การรักษาระดับ pH ที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง เซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเจริญเติบโตได้ดีในช่วง pH แคบ (7.1–7.4) แต่การเกิดกรดจากการเผาผลาญ การสะสมของ CO₂ และความท้าทายในการผสมทำให้การควบคุม pH ซับซ้อน โดยเฉพาะในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพขนาดใหญ่ กลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพรวมถึง:
- การกระจายก๊าซ: กำจัด CO₂ ส่วนเกินโดยไม่เพิ่มความเข้มข้นของสารละลายหรือทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของ pH ในท้องถิ่น
- เซ็นเซอร์ขั้นสูง: เซ็นเซอร์แบบ potentiometric ให้ความแม่นยำสูงสำหรับระบบสแตนเลส ในขณะที่เซ็นเซอร์แบบ optical ทำงานได้ดีกับเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบใช้ครั้งเดียว
- การปรับปรุงบัฟเฟอร์: การเพิ่มบัฟเฟอร์เช่น HEPES ช่วยเพิ่มความเสถียรแต่ต้องมีการปรับสมดุลอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการผลิตแลคเตทส่วนเกิน
- ระบบอัตโนมัติ: การปรับเปลี่ยนแบบเรียลไทม์โดยใช้วงจรป้อนกลับเพื่อให้แน่ใจว่าระดับ pH คงที่
วิธีการเหล่านี้ช่วยเอาชนะความท้าทายเช่นการสะสมของกรดแลคติกและความเครียดจากแรงเฉือน, ปรับปรุงสุขภาพของเซลล์และผลผลิตของผลิตภัณฑ์.
การทำความเข้าใจการวัดค่า pH ในกระบวนการชีวภาพ
ความท้าทายหลักในการจัดการ pH
ส่วนนี้เจาะลึกถึงปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดความไม่เสถียรของ pH, โดยสร้างจากความท้าทายที่ได้กล่าวถึงก่อนหน้านี้.
การเกิดกรดจากการเผาผลาญและการสะสมของกรดแลคติก
กรดแลคติกเป็นอุปสรรคสำคัญในกระบวนการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง เมื่อเซลล์เผาผลาญกลูโคสผ่านกระบวนการไกลโคไลซิส, พวกมันจะผลิตแลคเตทและไฮโดรเจนไอออนในอัตราส่วน 1:1 กระบวนการนี้สร้างภาระกรดอย่างมีนัยสำคัญ, ทำให้แลคเตทเป็นตัวขับเคลื่อนหลักของการเกิดกรดในสื่อ[1].
ความสามารถในการบัฟเฟอร์ของสื่อเพาะเลี้ยงมาตรฐาน - โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 1.1 และ 1.6 mM ต่อหน่วย pH [1] - มักไม่เพียงพอในช่วงที่เซลล์เติบโตอย่างรวดเร็ว.เมื่อเซลล์เพิ่มจำนวนขึ้น การผลิตของเสียจากการเผาผลาญก็เพิ่มขึ้นด้วย ทำให้สื่อกลางไม่สามารถรักษาค่า pH ที่เสถียรได้ การลดลงอย่างรวดเร็วของค่า pH ในช่วงนี้สามารถอธิบายได้โดยตรงจากการผลิตกรดแลคติกจากกระบวนการไกลโคไลซิส [1] ซึ่งเน้นย้ำถึงบทบาทสำคัญของแลคเตทในการทำให้ค่า pH ของสื่อกลางไม่เสถียร
ปัญหาไม่ได้หยุดเพียงแค่นั้น การสะสมของ CO2 เพิ่มความซับซ้อนอีกชั้นหนึ่ง
การสะสมของ CO2 และการเปลี่ยนแปลงของค่า pH
การหายใจของเซลล์นำ CO2 เข้าสู่สื่อกลาง ซึ่งละลายกลายเป็นกรดคาร์บอนิก ปัญหาหลักคือความดันบางส่วนของ CO2 ที่ละลาย (pCO2) ซึ่งมีผลต่อว่า CO2 สามารถหลบหนีออกจากเซลล์ได้หรือไม่ เมื่อระดับ pCO2 ในสื่อกลางสูงเกินไป CO2 จะถูกกักขังภายในเซลล์ ทำให้ค่า pH ภายในเซลล์ลดลงอย่างอันตรายและในที่สุดนำไปสู่การตายของเซลล์ [2]
"หาก pCO2 สูงเกินไป CO2 จะไม่สามารถออกจากเซลล์ได้ ทำให้ค่า pH ภายในเซลล์ลดลงและเซลล์จะตาย" - Alicat Scientific [2]
ปัญหานี้จะเด่นชัดมากขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพขนาดใหญ่ ระบบเหล่านี้มีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรที่ต่ำกว่า ซึ่งลดประสิทธิภาพของการกำจัด CO2 เมื่อเทียบกับภาชนะขนาดเล็ก [3]. แม้แต่การดำเนินการตามปกติ เช่น การถ่ายโอนสื่อไปยังตู้บ่ม CO2 ก็สามารถทำให้ค่า pH ผันผวนได้ ตัวอย่างเช่น ปริมาตรสื่อขนาดเล็กเริ่มเป็นด่างเกือบจะทันที โดยมีค่าคงที่เวลา 2–3 ชั่วโมง [1].
นอกจากปัญหาทางเคมีแล้ว กระบวนการทางกายภาพยังมีบทบาทสำคัญในความไม่เสถียรของ pH ด้วย
ผลกระทบจากการผสมและแรงเฉือนต่อความเสถียรของ pH
การปรับค่า pH โดยการเติมเบสมีความเสี่ยงในตัวเอง
เมื่อโซเดียมไบคาร์บอเนตหรือเบสที่คล้ายกันถูกปั๊มเข้าสู่ไบโอรีแอคเตอร์ การผสมที่ไม่ดีอาจสร้างโซนที่มีค่า pH สูงเฉพาะที่ซึ่งเป็นอันตรายต่อเซลล์ใกล้เคียง [2] [3]. ในทางกลับกัน การกวนที่รุนแรงที่จำเป็นในการกระจายเบสอย่างสม่ำเสมออาจนำไปสู่ความเครียดจากแรงเฉือนและการเกิดฟอง ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นอันตรายต่อเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่เปราะบาง [2] [3].
ในการทดลองที่ควบคุม การเติมเบสเพื่อรักษาเสถียรภาพของ pH มักจะลดความมีชีวิตของเซลล์เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของออสโมลาลิตี้ [3]. สิ่งนี้สร้างความสมดุลที่ยากลำบาก: การผสมที่ไม่เพียงพอส่งผลให้เกิดจุดร้อนของ pH ในขณะที่การผสมที่มากเกินไปป้องกันจุดร้อนแต่เพิ่มความเครียดทางกล ปัญหานี้ยิ่งท้าทายมากขึ้นในระหว่างการขยายขนาด ซึ่งเวลาการผสมที่นานขึ้นทำให้ยากต่อการรักษาการควบคุม pH ที่มีประสิทธิภาพโดยไม่กระทบต่อสุขภาพของเซลล์
เทคโนโลยีสำหรับการตรวจสอบและควบคุมค่า pH
การรักษาค่า pH ให้อยู่ในช่วงแคบ ๆ ระหว่าง 7.1–7.4 เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเพาะเลี้ยงเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งต้องการเครื่องมือการตรวจสอบที่แม่นยำและเชื่อถือได้ [2]. เซ็นเซอร์แบบโพเทนชิโอเมตริก ซึ่งทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดในการวัดไฮโดรเจนไอออนอิสระ เป็นมาตรฐานทองคำสำหรับการตรวจสอบค่า pH อย่างต่อเนื่องในไบโอรีแอคเตอร์ [1]. เซ็นเซอร์เหล่านี้ให้ข้อมูลแบบเรียลไทม์ ช่วยให้ระบบอัตโนมัติสามารถปรับเปลี่ยนได้ทันทีเพื่อรักษาระดับ pH ที่ต้องการ ความแม่นยำสูงของพวกเขาทำให้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดำเนินงานขนาดใหญ่ นอกจากนี้ ตัวบ่งชี้ทางแสงยังเป็นอีกวิธีที่มีประสิทธิภาพในการวัดค่า pH.
ตัวบ่งชี้ทางแสง อาศัยการวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปีเพื่อให้ได้การวัดค่า pH เชิงปริมาณ.ในขณะที่ฟีนอลเรดมักใช้เป็นตัวบ่งชี้ทางสายตา การอ่านค่าที่แม่นยำยิ่งขึ้นสามารถทำได้ผ่านการวิเคราะห์แบบอัตราส่วนของการดูดกลืนแสงที่สองความยาวคลื่นเฉพาะ - 560 nm และ 430 nm [1]. วิธีนี้ชดเชยปัจจัยต่างๆ เช่น ปริมาตรของสื่อหรือความเข้มข้นของสีย้อม เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอและแม่นยำ
"ความเข้มข้นของไอออน H+ อิสระไม่สามารถคาดเดาได้โดยสัญชาตญาณ แต่โชคดีที่สามารถวัดได้ง่าย (e.g. ด้วยอิเล็กโทรดหรือสีย้อมตัวบ่งชี้)" - Johanna Michl et al., University of Oxford [1]
ระบบควบคุม pH สมัยใหม่ก้าวไปไกลกว่าการตรวจสอบโดยการรวมการวัดเหล่านี้เข้ากับวงจรป้อนกลับอัตโนมัติที่ควบคุมระดับ pH แบบไดนามิก
ระบบป้อนกลับอัตโนมัติใช้ประโยชน์จากข้อมูลเซ็นเซอร์เพื่อปรับเปลี่ยนแบบเรียลไทม์ กำจัดความจำเป็นในการแทรกแซงด้วยตนเอง ระบบเหล่านี้สามารถปรับ pH โดยการเติมเบสหรือใช้เทคนิคการพ่นก๊าซ [2].สำหรับไบโอรีแอคเตอร์ขนาดใหญ่ การใช้ก๊าซสปาร์จิงมีประสิทธิภาพเป็นพิเศษ การใช้ตัวควบคุมการไหลของมวลสามารถปรับระดับ CO2 ได้อย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอ เพื่อให้แน่ใจว่าการควบคุม pH เป็นไปอย่างสม่ำเสมอ [2] ในทางตรงกันข้าม การปั๊มเบส แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพสำหรับระบบขนาดเล็ก แต่สามารถสร้างความไม่สมดุลของ pH ในท้องถิ่นและเพิ่มความเข้มข้นของออสโมลาลิตี้ ทำให้ใช้งานได้น้อยลงสำหรับภาชนะขนาดใหญ่ [2] อย่างไรก็ตาม การใช้ก๊าซสปาร์จิงต้องให้ความสนใจอย่างระมัดระวังกับการออกแบบสปาร์เจอร์เพื่อหลีกเลี่ยงความเครียดจากแรงเฉือนที่อาจเป็นอันตรายต่อเซลล์ [2] สำหรับผู้ที่อยู่ในอุตสาหกรรมการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง การลงทุนในระบบควบคุมก๊าซขั้นสูงสามารถนำไปสู่สุขภาพเซลล์ที่ดีขึ้นและผลผลิตที่สูงขึ้น ทำให้เป็นการใช้จ่ายที่คุ้มค่า
sbb-itb-ffee270
กลยุทธ์การจัดการค่า pH ในระดับใหญ่
เซ็นเซอร์ pH แบบ Potentiometric กับ Optical สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง
เซ็นเซอร์ Potentiometric กับ Optical: การเปรียบเทียบ
การเลือกเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ที่เหมาะสมมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงขยายตัว เซ็นเซอร์ Potentiometric เป็นตัวเลือกหลักสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพสแตนเลสเนื่องจากความแม่นยำและการตอบสนองที่รวดเร็ว อย่างไรก็ตาม พวกเขามีความท้าทายเช่นความจำเป็นในการสอบเทียบเป็นประจำและความไวต่อการลอยในระหว่างกระบวนการที่ยาวนาน Jacob Crowe, ผู้จัดการฝ่ายสนับสนุนเทคนิคการใช้งานที่
"เมื่อเวลาผ่านไป การวัดค่า pH อาจลอย ซึ่งจะส่งผลต่อความเสถียรและประสิทธิภาพของกระบวนการการตรวจสอบและลดการเปลี่ยนแปลงของค่า pH เป็นสิ่งสำคัญเพื่อป้องกันผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อทั้งกระบวนการเมตาบอลิซึมและกระบวนการโดยรวม [8].
ในทางกลับกัน เซ็นเซอร์แบบออปติคอลเป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้จริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับระบบไบโอรีแอคเตอร์แบบใช้ครั้งเดียว เซ็นเซอร์เหล่านี้สามารถติดตั้งล่วงหน้าในถุงที่ใช้แล้วทิ้ง ลดความเสี่ยงของการปนเปื้อนและขจัดความจำเป็นในการฆ่าเชื้อระหว่างรอบ [7] ในระบบไมโครฟลูอิดิก เซ็นเซอร์แบบออปติคอลได้แสดงผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม โดยบรรลุความมีชีวิตของเซลล์ที่ 95.45% ที่ความหนาแน่น 262,500 เซลล์/มล. [9]
| คุณสมบัติ | เซ็นเซอร์แบบโพเทนชิโอเมตริก | เซ็นเซอร์แบบออปติคอล |
|---|---|---|
| ความแม่นยำ | สูง แต่มีแนวโน้มที่จะเบี่ยงเบน | สูง; เหมาะสำหรับการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ |
| การบำรุงรักษา | ต้องการการสอบเทียบบ่อยครั้ง | น้อย; มักใช้ครั้งเดียว |
| ความสามารถในการขยายตัว | มาตรฐานสำหรับการติดตั้งสแตนเลส | ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานครั้งเดียวและไมโครฟลูอิดิกส์ |
| เวลาตอบสนอง | รวดเร็ว จำกัดด้วยความเสถียรของอิเล็กโทรด | การตอบสนองแบบเรียลไทม์ทันที |
| ผลกระทบด้านต้นทุน | ค่าแรงและค่าบำรุงรักษาสูงกว่า | ค่าแรงต่ำกว่า; รวมอยู่ในวัสดุใช้แล้วทิ้ง |
การเลือกเซ็นเซอร์ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์เป็นหลักเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพสแตนเลสอาจได้รับประโยชน์จากเซ็นเซอร์โพเทนชิโอเมตริกที่มีมาตรการจัดการดริฟท์ ในขณะที่แพลตฟอร์มแบบใช้ครั้งเดียวสามารถใช้ประโยชน์จากความสะดวกของเซ็นเซอร์ออปติคัลแบบบูรณาการ การตัดสินใจเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อวิธีการรักษาเสถียรภาพของ pH ระหว่างการปรับปรุงสื่อ
การปรับปรุงสื่อและบัฟเฟอร์
เมื่อเซ็นเซอร์ที่เหมาะสมถูกติดตั้ง การรักษาเสถียรภาพของระบบบัฟเฟอร์ของสื่อเพาะเลี้ยงกลายเป็นสิ่งสำคัญในการควบคุม pH ระหว่างการขยายขนาด เซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมพึ่งพาระบบบัฟเฟอร์ CO₂/HCO₃⁻ (pKa 6.15 ที่ 37°C) แต่ความสามารถในการบัฟเฟอร์ของมันมักไม่เพียงพอ ตัวอย่างเช่น DMEM มาตรฐานที่มี 10% FBS มักให้บัฟเฟอร์เพียง 1.1 ถึง 1.6 mM [1] .
เพื่อแก้ไขปัญหานี้ การเพิ่มบัฟเฟอร์ที่ไม่ระเหย (NVBs) เช่น HEPES (pKa 7.3 ที่ 37°C) สามารถเสริมสร้างการบัฟเฟอร์ได้อย่างมีนัยสำคัญโดยไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของออสโมลาลิตี้ที่เป็นปัญหา [1]. วิธีที่แนะนำคือการไทเทรตตัวกลางไปยังค่า pH เป้าหมายก่อน จากนั้นจึงเพิ่ม NaHCO₃ ที่ความเข้มข้นที่สอดคล้องกับ pCO₂ ของตู้บ่มเพาะ วิธีนี้ช่วยลดการลอยตัวของ pH เริ่มต้นเมื่อมีเดียสดสัมผัสกับ CO₂ ซึ่งเป็นกระบวนการที่อาจใช้เวลาถึงสองชั่วโมงกับ NVBs [1].
อย่างไรก็ตาม ระบบบัฟเฟอร์ที่แข็งแกร่งขึ้นอาจกระตุ้นการไกลโคไลซิสที่เพิ่มขึ้น นำไปสู่การผลิตแลคเตทที่สูงขึ้น ในบางสายเซลล์ กลูโคสถึง 90% ถูกเปลี่ยนเป็นแลคเตทโดยตรง [1] และการปรับปรุงการบัฟเฟอร์บางครั้งอาจขยายผลนี้ ทำให้เกิดการสะสมของกรดแลคติกมากขึ้น [10].
เทคนิคการสปาร์จและการกวน
การสปาร์จแก๊สเป็นวิธีที่ใช้ได้จริงในการจัดการ pH ในการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงในขนาดใหญ่Alicat Scientific notes:
"ฟองก๊าซจาก spargers สามารถผสมและกระจายได้อย่างรวดเร็วกว่า base และด้วยการกวนที่น้อยกว่า" [2].
โดยการกระจายฟองก๊าซอย่างสม่ำเสมอ sparging ให้วิธีการที่สม่ำเสมอกว่าการเติมสารเคมี base ตัวอย่างเช่น การศึกษาในปี 2018 แสดงให้เห็นว่าการรักษาอัตรา sparge คงที่ในขณะที่เพิ่มการเติมอากาศใน headspace ทำให้ titres คงที่ในระหว่างการขยายขนาดจาก 30 L เป็น 250 L [2].
Macro spargers ซึ่งผลิตฟองที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1–4 มม. มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในการกำจัด CO₂ ส่วนเกินออกจากวัฒนธรรม ซึ่งจะทำให้ค่า pH เพิ่มขึ้นตามธรรมชาติ หลีกเลี่ยงความจำเป็นในการใช้สารเคมี base ที่อาจเพิ่ม osmolality [2] [5]. กลยุทธ์การควบคุม pH แบบ "ใช้ก๊าซเท่านั้น" ใหม่ใช้วงจรป้อนกลับการ sparging อากาศอัตโนมัติเมื่อค่า pH ลดลง การไหลของอากาศจะเพิ่มขึ้นเพื่อกำจัด CO₂ มากขึ้น วิธีนี้ได้ถูกขยายจาก bioreactors ambr®250 ไปยังถังขนาด 200 ลิตรได้สำเร็จ โดยรักษาระดับ pH ที่แม่นยำตลอดการเพาะเลี้ยงแบบ fed-batch [6].
การปรับสมดุลการถ่ายโอนก๊าซที่มีประสิทธิภาพกับความเครียดจากการเฉือนที่น้อยที่สุดยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญในระหว่างการขยายขนาด Airlift bioreactors ซึ่งใช้การหมุนเวียนที่ขับเคลื่อนด้วยก๊าซ เสนอทางเลือกการผสมที่อ่อนโยนกว่าด้วยความเครียดจากการเฉือนที่ลดลง การจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) ยังสามารถช่วยระบุโซนที่มีการเฉือนสูงใกล้กับใบพัด ทำให้สามารถปรับปรุงการออกแบบ bioreactor ก่อนการขยายขนาด [4] การรวมวิธีการเหล่านี้กับเครื่องมือขั้นสูงจาก
การจัดหาอุปกรณ์ควบคุม pH ผ่าน Cellbase
ทำไมถึงเลือก Cellbase สำหรับการจัดซื้อ?
การควบคุม pH ที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญในกระบวนการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง ทำให้การจัดหาอุปกรณ์ที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ แพลตฟอร์มจัดหาห้องปฏิบัติการทั่วไปมักขาดความรู้เฉพาะทางที่จำเป็นสำหรับช่วง pH ที่เข้มงวดในสาขานี้
โดยการใช้
การค้นหาเทคโนโลยีการควบคุม pH ผ่าน Cellbase
สำหรับการขยายขนาด แพลตฟอร์มนี้ให้การเข้าถึงตัวควบคุมการไหลของมวลและ spargers เฉพาะทาง ซึ่งมีความสำคัญต่อการจัดการ pH ที่มีประสิทธิภาพโดยใช้ก๊าซ ดังที่ Alicat Scientific เน้นย้ำ:
"การรักษาระดับ pH ให้อยู่ในระดับชีวภาพที่ดีต่อสุขภาพอาจเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังที่สุดในกระบวนการผลิตชีวภาพต้นน้ำเพื่อเพิ่มปริมาณผลิตภัณฑ์" [2].
นอกจากนี้
ผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อยังสามารถจัดหาอุปกรณ์สำหรับการกำจัด CO₂ รวมถึงเซ็นเซอร์ CO₂ ที่สามารถฆ่าเชื้อได้และโพรบ pH แบบใช้ครั้งเดียว เครื่องมือเหล่านี้สนับสนุนกลยุทธ์ที่สามารถปรับขนาดได้สำหรับการควบคุม pH ที่แม่นยำ ทำให้ง่ายต่อการผสานรวมการจัดการ pH ขั้นสูงในการผลิตขนาดใหญ่ [11]. โดยการนำเสนอโซลูชันที่ตรงเป้าหมาย,
บทสรุป: แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการควบคุม pH ในกระบวนการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง
การรักษาช่วง pH ที่ 7.1 ถึง 7.4 เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการอยู่รอดของเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง [2]. การรักษา pH ให้อยู่ในช่วงนี้มีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงผลผลิตในกระบวนการผลิตต้นน้ำ.
เพื่อแก้ไขปัญหาการควบคุมค่า pH มีวิธีการที่มีประสิทธิภาพหลายวิธีที่เกิดขึ้น หนึ่งในวิธีที่โดดเด่นคือ การใช้การกระจายก๊าซแทนการเติมเบส ในระหว่างการขยายขนาด การกระจายก๊าซสามารถกำจัด CO₂ ส่วนเกินได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการกระจายอย่างสม่ำเสมอด้วยการกวนที่น้อยที่สุด ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาเช่นความไม่สม่ำเสมอของค่า pH และความผันผวนของ osmolality [2] การศึกษาในปี 2021 โดย Aryogen Pharmed แสดงให้เห็นถึงความสำเร็จของวิธีนี้ในระดับ 250 ลิตร โดยเพิ่มผลผลิตสุดท้ายขึ้น 51% [3].
อีกหนึ่งวิธีการที่สำคัญคือ การตรวจสอบค่า pH โดยตรง ซึ่งให้ความเข้าใจที่ครอบคลุมมากขึ้นเกี่ยวกับสุขภาพของวัฒนธรรมเมื่อเทียบกับการพึ่งพาการวัด pCO₂ เพียงอย่างเดียวสิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากระดับ CO₂ ที่ละลายไม่ได้คำนึงถึงการสะสมของกรดแลคติก ซึ่งอาจคิดเป็นมากถึง 90% ของการเผาผลาญกลูโคสในสายเซลล์บางชนิด [1]. การตรวจสอบค่า pH โดยตรงจึงมีความสำคัญมากขึ้นในช่วงการเจริญเติบโตแบบทวีคูณเมื่อกิจกรรมการเผาผลาญถึงจุดสูงสุด.
สำหรับบัฟเฟอร์ที่ไม่ระเหยเช่น HEPES จำเป็นต้องพิจารณาสมดุลของบัฟเฟอร์ บัฟเฟอร์ HEPES อาจใช้เวลาถึงสองชั่วโมงในการทำให้เสถียรและต้องปรับค่าอย่างระมัดระวังด้วยไบคาร์บอเนตและ CO₂ [1]. อย่างไรก็ตาม การเพิ่มความสามารถในการบัฟเฟอร์อาจเพิ่มการผลิตแลคเตทโดยไม่ได้ตั้งใจ ซึ่งอาจขัดขวางผลกระทบที่ต้องการให้เสถียร [1]. เมื่อรวมกับการตรวจสอบตามเซ็นเซอร์และเทคนิคการกระจายก๊าซ การพิจารณาบัฟเฟอร์เหล่านี้ช่วยรักษาสภาพกระบวนการที่เสถียรและเหมาะสม.
คำถามที่พบบ่อย
การใช้ก๊าซสปาร์จช่วยควบคุมค่า pH ในการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงอย่างไร?
การใช้ก๊าซสปาร์จมีบทบาทสำคัญในการรักษาระดับ pH ให้สมดุลระหว่างการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง เมื่อเซลล์เติบโต พวกมันจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) เป็นผลพลอยได้จากการหายใจ ก๊าซ CO₂ นี้สามารถลดค่า pH ของวัฒนธรรมกลาง ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพของเซลล์ การแนะนำก๊าซเช่น อากาศ ออกซิเจน หรือก๊าซเฉื่อยเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ การสปาร์จช่วยกำจัด CO₂ ส่วนเกิน ซึ่งป้องกันไม่ให้วัฒนธรรมกลางมีความเป็นกรดมากเกินไปและรักษาค่า pH ให้คงที่
การรักษาวัฒนธรรมกลางให้อยู่ในช่วง pH ที่เหมาะสมประมาณ 7.1 ถึง 7.4 เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเจริญเติบโตและประสิทธิภาพของเซลล์ที่ดี เมื่อจับคู่กับระบบบัฟเฟอร์และการตรวจสอบแบบเรียลไทม์โดยใช้เซ็นเซอร์ pH การใช้ก๊าซสปาร์จไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการ แต่ยังเพิ่มความมีชีวิตของเซลล์อีกด้วย เป็นองค์ประกอบสำคัญในการรับรองความสำเร็จของกระบวนการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง
อะไรทำให้เซ็นเซอร์แบบโพเทนชิโอเมตริกเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าเซ็นเซอร์แบบออปติคอลสำหรับการตรวจสอบค่า pH ในการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง?
เซ็นเซอร์แบบโพเทนชิโอเมตริกมีบทบาทสำคัญในการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงเนื่องจากความสามารถในการให้ การวัดค่า pH แบบเรียลไทม์ ด้วยความแม่นยำสูง การรักษาระดับ pH ที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญในการสร้างสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์ และเซ็นเซอร์เหล่านี้มีความสามารถในการให้ข้อมูลที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนั้น นอกจากนี้ยังมีราคาที่ ไม่แพง และสามารถผสานรวมเข้ากับไบโอรีแอคเตอร์ขนาดใหญ่ได้อย่างราบรื่น ทำให้เหมาะสำหรับการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม
ยิ่งไปกว่านั้น เซ็นเซอร์เหล่านี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อรับมือกับความท้าทายของสื่อเพาะเลี้ยงที่ซับซ้อน โดยให้ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้แม้ในสภาวะที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม พวกเขาจำเป็นต้องมีการสอบเทียบเป็นระยะเพื่อรักษาความแม่นยำของพวกเขาด้วยการผสมผสานของ ความแม่นยำ, ความน่าเชื่อถือ, และความคุ้มค่า, เซ็นเซอร์แบบ potentiometric ได้กลายเป็นตัวเลือกที่นิยมสำหรับการควบคุม pH อย่างมีประสิทธิภาพในกระบวนการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง
ทำไมการสะสมของกรดแลคติกจึงทำให้ยากต่อการรักษาระดับ pH ที่เสถียร?
การสะสมของกรดแลคติกทำให้การควบคุม pH ซับซ้อนขึ้นโดยการเพิ่มความเป็นกรดของสภาพแวดล้อมการเพาะเลี้ยง ทำให้ pH ลดลง ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อความมีชีวิตของเซลล์และประสิทธิภาพการผลิต เนื่องจากเซลล์ส่วนใหญ่ต้องการช่วง pH ที่ควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อการเจริญเติบโตและการทำงานที่เหมาะสม
การจัดการระดับกรดแลคติกเป็นสิ่งสำคัญในกระบวนการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงเพื่อสนับสนุนการเจริญเติบโตของเซลล์ที่แข็งแรงและรักษาคุณภาพของผลิตภัณฑ์ วิธีการเช่น การตรวจสอบ pH แบบเรียลไทม์ , การใช้ บัฟเฟอร์ pH , หรือ การปรับโปรโตคอลการให้อาหาร สามารถช่วยทำให้สภาพแวดล้อมเสถียรและหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลง pH ที่เป็นอันตราย
