Extinderea fermentației nu înseamnă doar mai mult din același lucru. Deci, aveți o idee grozavă pentru un nou produs sau ingredient bazat pe fermentație și un proces de succes în laborator. Tot ce rămâne este să scalați până la producția de masă.

Este vorba doar de a rula noul dumneavoastră proces de fermentație în volume din ce în ce mai mari, poate ajustând câțiva parametri pe parcurs, nu-i așa? Greșit, se afirmă într-un studiu publicat de FoodNavigator.

Fizica și economia fermentării

Fizica și economia fermentării la volum înseamnă că drumul de la laborator la fabrică nu este simplu. Dar prin înțelegerea proceselor comerciale de fermentație, puteți naviga pe această cale mai rapid și mai cu succes.

Fermentația este un subiect fierbinte în industria alimentară. Apar idei inovatoare pentru produse și ingrediente, adesea bazate pe microorganisme noi sau modificate. Dar ideile inovatoare și microbii noi înseamnă adesea procese de fermentație inovatoare și noi. Iar scalarea cu succes a acestor procese rămâne o mare provocare.

Abordarea tradițională este de a aplica un proces funcțional la scară de laborator în fermentatoare din ce în ce mai mari, identificând și rezolvând orice probleme care apar înainte de a trece la următoarea etapă de volum.

Cu toate acestea, acest lucru poate duce la dublarea lucrului, deoarece este posibil să fie nevoie să rezolvați probleme similare în moduri noi la fiecare etapă.

Există, de asemenea, riscul ca unele probleme grave să nu apară până când nu se ating volumele cele mai mari, putând întârzia sau chiar opri dezvoltarea după ce ați investit deja sume semnificative de timp și bani.

Extindere prin reducere

Puteți evita aceste capcane analizând modul în care funcționează procesele de fermentare la scară comercială și, în special, constrângerile cu care se confruntă. Imitarea acestor constrângeri la scară mai mică vă ajută să faceți alegeri de proces care se vor transfera cu mai mult succes la volume mai mari.

Testarea acestor alegeri la volume mai mici este mai rapidă și mai ieftină decât așteptarea până când apare o problemă la volume mai mari, ceea ce face ca extinderea să fie mai eficientă.

Mai mult, aceste studii la scară mică produc date de înaltă calitate, care reprezintă o sursă ideală de informații pentru modelarea proceselor. De exemplu, printr-un geamăn digital, care poate crește semnificativ șansele dezvoltării corecte a procesului de la prima încercare.

Poate cea mai evidentă constrângere este volumul mare de fermentatoare la scară industrială și impactul acestuia asupra timpilor de proces. De exemplu, timpii de încălzire și răcire nu joacă aproape niciun rol în procesele la scară de laborator.

Dar un vas de fermentare industrial tipic poate dura câteva ore pentru a se răci sau a se goli. Orice proces care se bazează pe răcirea imediată pentru a opri fermentația într-un anumit punct pur și simplu nu va funcționa la scară industrială. Dacă însă utilizați răcirea graduală deja în laborator, tranziția către fabrică va fi mult mai lină.

Aplicați gradienți

Dimensiunea fermentatoarelor industriale înseamnă, de asemenea, că este practic imposibil să se controleze condițiile cu același nivel de precizie și omogenitate ca în laborator. Temperatura dintr-un vas de laborator poate fi de obicei controlată cu o precizie de fracțiune de grad. Dar într-un fermentator industrial, temperatura poate varia ușor cu câteva grade.

Și nu doar temperatura variază. Într-un proces aerob, de exemplu, este probabil să aveți concentrații mai mari de oxigen în partea de jos și concentrații mai mari de nutrienți în partea de sus, cu un gradient atât al nivelului de oxigen, cât și al nivelului de alimente între ele. Acest lucru poate duce, de asemenea, la gradienți similari de temperatură și parametri precum nivelurile de sare și pH-ul.

Acești factori influențează rata de creștere și randamentul general al microorganismelor, ceea ce face dificil să se știe când să se oprească fermentația. Această imprevizibilitate ar reprezenta o problemă reală pentru planificarea producției și dezvoltarea unui proces industrial de succes, care se bazează pe cunoașterea momentului în care microorganismele vor trece la diferite etape în fabrică.

Este posibil să se contracareze parțial efectul acestor gradienți prin agitare periodică. Dar nu întotdeauna. Așadar, este important să testați modul în care microorganismul dumneavoastră răspunde la astfel de gradienți și dacă este suficient de robust din punct de vedere fizic pentru a rezista la agitare. Făcând acest lucru din timp, se minimizează riscurile din fabrică.

Procesele de volum sunt construite diferit

Scara nu este singura diferență dintre procesele industriale și cele de laborator. O altă întrebare este cum să alegeți și să pregătiți mediul de creștere. În laborator, mediul de creștere este de obicei sterilizat în loturi înainte de fermentare.

Acest lucru nu este fezabil în fabrică, unde se caută un flux continuu de mediu de creștere. În schimb, procesele industriale utilizează de obicei etape de tip UHT pentru sterilizare.

Sterilizarea în loturi are o sarcină termică mai mare decât UHT și poate provoca modificări chimice în mediul de creștere prin reacții Maillard. În anumite circumstanțe, acestea pot crea noi compuși care sunt benefici pentru microorganismul care fermentează.

Dacă acești compuși nu sunt creați în procesul industrial, ați putea să vă confruntați brusc cu o rată de creștere mult mai mică în fabrică, ceea ce ar putea întârzia dezvoltarea și, eventual, introducerea pe piață în timp ce căutați cauza.

Gândire industrială în laborator și dezvoltarea fermentației

Procesele din laborator se referă la înțelegerea microorganismului și a nevoilor acestuia.

Dar, luând în considerare modul în care funcționează procesele industriale și de ce unitățile de producție de volum fac alegerile pe care le fac, puteți începe să combinați nevoile microorganismului dumneavoastră cu nevoile unui proces industrial de succes.

Prin această perspectivă și gândire prospectivă - poate în combinație cu inteligența artificială și instrumente de modelare predictivă - puteți identifica etapele cheie ale procesului dumneavoastră și unde acesta se va ciocni cu constrângerile producției de volum.

Imitarea impactului acestor constrângeri la volume mici vă va ajuta să vă extindeți procesele mai rapid și mai eficient, astfel încât să puteți ajunge pe piață mai devreme. (Foto: Freepik)