如果在收获时损坏细胞，您会损失产量，增加杂质，并使后续工作更加困难。 对于培养肉团队来说，最佳选择取决于四个方面： 培养格式, 规模, 连续模式与批处理模式, 以及细胞能承受的剪切量.
我会这样总结这篇文章：
- 批量离心适合温和回收，据报道 回收率为90%到95%, <5%的存活率损失, 以及<1%的LDH释放，当调整得当时。
- 碟式离心适合 高通量连续收获, 但进料区的剪切需要密切控制。
- 深层过滤最适合 较小批次的澄清或 离心后抛光.
- TFF 和 ATF 适合 灌流、培养基交换和细胞保留, 其中 ATF 通常提供较低的剪切力。
- 微载体和支架工作流程 取决于一个早期选择： 分离细胞 或 将载体保留在产品中.
- 声波分离 是一种 低剪切 的连续保留和澄清选项。
- 旋流器和重力沉降器 位于流程的早期阶段，作为 预浓缩或澄清 步骤，需在占地面积、剪切力和处理时间之间进行权衡。
对于生物工艺工程师和细胞培养科学家来说，简单的答案是：没有默认的收获方法. 悬浮培养、聚集体和微载体培养液各自以不同的方式缩小了选择范围。在较高密度下，污垢、固体负荷和离心液质量的重要性与回收率同样重要。
用于生物加工的离心：优化细胞收获和工作流程效率
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快速比较
培养肉的细胞收获技术：并排比较
| 技术 | 最佳适配 | 工艺模式 | 剪切水平 | 主要限制 |
|---|---|---|---|---|
| 批量离心 | 悬浮细胞；温和收获 | 批量 | 低 | 较低的吞吐量 |
| 碟片式离心 | 大容量初级回收 | 连续 | 中到高，除非是密封的 | 如果进料区设置不当会造成细胞损伤 |
| 深层过滤 | 小批量澄清；抛光 | 批量 | 低 | 高密度过滤区域和污染 |
| TFF | 浓缩和介质交换 | 批量 / 连续 | 中等 | 泵和膜剪切 |
| ATF | 灌流和细胞保留 | 连续 | 低 | 额外回路和膜控制 |
| 微载体/支架收获 | 贴壁细胞工艺 | 批量 / 连续 | 根据分离步骤而异 | 载体去除或细胞分离应力 |
| 声波分离 | 低剪切保留和澄清 | 连续 | 非常低 | 仍在规模评估中 |
| 水力旋流器 / 重力沉降器 | 预浓缩和澄清 | 连续 / 半连续 | 中高/非常低 | 水力旋流器的剪切；重力缓慢沉降 |
如果我在选择一个下游处理收获流程，我会从培养液开始，而不是硬件：单细胞、聚集体或载体；批次或灌流；活细胞目标或生物质目标. 这种框架能让你快速找到合适的候选名单。理解这些 扩展挑战对于长期成功至关重要。
什么是优质的培养肉细胞收获技术？
并非所有的分离方法都适用于培养肉细胞。这些细胞很脆弱，工艺格式各异，收获条件会影响后续的所有步骤。下一节中的七种技术应根据一小组实用标准进行评估。
保持细胞活力和功能
培养肉细胞不耐粗暴处理。收获过程中过多的剪切或压缩会导致细胞破裂，从而使后续处理更加混乱，并可能影响产品质量。
衡量这种损伤的一个关键方法是乳酸脱氢酶（LDH）释放. 低剪切系统如管式碗离心机可以将LDH释放保持在1%以下，而标准碟片堆叠设计则可以达到高达12.5% [7]. 通过正确的设置，活性损失可以保持在5%以下 [2][7].
这不仅仅关乎简单的活细胞回收。收获后的细胞状态可以影响细胞后续的分化，从而影响质地、颜色和风味。
处理悬浮、聚集和微载体培养
培养形式直接影响收获选择。单细胞悬浮液通常是最容易处理的，非常适合管式碗离心。基于微载体的培养 则不同，因为工艺流中包含固体载体和细胞。这改变了固体负荷，通常意味着需要调整离心力，以便在不造成过度损伤的情况下回收细胞。
简单来说，收获步骤必须符合生物学和反应器格式。它不能在最后被附加上去。
管理吞吐量和细胞密度
随着培养体积和细胞密度的增加，分离变得更加困难。密集的培养液可能会堵塞膜系统或将离心机推到其最佳工作范围之外。因此，主要问题不仅在于系统在实验室规模下是否有效，还在于当体积增加时是否仍能良好运行。使用一个生产规模规划器可以帮助预测这些密度和吞吐量的变化。
具有可调进料速率和可调g力的系统为工艺团队在扩大规模时提供了更多的操作空间。
批处理与连续处理
批处理和连续收获对设备的要求非常不同。
一次性使用离心平台非常适合批处理和补料批处理工作流程。他们取消了清洁验证要求，这使得它们成为研发&和试验规模工作[7] . 的一个不错选择。连续或灌流工艺需要能够不间断运行的设备，这通常指向带有集成就地清洗（CIP）和就地蒸汽（SIP）的不锈钢系统。
这里没有一刀切的答案。在较小规模时，一次性使用系统往往提供更多的灵活性。在稳定的高产量商业生产中，可重复使用的不锈钢系统通常是更实用的选择。
满足食品级工艺要求
培养肉是一种食品，因此收获步骤必须符合食品级工艺期望。封闭系统处理有助于降低转移过程中环境侵入的风险。对于可重复使用的设备，需要CIP和SIP，以便在运行之间对系统进行清洗和灭菌。一次性使用平台提供了另一种途径：预先灭菌的一次性流路，消除了清洁验证的负担。
主要要求很简单：
| 标准 | 要求 | 重要性 |
|---|---|---|
| 细胞活力 | 高活细胞回收率 | 种子培养完整性和最终产品质量 |
| 剪切应力 | 最小化（低LDH释放） | 防止细胞裂解和下游降解 |
| 无菌性 | 封闭的无菌系统 | 防止批次损失；支持食品安全 |
| 可扩展性 | 从实验室到商业体积 | 需要具备成本竞争力的生产 |
| 卫生合规 | CIP/SIP或一次性使用 | 食品级制造标准 |
这些标准缩小了范围。下一部分将并排比较主要的收获技术。
1. 批量离心
批量离心是培养肉团队需要的一个实用收获步骤，适用于需要封闭系统和明确扩展路径的情况。基本原理很简单：细胞在受控的离心力下旋转，直到形成沉淀，澄清的培养基留在上面。实际操作中重要的是分离过程的温和程度。
这一点在培养肉中尤为重要。这些细胞通常比许多旧式离心系统设计的细胞类型更脆弱。低剪切入口和温和的排放系统可以帮助在收获过程中保护细胞的活力和状态。当工艺调整得当时，回收率可以达到90%到95% , ，同时保持活性损失低于5%，LDH释放低于1% [2] [4].
一次性使用的离心平台也减少了与CIP和SIP相关的验证负担。一些系统可以从台式工作扩展到商业体积，这有助于团队保持从R&D到试点生产 [4] [3]. 如果您需要连续输出而不是批量灵活性，碟式离心通常更适合。
在日常使用中，批量离心对于高密度悬浮培养物和微载体上的剪切敏感细胞效果良好，当细胞完整性是主要优先事项时。权衡之处在于吞吐量。这就是连续离心开始更有意义的地方。
2. 连续碟片堆离心机
对于高通量运行，连续生产系统通常将碟片堆离心机作为主要选择。一旦超过2,000升, DSC广泛用于初级回收，每3到10分钟 自动排放固体[6] [9]. 该系统通过密度使用离心力在5,000到12,000 × g. 范围内将细胞与培养基分离。听起来很简单，但动物细胞的密度仅约为1.05 g/cm³, ，因此它们仅比培养基稍微密集。实际上，这意味着分离窗口很紧，过程需要仔细控制[6].
主要限制是剪切. 旧的入口设计可能会在进料区损坏10%到30%的细胞[6]. 密封设计则温和得多。它们在进料路径中加速流入的液体而不含空气，这有助于将活性损失保持在 5%以下，并将LDH释放控制在1%以下[2] [7][9]. 2026年1月，CARR Biosystems报告其UniFuge平台在鸡、鲑鱼和牛细胞类型, 上测试时，实现了90%到95% 的细胞回收率，活性损失低于5%，LDH释放低于1% , ，当进料速率和离心力针对每种细胞系进行调整时[2] [4][7].
悬浮培养是DSC的最佳选择。单程去除效率通常为95%到99%[6] . 微载体运行更为敏感。它们需要一个水密进料区 , ，并且应在最大额定流量的70%到80%下处理聚集体，以减少解离并限制碎屑形成[6][9] [10]. 对于密度超过30 × 10⁶ cells/mL, 的高密度培养物，絮凝预处理步骤可以帮助保持吞吐量并改善离心液的清晰度[6].
还有一个实际的工厂侧权衡。DSC需要专用的CIP和SIP滑架，以及清洁验证。这增加了设置、转换和文档工作的复杂性。对于小规模或R&D使用，一次性系统可以减少这种负担 [7] [11].
浓缩液通常在下游过滤之前仍需抛光。
3. 深层过滤
当离心对细胞过于苛刻，或对于小批量来说过于复杂时，深层过滤通常是更简单的选择。收获流通过多孔过滤介质，捕获固体在表面和过滤矩阵内。这就是为什么它可以很好地处理混合颗粒大小和固体负载的变化[8].
对于低于2,000升, 的批处理过程，深层过滤通常是初级收获的实用选择。它还可以帮助降低残留DNA和内毒素[8].
一旦超过2,000升, 情况就会改变。过滤区域需求开始变得不切实际，因此深层过滤通常在离心后转为次要澄清角色。此时，它更像是一个抛光步骤，而不是大规模收获方法[8].
在连续加工中，深层过滤通常让位于切向流过滤和ATF[8].
在培养肉工作流程, 中，深层过滤最适合用于批量澄清或离心后抛光.
4. 切向流过滤和交替切向流
当深层过滤在较高体积时开始遇到困难时，TFF和ATF成为连续收获的首选选项。两者都是基于膜的细胞保留系统，用于去除废弃培养基，同时保持细胞在工艺流中。
TFF通过膜表面驱动培养基流动，有助于限制滤饼的积累。ATF的工作方式不同：它来回反向流动，从而产生更温和的自清洁效果。
这两种系统都非常适合悬浮培养，也可以用于微载体工艺。在这种情况下，载体和附着的细胞留在生物反应器内，而废弃培养基则被连续交换。使用这些保留装置的灌流系统可以达到超过1×10⁷个细胞/mL的细胞密度[10]. 在规模化生产中，它们允许连续的培养基交换而不会丢失反应器中的细胞，通常通过生物过程控制软件 .
下面的比较显示了这两种模式在日常使用中的不同之处。
| 特点 | TFF | ATF |
|---|---|---|
| 主要用途 | 批量浓缩和澄清 | 连续灌流和细胞保留 |
| 污染控制 | 单向横流清扫膜 | 交替流动提供优越的自清洁能力 |
| 剪切应力 | 中等（取决于泵的类型） | 低（隔膜泵非常温和） |
| 集成 | 通常用作独立的下游单元 | 在生物反应器的旁路循环中运行 |
这里有一个实际问题：聚集体通常比单细胞悬浮液更容易受到剪切影响。因此，泵速和循环流速需要保持在细胞系的公差范围内[5]. 如果保持在这些限制内，两个系统都可以从实验室规模扩展到商业生产，只要膜表面积随着生物反应器体积的增加而增加[3].
微载体和支架基培养需要不同的回收方法。
5. 微载体和支架辅助收获
依附性细胞需要一个表面来附着和生长，这就是为什么微载体和支架 使搅拌罐放大成为可能。从收获的角度来看，有两条明确的路径：要么将细胞从支撑物上释放，要么将支撑物留在最终产品中。这个决定决定了整个下游步骤。
在基于分离的过程中，细胞通过酶消化从载体上释放出来，最常用的是胰蛋白酶或胶原酶，然后通过离心或过滤从微珠中分离出来[5] [8]. 如果该过程使用可食用或可降解的支架，如多孔明胶微载体或去细胞植物支架，支架会与细胞一起保留并成为最终产品的一部分[12][5].
这种区别在实践中很重要。分离可能会损伤细胞。 在酶处理后，回收步骤需要尽可能温和。如果剪切力过高，细胞裂解和碎片也会增加。
在灌流系统中，ATF或TFF可以在更换新鲜培养基的同时将微载体保留在生物反应器内。这支持比批量操作更高的细胞密度[4] [8].
载体选择应与产品形式相匹配：
- 可食用或可降解支架适合结构化产品，其中支架保持不变
- 合成微载体适合在最终加工前细胞分离的工艺
对于微载体和支架材料的采购，
在需要无载体回收的情况下，低剪切分离方法成为下一个选择。
6. 基于声波的细胞分离
对于需要比离心或过滤更温和的选项的工艺，声波分离提供低剪切细胞处理. 与依赖机械力不同，声波分离（AWS）使用声波来移动和分离细胞，这意味着与离心等方法相比，物理应力更小，损伤更少[13][6].
这不仅仅关乎细胞的存活。AWS可以减少裂解并限制DNA和宿主细胞蛋白的释放，这两者都可能污染下游设备并损害产品质量[13][6].
AWS也非常适合连续培养，通常需要专门的传感器用于灌流生物反应器. 它可以在将活细胞送回生物反应器以重复使用培养基的同时去除细胞或抑制性副产物[13]. 实际上，这使得AWS在澄清和细胞保留需要同时进行时非常适合.
目前，AWS 正在评估用于连续、低剪切收获[13]. 它最适合于细胞完整性和培养基再利用是高优先级的连续或灌流过程。
7. 旋流器和重力沉降器
旋流器提供了一种更快速、低维护的方式来预浓缩密集的培养液。重力沉降器则位于另一端：更温和，但吞吐量较低。这使得两者在预浓缩和澄清阶段有用，在更严格的下游分离步骤之前。
与仍需主动处理的声学系统不同，重力沉降以极少的机械应力去除细胞。在实践中，颗粒会随着时间的推移沉降到容器的底部。对于非常剪切敏感的培养肉培养物，这使得重力沉降器非常适合用于培养基交换。
沉降速率随着颗粒大小和颗粒与液体之间的密度差而增加。因此，如果细胞未絮凝，沉降通常较慢。絮凝会改变这种情况。像pDADMAC这样的阳离子聚合物在0.01–0.05% w/v可以中和哺乳动物细胞通常携带的负表面电荷。这会驱动细胞、碎片和DNA聚集成50–500 μm范围内的絮体，这些絮体沉降得更快。据报道，这可以将DNA清除率推高至95%以上，并使基于重力的收获在细胞密度为20–40 × 10⁶ cells/mL时可行。 [6] .
这里有一个实际要点：通过瓶试确定絮凝剂剂量 . 最佳剂量随细胞密度变化[6].
它们最适合作为低剪切澄清步骤，用于密集、易碎的肉汤，包括：
- 易碎悬浮培养物
- 絮凝微载体肉汤
- 密集澄清流
权衡很简单：重力沉降器给你温和的处理，但你需要为处理速度付出代价。下面的比较表清楚地显示了这种平衡。
比较表
这些表格列出了吞吐量、剪切、系统复杂性和操作模式的主要权衡。目标很简单：将收获方法与培养格式、工艺规模以及您是运行批次还是连续操作相匹配。
批量离心与碟式离心
离心通常是第一个重要的工艺选择，因为它正好处于温和处理和吞吐量之间的紧张点。
批处理系统对细胞的影响较小。碟片堆叠系统专为连续处理和更高的吞吐量而设计。
| 特征 | 批量离心 | 碟片离心 |
|---|---|---|
| 吞吐量 | 低；受限于转鼓容量 | 高；连续固体排放 |
| 剪切影响 | 管式转鼓设计中非常低 | 传统设计中为中到高；密封型号中较低 |
| 处理模式 | 批量 | 连续 |
| 规模适配 | 实验室到试验（高达20 L/min）[4] | 商业规模（>2,000 L）[6] |
| 清洁 | 一次性使用（无需CIP）或手动清洁 | 自动化CIP/SIP |
| 自动化 | 中等 | 高；自动排放和液位控制 |
深层过滤与切向流过滤和ATF
对于基于膜的系统，决策从大规模回收转向澄清或细胞保留。
深层过滤用于澄清培养液。TFF和ATF用于在浓缩、介质交换、清洗和灌流过程中保留细胞。
| 特征 | 深层过滤 | TFF / ATF |
|---|---|---|
| 主要用途 | 澄清；去除细胞和碎屑 | 浓缩、介质交换和灌流 |
| 污染趋势 | 高；容量在超过30 × 10⁶细胞/mL时急剧下降[6] | 中等；横流作用限制表面污染 |
| 剪切特性 | 非常低 | 中等（TFF）；低（ATF） |
| 杂质去除 | 去除 - DNA、HCP、脂质 | 有限；主要基于尺寸的分离 |
| 处理模式 | 批量/死端 | 连续或灌注 |
| 耗材 | 一次性使用过滤器 | 可重复使用或一次性使用膜 |
关于容量的实际要点：当细胞密度较低时，深层过滤器的通量可以从200–400 L/m²下降到仅20–50 L/m²，一旦密度超过30 × 10⁶个细胞/mL [6]. 这是一种急剧的下降，在高密度收获中很重要。使用如pDADMAC的絮凝剂进行预处理可以恢复大部分失去的容量，在某些情况下，甚至可以完全消除离心步骤的需要[6].
旋流器 vs 重力沉降器 vs 声波分离
最后的比较着眼于低剪切预浓缩选项。
在这里，权衡主要在于吞吐量、剪切和占地面积。如果细胞保护是首要任务，重力沉降器和声波分离是更温和的选择。旋流器占用更少的空间，但它们的剪切负担更高。
| 特点 | 水力旋流器 | 重力沉降器 | 声波分离 |
|---|---|---|---|
| 硬件简易性 | 高；无活动部件 | 最高；简单的水箱或倾斜板 | 中等；需要声波换能器和控制器 |
| 连续能力 | 是 | 是，但速度慢 | 是 |
| 剪切影响 | 中到高 | 最低 | 非常低 |
| 适合脆弱细胞 | 低 | 高；理想的剪切敏感培养物 | 高；非侵入性分离 |
| 占地面积 | 小 | 大型；需要大量空间和时间 | 小到中等 |
如何将收获技术与您的流程相匹配
没有一种收获技术适用于每个培养肉的过程。正确的选择取决于规模, 操作模式, 培养格式, 以及最终产品目标. 一个好的收获流程从将七个主要选项缩小到一个实际可行的设置开始。
从培养格式开始
培养格式是第一个也是最明显的筛选条件。
单细胞悬浮培养通常是最容易收获的。聚集培养需要更温和的处理，以限制在回收过程中的剪切损伤。微载体培养增加了另一个分离任务，因为载体必须在细胞回收之前或同时被去除。在这种情况下，卧螺离心机通常是一个很好的选择，因为它们可以处理高固体负荷[1].
一旦培养格式明确，下一步就是将收获方法与批次或连续操作相匹配。
将收获与生物反应器模式对齐
生物反应器模式直接影响您可以使用的收获技术。
在批次生物反应器 , 中，收获作为单一事件发生。这使得碟式离心机或低剪切管式碗系统成为合理的选择。灌流和连续生物反应器需要在不中断培养的情况下持续运行的分离方法。在实践中，这通常指向ATF和低剪切TFF，因为两者都支持在运行保持活跃的同时进行连续的介质交换和细胞保留[4][8]. 批次离心不适合灌流。
之后，仔细观察培养液本身。即使是良好的设备匹配，如果进料难以分离，也可能会遇到困难。
考虑介质成分和固体负荷
中等粘度、杂质负荷和起泡风险都会影响分离效率。这些因素需要在工艺开发期间检查，而不是在生产规模时再进行修补。
如果可能出现起泡，封闭进料离心分离是更安全的选择。
有时一个步骤无法同时达到细胞回收和清晰度目标。在这种情况下，两阶段收获流程通常比过度推动一个单元操作更有意义。
计划组合收获流程
大多数实际工艺不依赖于单一的收获步骤。
常见的方法是使用离心分离去除大部分固体，然后仅在流体仍需精制时添加深层过滤。对于高固体进料，絮凝预处理可以大有帮助。像pDADMAC这样的阳离子聚合物在0.01–0.05% w/v时可以将深层过滤器的通量提高五到七倍, ，在某些情况下，它甚至可以完全消除离心的需要 [6] .
关键点很简单：最后一步应与出料时所需的条件相匹配。
将收获与下游产品需求连接起来
下游需求应驱动最终选择。
- 如果目标是活细胞, ，尽量保持剪切力最低。
- 如果目标是生物质, ，则应专注于回收和通量。
结论
对于培养肉的细胞收获，没有一种方法适用于所有情况。正确的方法取决于培养格式、工艺规模和目标产品。实际上，这使得收获选择成为一个工艺设计的选择，而不仅仅是一个下游步骤。
离心和过滤仍然是商业规模细胞回收的最成熟选择。如果处理量不如温和处理重要，那么低剪切选项开始显得更有意义。
声波分离和重力沉降属于低剪切类别，特别是在灌流和其他以细胞完整性为首要考虑的工艺设置中。主要的权衡仍然很简单：温和性与处理量.
对于构建该流程的团队，
常见问题解答
我如何选择合适的收获方法？
根据您的生产目标、预算和监管要求，为培养肉选择合适的收获方法。目标是平衡细胞活力, 恢复、可扩展性和成本。
对于大规模生产，酶法通常更适合，因为它们支持快速、一致、自动化的处理。如果更注重降低成本或优质产品质量，无酶技术可能更适合您的工艺。
哪种选择最适合脆弱细胞？
对于培养肉生产中的脆弱细胞，当活力和细胞完整性很重要时，低剪切收获方法更为合适。管式碗离心机在这里尤为突出，因为与标准碟片堆叠系统相比，它减少了剪切应力和机械损伤。
诸如UniFuge之类的平台专为温和的细胞收集而设计，并且在高回收率的同时显示出最小的活力损失。
我应该什么时候使用联合收割列车？
当您需要在一个 连续的、闭环的过程. 中连接几个下游步骤时，使用联合收割列车。它在 高细胞密度, 介质回收, 和 选择性去除代谢抑制剂. 的运行中效果良好。
通过将收获、纯化和浓缩与 卫生流体处理, 相结合，您可以提高工艺效率，减少浪费，并支持大规模培养肉生产。
