精确发酵推动可持续乳品发展

08 Jan 2024

精确发酵如何推动可持续乳品发展

乳品行业背后正在悄然发生一场革命。奶牛场正在采用高科技来实现新的效率水平,植物基替代品正在赢得市场份额,现在精确发酵正在使不含动物成分乳制品的外观、味道和感觉都像真的一样。对于希望以更可持续的方式满足全球日益增长的乳品需求的食品公司来说,精确发酵似乎越来越成为解决这一难题的关键部分。要实现其承诺,在很大程度上将取决于高效的工业规模生产。

乳品的影响

全世界都热爱乳品。印度是牛奶生产和消费领域无可争议的领导者,欧盟和美国仍然是巨大的生产国、消费者和出口国。[1, 2] 中国是世界上最大的乳品进口国,人均乳品消费量持续增长。[3] 根据 2023 年 6 月的一项研究,全球乳品市场的价值预计在 2022 年至 2028 年间将增长近 40%(达到 12,430 亿美元)。[4] 秘密就在牛奶本身 - 一种营养丰富的完全蛋白质来源,具有适合制成各种珍贵食品和饮料的味道和物理特性。乳品也具有丰富而悠久的传统,从我们很小的时候就滋养着我们的身体和情感。从许多方面来说,在世界许多地方,它都是极致的疗愈食品。 

但是,尽管奶牛养殖业取得了令人瞩目的进步,大大提高了每头奶牛的产奶量,但我们不能指望这些忠诚的动物能够满足全球对乳品不断增长的需求。而且,地球告诉我们不应该试图这样做。好消息:越来越多的专家、食品公司和投资者认为,精确发酵可以提供一种将植物奶的道德和可持续性与“真正牛奶”无与伦比的味道、质地和营养价值结合起来的方法。 

新的乳清蛋白粉

ImaginDairy 就是其中之一,它是一家位于以色列海法的食品科技先驱,也是通过精确发酵生产乳品蛋白质的早期领导者。ImaginDairy 利用先进的计算生物学和分子生物学技术来增强精确发酵,并以新的效率和产量水平生产乳品蛋白质。ImaginDairy 业务拓展副总裁 Roni Zidon-Eyal 将它分解为我们都能理解的语言。“我们的使命是为优质的无动物成分乳制品提供蛋白质来源,同时不影响我们所熟悉和喜爱的传统乳品质量,”她解释道。

该公司正在快速启动。2020 年,它开始复制牛奶中的所有六种乳清蛋白和酪蛋白,因为传统观点认为,整个蛋白质复合物对于模仿牛奶的质量是必需的。但很快它就发现,有一种乳清蛋白,即 β-乳球蛋白就可以单独完成这项工作。“只需使用我们精确发酵的乳清来提供牛奶中 3.4% 的蛋白质,就可以制作美味的牛奶、冰淇淋和奶油奶酪,其味道和特性就像真实的牛奶、冰淇淋和奶油奶酪一样,”Zidon-Eyal 说。该公司甚至能够用完全由乳清组成的蛋白基质生产酸奶。对于 Zidon-Eyal 来说,这说明了使用乳品可以超越植物蛋白的关键优势之一。“因为我们使用的是真正的乳品蛋白质,所以我们不需要额外的稳定剂或配料来掩盖任何味道。我们的酸奶共有四种配料。” 

酸奶

酸奶(图片:ImaginDairy/Sarit Goffen)

鉴于他们在乳清方面取得的成功,ImaginDairy 正在集中精力将这种乳品蛋白质推向市场。Zidon-Eyal 表示:“我们当中的许多人都来自食品配料行业,并且都知道缩小我们的关注范围对于能够从一家“酷生物科技”公司扩展到真正值得信赖的配料公司至关重要。”这种方法似乎有效。2023 年 4 月,达能持有该公司少数股权,使 ImaginDairy 成为达能投资组合中第一家通过发酵生产乳品蛋白质的公司。

“因为我们使用的是真正的乳品蛋白质,所以我们不需要额外的稳定剂或配料来掩盖任何味道。我们的酸奶共有四种配料。”- ImaginDairy 业务拓展副总裁 Roni Zidon-Eyal

- ImaginDairy 业务拓展副总裁 Roni Zidon-Eyal

Vice President of Business Development, ImaginDairy

克服扩展挑战

尽管这听起来很有希望,但像 ImaginDairy 这样的公司仍然面临着一场艰苦的战斗。要实现与传统乳制品同等的成本,需要在生物科技方面和生产方面持续创新。尽管精确发酵在胰岛素和凝乳酶等领域已取得了数十年的成功,但这些高价值产品的产量却很少。必须大量生产食用蛋白质,例如乳清或酪蛋白。“我们的微生物非常高效,但为了获得所需的大量蛋白质,我们还需要极其高效的工业生产工艺,”Zidon-Eyal 解释。

为了帮助实现这一目标,ImaginDairy 团队定期拜访位于德国希尔德斯海姆的 GEA 新食品应用和技术卓越中心 (ATC)。ATC 拥有细胞培养和发酵中试线,可以帮助公司快速实现从实验室到商业规模制造的创新。Antje Begerad 博士是一名经过培训的工程师,现任 GEA 新食品销售副主管,他解释了使用精确发酵大规模生产乳品蛋白质和其他配料的问题核心。“譬如奶牛,需要正确护理微生物才能生产所需的最终产品。它们的要求很复杂,要在工业规模生产系统的大型机器中满足这些生物要求非常具有挑战性。在试管中维持微生物比在 500 或 200,000 升的发酵罐中容易得多。” 

大规模精确发酵面临的一些关键挑战:

  • 必须持续监控和维护发酵罐中的条件,例如温度、pH 值、食物和氧气,并且每种微生物都有其特殊要求。 
  • 当细胞新陈代谢时,它们会释放热量。如果发酵罐中积聚过多热量,细胞或最终产品可能会损坏。
  • 在发酵罐中混合内容物可确保整个反应器中的条件均匀分布,但这种流体流动也会损坏细胞。
  • 保持无菌条件至关重要。如果存在任何类型的污染,则可能需要丢弃整批产品,造成重大损失。 

在 ATC,GEA 工程师使用数字孪生来虚拟模拟不同解决方案的混合行为。“最重要的是,ATC 允许公司直接在 50 升和 500 升生物反应器中进行测试,”Begerad 说。“所以,最终,他们可以知道细胞在系统中是否安然无恙。”

对于生产乳清蛋白等最终产品,发酵只是工艺的一部分。还有培养基制备、灭菌、分离、均质、过滤和喷雾干燥。“这些都是大多数公司没有太多经验的领域,”Begerad 说。“发酵后,给定生物产生的每种蛋白质在整个过程中都需要进行稍微不同的处理。”在 ATC,GEA 可以与客户合作找出每个系统的正确参数并优化这些设置,从而最好地适合他们的微生物和最终产品。 

对于替代蛋白系列(从培养肉到精确发酵乳品蛋白质)的生产商来说,扩大生产规模确实是一个核心挑战。但 Zidon-Eyal 谨慎地指出,与 GEA 的合作不仅仅是扩大规模。“ATC 的美妙之处在于我们可以从开始到结束如此仔细地观察生产工艺本身”她说。“我们可以自由地实验各种规模的机械和一系列变量。我们可以创建不同的工业生产线设置,并亲身体验它们对最终结果的影响。因此,这不仅仅是扩大规模,而是智能扩大规模。我们知道,最终我们的成功 - 甚至可能是整个行业的成功 - 将取决于为每种特定最终产品设计极其高效的生产工艺。” 

“GEA 可以与客户合作找出每个系统的正确参数并优化这些设置,从而最好地适合他们的微生物和最终产品。”- GEA 新食品销售副主管 Antje Begerad 博士

- GEA 新食品销售副主管 Antje Begerad 博士

Deputy Head of Sales New Food, GEA

尽管 ImaginDairy 开始与合同制造组织 (CMO) 进行大规模生产,但它依然与 GEA 合作改进工程方面的流程。“我们希望未来为我们的产品设计大型生产线。GEA 和 ATC 让我们能够非常深入地了解如何优化工业流程。因此,当我们准备好自己生产时,我们就可以部署最好的生产线。”Zidon-Eyal 说。

“应用和技术中心的美妙之处在于我们可以从开始到结束如此仔细地观察生产工艺本身。这不仅仅是扩大规模,而是智能扩大规模。”- ImaginDairy 业务拓展副总裁 Roni Zidon-Eyal

- ImaginDairy 业务拓展副总裁 Roni Zidon-Eyal

Vice President of Business Development, ImaginDairy

为更多接受者提供更多选择

自 2020 年第一批通过精密发酵生产的无动物成分乳制品在商店上市以来,该行业就迅速发展和成熟。根据 Good Food Institute 的数据,截至 2022 年,有 62 家公司专注于替代蛋白质的精确发酵,其中约 40 家公司针对乳品。[5] 

ImaginDairy 和美国的 Perfect Day 是专注于乳清蛋白的公司之一。其他公司,例如 Change Foods,优先考虑使用酪蛋白来生产无动物成分奶酪。雅礼生物是一家处于早期利用精确发酵生产乳脂阶段的公司。有些公司(例如 Bored Cow)正在打造自己的产品品牌,而其他公司则是纯粹的 B2B。有些是初创公司,有些是食品业巨头,例如通用磨坊和达能。存在竞争是必然的,但 Zidon-Eyal 强调他们集体努力的协作性质:“我们想要带来巨大的改变; 没有一家公司可以独自做到这一点。”

目标也不是取代动物或植物基乳品。精确发酵的乳品蛋白质可用于制造新的“就像真品一样”的牛奶、冰淇淋、奶油奶酪和酸奶版本,但它们也可用于增强现有的植物基产品。它们甚至可以与传统乳品混合以帮助减少碳足迹。 

目前,一个核心挑战是让这些微生物产生足以可靠供应食品和饮料制造商的高产量。只有这样才能平衡质量和成本。然后消费者可以开始自己判断。“这是我们的最终目标,”Zidon-Eyal 说。“为消费者提供更多选择并吸引更多消费者加入。” 

冰淇淋

冰淇淋(图片:ImaginDairy/Sarit Goffen)

精确发酵的承诺

精确发酵的承诺

(图片:Solar Foods)
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