KISAH SUKSES PELANGGAN
Produksi Protein Vegan dengan Bantuan Analisis Termal dan Reologi
Tomas Kurz, ProteinDistillery GmbH, Ostfildern, Jerman, tentang penciptaan bahan protein berlabel bersih dengan fungsi dan sifat nutrisi yang unggul
ProteinDistillery GmbH adalah perusahaan rintisan yang berbasis di Stuttgart yang merevolusi industri protein alternatif dengan metode pemrosesan yang berkelanjutan. Perusahaan ini memproduksi protein vegan berkualitas tinggi melalui proses pemurnian yang unik. Produksi protein didasarkan pada salah satu teknik budaya tertua manusia - fermentasi.
Tentang ProteinDistillery GmbH dan Pasar Protein Alternatif
ProteinDistillery GmbH menggunakan produk sampingan dari industri pembuatan bir dan memecah ragi bir menjadi blok bangunan fungsional untuk mengekstrak protein alami yang berharga (Gambar 1). Protein yang dihasilkan menunjukkan sifat tekno-fungsional yang luar biasa yang sebanding dengan protein telur, menjadikannya pilihan yang layak untuk digunakan dalam industri makanan.
Makanan berbahan dasar hewan seperti daging, telur, dan susu bertanggung jawab atas sebagian besar emisi CO2 global dan penggunaan lahan. Oleh karena itu, perlu untuk mengubah perilaku konsumsi kita ke arah alternatif. Dalam hal ini, pasar protein alternatif diperkirakan akan meningkat dari volume global sekitar 30 miliar USD menjadi 300 miliar USD pada tahun 2035*. Bagian utama dari pasar protein alternatif adalah nabati. Namun, ketika kita melihat produk yang tersedia, kita sering kali kecewa, karena sifat-sifat protein hewani dalam makanan dalam hal pembentukan tekstur, rasa, dan nutrisi jauh lebih baik daripada sifat-sifat protein nabati seperti kacang polong dan kedelai. Kompensasi untuk kekurangan rasa dan fungsionalitas harus dilakukan dengan menggunakan bahan tambahan makanan seperti metil-selulosa atau komponen aroma.
* Analisis Blue Horizon & BCG 2021, Food for Thought: Transformasi Protein | BCG
Produk dari ProteinDistillery GmbH
ProteinDistillery GmbH memproduksi protein dari mikroorganisme seperti ragi, terutama ragi pembuat bir. Dengan pendekatan ini, kami dapat mereplikasi sifat fungsional dari protein hewani seperti protein putih telur dengan cara yang paling berkelanjutan. Protein kami pada dasarnya berperilaku seperti telur, yang merupakan standar emas dalam industri makanan. Oleh karena itu, sediaan protein kami dapat digunakan dalam berbagai bidang aplikasi makanan seperti sistem pengganti daging, pengganti telur seperti telur orak-arik, atau kue kering dan keju.
Produk kami menambah produk akhir pelanggan kami melalui sifat-sifatnya seperti kapasitas emulsi, pembentuk gel, dan pengental. Selain itu, kami harus memberikan sifat fisik yang konsisten untuk memastikan kemampuan proses produk kami. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengetahui segala sesuatu tentang struktur bubuk, serta sifat reologi dan denaturasi produk kami.
Untuk setiap aplikasi makanan, ada kombinasi sifat tekno-fungsional yang diperlukan. Untuk produksi analog telur nabati, kelarutan, perilaku pembentuk gel, dan sifat pengemulsi adalah penting, sementara sifat berbusa dan pengemulsi lebih penting untuk penggantian telur dalam produk roti (Gambar 2).
Penentuan Suhu Denaturasi
Denaturasi protein menggambarkan perubahan struktural. Denaturasi protein ragi dapat diukur dengan menggunakan Differential Scanning Calorimetry, DSC (Gambar 3), yang diilustrasikan oleh efek endotermal pada kisaran suhu antara 40°C dan 80°C pada pemanasan pertama serta oleh karakterisasi perilaku reologi larutan protein (Gambar 4). Pada suhu awal denaturasi (DSC), viskositas intrinsik (rheometer) meningkat secara signifikan. Pada langkah pemanasan kedua, tidak ada denaturasi dan tingkat viskositas tinggi yang konstan dapat dilihat. Selain itu, dimungkinkan untuk membuat model kinetik untuk laju denaturasi protein pada suhu pemanasan yang berbeda berdasarkan eksperimen DSC NETZSCH. Model-model ini digunakan untuk menentukan profil pemanasan (kombinasi suhu-waktu) yang akan menonaktifkan mikroorganisme tanpa membuat protein menjadi gel dan dengan demikian memungkinkan pasteurisasi dengan dampak serendah mungkin pada protein. Model kinetik juga dapat digunakan untuk optimasi pembentukan gel pada produk gel.
Simulasi Berbasis Modeldan Optimalisasi ProteinKonversi dalam PasteurisasiProses Menggunakan Kinetics Neo
Tujuan umum pasteurisasi adalah untuk memperpanjang masa simpan produk dengan menonaktifkan semua bakteri patogen pembentuk nonspora dan sebagian besar mikroorganisme pembusuk vegetatif, serta menghambat atau menghentikan aktivitas mikroba dan enzim. Namun, selama perlakuan panas, protein kehilangan sebagian sifat tekno-fungsionalnya seperti kemampuan pembentuk gel atau emulsifikasi. Oleh karena itu, terutama untuk produk protein fungsional ProteinDistillery GmbH, sangat penting untuk mendapatkan pengetahuan tentang perilaku denaturasi/konversi selama perlakuan panas untuk menemukan rezim pemrosesan yang memungkinkan pengguna industri protein untuk mempasteurisasi produk mereka (misalnya, produk keju alternatif) dan melestarikan sifat-sifat fungsional protein sebanyak mungkin.
Tabel. 1.
Suhu dan waktu simulasi untuk pasteurisasi batch, pasteurisasi Suhu Tinggi Waktu Singkat (HTST), Ultra Pasteurisasi, dan perlakuan Suhu Sangat Tinggi (UHT).
Di sini, kami menggunakan Kinetics Neo, solusi perangkat lunak simulasi dan optimasi yang dikembangkan oleh NETZSCH, untuk menggambarkan reaksi kinetik.
Parameter standar yang digunakan dalam industri makanan dipilih sebagai dasar untuk perlakuan termal produk atau larutan protein. Tabel 1 memberikan gambaran umum tentang parameter standar ini. Rezim pasteurisasi dapat terjadi pada suhu rendah, seperti 65°C selama 30 menit, atau hanya 1 hingga 2 detik pada suhu yang lebih tinggi, yaitu 100°C atau bahkan 138°C.
Gambar 5 menunjukkan contoh profil suhu yang diterapkan untuk analisis dan prediksi sinyal DSC dan konversi fraksi protein yang terjadi. Pada diagram sebelah kiri, profil suhu pengukuran pada laju pemanasan 5 K/menit ditampilkan sebagai contoh. Diagram sebelah kanan mengilustrasikan sinyal respons dalam DSC untuk laju pemanasan 5, 20, dan 50 K/menit, yang mewakili proses konversi dalam larutan protein.
Laju pemanasan 50 K/menit menghasilkan sinyal DSC yang jauh lebih besar daripada laju pemanasan yang lebih rendah. Berdasarkan sinyal DSC ini, dimungkinkan untuk membuat model yang bergantung pada waktu dan suhu untuk tingkat konversi; ini adalah dasar untuk menjalankan simulasi berbasis model yang ditunjukkan pada Gambar 6.
Di sini, rezim pasteurisasi pada Tabel 1 disimulasikan. small Pasteurisasi batch pada suhu 65°C menghasilkan tingkat konversi sekitar 90% setelah 3 menit dan 50 detik, yang hanya merupakan sebagian dari 30 menit yang diperlukan. Pasteurisasi Waktu Singkat Suhu Tinggi (HTST) pada suhu 72°C menghasilkan konversi 27% protein setelah 15 detik perlakuan yang ditargetkan. Selain itu, perlakuan Ultra-High-Temperature (UHT) pada suhu 138°C menghasilkan tingkat konversi yang sangat tinggi, yaitu 90% setelah 1 detik pasteurisasi.
Namun, rezim Ultra Pasteurisasi pada kisaran suhu 89°C hingga 100°C menunjukkan hasil yang menjanjikan. Setelah waktu perawatan 1 detik, misalnya, konversi 2,8% dan 7,1% terjadi pada suhu 89°C dan 96°C.
Untuk memverifikasi simulasi, sinyal DSC yang dihitung berdasarkan profil suhu yang diberikan pada Gambar 7 dibandingkan dengan kurva pengukuran nyata.
Ringkasan
Berdasarkan hasil ini, dimungkinkan untuk menemukan jendela pemrosesan yang praktis untuk pabrik pemrosesan pelanggan dan menerapkan protein ragi dari ProteinDistillery GmbH di pabrik masing-masing, termasuk langkah perlakuan panas.
Juga dimungkinkan untuk memvalidasi model dengan data eksperimen. Sebagai contoh, Gambar 7 menunjukkan profil suhu (atas), data simulasi berbasis model (tengah) dan pengukuran DSC eksperimental. Simulasi berbasis model menggambarkan data eksperimen dengan baik. Oleh karena itu, model ini dapat dianggap valid untuk bidang aplikasi yang dimaksud.
Kepada Bapak Kurz, kami mengucapkan terima kasih atas wawasan yang telah diberikan dalam penelitian Anda dan kami bangga dapat berkontribusi dengan instrumen analitik kami dalam metode pemrosesan yang berkelanjutan untuk industri protein alternatif.
Tentang Penulis
Tomas Kurz meraih gelar di bidang Teknologi Pembuatan Bir dan Minuman dari Universitas Teknik Munich. Setelah menyelesaikan gelar PhD di bidang teknik bioproses, beliau diangkat sebagai profesor junior teknik proses pangan di Universitas Teknik Berlin. Beliau memiliki pengalaman industri yang luas sebagai manajer penelitian dan pengembangan di berbagai perusahaan, dengan spesialisasi pada protein alternatif, pengembangan proses fermentasi, hidrokoloid, dan sistem makanan vegan.
Sebagai direktur teknis fasilitas produksi hidrokoloid, ia bertanggung jawab atas perencanaan, pemeliharaan dan perbaikan peralatan, manajemen personalia, dan produksi dengan lebih dari 100 karyawan di bawah arahannya. Sebagai kepala produk dan operasi, beliau sekarang bertanggung jawab atas teknologi aplikasi produk yang diproduksi serta transfer proses dari laboratorium ke skala percontohan dan industri.