente en un sistema de tuberías de bucle de retención por el que discurre la materia prima hacia el fermentador. Al final de la tubería, hay un paso de proceso de «expansión rápida» que facilita el enfriamiento instantáneo, permitiendo que la materia prima se enfríe en pocos minutos. Por lo general, este proceso es mucho más rápido que el método por lotes y utiliza una temperatura de vapor más elevada.

Entonces, ¿qué método «debería» elegir?

Está claro que no hay una respuesta firme a esta pregunta. La «novedad» general y la evolución de la industria de las proteínas alternativas añaden otra capa de complejidad, ya que los fabricantes de proteínas alternativas se esfuerzan por seguir el proceso más eficaz y cumplir las cambiantes normas reglamentarias.  

Con múltiples opciones disponibles, los fabricantes deben tener en cuenta las consideraciones de cada proceso para determinar en qué caso de «mejor uso» se encuentran.

Una vez determinados estos factores, los fabricantes estarán en mejores condiciones de comprender qué método de control de contaminantes deben aplicar, bien sea una estrategia de eliminación de la contaminación mediante filtración o una estrategia de inactivación o destrucción mediante autoclave o métodos de calentamiento por inyección de vapor. Algunos fabricantes también pueden optar por una combinación de ambos cuando sea apropiado.

Los expertos en filtración de Donaldson pueden ayudar a los fabricantes de proteínas alternativas a determinar los productos adecuados para su solución de control de la contaminación de las materias primas. Como miembro de la Plant Based Foods Association (Asociación de alimentos a base de plantas, PBFA por sus siglas en inglés), nos dedicamos a apoyar las necesidades de fabricación del sector de las proteínas vegetales y alternativas. Trabajamos en estrecha colaboración con nuestro equipo en Solaris Biotech (una marca de Donaldson) para proporcionar una solución de fermentación integral.