Žemės ūkis ir ateities maisto sistemos · Straipsnis

Padermės, substratai ir maistui tinkama biomasė

Pasekite maistą gaminančio mikroorganizmo kelią nuo įvardytos kultūros iki gauto maisto ingrediento. Sužinokite, kodėl svarbi ir padermė, ir jos maisto medžiagos, ir auginimo sąlygos, ir galutinis produktas.

Pasirengimas ir susiję straipsniai

Bendrieji žinių pagrindai

Straipsnis padės

Atskirti mikrobinės biomasės surinkimą nuo konkrečios molekulės išskyrimo.
Nustatyti, kokia anglis, azotas, mineralinės medžiagos, vanduo ir energija patenka į įvardytą procesą.
Paaiškinti, kodėl maisto ingredientui svarbi padermės tapatybė ir kontroliuojama gamyba.
Palyginti produktus pagal nurodytą drėgmės ir baltymų kiekio apskaičiavimo pagrindą.

Kartais surenkame patį organizmą

Įsivaizduokite du gamybos indus. Viename auga atrinktas grybas, o surinkta jo medžiaga tampa maisto ingredientu. Kitame mikroorganizmas gamina konkretų fermentą, kuris išskiriamas iš kultūros. Abiem atvejais auginami mikroorganizmai, tačiau produktai skiriasi. Gaminant biomasę, naudojamą medžiagą sudaro auginamos ląstelės arba grybo hifai; gaminant konkretų ingredientą, naudingas produktas gali būti tikslinė molekulė.

Biomasė – tai gyvųjų organizmų medžiaga, nors surinktame maisto ingrediente nebūtinai turi būti gyvų organizmų. Vienaląsčių organizmų baltymais dažnai vadinama baltymų turtinga mikrobinė biomasė, įskaitant siūlinių grybų medžiagą. Tai nereiškia, kad ingredientas yra gryni baltymai ar kad jis tiesiogine prasme sudarytas tik iš atskirų pavienių ląstelių. Klauskite, kas surenkama ir kaip tai vėliau apdorojama. Grybas gali suteikti baltymų turtingą biomasę, o galutiniame ingrediente kartu gali būti vandens, ląstelių sienelių medžiagos ir kitų sudedamųjų dalių.

Pradėkite nuo įvardytos padermės ir apibrėžto proceso

Rūšies pavadinimas priskiria organizmą biologinei grupei. Padermė nurodo konkrečią tos grupės liniją ar izoliatą. Skirtingos padermės gali skirtis gaminamomis medžiagomis, augimo sąlygomis ir tinkamumu numatytai paskirčiai. Todėl vien žinomas rūšies pavadinimas neapibrėžia maisto gamybos proceso.

Apsvarstykime mikoproteiną – maisto sudedamąją dalį, gaminamą iš atrinktų grybų biomasės. Paskelbtame vieno Fusarium venenatum produkto gamybos dokumentų rinkinyje įvardijama naudojama kultūra ir aprašoma atsekama pradinė kultūros medžiaga, maitinamųjų medžiagų paruošimas, aerobinis auginimas ir tolesnis apdorojimas. Tai naudingas konkrečiai apibrėžto proceso pavyzdys. Tai nėra nenustatytų grybų auginimo receptas ar įrodymas, kad visi tos pačios genties atstovai tinka maistui.

Apibūdinimas „tinkamas maistui“ reiškia, kad medžiaga tinka konkrečiai maistinei paskirčiai, taikant atitinkamas kontrolės priemones; ši savybė nenustatoma pagal spartų augimą ar išmatuotą didelį baltymų kiekį. Tapatybei, gamybos istorijai, sudėčiai, teršalams, stabilumui ir numatytai paskirčiai pagrįsti reikia duomenų. Saugos vertinimas taikomas konkrečiai įvertintai sudedamajai daliai ir sąlygoms. Pakeitus kultūrą, substratą ar procesą, gali pasikeisti ir klausimai, kuriuos reikia patikrinti.

Atskirai sekite anglį, azotą ir mineralinius elementus

Auginant organizmą cukraus terpėje, cukrus gali tiekti ir anglį ląstelinei medžiagai kurti, ir cheminę energiją medžiagų apykaitai. Anglis nevirsta azotu. Baltymuose yra azoto, todėl į procesą turi patekti ir tinkamas azoto šaltinis. Fosforas, siera ir kiti mineraliniai elementai atlieka savitas funkcijas. Vanduo yra auginimo terpė ir surinktos medžiagos dalis; jis nepakeičia šių maistinių medžiagų.

Substratas yra medžiaga, kurią organizmas naudoja proceso metu. Cukraus sirupas gali būti gaunamas iš auginamų žemės ūkio augalų, net jei pats organizmas auga pastato viduje. Atsekite sirupo kelią per jo tikrąją tiekimo grandinę: augalų auginimą, perdirbimą ir pristatymą. Kitoms padermėms ir procesams gali būti naudojami kitokie anglies šaltiniai, tačiau toks pavadinimas kaip „atgauta žaliava“ mažai pasako apie jos sudėtį, apdorojimą ar pastovumą.

Šalutinis srautas – tai iš kito proceso išeinanti medžiaga. Jo naudojimas gali susieti gamybos sistemas, jei medžiagos sudėtis ir sauga yra tinkamos. Kintantis tiekimas, nepageidaujamos medžiagos ar papildomas paruošimas gali riboti jo naudingumą. Praktinis klausimas – kokia konkrečiai apibrėžta medžiaga yra prieinama, kaip ją reikia apdoroti ir ką pasirinktas organizmas gali su ja daryti. Išsamus maisto sudedamųjų dalių maistinės vertės ir teršalų vertinimas priklauso susietoms maisto mokslo temoms.

Auginimo sąlygos yra gamybos grandinės dalis

Mikroorganizmai skiriasi savo santykiu su deguonimi. Aerobinei gamybai reikia tiekti deguonį augančiai kultūrai; vien tai, kad virš skysčio yra oro, neįrodo, jog organizmai gauna pakankamai deguonies. Maišymas ir dujų pernaša padeda tiekti ląstelėms ištirpusias maistines medžiagas bei dujas ir pašalinti šilumą. Šie gamybos poreikiai turi įtakos įrangos ir energijos reikmėms.

Minėtame konkretaus grybo pavyzdyje gamintojas aprašo aeravimą, temperatūros ir pH kontrolę kaip auginimo dalį. Kitiems procesams keliami kitokie reikalavimai. Vienos talpos eksploatavimo sąlygų nepaverskite universaliais siektinais rodikliais. Kultūros veiksmingumą kartu lemia jos padermė, terpė ir eksploatavimo sąlygos. Įrangos projektavimas išsamiau nagrinėjamas žemės ūkio inžinerijos temose; čia įrangos vaidmuo – užtikrinti biologinį procesą.

Į sąnaudų apskaitą įtraukite energiją, reikalingą maitinamosioms medžiagoms paruošti, skysčiui ir dujoms judinti, auginimo aplinkai palaikyti ir surinktai biomasei apdoroti. Biomasėje gali būti sukauptos cheminės energijos, nors gamybos įrenginys vis tiek vartoja elektrą ir šilumą. Vien spartus dauginimasis nepatvirtina, kad naudingo maisto produkcijos vienetui reikia mažai išteklių.

Biomasės surinkimas ir apdorojimas keičia produktą

Kultūriniame skystyje yra gerokai daugiau nei vien medžiaga, kurią norime valgyti. Biomasei atskirti, jos drėgniui pakeisti ir laikyti tinkamam produktui paruošti gali reikėti papildomo apdorojimo. Grybų biomasės gamybos pavyzdyje aprašyta proceso eiga apima apdorojimą RNR kiekiui sumažinti, atskyrimą ir atšaldymą. Šias operacijas reikia įtraukti į produkto gamybos apskaitą, o ne palikti už jos ribų vos peržengus auginimo talpyklos ribą.

Ingrediento sudėties neįmanoma nusakyti vien baltymų procentine dalimi. Klauskite, ar nurodyta vertė taikoma drėgnam produktui, ar sausosioms medžiagoms, kaip ji buvo išmatuota ir ko dar yra ingrediente. Maistinei kokybei taip pat svarbūs virškinamumas ir aminorūgščių pusiausvyra. Tekstūra, skonis ir savybių pokyčiai ruošiant maistą svarbūs tam, kaip ingredientas naudojamas patiekale. Šiems klausimams reikia atskirų įrodymų, kurių šioje pradinėje biomasės gamybos apžvalgoje nepateikiama.

Vieno maisto ingrediento gamybos procesas gali būti jau įdiegtas, nors siūlomas alternatyvus substratas ar organizmas dar tebėra tyrimų etape. Nedidelio eksperimento duomenys apie augimą patvirtina, kad tomis sąlygomis augimas vyko. Vien to nepakanka patvirtinti, kad galima užtikrinti stabilią gamybą, tinkamumą maistui ar įperkamą galutinį ingredientą.

Nuo apibrėžtos kultūros iki tinkamos naudoti sudedamosios dalies

Konkrečios operacijos ir kontrolės priemonės priklauso nuo įvardyto produkto. Rodyklės rodo vaidmenis, o ne išmatuotus masės srautus ar teiginį, kad visi pradiniai ištekliai tampa maistu.

Skaityti schemos paaiškinimą

Aerobinio grybų biomasės gamybos būdo konceptuali schema. Ji rodo, kad po kultūros aprūpinimo ištekliais vyksta surinkimas ir apdorojimas; tai nėra įrangos specifikacija ar receptas.

Dalys

Apibrėžti naudojami ištekliai: Anglies šaltinis, maistinės medžiagos ir vanduo
Atrinkta grybų kultūra: Įvardyta padermė kontroliuojamomis sąlygomis
Surinkta medžiaga: Kultūrinį skystį dar reikia apdoroti
Pagalbinės sistemos ir kontrolė: Aeracija, energija, stebėsena ir higiena
Apdorojimas maisto reikmėms: Atskyrimas, tinkamas apdorojimas ir laikymas
Apibrėžta sudedamoji dalis: Apibrėžta sudėtis ir numatyta paskirtis

Ryšiai

Apibrėžti naudojami ištekliai → Atrinkta grybų kultūra: palaiko augimą
Pagalbinės sistemos ir kontrolė → Atrinkta grybų kultūra: sudaro sąlygas auginti
Atrinkta grybų kultūra → Surinkta medžiaga: surinkti
Surinkta medžiaga → Apdorojimas maisto reikmėms: apdoroti
Apdorojimas maisto reikmėms → Apibrėžta sudedamoji dalis: paruošti

Lyginkime naudoti tinkamą ingredientą

Lyginimą pradėkite nuo vienodai apibrėžto naudingojo produkto kiekio, pavyzdžiui, nurodytos masės konkretaus ingrediento, kurio drėgnis nurodytas ir kuris pristatytas į tą patį tašką. Jei klausimas susijęs su baltymais, taip pat nurodykite, kokiu pagrindu išreiškiamas jų kiekis ir kokie šio pagrindo ribotumai. Nerikiuokite procesų pagal drėgno kultūrinio skysčio kilogramus ir nepainiokite ingrediento kilogramų su baltymų kilogramais.

Tada įtraukite tai, ko reikia šiam taškui pasiekti: substrato kilmę, aprūpinimą azotu ir mineralinėmis medžiagomis, vandenį, dujų tvarkymą, energiją, apdorojimą, pakavimą ir atitinkamus nuostolius. Žemės naudojimas gali būti susijęs su cukrui gauti auginamais augalais arba energetikos infrastruktūra. Atgautos medžiagos gali turėti kitų galimų panaudojimo būdų, kurie turi įtakos palyginimui. Augalų auginimas ir mikrobinė gamyba gali naudotis bendra infrastruktūra ar naudingais medžiagų srautais; norint pasirinkti vieną iš jų, reikia spręsti vietos gamybos klausimą, o ne ieškoti visur pranašesnio varianto.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Drėgno produkto masė nėra baltymų kiekis

Tariama ingrediento partija sveria 100 kg. Sausosios medžiagos sudaro 20%, o baltymai – 50% šių sausųjų medžiagų. Kiek sausųjų medžiagų ir baltymų yra partijoje?

Sausųjų medžiagų masė yra 100 kg × 0.20 = 20 kg.
Baltymų masė yra 20 kg × 0.50 = 10 kg.
Likusių sausųjų medžiagų masė yra 10 kg, o vandens – 80 kg. Šie mokomieji skaičiai apibūdina tariamą partiją, o ne konkretų komercinį ingredientą.

Partijoje yra 20 kg sausųjų medžiagų ir 10 kg baltymų. Baltymų dalis drėgname produkte yra 10 %, o ne 50 %; šis skaičiavimas nieko nepasako apie virškinamumą ar saugą.

Pakeitus žaliavą, keičiasi klausimai

Kultūra auga terpėje su perkamu cukraus sirupu. Netoliese esantis gamintojas vietoj jo siūlo kintamos sudėties šalutinį srautą. Ar vien augimo pakanka, kad būtų galima pereiti prie naujos žaliavos?

Nustatykite tikrąją šalutinio srauto sudėtį, jos kintamumą, nepageidaujamas medžiagas ir prieinamą kiekį.
Patikrinkite, ar jo paruošimas ir tiekimas tinka nurodytai padermei ir kontroliuojamam procesui.
Prieš lygindami naudingus produktus, įvertinkite gaunamą sudedamąją dalį, būtinas kontrolės priemones, apdorojimo poreikį ir sąnaudas.

Ne. Sėkmingas augimas yra tik vienas iš įrodymų. Tinkamų įrodymų reikia ir žaliavai, ir procesui, ir gaunamai maisto sudedamajai daliai įvertinti; išmetama medžiaga savaime nėra saugi ar mažą poveikį aplinkai daranti žaliava.

Pasitikrinkite supratimą

Brošiūroje teigiama, kad baltymus gaminančiai kultūrai reikia tik cukraus ir vandens. Kokia žaliava nepaminėta šiame aprašyme?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Be tinkamų mineralinių maisto medžiagų, reikia ir azoto šaltinio.
Baltymuose yra azoto. Vien cukrus ir vanduo negali suteikti visų elementų, reikalingų baltymų turtingai ląstelinei medžiagai susidaryti.
Viename procese surenkami grybų hifai; kitame pašalinamos gamyboje naudojamos ląstelės ir išskiriamas nurodytas fermentas. Kokį skirtumą reikėtų išlaikyti lyginant šiuos procesus?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Pirmajame surenkama biomasė; antrajame – konkreti organizmo pagaminta sudedamoji dalis.
Jų naudingi produktai ir tolesnio apdorojimo operacijos skiriasi. Nei fermentacijos pavadinimas, nei indo dydis nepadaro jų produktų lygiaverčių.
Ar mikrobų auginimas patalpose įrodo, kad sudedamoji dalis neturi jokio ryšio su žemės ūkio augalų auginimu?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne. Atsekite iš tikrųjų naudojamo substrato ir kitų ankstesniuose gamybos etapuose naudojamų išteklių kilmę.
Iš žemės ūkio augalų gautas cukrus gali būti naudojamas patalpose vykstančiame procese. Skirtingi anglies tiekimo keliai keičia šią apskaitą, tačiau jiems vis tiek reikia maistinių medžiagų, energijos ir infrastruktūros.

Svarbiausios mintys

Prieš įvardydami gamybos būdą, nustatykite, kokia medžiaga surenkama.
Aprašant maisto gamybą, padermę, žaliavą ir taikomą procesą reikia aptarti kartu.
Anglį, azotą, mineralines medžiagas, vandenį ir energiją apskaitykite kaip atskirus naudojamus išteklius.
Į atitinkamas palyginimo ribas įtraukite surinkimą, apdorojimą iki maistui tinkamos kokybės ir laikymą.
Aiškiai nurodykite, kokiu pagrindu išreiškiamas drėgmės ir baltymų kiekis; vien augimas ar naujumas neįrodo tinkamumo maistui ar mažesnio poveikio.

Šaltiniai

Šaltiniai, kuriais grindžiami straipsnio paaiškinimai ir pavyzdžiai.