Formulation ของผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์และการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ

ผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์ที่ทำจากพืชโดยทั่วไปจะใช้ธัญพืชหรือถั่วพัลส์ โดยธัญพืชที่ใช้ ได้แก่ ข้าวสาลี ข้าวโอ๊ต และข้าวโพด ถั่วพัลส์จะเป็นเมล็ดของพืชฝักตระกูลถั่วที่รับประทานได้ เช่น ถั่วเลนทิล ถั่วดำ ถั่วเหลือง และถั่วฝักเมล็ดกลม

ถั่วพัลส์/พืชฝักตระกูลถั่วอุดมไปด้วยโปรตีน วิตามิน เกลือแร่ ใยอาหาร และคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อน โดยผู้บริโภคมักเลือกบริโภคผลิตภัณฑ์ทดแทนที่ทำจากถั่วเหลืองและถั่วฝักเมล็ดกลม ผลิตภัณฑ์กลุ่มนี้วางจำหน่ายในรูปโปรตีนเข้มข้นที่มีโปรตีนประมาณ 65% หรือในรูปโปรตีนสกัดที่มีโปรตีนประมาณ 85% ถั่วเหลืองและถั่วเมล็ดกลมมีการตรึงไนโตรเจนและช่วยให้สุขภาพดินดีและเกิดความหลากหลายทางชีวภาพ ทำให้ถั่วทั้งสองนี้เป็นพืชฝักตระกูลถั่วชนิดหนึ่งที่ส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมในระดับต่ำที่สุด

ด้วยราคาที่ต่ำ มีข้อกังวลเรื่องสารก่อภูมิแพ้เพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย ทั้งยังมีการลงทุนทั่วทั้งห่วงโซ่คุณค่า ปัจจุบันโปรตีนจากพืชจึงเป็นผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์ที่ดีที่สุดประเภทหนึ่งสำหรับผู้บริโภคที่ใส่ใจต่อสังคมและสิ่งแวดล้อม

แม้ว่าแมลงจะเป็นแหล่งอาหารทั่วๆ ไปสำหรับผู้คน 2 พันล้านคนทั่วโลก แต่ผลิตภัณฑ์จากแมลงยังนับว่าแปลกใหม่ในประเทศแถบตะวันตก โปรตีนเข้มข้นจากแมลงมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำกว่าโปรตีนจากสัตว์แต่สูงกว่าแหล่งโปรตีนจากพืช โปรตีนจากแมลงมีความสามารถในการละลายต่ำและมีคุณสมบัติทางโภชนาการที่เปลี่ยนแปลงได้ จึงเหมาะแก่การเป็นแหล่งโปรตีนเสริมในเนื้อสัตว์เทียม โดยผสมเข้ากับโปรตีนถั่วเหลืองหรือโปรตีนจากพืช เป็นต้น แม้อาหารที่ทำจากแมลงจะเป็นแหล่งโปรตีนที่น่าสนใจ แต่ก็มีความเสี่ยงที่จะเกิดอาการแพ้ หรือการปนเปื้อนโลหะหนักหรือแบคทีเรียที่สร้างสปอร์ได้

แม้ว่าโปรตีนจากพืชและแมลงโดยทั่วไปจะสกัดจากพืชผลทางการเกษตรหรือแมลง แต่ผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์ที่ทำจากเชื้อรา สาหร่าย และการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเซลล์ส่วนใหญ่จะผลิตขึ้นในถังปฏิกรณ์ชีวภาพโดยใช้กระบวนการทางชีวภาพ

ผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์จากเชื้อรามักใช้มัยคอโปรตีนเป็นส่วนประกอบหลัก มัยคอโปรตีนเป็นชื่อของแหล่งโปรตีนเกรดอาหารที่ทำจากเชื้อรา Fusarium venenatum ซึ่งพบได้ในธรรมชาติ และได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อการผลิตโปรตีนเกรดอาหาร

มัยคอโปรตีนสามารถเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์อาหารเทียมได้หลากหลายประเภท ความยาวของเส้นใยเชื้อราสามารถควบคุมได้ผ่านกระบวนการหมัก ยิ่งเชื้อราสามารถเติบโตได้นาน เส้นใยก็จะยิ่งยาว ทำให้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายมีเนื้อสัมผัสที่หยาบขึ้น

มัยคอโปรตีนเป็นเนื้อสัตว์ทดแทนที่สมบูรณ์แบบ เนื่องจากน้ำหนักแห้งมีโปรตีนประมาณ 50% ซึ่งใกล้เคียงกับส่วนประกอบโปรตีนในเนื้อสเต็กย่าง ไม่เพียงเท่านั้น เนื้อสัตว์ทดแทนจากมัยคอโปรตีนยังมีปริมาณไขมันที่ต่ำกว่าเนื้อสเต็ก โดยมีไขมันพืชเพียง 13% ไม่มีคอเลสเตอรอล และมีปริมาณเส้นใย 25%

ผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์จากสาหร่าย แม้ว่าที่ผ่านมาจะมีการนำสาหร่ายหลายสายพันธุ์มาใช้เป็นสารปรุงแต่งอาหาร แต่สาหร่ายขนาดเล็กกำลังได้รับความสนใจจากผู้ประกอบสูตรอาหาร ว่าเป็นส่วนผสมใหม่ที่มีแนวโน้มประสบความสำเร็จในด้าน Formulation สำหรับเนื้อเทียม สาหร่ายขนาดเล็ก เช่น สาหร่ายคลอเรลลาและสาหร่ายสไปรูลินา มีอัตราการเติบโตดีกว่า มีปริมาณโปรตีนสูงกว่า และมีคุณภาพทางโภชนาการสูงกว่าพืชไร่ที่ใช้ผลิตโปรตีนจากพืช นอกจากปริมาณโปรตีนที่สูงแล้ว สาหร่ายขนาดเล็กยังมีธาตุอาหารรอง กรดไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อน แคโรทีนอยด์ และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีสมบัติเชิงหน้าที่อันเป็นประโยชน์ต่อสุขภาพในด้านอื่นๆ ด้วย

แม้ว่าโปรตีนเข้มข้นจากสาหร่ายจะมีสีเขียวหรือสีเหลืองและมักมีกลิ่นคาวที่ไม่น่าพิสมัยนัก แต่เมื่อปฏิบัติตามเงื่อนไขของกระบวนการที่เหมาะสมก็สามารถเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการให้เนื้อสัตว์เทียมที่ทำจากพืชได้เช่นเดียวกัน

เนื้อสัตว์จากกระบวนการเพาะเลี้ยงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่สามารถทดแทนผลิตภัณฑ์จากเนื้อสัตว์ที่เลี้ยงในฟาร์มได้ อย่างไรก็ตาม แนวทางนี้ไม่ใช่การเลียนแบบโปรตีนเหมือนกับทางเลือกอื่นบางส่วน แต่เป็นผลิตภัณฑ์จากสัตว์ที่หลีกเลี่ยงการเพาะพันธุ์ การเลี้ยง และการฆ่าสัตว์จำนวนมาก

สำหรับเนื้อสัตว์จากกระบวนการเพาะเลี้ยง บริษัทต่างๆ มีจุดมุ่งหมายที่จะผลิตเนื้อสัตว์จากเนื้อเยื่อเซลล์ผ่านการเพาะเลี้ยงเซลล์สัตว์ให้มีคุณสมบัติทางชีวภาพเทียบเท่ากับเนื้อสัตว์ที่เลี้ยงในฟาร์ม เนื้อสัตว์ทดแทนประเภทนี้จะผลิตขึ้นโดยการเพาะเลี้ยงสเต็มเซลล์จากสัตว์ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพก่อนที่จะกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ไปเป็นเซลล์กล้ามเนื้อที่ก่อตัวเป็นเนื้อเยื่อบนโครงเลี้ยงเซลล์เฉพาะ

แม้ว่าปัจจุบันเนื้อสัตว์จากกระบวนการเพาะเลี้ยงจะยังคงมีราคาสูงอยู่ แต่กระบวนการที่ใช้เนื้อเยื่อเซลล์ก็กำลังได้รับการปรับต้นทุนให้เหมาะสม เพื่อให้สามารถแข่งขันในตลาดผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์ได้

Formulation ของผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์มีความท้าทายในด้านรสชาติ เนื้อสัมผัส รสสัมผัสในปาก และคุณค่าทางโภชนาการ

เนื้อสัตว์และเนื้อปลามีสารอาหารที่หลากหลาย รวมถึงมีวิตามินและเกลือแร่ที่จำเป็น ซึ่งในผลิตภัณฑ์ทดแทนที่ “ไร้เนื้อสัตว์” อาจมีไม่ครบถ้วน รสสัมผัสมันๆ ความชุ่มฉ่ำ ความแน่น และความหนึบของผลิตภัณฑ์จากเนื้อสัตว์อาจเลียนแบบให้เหมือนได้ยาก ดังนั้นเมื่อทำงานพัฒนาผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์ ผู้ประกอบสูตรอาหารต้องเพิ่มส่วนผสมอื่นๆ เพื่อเสริมโปรตีนให้ผลิตภัณฑ์มีรูปลักษณ์ รสชาติ ความสม่ำเสมอ และลักษณะทางโภชนาการที่เหมาะสม นอกจากนี้ยังมีข้อกังวลด้านอื่นๆ ด้วย เช่น การรักษาปริมาณโซเดียมให้ต่ำที่สุด

สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งในการจัดการกับข้อกังวลด้านสุขภาพเมื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์คือ การดูแลให้มั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์นั้นมีความสม่ำเสมอในการผลิตและเป็นไปตามมาตรฐานการติดฉลากของแต่ละพื้นที่ ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลทางโภชนาการที่ระบุไว้บนบรรจุภัณฑ์นั้นด้วย ดังนั้น การวิเคราะห์ทางห้องปฏิบัติการ การควบคุมในกระบวนการ และการควบคุมคุณภาพของเนื้อสัตว์ทดแทนจึงมีความสำคัญ

มีการใช้วิธีการวิเคราะห์หลายวิธีเพื่อประเมินรสชาติและลักษณะของผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์ และประเมินว่าตรงตามข้อกำหนดด้านโภชนาการ เนื้อสัมผัส และรสสัมผัสในปากหรือไม่

• การชั่งน้ำหนักมีความสำคัญในขั้นตอน Formulation สูตร, การเตรียมอาหารเลี้ยงเชื้อ หรือการควบคุมคุณภาพเมื่อเตรียมตัวอย่างหรือสารมาตรฐานสำหรับการวิเคราะห์ เช่น HPLC/GC (ยาฆ่าแมลง, โลหะปริมาณน้อย), การหาปริมาณโปรตีน, การชั่งน้ำหนักวัตถุแห้ง, การหาปริมาณไขมันก่อนและหลังการสกัดแบบ Soxhlet หรือการประเมินปริมาณแร่ธาตุทั้งหมดหลังการวิเคราะห์เถ้า
• การวิเคราะห์ความชื้นและน้ำใช้การวิเคราะห์ความชื้นด้วยฮาโลเจนการหาปริมาณน้ำที่สูญเสียไปจากการทำแห้ง หรือการไทเทรตแบบ Karl Fisher เพื่อตรวจวัดความชื้นหรือปริมาณน้ำในวัตถุดิบหรือผลิตภัณฑ์ที่อยู่ในขั้นตอน Formulation ต่างๆ การวิเคราะห์ความชื้นด้วยฮาโลเจนจะช่วยรับรองว่าส่วนผสมและผลิตภัณฑ์มีคุณภาพ รวมทั้งระบุอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์ด้วย
• การวัดค่า pH อาจมีความสำคัญในระหว่างการพัฒนาผลิตภัณฑ์ โดยช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสามารถในการละลายของโปรตีนทางเลือกใน Formulation เช่น ในขณะที่โปรตีนจากถั่วเหลืองสามารถละลายได้ที่ค่า pH 4.5 - 6.0 แต่โปรตีนจากสาหร่ายคลอเรลลาสามารถละลายได้ที่ค่า pH 2.0 - 12.0 การหาค่า pH ก็มีความสำคัญต่อการควบคุมคุณภาพด้วยเช่นกัน โดยใช้ในการประเมินว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายไม่เน่าเสีย
• การวิเคราะห์เชิงปริมาณ เช่น การไทเทรตเพื่อหาปริมาณโซเดียม, การหาปริมาณโปรตีนตามวิธีการ Kjeldahl, ยูวี วิสสำหรับการหาปริมาณกลูโคส/ฟรุกโตสและวิตามิน, การชั่งน้ำหนักหาปริมาณไขมันตามวิธีการ Soxhlet รวมถึงการหาปริมาณเถ้าและเส้นใย ล้วนเป็นวิธีที่มักใช้ในการควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์
• การวิเคราะห์ทางกายภาพ เช่น ความหนาแน่นดัชนีการหักเหของแสงจุดหลอมเหลว หรือยูวี วิส จะบ่งบอกถึงความบริสุทธิ์ของส่วนผสมและวัตถุดิบ
• การศึกษาทางจุลชีววิทยามีความสำคัญสำหรับการประเมินลักษณะและระดับการปนเปื้อนของแบคทีเรียที่อาจเกิดขึ้น และดำเนินการศึกษาเพื่อประเมินอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย โดยมักใช้เครื่องมือต่างๆ เช่น ปิเปตเครื่องชั่ง และเครื่องวัดค่า pH ในการเตรียมวุ้นเลี้ยงเชื้อ
• การวิเคราะห์ทางความร้อนใช้เพื่อประเมินอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์ตลอดจนลักษณะของสารเติมแต่งอาหารตลอดกระบวนการผลิต สามารถใช้ TGA (การวิเคราะห์ทางการวัดการสูญเสียน้ำหนักเมื่อได้รับความร้อน) เพื่อศึกษามวลและการสลายตัวของผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์ในขณะที่ได้รับความร้อน ส่วน DSC สามารถใช้เพื่อประเมินการสูญเสียสภาพธรรมชาติของโปรตีนลักษณะการตกผลึกของไขมัน หรือการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนเมื่อมีการเติมสารเติมแต่งขณะอยู่ในกระบวนการให้ความร้อนและทำความเย็น ซึ่งใช้ในระหว่างการผลิตผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์
• การตรวจสอบการเพาะเลี้ยงเซลล์มีความสำคัญสำหรับโปรตีนจากเนื้อสัตว์ทดแทนที่ผลิตขึ้นด้วยกระบวนการทางชีวภาพ พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ค่า pH และค่าออกซิเจนละลายน้ำจะประเมินการเติบโตของเซลล์ และควรมีการตรวจสอบแบบอินไลน์ตลอดกระบวนการเพาะเลี้ยง

สายผลิตภัณฑ์เครื่องมือในห้องปฏิบัติการของ METTLER TOLEDO ได้รับการออกแบบมาเพื่อช่วยเหลือคุณตลอดกระบวนการพัฒนาและการควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์ ผลิตภัณฑ์ของเราให้การสนับสนุนคุณตั้งแต่ในห้องปฏิบัติการจนถึงพื้นที่การผลิต โดยช่วยให้คุณประเมินวัตถุดิบและส่วนผสมใหม่ได้อย่างแม่นยำ ซึ่งรวมถึงการวัดปริมาณสารอาหารแต่ละชนิดเพื่อให้ติดฉลากได้ถูกต้อง