הגדלת ייצור בשר מתורבת דורשת אוטומציה מדויקת לניהול תהליכים ביולוגיים מורכבים, להבטחת עקביות ולהפחתת עלויות. אוטומציה יכולה לקצר את זמני האצווה ב-57%, לשפר את היעילות ולחסוך עד £240,000 בשנה לכל יחידה. עם ביוריאקטורים העולים על 250,000 ליטרים, תהליכים ידניים כבר אינם אפשריים. הנה מבט מהיר על הכלים המובילים המניעים את השינוי הזה:
- JBT READYGo Bioreactor: מתרחב מ-20 ל-20,000 ליטרים, משתלב עם מערכות קיימות וכולל ניקוי ועיקור אוטומטיים.
- Rockwell PlantPAx 5.0: תומך בביוריאקטורים מעל 500 ליטרים עם ניטור בזמן אמת, שליטה מרחוק ומתכונים מתוכנתים מראש.
- GEA Axenic Product Lines : נבנה במיוחד עבור בשר מתורבת, תוך שימוש בסימולציות דיגיטליות לאופטימיזציה של ייצור בקנה מידה גדול.
- Stämm ביופרוססור : מערכת מודולרית, רציפה לפעולה ארוכת טווח עם התערבות מינימלית.
-
Cellbase מרקטפלייס : מחבר בין קונים לספקים עבור כלים אוטומטיים מותאמים אישית וחיישנים לביורי-אקטורים.
האוטומציה מבטיחה שליטה מדויקת על משתנים כמו pH, חמצן והפצת חומרים מזינים, ומאפשרת ייצור בקנה מידה גדול ובעלות נמוכה. להלן, נעמיק כיצד כלים אלו מעצבים את עתיד ייצור הבשר המתורבת.
5 הכלים המובילים לאוטומציה של ביורי-אקטורים להשוואת ייצור בשר מתורבת
1.תאגיד JBT's ביוריאקטור READYGo
יכולת הרחבה לייצור מסחרי של בשר מתורבת
הביוריאקטור READYGo נבנה כדי לגשר על הפער בין ניסויים בקנה מידה מעבדתי לייצור מסחרי בקנה מידה מלא של בשר מתורבת. הוא מציע נפחי עבודה הנעים בין 20 ליטר לפרויקטים פיילוט ועד 20,000 ליטר מרשימים לפעולות בקנה מידה גדול. זה מבטיח שיצרנים יוכלו לשמור על פרמטרים ביופרוסס עקביים ככל שהם מתרחבים. עם שנים של מומחיות בתעשייה וצנרת תהליך סניטרית יעילה, JBT מסייעת להפחית את זמני ההובלה ועלויות ההון - גורמים מרכזיים כאשר תחום הבשר המתורבת צפוי לגדול ל-20 מיליארד ליש"ט עד 2030 [4].
"אנו רואים בהצלחת שוק הבשר המתורבת כקריטית למענה על הביקוש העולמי לחלבון." – קרלוס פרננדז, סגן נשיא בכיר לקיימות לקוחות ופיתוח שוק [4]
הפלטפורמה ניתנת להרחבה נוספת על ידי מערכות אוטומציה מתקדמות שמפשטות את כל תהליך הייצור.
תכונות אוטומציה לייצור יעיל
הביוריאקטור READYGo משלב מערכות ניקוי במקום (CIP) ועיקור במקום (SIP) דיגיטליות, אשר שומרות על סטנדרטים מחמירים של היגיינה וסטיריליות של מדיה תוך הפחתת התערבות ידנית. הוא מתחבר בצורה חלקה עם ציוד במעלה ובמורד הזרם - כגון יחידות הכנת מדיה, מערכות קציר/החזקה וקווי אריזת חלבונים - ומציע תהליך עבודה אוטומטי מלא מקצה לקצה. המערכת, שתוכננה להיות ידידותית למשתמש, ניתנת לניהול על ידי צוות ייצור סטנדרטי, ומבטלת את הצורך במפעילים בעלי התמחות גבוהה.בנוסף, בדיקות קבלה במפעל (FAT) על ידי מהנדסים מוסמכים מבטיחות התקנה והפעלה מהירה יותר של מתקני תרבית תאים.
"תכננו את הפלטפורמה הזו במיוחד כדי לאפשר התאמה אישית והתאמה של התכונות על בסיס הדרישות הספציפיות של הלקוח למוצרים מבשר מתורבת." – דייב מיטשל, מנהל קו מוצרים של פארמה ומדעי החיים ב-JBT [2]
קלות שילוב עם תשתית קיימת
בנוסף ליכולות האוטומציה שלה, הביוראקטור READYGo מתוכנן להשתלב בצורה חלקה עם מערכות פנימיות קיימות ורכיבים של צד שלישי. יכולת ההתאמה שלו מאפשרת לו לפעול בצורה חלקה בתוך מערכת הציוד של JBT או לצד ציוד מספקים אחרים.
"אנו עושים זאת באופן שלא רק משתלב במערכת הנוכחית של ספקי הרכיבים המועדפים על הלקוח, אלא אנו מספקים המלצות מומחים בעת הצורך." – שון פשקה, מנהל מכירות & שיווק, A&B Process Systems [4]
פותח בשיתוף פעולה עם CRB, הביוראקטור מתוכנן לעמוד בתקנים של ASME, USDA, ו-FDA. הוא עומד בדרישות עיבוד ביולוגי גלובליות תוך הבטחת תאימות לתשתית קיימת, מה שהופך אותו לבחירה אמינה לייצור בשר מתורבת [2].
sbb-itb-ffee270
עיצוב, אפיון ואסטרטגיית הגדלה עבור ביוראקטור חדש לשימוש חד פעמי בקנה מידה ייצור
2. Rockwell's PlantPAx 5.0 System
בהתבסס על המומנטום של READYGo של JBT Corporation, PlantPAx 5 של Rockwell.0 מערכת היא אפשרות מתקדמת נוספת להגדלת ייצור בשר מתורבת.
יכולת הרחבה לייצור מסחרי של בשר מתורבת
מערכת PlantPAx 5.0 נועדה לתמוך במעבר לביוראקטורים בקנה מידה גדול, לעיתים קרובות מעל 500 ליטרים. בקנה מידה זה, הבטחת איכות מוצר עקבית הופכת לאתגר משמעותי, ואוטומציה מתקדמת משחקת תפקיד חיוני בפתרון הבעיה [5]. המערכת מאפשרת ניטור בזמן אמת של פרמטרים מרכזיים בתהליך כגון pH, חמצן מומס, רמות גלוקוז, טמפרטורה וביומסה. רמת דיוק זו מתיישרת עם הנחיות טכנולוגיית אנליזה תהליכית (PAT) של ה-FDA, ועוזרת ליצרנים לשמור על שליטה בתהליכים ביולוגיים [3]. על ידי תמיכה בשיטות רציפות או פרפוזיה במקום עיבוד אצווה מסורתי, המערכת מגבירה את תפוקת הייצור, מה שהופך אותה לפתרון מעשי לפעולות מסחריות.
תכונות אוטומציה לייצור יעיל
מערכת PlantPAx 5.0 משלבת תכונות בקרה מתקדמות לשכפול התנאים האידיאליים לגידול תאים. היא מנהלת בקפידה משתנים כמו טמפרטורה, pH, חמצן מומס ואספקת חומרים מזינים כדי ליצור סביבה המדמה תהליכים ביולוגיים טבעיים [2]. תכונה בולטת אחת היא יכולת הניטור מרחוק, המאפשרת למפעילים לפקח על הייצור ולהתאים פרמטרים מבלי להיות נוכחים פיזית. זה לא רק משפר את היעילות אלא גם מפשט את ניהול הנתונים. בנוסף, המערכת מגיעה עם מתכונים מתוכנתים מראש המותאמים לגידול תאי פרה, עוף ודגים, מה שמבטל את הצורך בפיתוח פרוטוקולים מותאמים אישית ומאיץ את תהליכי הייצור [2].
3.GEA Axenic קווי מוצרים
קווי המוצרים Axenic של GEA מאחדים כלים שמפשטים את הייצור ומבטיחים תוצאות עקביות, מה שהופך את ייצור הבשר המתורבת בקנה מידה גדול ליותר בר השגה.
פורטפוליו Axenic כולל שלושה קווי מוצרים נפרדים: Axenic P (פיילוט), Axenic C (תרבית תאים/תעשייתי), ו-Axenic M (מיקרוביאלי/תעשייתי) [6][9]. בניגוד לביוראקטורים פרמצבטיים שמותאמים לייצור מזון, מערכות אלו נבנו במיוחד עבור בשר מתורבת, ומבטיחות שהן עומדות בכל התקנים הרגולטוריים [6].
על ידי שילוב טכנולוגיות אוטומציה מתקדמות, מערכות Axenic מספקות פתרונות ניתנים להרחבה המותאמים לאתגרים הספציפיים של ייצור בשר מתורבת מסחרי.
יכולת הרחבה לייצור בשר מתורבת מסחרי
הרחבת ייצור בשר מתורבת מגיעה עם אתגרים ייחודיים, במיוחד בהבנת התנהגות התאים כאשר הם עוברים מהגדרות מעבדה קטנות לנפחים תעשייתיים. GEA מתמודדת עם זה באמצעות סימולציות תאום דיגיטלי ודינמיקה חישובית של נוזלים (CFD) כדי לדמות גורמים כמו העברת חמצן, כוחות גזירה וגרדיאנטים של טמפרטורה בקנה מידה גדול, אפילו לפני התקנת הציוד [6] [9]. בדיקות וירטואליות אלו עוזרות לזהות בעיות פוטנציאליות - כמו חלוקת מדיה לא אחידה או לחץ גזירה מופרז על תאים עדינים - לפני שמבוצעות השקעות משמעותיות.
"ה-Axenic® P משחזר במדויק את התנאים ביחידות המפעל, כולל הביוראקטורים שלנו Axenic® C ו-Axenic® M, כדי לייצר תובנות מעשיות על איך גורמים מרכזיים... משפיעים על בריאות התאים, יציבות התהליך ובסופו של דבר, על התפוקה." - GEA [9]
הביוריאקטור Axenic C תוכנן במיוחד עבור תאים יונקים ואוקריוטיים. הוא כולל חיבורים מרובים לגז כדי לשלוט בדיוק ברמות החמצן והפחמן הדו-חמצני בנפחים גדולים [6] . זה קריטי לבשר מתורבת, שבו סוגי תאים שונים - מתאי עובר עדינים ועד תאי שריר חזקים יותר - דורשים ניהול מותאם של כוח גזירה כדי למקסם את התפוקה במהלך הגדלה [6].
תכונות אוטומציה לייצור יעיל
פלטפורמת בקרת התהליך Codex® של GEA פועלת כמרכז האוטומציה לכל מערכות Axenic, ומציעה ניהול מתכונים מרכזי וניטור בזמן אמת [6] [8].מערכות המשוב של השסתומים מזהות ומדווחות על כשלים באופן מיידי, ועוזרות למנוע זיהום ולהפחית אובדן אצוות. מחסומים סטריליים אוטומטיים על קווי מדיה וקציר מאפשרים מחזורי ייצור רציפים 24/7 ללא צורך בהתערבות ידנית [6] [8].
מערכת Axenic P כוללת שליטה בטווח מפוצל, המנהלת באופן עצמאי את אספקת החמצן ומהירויות המערבל. זה מבטיח יעילות אנרגטית על ידי בחירת שיטת אספקת הגז החסכונית ביותר תוך שמירה על תנאים אופטימליים לצמיחת תאים [9]. בינתיים, ה-GEA Codex® Historian מתעד את כל נתוני התהליך, ומבטיח תוצאות עקביות בין אצוות - הכרח לייצור בקנה מידה גדול [6].
קלות שילוב עם תשתית קיימת
GEA מתחילה עם מחקר עיצוב כדי להבטיח שמערכת Axenic תשתלב בצורה חלקה עם הציוד הקיים, כולל מיכלי מדיה וקווי קציר [6][8]. מערכת הפיילוט Axenic P מותאמת במיוחד, כוללת צינורות ניתנים להחלפה וכניסות/יציאות מרובות לחיבור קל לתשתית המתקן [9].
"אנחנו אוהבים להתחיל עם מחקר עיצוב בסיסי כדי לעבור על התהליך שלך, מה שאתה עושה היום, ולהעריך את התהליך איתך כדי לוודא שהמתקן החדש שלך יתאים יחד עם הציוד במעלה ובמורד הזרם של הביורי אקטורים." - GEA [6]
פלטפורמת GEA Codex מבטיחה מעבר חלק מסקאלות פיילוט לסקאלות תעשייתיות, ומאפשרת ליצרנים להעביר נתוני תהליך, חיישנים ומתכונים ישירות ממערכות Axenic P למערכות Axenic C ללא צורך בתצורה מחדש [9] . רציפות זו מפחיתה באופן משמעותי את הסיכונים והעלויות הקשורים להגדלת קנה המידה. עם למעלה משני עשורים של ניסיון בעיצוב ביוריאקטורים מודולריים, GEA מציעה גם רכיבים ניתנים להחלפה, כגון מדחפים של מערבלים, המאפשרים התאמות חומרה לתהליכים או יישומים שונים [7][9].
4.הביוריאקטור הרציף האוטומטי של Stämm (מעבד ביולוגי)
המעבד הביולוגי של Stämm הופך תהליכי אצווה מסורתיים למערכת רציפה ואוטומטית המסוגלת לפעול עד 90 ימים עם מעורבות אנושית מינימלית. תצורה זו לא רק מגבירה את יעילות הייצור אלא גם מפחיתה עלויות עבודה ואי-עקביות [10]. בואו נצלול למודולים המיוחדים ולמערכות הבקרה המשולבות שהופכות זאת לאפשרי.
יכולת הרחבה לייצור מסחרי של בשר מתורבת
המעבד הביולוגי בנוי בעיצוב מודולרי "חבר & שחק", הכולל שלושה מודולים מרכזיים - חיסון, ייצור וקציר. מודולים אלה פועלים יחד כדי לשמור על זרימת ייצור יציבה, ומאפשרים הגדלה חלקה מניסויים במעבדה בקנה מידה של מיליליטר לייצור מסחרי בקנה מידה של ליטר מבלי לשנות את תהליך הליבה[10] .
"הגדלה עקבית מ-mL ל-L, מניסויים במעבדה לשימוש & תעשייתי מסחרי." – Stämm [10]
במרכז המערכת נמצא ה-ביוריאקטור ללא בועות (BfB). רכיב זה משתמש בערוצים מיקרו-וסקולריים עשויים משרף ביוקומפטבילי כדי לשמור על סביבה זרימה למינרית נטולת מתח. העיצוב מבטיח תנאים אטומים לדליפות, חדירים לגז, ומבטל את הצורך במסננים מסורתיים ומפשט את הפעולות[10].
תכונות אוטומציה לייצור יעיל
המערכת נועדה לייעל את הייצור באמצעות אוטומציה:
- המודול החיסון מטפל בזרימה מתמשכת של תאים באופן אוטומטי.
- המודול הייצור האטום מווסת את תנאי הסביבה באופן עצמאי כדי למקסם את הצמיחה.
- המודול הקציר משלב ספירת תאים ודגימה כדי להבטיח תפוקה אופטימלית לפני עיבוד במורד הזרם.
כל התהליכים הללו מנוהלים באמצעות אפליקציית ביומנופקטורינג מבוססת ענן, המספקת ניטור בזמן אמת, איסוף נתונים ותחזוקה אוטומטית באתרים שונים [10].
קלות אינטגרציה עם תשתית קיימת
העיצוב המודולרי תומך בתרביות תלויות ומתלה, מה שהופך אותו להתאמה למתקנים קיימים.מערכת הניהול מבוססת הענן שלה מפשטת את האינטגרציה, ומאפשרת ליצרנים לנטר ולתקנן פרמטרים קריטיים במיקומי ייצור מרובים [10].
"הגדל בקלות את ייצור הביולוגים והטיפולים התאי עם הביוראקטור הרציף שלנו." – Stämm [10]
מערכת הענן הזו מבטיחה עקביות ויעילות, ללא קשר למיקום הייצור, ומציעה גישה מאוחדת לייצור ביולוגי [10].
5. Cellbase עבור רכישת כלי אוטומציה לביוראקטורים
מותאם לייצור בשר מתורבת
פלטפורמות אספקה כלליות למעבדות לעיתים קרובות אינן עומדות בצרכים הספציפיים של בשר מתורבת.
תמיכה בהגדלת קנה מידה מסחרית
אוטומציה מתקדמת לייצור יעיל
באמצעות
אינטגרציה חלקה עם מערכות קיימות
כיצד Cellbase תומך בהגדלת הייצור של בשר מתורבת
הגדלת ייצור הבשר המתורבת דורשת כלים אוטומטיים מתקדמים ותהליך רכש יעיל שמחבר בין קונים לספקים אמינים.
אחת התכונות הבולטות היא אוסף "ביוריאקטורים לייצור", הכולל מערכות שבדרך כלל עולות על 500 ליטרים - מושלם לפעולות בקנה מידה גדול. הביוריאקטורים הללו מצוידים בתכונות חיוניות כמו CIP (ניקוי במקום), SIP (עיקור במקום), קציר אוטומטי וכלי ניהול נתונים לתמיכה במעקב רגולטורי.מלאי מיוחד זה נועד לענות על הדרישות של ייצור בשר מתורבת בקנה מידה מסחרי.
בנוסף לחומרה,
לכלים שאינם רשומים כבר,
סיכום
אוטומציה יעילה משחקת תפקיד מרכזי בהתרחבות והפשטת ייצור בשר מתורבת. בחירת הכלים הנכונים לאוטומציה של ביוריאקטורים משמעותה איזון בין יכולת ההתרחבות, יכולות האוטומציה ודרישות התעשייה הספציפיות. מערכות עם ארכיטקטורה פתוחה ועיצובים שאינם תלויי כלי מאפשרות לך להשתמש מחדש בציוד קיים תוך שמירה על פעולות עקביות מהמעבדה ועד לייצור בקנה מידה מלא [1]. גישה זו לא רק נמנעת מהתלות בספק אלא גם מבטיחה שהטכנולוגיה שלך תוכל להסתגל ככל שצרכי הייצור משתנים.
להצלחה מסחרית, אוטומציה בשילוב עם ניטור בזמן אמת היא הכרחית.על ידי שילוב מערכות אקוסיסטם של טכנולוגיה אנליטית של תהליכים (PAT) - כמו מנתחי ראמאן - ניתן לקצר את זמני האצווה ב-57%, ולהשיג תשואה שנתית של £300,000 ליחידה [1]. פלטפורמות מבוססות ענן מקלות עוד יותר על עומסי עבודה ידניים, משפרות את שיעורי ההצלחה ומאפשרות תרבויות בצפיפות גבוהה שעולות על 1×10⁷ תאים/מ"ל [3][12].
מודלים כלכליים מראים שעיבוד רציף יכול להפחית את עלויות ההון והתפעול ב-55% על פני עשור בהשוואה לעיבוד אצווה [3]. בעת בחירת כלים, חשוב להתמקד במערכות שתומכות במצבי ביופרוסס שונים - אצווה, אצווה מוזנת, פרפוזיה ורציף - כך שתוכל למקסם את צפיפות התאים תוך מזעור זמן ההשבתה. בנוסף, על הגדרת האוטומציה שלך להתמודד עם אתגרי העברת החמצן ופיזור החום הנלווים לייצור בקנה מידה גדול [3]. היתרונות הללו מפשטים את תהליך הרכש ומכינים את הקרקע לצמיחה ארוכת טווח.
פלטפורמות כמו
לבסוף, שקול כלים שניתן לפרוס במהירות - בקרות מודרניות יכולות להיות מבצעיות תוך 12–16 שבועות [1] - וכאלה שתומכים בניטור מרחוק ואינטגרציה חלקה של נתונים במערכות בקרה מבוזרות. זה מבטיח שהתשתית שלך לאוטומציה של תהליכים ביולוגיים תתרחב ביעילות תוך עמידה בסטנדרטים המחמירים של מזון הנדרשים לייצור מסחרי של בשר מתורבת.
שאלות נפוצות
כיצד לבחור את כלי האוטומציה המתאים לגודל הביוראקטור שלי?
כדי לבחור את כלי האוטומציה הטוב ביותר לגודל הביוראקטור שלך בייצור בשר מתורבת, התחל בהערכת שלב הייצור וסוג הביוראקטור שבו אתה משתמש, בין אם זה מערכת טנק מעורב או מערכת פרפוזיה. חפש כלים שמציעים תכונות מתקדמות כמו יכולות בינה מלאכותית , ניטור בזמן אמת , ואינטגרציה של חיישנים. תכונות אלו יכולות לעזור לייעל את ההרחבה, למזער שגיאות ולהפחית עלויות.
חשוב גם לוודא שהכלי תואם לציוד הקיים שלך. תעדף אפשרויות שתומכות בהרחבה, כוללות פרוטוקולי אוטומציה חזקים ומתאימות באופן הדוק למטרות הייצור שלך. גישה זו תסייע להבטיח תהליך ייצור יעיל ואמין יותר.
אילו חיישנים הם החשובים ביותר לשליטה בתהליכי ביופרוסס של בשר מתורבת?
כדי לשמור על ייצור בשר מתורבת במסלול הנכון, חיישנים מסוימים ממלאים תפקיד קריטי במעקב ובשליטה על התהליך. אלה כוללים חיישנים ל- pH, חמצן מומס, טמפרטורה, ו-מטבוליטים כמו גלוקוז וחומצה לקטית.
- חיישני pH: אלה חיוניים לשמירה על טווח ה-pH המדויק שהתרביות התאים צריכות כדי לשגשג. כל סטייה יכולה לשבש את כל התהליך.
- חיישני חמצן וטמפרטורה: אלה מבטיחים שתנאי הגידול יישארו אידיאליים, תומכים בהתפתחות התאים ובחיותם.
- חיישני מטבוליטים : על ידי מעקב אחר צריכת חומרים מזינים, כמו רמות גלוקוז או הצטברות חומצה לקטית, חיישנים אלה מאפשרים התאמות מדויקות לתהליך הביופרוסס.
בעבודה משותפת, חיישנים אלו מאפשרים ניטור ובקרה בזמן אמת, ומבטיחים ייצור עקבי ותוצאות באיכות גבוהה.
כמה קשה לשלב אוטומציה חדשה במתקן קיים?
שילוב אוטומציה במתקן קיים לייצור בשר מתורבת עשוי להיראות מאיים, אך עם תכנון קפדני, זה בהחלט אפשרי. התהליך בדרך כלל כולל התאמת ציוד קיים, הבטחת תאימות של מערכות חדשות עם ההגדרות הנוכחיות, ומתן הכשרה מקיפה לצוות לניהול זרימות העבודה המעודכנות.
בזכות ההתקדמות ב-תוכנות בקרת ביופרוסס וחיישנים, ניטור בזמן אמת ואוטומציה של פרמטרים קריטיים - כמו רמות pH וריכוזי חומרים מזינים - הם כעת נגישים יותר. כלים אלה לא רק מייעלים את הפעילות אלא גם משפרים את הסקלאביליות, העקביות והיעילות, מה שהופך את האוטומציה להשקעה חכמה לאופטימיזציה של תהליכי ייצור.
