R&D Talk: Zrozumienie precyzyjnej fermentacji białek mlecznych

Autor Wouter Robert Berendsen, Dr.-Ing.

Global Portfolio Director Fat & Cheese w Interfood

Prognozy wskazują, że liczba ludności na świecie wzrośnie do 8,5 miliarda do 2030 roku, a ostatecznie do 9,7 miliarda do 2050 roku, co spowoduje gwałtowny wzrost popytu na białka mleczne. W związku z tym tradycyjna produkcja mleka może mieć trudności z zaspokojeniem tych rosnących potrzeb. Te spostrzeżenia skłoniły nas - Interfood - do zainwestowania w innowacyjną firmę technologiczną o głębokiej technologii, nazywaną Fermify, która jest dedykowana precyzyjnej fermentacji białek mlecznych.

Co dokładnie oznacza precyzyjna fermentacja?

Znana również jako 'Warzenie białek', precyzyjna fermentacja to technika powszechnie stosowana w przemyśle biopharmaceutical i w produkcji mikrobiologicznego podpuszczki. W zasadzie ta technologia jest podzbiorem biotechnologii, dziedziny, którą osobiście badałem podczas studiów doktoranckich w latach 2001-2005.

Nowość polega na rosnącym skupieniu na białkach mlecznych. Od 2020 roku na całym świecie zainwestowano ponad 1 miliard dolarów w precyzyjną fermentację. Ten wzrost jest w dużej mierze spowodowany niesamowitym spadkiem kosztów i czasu sekwencjonowania DNA - z oszałamiającego 1 miliarda dolarów i 13 lat na sekwencjonowanie ludzkiego genomu w 2000 roku do zaledwie 1,000 dolarów i kilku dni obecnie. W przypadku DNA mikrobiologicznego jest to jeszcze tańsze i szybsze!

Procedura produkcji kazeiny lub białek serwatkowych (które stanowią odpowiednio 80% i 20% białka mlecznego) poprzez precyzyjną fermentację do wykorzystania w produktach takich jak ser obejmuje pięcioetapowy proces: inżynieria genetyczna, wzrost komórek, produkcja białek przez komórki, oczyszczanie (lub przetwarzanie pośrednie) i w końcu produkcja sera.

Proces (zobacz infografikę poniżej) zaczyna się od wyboru gospodarza produkcyjnego (zwykle komórki drożdży lub E.coli) i modyfikacji jego DNA, aby wyprodukować docelowe białko. Po znalezieniu odpowiedniego gospodarza, komórki są hodowane w bioreaktorze z użyciem źródła węgla i azotu, takiego jak cukry i amoniak. Po osiągnięciu wystarczającej ilości komórek, wprowadzany jest induktor, który nakazuje komórkom rozpoczęcie produkcji docelowych białek. Te białka są następnie zbierane i oczyszczane w procesie zwanym przetwarzaniem pośrednim, który obejmuje techniki takie jak wirowanie, homogenizacja i filtracja.

Jednak precyzyjna fermentacja wciąż stawia wiele wyzwań, w tym zmienność wydajności białek w zależności od wybranego surowca, identyfikację optymalnego gospodarza produkcyjnego, problemy podczas skalowania oraz rozkład białek podczas przetwarzania pośredniego. Dodatkowo, zastosowanie białek mlecznych produkowanych w ten sposób w produktach takich jak ser, lody i żywność dla sportowców jest w dużej mierze nieodkrytym terytorium. Mimo tych przeszkód, potencjał tej nowej technologii jest ogromny.