Jos johdat viljellyn lihan prosessikehitystä, ravinteiden talteenotto on enimmäkseen kysymys virran valinnasta, puhtaustavoitteista ja vapautuksen hallinnasta. Yksinkertaisesti sanottuna: käytetty kasvatusliuos sisältää usein käyttämättömiä aminohappoja, vitamiineja, mineraaleja ja joitakin proteiinitekijöitä; biomassajäämät sisältävät proteiineja ja solunsisäistä materiaalia; ja jokainen virta tarvitsee erilaisen talteenottoreitin ennen uudelleenkäyttöä tai ohjausta.
Bioprosessi-insinööreille, soluviljelytieteilijöille ja viljellyn lihan T&K-tiimeille, artikkeli tiivistyy tähän:
- Erota termit ensin: ravinteiden talteenotto ei ole sama asia kuin kasvatusliemen kierrätys, sivutuotteiden käyttö tai jäteveden käsittely.
- Aloita virroista, jotka ovat tärkeimpiä: käytetty proliferaatio- ja erilaistumismedia, sadonkorjuujäämät ja solujätteet.
- Valitse kevyin palautumisreitti, joka täyttää vaatimukset: selvennys, kalvovaiheet, saostus, kromatografia tai biokemiallinen muuntaminen.
- Hallitse vikapisteitä: laktaatti, ammoniakki, likaantuminen, häviöt, puhdistuskuorma, kontaminaatioriski ja eräajon poikkeama.
- Käytä uudelleen vain vapautuskriteerien mukaan: koostumus, pH, osmolaarisuus, mikrobikuorma ja eräkirjanpito on läpäistävä.
- Ohjaa alempilaatuiset jakeet sinne, missä ne sopivat parhaiten: hydrolysaatti, fermentointirehu, eläinrehun syötteet tai lannoitereitit.
Yksinkertainen tapa ajatella asiaa: ensin kartoita virta, sitten mittaa mitä on jäljellä, sitten päätä, onko paras lopputulos uudelleenkäyttö mediavalmistelussa vai käyttö ydintoiminnan ulkopuolella. Artikkeli nostaa esiin myös Ison-Britannian valmistuspuolen: riskipohjainen laadun tarkistus, erädokumentaatio ja muutosten hallinta eivät ole valinnaisia, jos palautettu virta palaa tuotantoon.
Nopea katsaus: jos sivuvirta on liian laimea tai liian sekoittunut fyysiseen erotteluun yksinään, entsymaattinen tai fermentaatiomuunnos voi auttaa - mutta vain, jos lisäkäsittely, valvonta ja kustannukset ovat perusteltuja.
Tämä on kehyksenä loppuosalle artikkelista.
Missä hyödynnettävät ravinteet löytyvät viljellyn lihan tuotannossa
Nämä ravintoluokat esiintyvät yleensä pienessä joukossa prosessivirtoja. Käytännössä hyödynnettävät ravinteet keskittyvät muutamaan ennustettavaan paikkaan: käytetty viljelymedia lisääntymis- ja erilaistumisvaiheista, solujätteet ja sadonkorjuujäämät sekä ulkoiset sivuvirrat, joita käytetään ravinnepanoksina.
Käytetty kasvatusliuos sisältää edelleen liuenneita aminohappoja, vitamiineja, mineraaleja ja kasvutekijöitä, koska solut kuluttavat yleensä vain osan lisätystä aineesta. Sadonkorjuusta peräisin oleva solujäte ja ei-tuotebiomassa sisältävät proteiineja, lipidejä ja solunsisäisiä metaboliitteja, jotka voidaan uuttaa ja jalostaa. Ulkoiset sivuvirrat, kuten maatalous- tai fermentaatioperäiset syötteet, voidaan käsitellä kasvatusliuoskomponenteiksi ennen kuin ne tulevat bioreaktoriin.
Ensimmäinen tehtävä on periaatteessa yksinkertainen, vaikka se vaatii käytännössä huolellista analyysiä: selvitä, mitkä virrat ovat läsnä ja määritä, mitä ne sisältävät . Tämä vaihe tulee ennen kuin valitaan palautusmenetelmä. Sen jälkeen keskitytään kohdefraktioiden uuttamiseen ja puhdistamiseen.
sbb-itb-ffee270
Miten ravinteet palautetaan ja puhdistetaan
Ravinteiden talteenottomenetelmät viljellyn lihan bioprosessoinnissa
Talteenotto alkaa yksinkertaisella kysymyksellä: mikä on vähiten häiritsevä tapa saada hyödyllinen osa takaisin tästä virtauksesta? Vastaus riippuu kohderavinteesta, tarvittavasta puhtaudesta ja siitä, mitä tapahtuu seuraavaksi. Jotkut virtaukset soveltuvat sisäiseen uudelleenkäyttöön viljellyn lihan bioprosessoinnissa. Toiset ovat järkevämpiä toissijaiseen arvonlisäykseen.
Käytännössä käytetty media käsitellään yleensä ensin, sitten sekoitetut jäännökset ja sitten virtaukset, jotka ovat liian laimeita tai liian heterogeenisiä pelkkään fysikaaliseen erotteluun.
Median regenerointi ja inhibiittorien poisto
Käytetty media on usein ensimmäinen paikka, josta etsitään talteenottoa, koska monissa tapauksissa sitä ei tarvitse rakentaa kokonaan uudelleen. Se tarvitsee yleensä inhibiittorien poiston ja kiillotuksen.Käytetty viljelyalusta ei ole harvoin täysin kulunut, mutta sivutuotteet, kuten ammoniakki ja laktaatti, kertyvät ja alkavat rajoittaa solujen suorituskykyä. Regeneroinnin tavoitteena on poistaa nämä estäjät samalla säilyttäen mahdollisimman paljon hyödyllistä viljelyalustan koostumusta.
Uudelleenkäyttöä varten palautetun virtauksen on oltava sopiva aiottuun uudelleenkäyttöön, ja epäpuhtauksien poistaminen, jotka voisivat vaikuttaa solujen kasvuun, tuotteen laatuun tai steriiliyteen, on validoitu. Yksinkertaisesti sanottuna tämä tarkoittaa vapautuskriteerien asettamista:
- koostumus
- mikrobikuorma
- pH
- osmolaarisuus
Se tarkoittaa myös selkeiden hylkäyskriteerien asettamista kaikille erille, jotka jäävät spesifikaation ulkopuolelle.
Kalvot, saostus ja kromatografia fraktioiden talteenottoon
Sekoitettujen virtausten on yleensä poistettava kiintoaineet ennen liuottimen talteenottoa.Joten prosessi alkaa yleensä selkeyttämisellä, sitten siirtyy konsentrointiin tai fraktiointiin ja päättyy kiillotukseen. Jälkikäsittely menetelmät yhdistetään usein peräkkäin juuri tästä syystä.
| Menetelmä | Tyypillinen rooli |
|---|---|
| Mikrosuodatus (MF) | Poistaa solujätteet ja hiukkaset |
| Ultrasuodatus (UF) | Keskittää proteiineja ja suurempia peptidejä |
| Nanosuodatus (NF) | Auttaa fraktioimaan pienempiä molekyylejä, kuten suoloja ja aminohappoja |
| Käänteisosmoosi (RO) | Poistaa vettä ja vähentää kokonaismäärää |
| Sade | Palauttaa irtoproteiineja tai tiettyjä mineraaleja |
| Kromatografia | Viimeistelee kohdefraktioiden puhdistuksen |
| Aktiivihiili | Poistaa jäännösepäpuhtaudet |
Tyypillinen prosessi selkeyttää ensin, sitten keskittää tai fraktioi, ja lopuksi kiillottaa ennen uudelleenkäyttöä tai toissijaista käsittelyä.Vaikeaa ei ole vain valita yksikköoperaatioita. Haasteena ovat päivittäisessä toiminnassa ilmenevät rajoitukset: likaantuminen, häviöt, puhdistuksen kuormitus ja erien vaihtelu.
Jäännösravinteiden entsymaattinen ja fermentaatioon perustuva jalostus
Kun pelkkä erotus ei riitä arvon palauttamiseen, biokemiallinen jalostus on varareitti. Yksi vaihtoehto on entsymaattinen hydrolyysi. Tämä hajottaa proteiinit peptideiksi ja vapaiksi aminohapoiksi, mikä voi helpottaa sekoitetun virtauksen käyttöä toissijaisessa bioprosessoinnissa tai, lisäpuhdistuksen avulla, väliaineen formuloinnissa.
Toinen vaihtoehto on fermentaatioon perustuva biokonversio, jossa jäännösravinteet muunnetaan arvokkaammiksi fraktioiksi. Tämä voi parantaa talteenottoa, mutta tuo mukanaan lisäprosessikuormituksen. Tiimien on hallittava tarkemmin kontaminaatiota ja seurattava tarkemmin epäpuhtauksia, jäännösentsyymejä ja mikrobien siirtymistä.
GMP-tyylisissä valvontaympäristöissä toimiville laitoksille pääkysymys on melko suora: onko lisäprosessin monimutkaisuus palautetun arvon arvoinen? Biologinen muuntaminen on yleensä houkuttelevinta, kun lähtövirta on liian laimea tai liian heterogeeninen, jotta fyysinen erottelu yksinään voisi palauttaa arvon tehokkaasti.
Uudelleenkäyttöreitit viljellyn lihan laitosten sisällä ja niiden ulkopuolella
Kun jakeet on palautettu ja puhdistettu, seuraava vaihe on periaatteessa yksinkertainen mutta käytännössä tiukka: lähetä ne takaisin prosessiin tai ohjaa ne toiseen käyttöön. Viljellyn lihan tuotannossa palautetut jakeet tulisi palauttaa toimintaan vasta, kun tarkastukset vahvistavat koostumuksen, puhtauden, johdonmukaisuuden ja soveltuvuuden aiottuun käyttötarkoitukseen.
Sisäinen uudelleenkäyttö mediavalmistuksessa ja bioreaktoritoiminnoissa
Sisäinen uudelleenkäyttö alkaa tarkoituksenmukaisella validoinnilla kohdemedian spesifikaatioita ja kontaminaatiorajoja vastaan.
Tämä tarkoittaa, että palautetun fraktion on vastattava prosessin tarpeita, ei vain näytettävä hyväksyttävältä paperilla. Suolavirta, puskurointikomponentti tai vesifraktio saattaa vaikuttaa käyttökelpoiselta, mutta jos se poikkeaa vaaditusta spesifikaatiosta tai sisältää ei-toivottuja jäämiä, se voi vaikuttaa mediavalmistukseen ja bioreaktorin suorituskykyyn nopeasti. Tässä ympäristössä pienet poikkeamat ovat merkityksellisiä.
Toissijainen bioprosessointi ja yhteistuotteiden arvonlisäys
Fraktiot, jotka eivät täytä sisäisen uudelleenkäytön vaatimuksia, voivat silti olla arvokkaita. Solujätteet ja ei-tuotebiomassa voidaan esimerkiksi ohjata toissijaiseen bioprosessointiin fermentointirehuksi tai hydrolysaattituotantoon.Niitä voidaan käyttää myös viljellyn lihan ulkopuolisina yhteistuotteina, mukaan lukien eläinrehun ainesosat tai lannoitteiden syötteet.
Valinta sisäisen uudelleenkäytön ja toissijaisen arvonlisäyksen välillä perustuu yleensä muutamaan käytännön seikkaan:
- Palautetun fraktion puhtaus
- Käytettävissä oleva määrä uudelleenkäyttöön tai ohjaukseen
- Lisäkäsittelyn kustannukset verrattuna palautettavissa olevaan arvoon
Toisin sanoen kysymys ei ole vain voidaanko tätä käyttää uudelleen? Vaan myös missä sen käyttö on järkevintä?
Hankinta- ja integrointinäkökohdat toteutusta varten
Toteutus riippuu oikeiden laitteiden, materiaalien ja analyysityökalujen hankkimisesta.Se sisältää laitteiston talteenottoon, kulutustarvikkeet, jotka tukevat sitä, ja analytiikan, jota tarvitaan tarkistamaan, ovatko talteenotetut virrat sopivia uudelleenkäyttöön tai ohjaukseen.
Turvallisuus-, sääntely- ja kestävyysnäkökohdat Yhdistyneen kuningaskunnan kontekstissa
Talteenotetuilla ravinteilla on merkitystä vain, jos ne voidaan vapauttaa määritellyn laadun ja vaatimustenmukaisuusprosessin kautta. Kun talteenotto toimii prosessitasolla, seuraava askel on yksinkertainen: voiko kyseinen virta saada luvan uudelleenkäyttöön Yhdistyneen kuningaskunnan elintarviketurvallisuusmääräysten mukaisesti?
Elintarviketurvallisuus, GMP ja laadunvalvontavaatimukset
Talteenotetut virrat tarvitsevat riskiperusteisen laadun tarkastelun ennen uudelleenkäyttöä. Tämän tarkastelun tulisi tarkistaa mikrobikontaminaatio, kemiallinen siirtymä ja prosessijäämät asetettujen hyväksymiskriteerien mukaisesti. Jokaisesta erästä tarvitaan myös täydelliset tiedot keräyksestä, puhdistuksesta, testituloksista ja vapautuksen hyväksynnästä.
Tämä on standardi GMP-käytäntö. Median steriiliyden ylläpitäminen on olennaista erän epäonnistumisen estämiseksi näiden palautusjaksojen aikana. Jos erän historia on heikko tai testitiedot eivät tue vapautusta, virtaa ei pitäisi palauttaa prosessiin.
Sääntelyluokitus ja dokumentointi
Luokittele jokainen palautettu virta sen loppukäytön mukaan ja dokumentoi reitti Ison-Britannian vaatimustenmukaisuusjärjestelmän kautta. Laitosten tulisi pitää selkeät tiedot palautusvaiheesta, puhdistusmenetelmästä, analyyttisistä tuloksista ja vapautuspäätöksestä. Kaikki muutokset tulisi käydä läpi muodollisen muutoksenhallinnan kautta, jotta turvallisuus, koostumus ja prosessin suorituskyky voidaan tarkistaa uudelleen.
Tämä dokumentointi muuttaa palautuksen teknisestä vaiheesta uskottavaksi valmistusohjelmaksi.
Päätelmä: Uskottavan ravinteiden talteenotto-ohjelman rakentaminen
Uskottava ohjelma alkaa määritellyllä käyttötapauksella, dokumentoidulla talteenotolla ja selkeällä laadunvarmistuksella. Vahvista suorituskyky uudelleenkäytön aikana ja varmista, että talteenotto tukee tuotteen laatua sekä prosessin tehokkuutta. Kestävyysarvioiden tulisi perustua mitattuihin laitostietoihin, ei oletuksiin.
Usein kysytyt kysymykset
Mikä virta tulisi ottaa talteen ensin?
Priorisoi käytetyt väliainekomponentit ensin. Kasvatusalustasta käyttämättömien proteiinien ja ravinteiden talteenotto ja uudelleenkäyttö on keskeinen askel suljetun kierron järjestelmissä, koska se parantaa suoraan viljellyn lihan tuotannon taloutta ja resurssien käyttöä.
Tarvittaessa
Milloin käytetty kasvatusliuos on sopiva uudelleenkäyttöön?
Käytetty kasvatusliuos on sopiva uudelleenkäyttöön vain silloin, kun se sopii nykyiseen bioprosessityönkulkuusi ja se on validoitu prosessissasi.
Ajoitus riippuu toimintatavasta:
- Eräprosesseissa uudelleenkäyttö tapahtuu sadonkorjuun jälkeen
- Syöttöeräprosesseissa, se tapahtuu syöttöjen välillä
- Perfusioprosesseissa , sitä käsitellään kontrolloituna sivuvirtana
Ennen uudelleenkäyttöä sinun on poistettava inhiboivat metaboliitit, kuten ammoniakki ja laktaatti. Sinun on myös seurattava keskeisiä markkereita, kuten glukoosi ja osmolaliteetti, samalla kun steriiliys pidetään tiukasti hallinnassa koko prosessin ajan.
Uudelleenkäyttö on järkevää vain silloin, kun solujen kasvu ja fenotyyppinen identiteetti pysyvät johdonmukaisina läpikulkujen aikana.
Kuinka valitsemme uudelleenkäytön ja ohjauksen välillä?
Valitse uudelleenkäyttö, kun ravinnevirta voidaan palauttaa ja syöttää takaisin samaan bioprosessiin tai toiseen prosessiin suljetun kierron syötteenä.
Jos virta ei täytä puhtaus-, laatu- tai prosessivaatimuksia, valitse sen sijaan ohjaus. Tämä tarkoittaa sen muuttamista eri tuotteeksi, jolla on arvoa, kuten kollageenipitoisten fraktioiden lähettämistä korkeamman arvon elintarvike- tai ainesosavirtoihin.
