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一枚薯条的猜想:超临界CO2准备掀翻传统冷链?| 技术前沿

  •   来源:Foodaily每日食品  作者:Eva Fan  发布日期:2021-12-28     

当给它足够的压力和适宜的温度,它就展现出令人惊诧的魔力!

表面香脆,内里绵软,热腾腾的现炸薯条永远让人垂涎。但包装薯条再优,终究无法“完美复刻”快餐店里的现制薯条。很多人会将两者的本质区别归咎于“新鲜度”,实际上“新鲜出炉”的薯条并非如大众所想那般极致新鲜。为了压缩成本、节省时间和提高运转效率,以冷冻薯条为代表的半成品通常成餐饮商家的不二之选。

视时效为核心的冷链运输。图片来源:PISPL‘s

为保持半成品食材的新鲜度,昂贵的温控冷链一直是餐饮类食企赖以生存的核心,但冷链运输在运营成本、流程把控以及可持续层面上日益受到的挑战,让长期受冷链掣肘的从业者对技术变革有了更迫切的需求。

在美国纽约有一家初创公司,打破常规的冷冻保藏思路,采用超临界CO2技术创造出无需冷冻的薯条,减少对冷藏设施的依赖,提高了供应链的长期可持续性。目前该公司已获得过千万美元融资。

用新技术创造“常温保鲜”新概念,这家初创公司为何单单瞄准了薯条?听上去很高大上的“超临界流体”,能够为食品工业带来怎样的变革?几十年来依靠冷链维系餐饮半成品保鲜的局面,会被超临界技术掀翻吗?

01

两个小子的科技梦想,

从改造炸薯条开始

Farther Farms联合创始人兼首席技术官Vipul Saran,在一个普通的印度农业家庭中长大。农产品供应链面临的冷链环境成本与有时超过产品本身价值的货币成本,Saran都看在眼里。在印度,冷链运输需花费大概3,000美元,普通常温运输则仅为 90 美元。

在康奈尔大学攻读食品科学专业研究生时,对冷链弊端深有体会的Vipul Saran开始探索解决路径——冷链外的另一种选择。如何能运用创新的食品加工技术,使人们能够从这些对保鲜要求较高的易腐食品中创造出附加值,从而尽可能避免对冷藏或冷冻的需求?

图片来源:Cornell University

作为常青藤院校中唯一开设食品专业的高校,康奈尔大学在食品学科上的综合实力强劲,专业排名常年稳居全球前三。在校内顶尖学术资源的加持下, Saran在研究各种生鲜保藏法时偶然发现了超临界流体在食品保存上的应用可能性。在农业与生命科学学院食品科学系教授 Syed Rizvi的指导帮助下,Saran团队成功开发出超临界CO2相关的食品保藏技术并申请了专利。

技术突破只是第一步,距离真正的商业化应用仍任重道远。Saran在康奈尔大学寻找不同领域的同学帮助他实现这个极具商业潜力的想法,其中便包括Annunziata——Farther Farms联合创始人兼首席执行官。Annunziata就读于康奈尔大学MBA,他与Saran在一次创业课程中相识。二人发现,将彼此的商业金融背景与食品科学的研究经验相结合,将有可能创立一家可持续且高效的公司。两人一拍即合,最终决定将美国人食用频率最高的炸薯条设定为超临界CO2技术的首个试验场。

图片来源:Facebook

1940年首次发明冷冻薯条以来,冷冻保藏便一直主导着炸薯条的产品供应链。通过避开冷藏,全球第一个无需冷冻的商用薯条被两人视为其创新商业计划的首发子弹,目标是在缺乏制冷的地区用创新技术开辟崭新的市场,同时降低成本和碳排放。

同年,他们正式启动创业项目——创办了旨在开发下一代可持续食品加工技术的Farther Farms,同时注册了康奈尔大学的学生创业加速器eLab。创办伊始,Farther Farms即与康奈尔大学技术许可中心CTL保持密切合作并获得超临界技术的正式授权。2018 年,Farther Farms加入了Rev: Ithaca Startup Works(一家位于纽约伊萨卡的商业加速器),并得到康奈尔大学、伊萨卡学院和汤普金斯科特兰社区学院的大力支持。

AnnunziataSaran在创业加速器eLab作项目演示。图片来源:Cornell University

坐拥名校内外优质创业资源,Farther Farms不负重望,交出了亮眼的融资成绩单。2017年秋,公司刚成立不久便完成纽约风险开发机构Launch New York 2.5万美元的种子轮融资。次年,Annunziata Saran 获得美国国家科学基金会首阶段研究资助225,000美元,并在纽约罗彻斯特建造了一个试点生产工厂。Saran 表示:这笔投资将使我们能够在2017年秋季种子融资轮成功的基础上继续发展,加快研发步伐。

随着业务持续扩大,Farther Farms在今年成功筹集到 1200 万美元,由大型马铃薯产品分销商Endico Potatoes 等战略投资者领投,其中包括冷冻炸薯条制造商 Lamb Weston 前总裁Richard Porter

20216月,Farther Farms官宣:拥有25年食品研发经验的GhislaineJoly 将被任命为公司产品研发和创新副总裁。Joly曾任Lamb Weston Holdings首席科学家, Conagra Brands产品开发总监和 National Starch and Chemical项目负责人。Joly的加入,无疑是公司发展史上的里程碑事件,用首席执行官 Annunziata的话说,她将成为公司未来创新引擎的核心人物

图片来源:Facebook

最近,FartherFarms正紧锣密鼓地销售他们的旗舰产品——消费者可以在纽约伊萨卡的 Luna Inspired Street Food 和罗切斯特的 The Hideaway Radio Social 品尝到公司出品的薯条。作为Farther Farms的投资者兼分销商,Endico Potatoes公司总裁John Hanna表示:尽管未被冷藏,但客户大多认为这些薯条依然保持上乘的风味质量。

Farther Farms 是目前唯一一家在食品保鲜中使用超临界CO2的食品公司。而公司也正努力在确保技术运行及产品质量的前提下,稳步提高工厂的生产能力。炸薯条只是Farther Farms的一个开始,未来他们会尝试将该技术延伸至更多生鲜品类,也会涉足固体、半固体到液体各种食品形态,力图实现技术适用面的最大化。

02

打破温控定式,

超临界技术将掀起冷链新革命?

当前,世界上大部分食品分销都依赖于冷链运输,冷链市场正急速扩大。根据technavio2020-2024 年中国冷链市场》报告,中国冷链市场预计在2020-2024 年间将增长442.3亿美元,复合年增长率接近19%。作为一种昂贵的温控供应链,如今不少发展中国家的冷链基础设施还相当简陋。数据显示,与美国城镇居民拥有 49万立方米的冷库空间相比,中国和巴西分别仅为1310万立方米。

冷链设施的缺乏成为食物浪费的主要原因。据统计,发展中国家冷藏设备缺乏导致超过 2 亿吨易腐烂食物的损耗,相当于食物总消费量的14%。此外,由于40% 的食物需要冷藏,全球电力消耗的15%都被用来冷藏,是名副其实的能耗大户。冷链的可持续性也不如人意,冷藏卡车运输中高达 40% 的气体排放皆归因于冷藏所需的车载蒸汽压缩系统,加剧了供应链碳排放。

图片来源:linkedin

冷链运输主要原理是通过低温抑制微生物活性、减少变质,但想要控制微生物生长的路径却绝非冷冻这一条,超临界CO2同样有此潜力。超临界现象是将CO2气液两相在超过临界压力和温度的情况下转变为一种介于液体和气体之间的状态——超临界CO2流体。这种流体具有气体似的扩散性和低粘度,以及类液体的高溶解性。

在接近室温(35-40℃)的超临界CO2流体笼罩下进行提取,条件温和,不会破坏生物活性成分的活性,也不改变材料微观结构。超临界流体作为一种绿色萃取技术,已广泛用于中药提取、香精香料、油品、食品、材料等领域。

图片来源:Canadian Food Business

Farther Farms抛开萃取,将超临界CO2流体用于巴氏杀菌,打造出全新的包装食品类别,挖掘出新的市场机遇。超临界流体杀菌,会使引发食物褐变的酶以及引起腐败的微生物彻底失活,无需防腐剂的情况下将保质期延长到90天。与传统高温蒸汽或热水杀菌相比,条件温和的超临界技术在保护食品完整性和营养价值上更显优势,在多类型即食食品,包括水果、蔬菜、乳制品以及肉类和植物肉类替代品的保藏上极具应用潜力。

图片来源:Global Times

超临界技术处理不仅让食品具有更好的保藏效果,也大大缩减了餐饮店的冷链成本。由于相对较长及稳定的保质期,很多使用Farther Farms薯条的餐厅均表示:他们的上菜时间缩短了一半。从环境角度看,越少依赖冷冻机,就能减少食物浪费和温室气体排放,餐厅在消费者心目中的形象也变得越发可亲。

03

提“色”、脱“害”、护“活”,

超临界流体的十八般武艺

超临界状态下,流体往往表现出异常复杂多变的特性——“像雾像雨又像风”,极具“薛定谔”体质,同时也身赋异禀。众所周知,液态CO2是一种非极性溶剂,根据相似相溶原理只能溶解非极性物质。但当CO2进入超临界状态时,溶剂的性能就会瞬间爆发,极性物质也可溶解。而因为有气体的气质,超临界CO2的表面张力和黏度很低,但扩散速度和渗透性却很强,所以它的溶解速度会比普通溶剂快得多。

图片来源:China Food Press

正因为这种神奇特性,除了化身“薯条保鲜护卫”,超临界CO2还能通过调整温度和压强,模仿出不同分子的极性,针对不同分子进行量身定制式萃取,并且其芳香成分不易被氧化破坏。得益于此,超临界流体技术在啤酒花有效成分萃取、天然香料植物或从果蔬中提取天然香精、色素与风味物质、动植物中提取动植物油脂 ,咖啡豆或茶叶中脱除咖啡因、烟草脱尼古丁、乳脂中脱除胆固醇及食品脱臭等方面的研究和应用都取得了长足发展,其中一些在德国、日本等国家已实现产业化应用。

我国食品行业对超临界流体萃取技术(SFE)的应用正逐步由实验室研究走向工业化。早在1993 年,国内就建成沙棘油工业萃取装置, 成功填补了SFE 技术的工业化空白。1996年,清华大学建成啤酒花浸膏SFE中试装置,将国内酒花利用率从25%提高到90%左右。

图片来源:Amazingy

超临界流体的独特性能在微囊化和纳米囊化上也发挥着显著作用,并为开发制药提供了新的技术路径。药物研发的关键环节包括药物递送的微囊化和纳米囊化,利用超临界CO2在不同操作条件(流量比,温度,压力等)下的可调节特性,可以设计和控制粒径以及载药量,实现精准度更高的微囊化处理。该技术主要被用于药物胶囊的制备,但在益生菌或其他需要缓释的功能成分的制备中同样具有可观潜力。

今年6月,以色列公司Solabia-AlgatechNutrition就推出了一种含有 2.5% 天然虾青素的微胶囊冷水分散粉末,其核心技术就是超临界流体。虾青素是一种天然强效类胡萝卜素,在油中高度溶解,而想获得虾青素的水溶液则颇具挑战。用超临界CO2从雨生红球藻微藻中提取虾青素,其形成的微胶囊粉末在几秒钟内能完全轻松分散在冷水中。该公司称,这种新配方会是各种功能饮料、即食补充剂和悬浮液的理想解决方案。

图片来源:MDPI

尽管超临界流体技术具有诸多优势,但要想扩大在食品产业中的应用范围,仍面临很多挑战。

首先,随着技术规模扩大以及对加工过程中涉及的动力学机制更深入的了解,生物活性化合物的工艺收率势必需要提高。其次,食品安全是产业发展基础,深入评估超临界流体分子与食物成分之间的相互作用很有必要。如果它们被纳入食物基质,那它们对人体健康有益作用的主要机制也需进一步探明。

第三,超临界流体技术中最常用的溶剂是CO2,目标物质主要是非极性组分。如何有效匹配夹带剂以提取更多极性物质仍是一个值得探讨的话题。由于超临界流体本身的密度限制,采用该技术从蛋白质等副产品中提取大分子物质仍具挑战性,相信这也是该技术未来的重要突破点之一。

图片来源:ResearchGate

04

中国实践:

超临界技术如何赋能新消费?

在懒人经济和疫情催生下,“方便”与“健康”变成许多人消费食品时的首要考量因素。如今,“预制菜”和“功能食品”正吸引越来越多品牌入局。随着市场角逐的白热化,如何用技术为自己构建护城河,成了品牌们必须考虑的问题。而超临界技术在商战中扮演举足轻重的角色。

1、锁住预制菜灵魂,超临界技术助力风味物质标准化生产

源于美国20世纪60年代,预制菜最早被运用于麦当劳、肯德基等标准化的快餐连锁餐厅。2000年进入中国后也主要是为餐厅提供半成品,提高备菜效率。2020年受疫情限制,大众外出就餐频次大幅减少,居家生活需求旺盛,预制菜企业开始将目光对准C端消费群体,B端场景也拓展到餐厅以外,便利店、精品超市、生鲜电商等纷纷开始布局预制菜品类。

C端预制菜赛道如今热火朝天,得益于B端产业的高度成熟。中央厨房快速发展,预制菜大规模覆盖餐饮后厨早已成为行业共识,预制菜取代餐馆厨师的说法更一度成为热点话题。预制菜工业化进程中,风味物质的标准化生产是关键因素。近日宣布连续完成合计5100万美元C轮与C+轮融资的利和味道便是在生产技术上独树一帜的风味家

利和味道原名利和萃取,其核心技术就是天然产物和海洋生物活性物质的超临界CO2流体萃取。旗下的香辛料、风味提取物、调味料和调理食品四座工厂多年来为国内连锁餐饮、商超、便利店和电商客户提供了多样化的速食解决方案。

图片来源:zcool

利和味道在红花椒核心产区甘肃陇南建有全亚洲最大的超临界CO2萃取工厂。工厂内安装了利和自研的第四代超临界CO2萃取设备,突破万升级容量且实现了自动化。相比传统炸制香辛料油脂,利用超临界萃取技术制成的香辛料萃取油脂拥有脱重金属、可复配、可量化、味道释放快等优点。花椒萃取油脂可以量化麻度,根据客户需求可进行复配从而形成更加丰富的风味物质,兼顾了标准化与客户的个性化需求。

2、超临界技术化身功能植物油脂的萃取密码

沙棘油含有不饱和脂肪酸、维生素等一百多种生物活性物质,具有滋养心脑血管、降低血脂、养颜抗衰老等功效,被视为珍贵的功能性食用油。但沙棘油的得率不高极大限制了其深度利用与产业发展,导致相关产品供不应求,市场价格居高不下。

内蒙古宇航人公司于1999年将八五科技重点攻关项目——超临界CO2萃取沙棘油,成功应用到沙棘生产领域,就此拉开国内高科技生产沙棘产品的大幕。超临界技术生产周期短、提取效率高、安全可靠,并且在沙棘油生物活性成分的保留方面具有优势。当前,宇航人公司已熟练掌握超临界CO2萃取等多项国际一流水平的技术,拥有沙棘保健食品四项,以及沙棘综合开发、利用、生产的专利技术、拥有10项专利,在同行业中处于领先地位。

图片来源:ambre blends

油茶籽油,是我国最古老的木本食用植物油之一,也是湖南省特色植物资源。湖南和广生物科技有限公司通过自主设计建造的国内首个大型高效超临界CO2萃取生产线,成功实现油茶籽油快速高效的规模化生产,将萃取时间缩短到2.5小时,生产效率比原有技术提升到3倍以上,大大降低生产成本。

萃取所得的油茶籽油不仅高品质、高安全性、功效活性成分丰富,而且其得率比传统压榨法高出25%以上,副产物还可以作为纯天然洗涤剂直接取代家庭常用的洗洁精,既安全环保,又省时省力。这一新的技术体系直接使生产环节的纯利润比传统压榨法高出12倍,有助彻底改变传统油茶企业加工利润微薄的旧貌,为产业腾飞提供坚实的技术支撑。

图片来源:茶油之邦

05

总结

FartherFarms的两位创始人受家乡冷链运输之痛所激励,寻找到高效可行的科技解决方法。在Foodaily过往诸多的技术前沿报道中,我们都能看到此类由现实民生问题所激发出的技术创业案例。同样是关注消费痛点,为何有的技术无人问津,始终躺在创始人的仓库里?而有的却能在短时间内光芒绽放,快速实现商业化?Foodaily认为,除了技术本身的含金量、高门槛外,能否兼顾民生、社会与环境,则是决定技术商业化前景的关键。

从早期用于活性药物成分制备,到如今在各食品领域遍地开花,甚至时下正热的碳中和研究大潮中,“超临界CO2”也成为实现高效碳捕集的技术手段之一。它所展现出的独特魅力让Foodaily愈发关注国内超临界流体商业化的进程,更希望它能为更多赛道、风口赋能加速!

作为地球上最丰富的的气体之一,CO2可以为冷链革命贡献自己的一份力量。以碳减碳,还有什么样的技术故事比这个更令人激动呢?

封面来源:fortifygen