RYNEK SPOŻYWCZY I DODATKI
Fermentacja w bioreaktorach zbiornikowych z mieszadłem to sprawdzona metoda produkcji kwasu mlekowego na potrzeby sektora spożywczego i dodatków.
W opisywanym projekcie zakład przemysłowy uruchamia linię fermentacyjną do jego wytwarzania. Wykorzystuje w niej bakterie kwasu mlekowego, takie jak Lactobacillus, które przekształcają różne źródła węglowodanów — m.in. melasę, syropy glukozowe, hydrolizaty skrobi oraz permeat (filtrat) serwatkowy — w jednorodny składnik spożywczy.
Była to pierwsza w kraju instalacja produkcji kwasu mlekowego oparta na mikroorganizmach, przetwarzająca surowce organiczne w produkty przyjazne środowisku.
Celem projektu jest stworzenie powtarzalnego, opartego na danych procesu, gotowego do skalowania i spełniającego wymagania jakościowe dla sektora spożywczego. Oto, jak firma Boccard wsparła realizację tych założeń.
Jakie jest zastosowanie kwasu mlekowego w produkcji żywności i dodatków?
Kwas mlekowy to powszechnie stosowany składnik żywności, który reguluje pH, wzmacnia smak oraz wspiera stabilność mikrobiologiczną w napojach, sosach, wyrobach piekarniczych i produktach mięsnych. W Unii Europejskiej funkcjonuje jako dodatek do żywności oznaczony symbolem E270. W Stanach Zjednoczonych ma status GRAS (Generally Recognised As Safe), co oznacza, że eksperci uznają go za bezpieczny w warunkach zamierzonego stosowania i może być wykorzystywany w żywności zgodnie z dobrą praktyką produkcyjną. Komercyjna produkcja kwasu mlekowego w jakości spożywczej opiera się zazwyczaj na fermentacji węglowodanów.
Jakie inne zastosowania ma kwas mlekowy w przemyśle spożywczym i dodatków?
Poza bezpośrednim zastosowaniem w żywności kwas mlekowy jest monomerem wykorzystywanym do produkcji polilaktydu (PLA). PLA to biopolimer pochodzenia biologicznego stosowany m.in. w opakowaniach mających kontakt z żywnością, takich jak folie, tacki i butelki, a także w innych produktach konsumenckich. W określonych warunkach może ulegać kompostowaniu, a jego właściwości można modyfikować poprzez mieszanie lub uszlachetnianie, aby poprawić parametry termiczne i barierowe w zależności od zastosowania opakowaniowego.
Jak przebiega produkcja kwasu mlekowego z surowców węglowodanowych w procesie fermentacji?
Kwas mlekowy jest wytwarzany przez bakterie lub grzyby, przy czym jedną z głównych metod produkcji jest fermentacja bakteryjna. Do kluczowych szczepów należą m.in. E. coli, Corynebacterium glutamicum oraz gatunki Bacillus.
Jednym z częstych wyzwań procesu jest zakwaszanie środowiska hodowlanego — wraz z gromadzeniem się kwasu mlekowego spada pH, a przy wysokich stężeniach może on działać toksycznie na mikroorganizmy. Dlatego kluczowe znaczenie ma ścisła kontrola pH oraz prowadzenie fermentacji w trybie ciągłym, co pozwala uzyskać optymalną wydajność — obszary te mogą być wspierane przez rozwiązania TEKINBIO™.
Jakie parametry procesu są kluczowe w produkcji kwasu mlekowego w fermentacji?
- pH i neutralizacja: produkcja kwasu mlekowego szybko obniża pH, dlatego precyzyjne dozowanie zasady oraz odpowiednie algorytmy sterowania chronią wydajność procesu i profil produktu.
- Zasilanie węglowodanami: zmienność melasy i innych surowców węglowodanowych wymaga ich odpowiedniej charakterystyki oraz kontrolowanego dozowania, aby utrzymać wydajność procesu i ograniczyć powstawanie produktów ubocznych.
- Transfer tlenu (OTR) i mieszanie: nawet przy prowadzeniu procesu w warunkach niskiego stężenia tlenu rozpuszczonego konieczne jest zapewnienie odpowiedniej jego podaży oraz efektywnego mieszania. Pozwala to uniknąć powstawania stref niejednorodnych, różnic lepkości oraz zahamowania fermentacji.
- Kontrola temperatury: procesy egzotermiczne wymagają sprawnego chłodzenia, aby uniknąć spadku wydajności oraz powstawania zanieczyszczeń.
- Sterylność i higieniczny projekt instalacji: dzięki powtarzalnym procedurom CIP/SIP oraz zachowaniu aseptycznych warunków utrzymywana jest jakość produktu i ogranicza się konieczność jego ponownego przetwarzania.
W jaki sposób firma Boccard umożliwia fermentację i skalowanie produkcji kwasu mlekowego?
Aby zapewnić płynne przejście od skali laboratoryjnej do pilotażowej, firma Boccard zaprojektowała etap przygotowania i prowadzenia fermentacji w sposób zapewniający powtarzalność procesów i integralność danych.
- Pilotażowe skidy gotowe do podłączenia: Dwa kompletne układy z bioreaktorami o pojemności 50 i 300 litrów zamontowano na wspólnej ramie z regulowanymi podporami. Każdy z nich obejmuje szafę sterowniczą, systemy filtracji i podawania gazów, pompę dozującą oraz pełną instalację rurową. Układy są przygotowane do szybkiego podłączenia do mediów zewnętrznych.
- Od inokulum do produkcji: Stabilne zarządzanie inokulum, w połączeniu ze skalowalną strategią mieszania i napowietrzania, pozwala zachować właściwą fizjologię oraz wysoką produktywność mikroorganizmów niezależnie od objętości bioreaktora.
- Analiza procesu: Pomiar inline parametrów takich jak pH i tlen rozpuszczony, wraz z możliwością porównywania danych między kolejnymi partiami, umożliwia wczesne wykrywanie ograniczeń związanych z dostępnością węgla i tlenu oraz optymalizację profili zasilania, neutralizacji i temperatury.
- Higiena i media procesowe: Zastosowanie zwalidowanych systemów CIP/SIP oraz kontrola parametrów takich jak para, gazy i czyste powietrze zapewniają warunki zgodne z wymaganiami produkcji spożywczej. W razie potrzeby przewidziano również termiczną oraz/lub zależną od pH inaktywację ścieków przed ich odprowadzeniem.
- Cyfrowa identyfikowalność: kontrola receptur i porównywanie kolejnych partii produkcji zmniejszają ryzyko skalowania oraz przyspieszają wdrożenie technologii.
Jakie rozwiązanie Boccard wspiera produkcję kwasu mlekowego w procesie fermentacji?
Rozwiązania niezbędne do wytwarzania kwasu mlekowego są standardowo dostępne w systemie TEKINBIO™ — bioreaktorze firmy Boccard przeznaczonym do prowadzenia fermentacji i skalowania procesów biotechnologicznych. System ten uzupełnia platforma Track Advance, która umożliwia monitoring procesu w czasie rzeczywistym, zarządzanie recepturami oraz analizę i porównywanie przebiegu poszczególnych partii. Wspólnie tworzą one pomost między skalą pilotażową a produkcją przemysłową w sektorze spożywczym i dodatków.
TEKINBIO™ łączy:
- zoptymalizowany system napowietrzania i efektywnego transferu masy,
- zaawansowane mieszanie oparte na modelowaniu CFD, zapewniające jednorodność procesu,
- precyzyjną kontrolę temperatury,
- higieniczną konstrukcję wyposażoną w systemy CIP/SIP,
- integrację z Track Advance umożliwiającą zarządzanie recepturami, analizę partii oraz wsparcie zgodności z wymaganiami regulacyjnymi.
Sprawdź, jak wspieramy procesy fermentacji w branży Pharma & Biotech.
KLUCZOWE ELEMENTY
Food ingredient focus: Lactic acid is a pH control agent and mild preservative used widely in foods; in the EU it is additive E270 and in the US it is GRAS for food use. Fermentation of carbohydrates is the standard route for food grade production.
Elastyczność doboru surowców: Proces produkcyjny może opierać się na różnych źródłach węglowodanów, takich jak melasa, syropy glukozowe, hydrolizaty skrobi czy permeat (filtrat) serwatkowy. Taka różnorodność surowców sprzyja wdrażaniu modeli gospodarki o obiegu zamkniętym oraz optymalizacji kosztowej.
Modułowe instalacje pilotażowe typu plug-and-connect: Dostępne są dwa w pełni wyposażone układy pilotażowe z bioreaktorami o pojemności 50 l i 300 l. Każdy zestaw obejmuje szafę sterowniczą, system filtracji i dystrybucji gazów, pompę dozującą oraz kompletną instalację procesową. Całość zamontowano na jednej ramie z regulowanymi podporami i przystosowano do szybkiego podłączenia mediów zewnętrznych.
Kluczowe aspekty skalowania i zgodności: Stabilność i powtarzalność procesu zapewniają m.in. precyzyjna regulacja pH i neutralizacja, efektywne mieszanie oraz transfer tlenu (OTR), odpowiednia wydajność cieplna, zintegrowane systemy CIP/SIP, a także zarządzanie recepturami oparte na danych z pełną identyfikowalnością. Opcjonalnie możliwa jest również inaktywacja odpadów przed ich odprowadzeniem.
Zakres prac – DOSTARCZONE URZĄDZENIA I USŁUGI
- Inżynieria i prefabrykacja: Przygotowanie oraz wykonanie dwóch funkcjonalnych skidów produkcyjnych z bioreaktorami 50 l i 300 l. Każdy zestaw wyposażono w szafę sterowniczą, system filtracji i dystrybucji gazów, pompę dozującą oraz analizę inline. Instalacja rurowa ma konstrukcję modułową i została zamontowana na wspólnej ramie z regulowanymi stopami, co umożliwia szybkie podłączenie do infrastruktury zakładowej.
- Media i higiena instalacji: Układ został zaprojektowany tak, aby zapewnić łatwe podłączenie instalacji CIP/SIP, pary, gazów oraz wody procesowej. Całość spełnia wymagania procesów aseptycznych, gwarantując wysoką powtarzalność i bezpieczeństwo operacji. Dodatkowo przewidziano możliwość inaktywacji odpadów — zarówno termicznej, jak i poprzez regulację pH — przed ich bezpiecznym odprowadzeniem.
- Wsparcie procesowe: Zakres wsparcia obejmuje opracowanie i optymalizację receptur fermentacyjnych, w tym przygotowanie substratów, parametry zasilania i neutralizacji oraz kontrolę pH, poziomu tlenu rozpuszczonego (DO) i temperatury. Całość uzupełnia dokumentacja umożliwiająca wiarygodne porównywanie wyników kolejnych partii.
- Przejście na skalę przemysłową: TEKINBIO™ i Track Advance. Wyniki uzyskane na etapie pilotażowym mogą być bezpośrednio przenoszone do systemu TEKINBIO™. Integracja z platformą Track Advance zapewnia monitorowanie procesu w czasie rzeczywistym, zarządzanie recepturami, analizę między seriami oraz pełną identyfikowalność zgodną z wymaganiami regulacyjnymi.
Planujesz projekt?
Nasi Klienci
Oni nam ufają
