Perspectivas de la industria de NIZO: uso y optimización de la filtración por membrana para extraer proteínas vegetales

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26-ene-2023 - Última actualización el 26-ene-2023 a las 16:52 GMT

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Para convertir una fuente de proteína, como un material lácteo o vegetal, en un ingrediente de proteína viable, debe separar la proteína que desea de las diversas moléculas que no desea. La filtración por membrana ha demostrado ser una tecnología de extracción de proteínas en la industria láctea; ahora los jugadores en el campo de las proteínas vegetales, ya sean empresas emergentes o fabricantes establecidos, también están observando más de cerca.

Es una tecnología que ofrece beneficios claros, si puede superar los desafíos, como explica Fred van de Velde, líder del grupo de experiencia en funcionalidad de proteínas de NIZO.

René Floris:​¿Qué es la filtración por membrana y cuáles son sus beneficios?​

Fred van de Velde: Con la filtración por membrana, el flujo de material se filtra a través de una membrana de polímero (o, en algunos casos, de cerámica). Los poros en esta membrana permiten que las moléculas más pequeñas pasen y se eliminen, mientras que las moléculas de proteína más grandes se retienen. Las membranas vienen en una variedad de materiales y tamaños de poros, y ofrecen varios beneficios en comparación con la precipitación ácida, otra tecnología de extracción de proteínas que se usa a menudo en la producción de proteínas vegetales.

RF: ¿Cuáles son los beneficios de utilizar la filtración por membrana?​

FV: En primer lugar, la filtración por membrana te da mayores rendimientos porque recuperas prácticamente toda la proteína, lo que no ocurre con la precipitación ácida. En segundo lugar, su proteína conserva mejor su funcionalidad con la filtración por membrana. En tercer lugar, es una técnica más respetuosa con el medio ambiente: la precipitación ácida utiliza tanto una base como un ácido, lo que da como resultado una corriente lateral de sal y un producto que contiene un contenido de sal relativamente alto. La filtración por membrana, por otro lado, utiliza agua corriente para eliminar las moléculas no deseadas. Finalmente, puede obtener una solución de proteína altamente concentrada, que requiere menos energía en la etapa final de secado, ahorrando costos y brindando otro beneficio ambiental.

RF: ¿Cuáles son los desafíos de usar la filtración por membrana?​

FV: Durante la extracción de proteínas, se acumulan residuos en la membrana, lo que reduce su capacidad de filtración. La tasa de acumulación de este ensuciamiento depende del tamaño de los poros de la membrana y de la interacción que se produce entre el material de origen y el material de la membrana. Esto sucede tanto con las proteínas lácteas como con las vegetales. Sin embargo, en la industria láctea, los procesos para minimizar el ensuciamiento y la limpieza ya han sido bien optimizados. En muchos sentidos, los productos lácteos son bastante sencillos: se trata de un tipo de producto (leche), todos los componentes de la leche están bien solubilizados y se comprende su comportamiento gracias a la larga historia de la industria. Pero con las proteínas vegetales, hay mucha más complejidad: hay muchas fuentes de proteínas diferentes, cada una de las cuales se comporta de una manera diferente, y estos comportamientos variables aún no se comprenden bien. Entonces, si queremos reducir el ensuciamiento y, por lo tanto, disminuir la limpieza, el tiempo de inactividad, etc., debemos comprender mucho más sobre los mecanismos que causan esa capa de residuos de ensuciamiento de las proteínas vegetales.

RF: ¿Qué causa el ensuciamiento de las membranas por las proteínas vegetales?​

FV: Basándonos en nuestra experiencia en NIZO con filtración por membrana y proteínas vegetales, hemos identificado una serie de mecanismos que pueden provocar la acumulación de residuos en las membranas. El primero son los componentes insolubles en su material de partida, que pueden bloquear los poros de la membrana. Por supuesto, esto no es un problema con los productos lácteos, que se componen de componentes solubles. El material vegetal también contiene fibras no proteicas, que también pueden bloquear los poros. Otro mecanismo potencial es la adsorción de proteínas o incluso el despliegue de las proteínas en la membrana, lo que puede causar incrustaciones. Además, los polifenoles, que también abundan en los alimentos vegetales, pueden interactuar con las proteínas, acelerando potencialmente la formación de las capas incrustantes.

RF: ¿Cómo selecciona la membrana 'correcta' para usar?​

FV: Antes de comenzar la producción, puede probar diferentes membranas para ver cuál resulta en el menor ensuciamiento. Si bien aún no es posible decir "usted está usando esta fuente de proteína vegetal, por lo tanto, este tipo de membrana probablemente sea mejor para usted", el conocimiento de las membranas y las proteínas vegetales podría ayudarlo a tener un buen comienzo para elegir qué opciones usar. prueba. Por ejemplo, sabemos que las habas contienen más fibra que los guisantes, lo que podría provocar más incrustaciones relacionadas con la fibra. El girasol y la colza, por otro lado, tienen un alto contenido de polifenoles: esto podría dar lugar a más incrustaciones relacionadas con los polifenoles.

RF: ¿Cómo pueden los fabricantes de proteínas vegetales optimizar el uso de la filtración por membrana?​

FV: Analizando la capa de incrustaciones y encontrando estrategias para minimizar el impacto en el procesamiento aguas arriba. Por ejemplo, si el problema principal son los componentes insolubles, puede resolverse con centrifugación o microfiltración. Si la capa de incrustaciones se basa predominantemente en carbohidratos, podría usar enzimas para descomponerlos. Los elementos más pequeños resultantes se eliminan más fácilmente por lavado. Pero aún queda mucho trabajo por hacer para optimizar los procesos de producción de proteínas vegetales mediante filtración por membrana.

RF: ¿Qué impacto puede tener esta optimización en el procesamiento?​

FV: Hemos visto excelentes resultados optimizando procesos usando filtración por membrana en la industria láctea, aunque esta ya es una industria bien establecida. Por ejemplo, hicimos una optimización para la fórmula infantil a base de lácteos y pudimos mejorar significativamente la relación entre el tiempo de funcionamiento y el tiempo de limpieza. Esto aumentó la capacidad de producción de la fábrica en un 40%. Con base en resultados como este, estamos seguros de que hacer el esfuerzo y la inversión para optimizar el procesamiento de proteínas vegetales mediante la filtración por membrana también generará mejoras considerables.

RF: ¿Cuáles son los próximos pasos para mejorar el uso de la filtración por membrana para proteínas vegetales?​

FV: Ya hemos identificado varios mecanismos potenciales de ensuciamiento, pero para seleccionar la mejor membrana y diseñar contramedidas, debemos comprender cuál es el dominante al procesar un determinado material vegetal. Además de apoyar a nuestros clientes en la selección y optimización de combinaciones específicas de proteína/membrana, NIZO está trabajando para establecer un consorcio de socios industriales, para construir un conocimiento más sólido y probar ciertas hipótesis. ¿Ocurre un tipo específico de ensuciamiento con todas las proteínas vegetales o solo con ciertas proteínas vegetales? ¿Cuál es el papel del material no proteico en el producto vegetal? Necesitamos más conocimientos científicos, de modo que podamos, por ejemplo, dividir las proteínas por posibles mecanismos, validados por la investigación. Ese es el próximo paso clave.

En el próximo artículo de NIZO, la organización de investigación analizará cómo lidiar con los 'co-pasajeros' como el polifenol al aislar proteínas alternativas.​​

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