发酵过程中的低效和浪费可能给肉类替代品制造商带来问题。而这些问题对于那些希望扩大生产规模的企业来说是不受欢迎的。ParkerBioscienceFiltration的加工产品经理MarkRichardson探索了这些解决方案。

从纯素肉末到“假”培根，越来越多的肉类替代产品出现在超市货架上。

随着越来越多的消费者转向纯素饮食或减少购物清单上的动物产品数量，全球肉类替代品市场正在增长。

据CustomMarketInsights预测，2023年全球肉类替代品市场规模预计将达到101亿美元，到2030年预计将达到2338.7亿美元，2023年至2030年复合年增长率为42.1%。

然而，随着需求的增长，制造商将需要扩大生产规模。他们还需要在竞争日益激烈的市场中更有效地运营。

此外，制造商还面临能源成本上涨的压力。将此与减少碳足迹的努力结合起来，显然人们有减少能源使用的愿望。

那么，在肉类替代品生产中使用生物质发酵或精密发酵的制造商面临哪些挑战呢?他们如何减少运营支出、消除浪费并优化发酵以最大限度地提高产量?

过度发泡的挑战

制造商如何解决过度发泡问题会影响能源使用和运营支出。

由于需要搅拌和通气有氧发酵，发酵罐中会产生泡沫。然而，可能会产生过多的泡沫。如果产生足够的泡沫，就会从出气口溢出，导致生长培养基和产品的损失。此外，发酵罐叶轮周围聚集的泡沫会降低搅拌效率，并影响发酵罐的性能。

一个不太明显的问题是，泡沫中的气泡在发酵罐中的停留时间会更长。在停留时间内，气泡将耗尽氧气，导致氧气传输率降低：这可能会影响生产率。

此外，在某些发酵中，废气在释放到环境中之前需要进行过滤。但如果泡沫过多，气体出口处的泡沫会导致过滤器堵塞。这可能会导致多个问题。堵塞的过滤器需要更换，从而导致停机。过滤器堵塞还会导致容器内压力增大，从而损坏设备。另外，如果容器因堵塞而关闭，发酵过程可能会终止，从而导致昂贵的生产延误。

制造商可以使用消泡添加剂来控制过度发泡，但消泡剂也可能成为污染源。

直接热交换器或蒸汽喷射是消泡剂灭菌的常用方法。然而，典型的消泡剂具有相当高的分子量，导致其在水中的溶解度较低。这抑制了蒸汽作为灭菌剂的有效性，因为湿热难以实现与微生物的直接接触。验证灭菌是否完成也非常困难。

使用聚醚砜(PES)膜过滤器对消泡剂进行无菌过滤可以在将消泡剂添加到发酵罐之前保证无菌。使用这种方法意味着可以降低与使用直接热交换器或蒸汽注入相关的高能源成本。验证也更容易：当操作员正确处理并定期进行完整性测试时，PES过滤膜滤芯可提供经过验证的无菌性。这使得质量控制更加有效。

还可以引入机械分离技术，即通过产生旋风分离器来去除泡沫，使泡沫和气溶胶迁移到外壁。这减少了所需消泡剂的数量，从而帮助制造商减少运营支出。通过去除泡沫，它还可以为废气过滤器提供额外的保护——再次帮助制造商减少运营支出和停机时间。

应对进一步的污染风险

必须使用无菌过滤来防止喷入发酵罐底部以向生物体提供氧气(入口空气)的空气造成污染。然而，发酵会产生高温，这可能会损坏过滤器。在更换损坏的过滤器时，这种损坏可能会导致停机。如果过滤器失效，产品可能面临污染的风险：批次可能会因此被注销。因此，任何用于对入口空气进行消毒的过滤器都应能够承受高温环境。

微生物不太可能在碱性或酸性条件下生长，但这并不意味着pH调节化学品不应该进行灭菌。这是因为，如果引入极端微生物和耐热孢子，它们会在发酵罐中大量繁殖，从而带来严重的污染威胁。然而，pH调节化学品会腐蚀传热表面，因此，在将这些化学品添加到发酵罐之前，最好对其进行无菌过滤。

营养饲料带来了不同的问题。它们具有培养活性微生物的健康培养物的所有正确元素，但这意味着就其本质而言，它们为腐败生物的繁衍生息提供了条件。

直接热交换器和蒸汽通常用于对营养饲料进行灭菌，但这些方法需要消耗大量能源。此外，传热表面可能会遭受腐蚀，从而降低灭菌性能。

无菌过滤提供了一种有效的解决方案：过滤器不会产生与热交换方法相同的维护问题，而且能源密集度也低得多。

最后，无菌过滤还可用于对替代发酵罐蒸发水的“补充”水进行灭菌。尽管液体排放损失可以通过蒸汽注入来替代，但这种方法存在损害注入点微生物的风险，而且还意味着更高的能源成本。

展望未来

随着肉类替代品市场的快速增长，制造商必须将其发酵工艺置于聚光灯下，并考虑能够提高效率和减少浪费的技术。

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