Müşteri BAŞARI HİKAYESİ
Termal Analiz ve Reoloji Yardımıyla Vegan Protein Üretimi
Dr. Tomas Kurz, ProteinDistillery GmbH, Ostfildern, Almanya tarafından üstün işlevsellik ve besleyici özelliklere sahip temiz etiketli protein bileşenlerinin oluşturulması hakkında bir Müşteri Başarı Hikayesi
ProteinDistillery GmbH, sürdürülebilir işleme yöntemiyle alternatif protein endüstrisinde devrim yaratan Stuttgart merkezli bir start-up'tır. Şirket, benzersiz bir arıtma süreciyle yüksek kaliteli vegan protein üretiyor. Proteinin üretimi, en eski insan kültürü tekniklerinden biri olan fermantasyona dayanıyor.
ProteinDistillery GmbH ve Alternatif Protein Pazarı Hakkında
ProteinDistillery GmbH, bira endüstrisinin bir yan ürününü kullanıyor ve değerli doğal proteini çıkarmak için bira mayasını işlevsel yapı taşlarına ayırıyor (Şekil 1). Elde edilen protein, yumurta proteini ile karşılaştırılabilir olağanüstü tekno-fonksiyonel özellikler sergileyerek gıda endüstrisinde kullanım için uygun bir seçenek haline geliyor.
Et, yumurta ve süt gibi hayvansal gıdalar, küresel CO₂ emisyonlarının ve arazi kullanımının büyük bir kısmından sorumludur. Bu nedenle, tüketim davranışımızı alternatiflere doğru değiştirmek gerekmektedir. Bu bağlamda, alternatif protein pazarının yaklaşık 30 milyar USD'lik küresel hacimden 2035 yılında 300 milyar USD'ye yükseleceği öngörülmektedir*. Alternatif protein pazarının büyük bir kısmı bitki bazlıdır. Ancak mevcut ürünlere baktığımızda çoğu zaman hayal kırıklığına uğruyoruz, çünkü gıdalardaki hayvansal bazlı proteinlerin doku oluşumu, tat ve beslenme ile ilgili özellikleri bezelye ve soya gibi bitkisel bazlı proteinlerin özelliklerinden çok daha iyi. Tat ve işlevsellikteki eksiklik, metil-selüloz veya aroma bileşenleri gibi gıda katkı maddeleri kullanılarak telafi edilmelidir.
* Blue Horizon & BCG analizi 2021, Düşünceler için Gıda: Protein Dönüşümü | BCG
ProteinDistillery GmbH Ürünleri
ProteinDistillery GmbH, maya gibi mikroorganizmalardan, özellikle de bira mayasından protein üretiyor. Bu yaklaşımla, yumurta akı proteini gibi hayvansal bazlı proteinlerin işlevsel özelliklerini en sürdürülebilir şekilde kopyalayabiliyoruz. Proteinimiz temel olarak gıda endüstrisinde altın standart olan yumurta gibi davranıyor. Bu nedenle, protein preparatlarımız et ikame sistemleri, çırpılmış yumurta gibi yumurta ikame maddeleri veya hamur işleri ve peynir gibi geniş bir gıda uygulama alanında kullanılabilir.
Ürünümüz emülsiyon kapasitesi, jelleşme ve koyulaşma gibi özellikleriyle müşterimizin nihai ürününe katkıda bulunur. Ayrıca, ürünlerimizin işlenebilirliğini sağlamak için tutarlı fiziksel özellikler sağlamalıyız. Bu nedenle, ürünümüzün reolojik ve denatürasyon özelliklerinin yanı sıra toz yapısı hakkında her şeyi bilmek büyük önem taşımaktadır.
Her gıda uygulaması için gerekli tekno-fonksiyonel özelliklerin bir kombinasyonu vardır. Bitki bazlı yumurta analoglarının üretimi için çözünürlük, jelleşme davranışı ve emülsifiye edici özellikler önemliyken, unlu mamullerde yumurta ikamesi için köpürme ve emülsifiye edici özellikler daha önemlidir (Şekil 2).
Denatürasyon Sıcaklığının Belirlenmesi
Bir proteinin denatürasyonu yapısal bir değişikliği tanımlar. Maya proteinlerinin denatürasyonu, ilk ısıtmada 40°C ile 80°C arasındaki sıcaklık aralığında endotermal etkilerin yanı sıra protein çözeltisinin reolojik davranışının karakterizasyonu (Şekil 4) ile gösterilen Diferansiyel Taramalı Kalorimetri, DSC (Şekil 3) ile ölçülebilir. Denatürasyonun başlangıç sıcaklığında (DSC), içsel viskozite (reometre) önemli ölçüde artar. İkinci ısıtma adımında, denatürasyon görülmez ve sabit bir yüksek viskozite seviyesi görülebilir. Buna ek olarak, NETZSCH DSC deneylerine dayanarak farklı ısıtma sıcaklıklarında proteinin denatürasyon hızı için kinetik modeller oluşturmak mümkündür. Bu modeller, proteini jelleştirmeden mikroorganizmaları etkisiz hale getirecek ve böylece proteinler üzerinde mümkün olan en düşük etkiyle pastörizasyonu sağlayacak ısıtma profillerini (sıcaklık-zaman kombinasyonları) tanımlamak için kullanılır. Kinetik modeller ayrıca jelleşmiş ürünlerde jel oluşumunun optimizasyonu için de kullanılabilir.
Model Tabanlı Simülasyonve Protein OptimizasyonuPastörizasyonda DönüşümSüreç Kullanımı Kinetics Neo
Pastörizasyonun genel amacı, spor oluşturmayan tüm patojenik bakterileri ve vejetatif bozulma mikroorganizmalarının çoğunu etkisiz hale getirmenin yanı sıra mikrobiyal ve enzim aktivitesini inhibe ederek veya durdurarak ürünün raf ömrünü uzatmaktır. Bununla birlikte, ısıl işlem sırasında proteinler jelleşme veya emülsifikasyon kapasitesi gibi tekno-fonksiyonel özelliklerinin bir kısmını kaybeder. Bu nedenle, özellikle ProteinDistillery GmbH'nin fonksiyonel protein ürünü için, proteinin endüstriyel kullanıcılarının ürünlerini pastörize etmelerine (örneğin, alternatif peynir ürünleri) ve proteinlerin fonksiyonel özelliklerini mümkün olduğunca korumalarına olanak tanıyan işleme rejimlerini bulmak için ısıl işlem sırasında denatürasyon / dönüşüm davranışı hakkında bilgi edinmek büyük önem taşımaktadır.
Tablo. 1.
Kesikli pastörizasyon, Yüksek Sıcaklıkta Kısa Süreli pastörizasyon (HTST), Ultra Pastörizasyon ve Ultra Yüksek Sıcaklıkta işleme (UHT) için simülasyon sıcaklıkları ve süreleri.
Burada, kinetik reaksiyonları tanımlamak için NETZSCH tarafından geliştirilen bir simülasyon ve optimizasyon yazılımı çözümü olan Kinetics Neo kullanılmıştır.
Gıda endüstrisinde kullanılan standart parametreler, ürünlerin veya protein çözeltisinin ısıl işlemi için bir temel olarak seçilmiştir. Tablo 1 bu standart parametrelere genel bir bakış sunmaktadır. Pastörizasyon rejimleri, 30 dakika boyunca 65°C gibi düşük sıcaklıklarda veya 100°C hatta 138°C gibi daha yüksek sıcaklıklarda sadece 1-2 saniye süreyle gerçekleşebilir.
Şekil 5, DSC sinyallerinin analizi ve tahmini için uygulanan bir sıcaklık profili örneğini ve protein fraksiyonunun ilgili meydana gelen dönüşümünü göstermektedir. Sol diyagramda, 5 K/dak ısıtma hızındaki bir ölçümün sıcaklık profili örnek olarak gösterilmektedir. Sağdaki diyagramda, protein çözeltisindeki dönüşüm süreçlerini temsil eden 5, 20 ve 50 K/dak ısıtma hızları için DSC'deki yanıt sinyalleri gösterilmektedir.
50 K/dak ısıtma hızları, dikkate alınan daha düşük ısıtma hızlarından önemli ölçüde daha büyük bir DSC sinyali ile sonuçlanır. Bu DSC sinyallerine dayanarak, dönüşüm oranı için zamana ve sıcaklığa bağlı bir model oluşturmak mümkün olmuştur; bu, Şekil 6'da gösterilen model tabanlı simülasyon çalışmalarının temelini oluşturmaktadır.
Burada, Tablo 1'deki pastörizasyon rejimleri simüle edilmiştir. 65°C'deki bir kesikli pastörizasyon, 3 dakika 50 saniye sonra yaklaşık %90'lık bir dönüşüm oranı sağlamıştır ki bu da gerekli 30 dakikanın sadece small bir kısmıdır. 72°C'de Yüksek Sıcaklıkta Kısa Süreli pastörizasyon (HTST), hedeflenen 15 saniyelik işlemden sonra proteinin %27'sinin dönüştürülmesiyle sonuçlanmıştır. Ayrıca, 138°C'de Ultra Yüksek Sıcaklık (UHT) işlemi, 1 saniyelik pastörizasyondan sonra %90 gibi aşırı yüksek bir dönüşüm oranıyla sonuçlanmıştır.
Bununla birlikte, 89°C ila 100°C sıcaklık aralığındaki Ultra Pastörizasyon rejimleri umut verici sonuçlar göstermiştir. Örneğin, 1 saniyelik bir işlem süresinden sonra 89°C ve 96°C'de sırasıyla %2,8 ve %7,1'lik dönüşümler meydana gelmiştir.
Simülasyonları doğrulamak için, Şekil 7'de verilen sıcaklık profiline dayalı olarak hesaplanan bir DSC sinyali gerçek bir ölçüm eğrisi ile karşılaştırılmıştır.
Özet
Bu sonuçlara dayanarak, bir müşteri işleme tesisi için uygulanabilir bir işleme penceresi bulmak ve ProteinDistillery GmbH'nin maya proteinini ısıl işlem adımı da dahil olmak üzere ilgili tesiste uygulamak mümkün olmuştur.
Modeli deneysel verilerle doğrulamak da mümkün olmuştur. Örnek olarak, Şekil 7'de bir sıcaklık profili (üstte), model tabanlı simülasyon verileri (ortada) ve deneysel DSC ölçümleri gösterilmektedir. Model tabanlı simülasyon deneysel verileri iyi bir şekilde açıklamaktadır. Dolayısıyla bu modelin söz konusu uygulama alanı için geçerli olduğu düşünülebilir.
Sayın Kurz, araştırma çalışmalarınız hakkında bilgi verdiğiniz için teşekkür ediyor ve alternatif protein endüstrisi için sürdürülebilir bir işleme yöntemine analitik cihazlarımızla katkıda bulunmaktan gurur duyuyoruz.
Yazar Hakkında
Dr. Tomas Kurz, Münih Teknik Üniversitesi'nden Bira ve İçecek Teknolojisi diplomasına sahiptir. Biyoproses mühendisliği alanında doktorasını tamamladıktan sonra Berlin Teknik Üniversitesi'nde gıda proses mühendisliği alanında genç profesör olarak atanmıştır. Alternatif proteinler, fermantasyon süreci geliştirme, hidrokolloidler ve vegan gıda sistemleri konusunda uzmanlaşmış çeşitli şirketlerde araştırma ve geliştirme yöneticisi olarak kapsamlı endüstriyel deneyime sahiptir.
Bir hidrokolloid üretim tesisinin teknik direktörü olarak, ekipman planlama, bakım ve onarım, personel yönetimi ve yönetimi altında 100'den fazla çalışanla üretimden sorumluydu. Ürün ve operasyon müdürü olarak, üretilen ürünlerin uygulama teknolojisinin yanı sıra süreçlerin laboratuvardan pilot ve endüstriyel ölçeğe aktarılmasından sorumludur.