Perfect Match: tecnología cervecera para alternativas alimentarias

Las proteínas alternativas constituyen la base de las bebidas y alimentos veganos como sustitutivo de los productos animales. El ejemplo más conocido es sin duda el de las bebidas de base vegetal, que se obtienen mezclando simplemente cereales, agua y aditivos como el aceite. En función de la modalidad de procesamiento y del rendimiento productivo que se desee alcanzar, pueden utilizarse equipos estándar de ingeniería de procesos o sistemas destinados a la tecnología de maceración.

Pero el mercado ofrece mucho más que “solo” productos de base vegetal: Hoy en día existen en los supermercados innumerables alternativas veganas. El aumento previsto de la cuota de mercado de esta nueva tendencia nutricional también es evidente: La industria necesita una amplia variedad de potenciales fuentes alternativas de proteínas. Y en grandes cantidades. Para obtenerlas y procesarlas, la industria recurre a tecnologías como la fermentación de precisión y el cultivo celular.

¿Qué es exactamente la fermentación de precisión?

En la fermentación de precisión, los microorganismos son programados u optimizados para que puedan producir un producto específico como enzimas, grasas, proteínas, vitaminas, aromas y pigmentos naturales. Los microbios actúan como “fábricas celulares” y son capaces de producir moléculas orgánicas de manera selectiva. Medicamentos como la insulina y enzimas alimentarias como el cuajo se producen de este modo desde hace décadas. Tras la selección y el desarrollo, el microorganismo se cultiva en condiciones controladas junto con una solución nutritiva idónea en tanques de fermentación. Combinando los nutrientes y ajustando los parámetros del proceso, se obtiene la molécula deseada, que se derivará como producto y se purificará. Las proteínas producidas por fermentación podrán combinarse a continuación con otros ingredientes y seguir procesándose para reproducir la carne, los huevos o los productos lácteos.

¿Y cuál es la tarea de un biorreactor?

Un tipo de tanque utilizado en la fermentación es el biorreactor. Básicamente, se trata de un tanque estéril cerrado que cuenta con los conocidos tubos colectores de vapor o condensado. Este se encarga de tareas como la homogeneización, la mezcla, la aireación y el llenado, además de permitir la toma de muestras, todo ello en un entorno estéril. 

La misión principal de un proceso de fermentación eficaz es hacer circular el volumen del tanque en condiciones estériles para que el abastecimiento de los microorganismos sea óptimo en todo momento. Para ello se suele utilizar un agitador, especialmente útil para lotes pequeños. Sin embargo, para realizar grandes volúmenes de producción de forma rentable, Steinecker apuesta por una unidad de recirculación. La unidad de recirculación está equipada con tecnología de válvulas asépticas de Evoguard y una bomba aséptica de bajo cizallamiento.

Los clientes se benefician de los años de experiencia de Steinecker, ya que la unidad de fermentación Poseidon se utiliza con éxito en el mercado con idéntico principio básico. “Para cualquier tipo de fermentación, el suministro de nutrientes a las células debe estar garantizado, tanto para su metabolismo como para su reproducción. Durante la fermentación alcohólica, se produce una convección natural en el interior del tanque debido al dióxido de carbono producido sin ningún componente adicional. El dispositivo de recirculación favorece la convección dentro del depósito, lo que aumenta la vitalidad y viabilidad de las células”, afirma Alexander Scheidel. “Esta convección natural no es suficiente para la fermentación de precisión y la producción de biomasa. La unidad se diseñará en función de las condiciones de flujo dentro de las tuberías y dentro del tanque, dependiendo del tamaño de las células y de la tolerancia a las fuerzas de cizallamiento, de modo que las células se distribuyan dentro del depósito y se compensen las diferencias de concentración y temperatura”.

El biorreactor Steinecker es ideal para producir grandes cantidades, y es que la unidad de recirculación es mucho más fácil y económica de integrar que un agitador, especialmente en tanques de más de 25.000 litros. También es posible reequipar la unidad de recirculación en tanques ya existentes. Sin embargo, en función de la fermentación y de las demandas del cliente, el biorreactor se diseñará siempre exactamente para cubrir los requisitos del proceso y se integra en un concepto global de planta. Steinecker siempre responde con flexibilidad a los deseos individuales de sus clientes y también ejecuta biorreactores convencionales con un agitador en lugar de con una unidad de recirculación.

¿Y qué ocurre después de la fermentación?

Las células o las moléculas secretadas en el medio de cultivo, generadas en el biorreactor, podrán utilizarse, por ejemplo, para producir sustitutos de la carne basados en la biomasa de hongos o microalgas o bien para utilizar las proteínas como ingredientes alimentarios. En el proceso posterior, primero se colectarán las células replicadas para luego ser purificadas, concentradas y estabilizadas.

• Si el único material que se recupera es la biomasa, entonces las células se separarán de la solución nutritiva inmediatamente después de la fermentación para luego ser lavadas. De esta manera también se concentrará la masa celular para que en un segundo momento pueda ser procesada en forma de hamburguesa u otros productos. Durante el procesado posterior, también se añaden ingredientes como las proteínas vegetales, los aromatizantes o los texturizantes para crear el producto final deseado. 
• Si la sustancia valiosa obtenida es una molécula, por ejemplo, una proteína, entones esta sustancia todavía deberá extraerse de la masa celular. Dependiendo del proceso, las células se romperán para liberar la proteína y, a continuación, se ejecutarán varias etapas de filtración para obtener el producto deseado. 

La tecnología de fermentación centralizada ofrece, por tanto, un amplio abanico de posibilidades para obtener diferentes productos que pueden transformarse en alimentos o incluso constituir el alimento en sí, como es el caso de la carne cultivada.

¿Dónde estarán los retos en el futuro?

Un escollo es, sin duda, la reutilización de la solución nutritiva que se produce durante la recolección de las células, mediante la separación del líquido circundante. Por un lado, este caudal derivado genera una gran cantidad de aguas residuales que deben ser sometidas a tratamiento y que requieren equipos adicionales. Por otro lado, la producción de la solución nutritiva es un factor de altos costes, que puede reducirse significativamente procesando estos nutrientes. Sin embargo, el uso de caudales derivados para otros sectores industriales, como fertilizantes en la agricultura, también ofrece potencial para aumentar la eficiencia. Además de potenciar el aprovechamiento efectivo de los nutrientes, la producción energéticamente eficiente representa también un requisito indispensable para los nuevos mercados alimentarios. Solo podrán evitarse los picos energéticos y lograrse los objetivos de sostenibilidad si los flujos de energía y fluidos se optimizan entre sí.

Steinecker: un socio fuerte

Aunque la producción de alternativas alimentarias veganas mediante la fermentación de precisión es todavía un área de negocio relativamente nueva, se trata de un campo de negocio donde Steinecker es un aliado ideal para clientes y partes interesadas. “Gracias a nuestra experiencia en ingeniería de plantas y tecnología cervecera, estamos en condiciones de diseñar sistemas adecuados para cubrir todos los requisitos. Aunque, como se ha descrito anteriormente, los principios de la fermentación son siempre los mismos, los sistemas serán diseñados, por supuesto, siempre junto con el cliente con el fin de satisfacer sus requisitos específicos, de modo que al final se realice un proyecto de éxito y se sienten las bases para una colaboración a largo plazo”, asiente Alexander Scheidel.