Mięso hodowane jest uprawiane z komórek zwierzęcych w laboratorium, a nie na farmie. Aby rosnąć, te komórki potrzebują składników odżywczych dostarczanych przez kontrolowany system. Oto jak to działa:
- Systemy dostarczania składników odżywczych: Komórki potrzebują mieszanki glukozy, aminokwasów, soli i witamin, aby przetrwać, mnożyć się i tworzyć mięśnie, tłuszcz oraz tkankę łączną. Są one dostarczane przez płyn zwany pożywką hodowlaną.
- Kluczowe składniki: Pożywka zawiera podstawowe składniki odżywcze (takie jak glukoza i aminokwasy) oraz dodatki (takie jak czynniki wzrostu i hormony), które kierują wzrostem i rozwojem komórek.
- Wyzwania kosztowe: Pożywka tradycyjnie stanowiła 55–95% kosztów, ale opcje bezserum, klasy spożywczej, teraz kosztują poniżej 0,76 £ za litr, z celami obniżenia tego do 0,19 £ za litr.
- Metody wzrostu: Komórki rosną na mikronośnikach (małych kulkach) w zawiesinie lub na rusztowaniach w strukturach 3D, naśladując naturalne środowiska.
- Systemy Produkcyjne: Składniki odżywcze są dostarczane w systemach wsadowych, półwsadowych lub perfuzyjnych, z których każdy ma kompromisy w zakresie kosztów, wydajności i skalowalności.
- Dostarczanie Tlenu: Tlen jest kluczowy dla wzrostu komórek, ale trudny do dostarczenia w gęstych kulturach. Rozwiązania obejmują użycie białek wiążących tlen w celu poprawy wydajności.
Dlaczego To Ważne: Dostarczanie składników odżywczych wpływa na koszt, jakość, smak i bezpieczeństwo mięsa hodowanego. Postępy w mediach bez surowicy, składnikach spożywczych i skalowalnych systemach sprawiają, że produkcja staje się bardziej przystępna cenowo i wydajna.
| System | Cost (£/kg) | Capital (£M) | Reactor Volume (m³) | Yield (kTA) | Advantage | Challenge |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Batch | £30 | £262 | 649 | 6.8 | Lower costs | Larger reactor volumes |
| Perfusion | £41 | £530 | 197 | 6.9 | Higher cell density | Complex equipment needs |
Wniosek: Przemysł szybko udoskonala systemy dostarczania składników odżywczych, aby uczynić mięso hodowane bardziej przystępnym cenowo i skalowalnym, jednocześnie zachowując jakość i bezpieczeństwo.
Kluczowe składniki pożywki do hodowli komórkowej
Pożywka do hodowli komórkowej składa się z dwóch głównych elementów: pożywki podstawowej i specjalistycznych dodatków. Pożywka podstawowa dostarcza niezbędnych składników odżywczych, które komórki potrzebują do przetrwania, podczas gdy dodatki - takie jak czynniki wzrostu i hormony - pomagają komórkom się mnożyć i tworzyć tkanki [1].
Pożywka podstawowa: Podstawa żywieniowa
Pożywka podstawowa to zasadniczo buforowany roztwór zawierający glukozę, sole, witaminy i niezbędne aminokwasy [1]. Glukoza służy jako główne źródło energii i jest zazwyczaj stosowana w stężeniach od 5,5 do 55 mM [2]. Zgodnie z Minimalnym Pożywką Podstawową Eagle'a, 13 aminokwasów jest uważanych za niezbędne in vitro, chociaż różnią się one od tego, czego komórki potrzebują w organizmach żywych [2].
Składniki nieorganiczne, w tym makro- i mikroelementy, są starannie mierzone, aby zaspokoić potrzeby komórkowe [5]. Mniejsze elementy, takie jak lipidy i przeciwutleniacze, również odgrywają rolę we wspieraniu zdrowia komórek. Gdy te podstawowe składniki odżywcze są już na miejscu, kolejnym krokiem jest kierowanie rozwojem komórek za pomocą czynników wzrostu.
Czynniki wzrostu i dodatki
Komórki w produkcji mięsa hodowlanego potrzebują więcej niż tylko podstawowego odżywiania - wymagają również sygnałów do wzrostu, rozmnażania i rozwoju w tkanki. Czynniki wzrostu i hormony dostarczają tych sygnałów, zapewniając prawidłowe funkcjonowanie komórek, integralność strukturalną i różnicowanie [8].Często używane czynniki wzrostu obejmują:
- Czynnik wzrostu fibroblastów (FGF)
- Insulinopodobne czynniki wzrostu (IGF-1 i IGF-2)
- Transformujący czynnik wzrostu-beta (TGF-β)
- Płytkopochodny czynnik wzrostu (PDGF)
- Czynnik wzrostu hepatocytów (HGF) [8]
Koszt tych dodatków historycznie stanowił wyzwanie, ale dzięki niedawnym postępom stają się one bardziej przystępne cenowo. Na przykład, badanie z 2024 roku opublikowane w Cell Reports Sustainability zaprezentowało przełom, w którym nieśmiertelne komórki satelitarne bydła zostały zaprojektowane do produkcji własnego FGF2, co potencjalnie eliminuje potrzebę drogich zewnętrznych czynników wzrostu [9].
"Tego rodzaju systemy oferują potencjał do dramatycznego obniżenia kosztów produkcji mięsa hodowlanego poprzez zaangażowanie samych komórek do współpracy z nami w procesach, wymagając mniej zewnętrznych wkładów (dodatkowych składników), a tym samym mniej wtórnych procesów produkcyjnych dla tych wkładów." – Andrew Stout, Główny Badacz [9]
Co ciekawe, komponenty niemęsne, takie jak rusztowania i resztkowe czynniki wzrostu, zazwyczaj stanowią niewielką część - zaledwie 1% do 5% - końcowego produktu [7]. Te rozwinięcia torują drogę do mediów bezserum, klasy spożywczej.
Przejście na Media Bezserum i Klasy Spożywczej
W dążeniu do efektywności kosztowej i praktyk etycznych, branża zmierza w kierunku mediów bezserum, klasy spożywczej.Ta zmiana eliminuje potrzebę stosowania składników pochodzenia zwierzęcego, takich jak surowica płodowa bydlęca (FBS), która była głównym problemem ze względu na kwestie etyczne i ryzyko zanieczyszczenia. Korzyści finansowe są oczywiste: Believer Meats pokazało, że media bez surowicy mogą być produkowane za jedyne 0,48 £ za litr, a dalsze postępy mogą obniżyć koszty do mniej niż 0,19 £ za litr [10] [1].
Składniki klasy spożywczej oferują kolejną możliwość obniżenia kosztów. Średnio są one o 82% tańsze niż alternatywy klasy odczynnikowej przy zakupie w skali 1 kg [10]. Zastąpienie składników podstawowego medium opcjami klasy spożywczej mogłoby potencjalnie obniżyć koszty o około 77% [10]. Zatwierdzenia regulacyjne również wzmacniają ten trend.Na przykład:
- W styczniu 2023 roku Singapurska Agencja Żywności zatwierdziła GOOD Meat's serum-free cultivated chicken.
- W styczniu 2024 roku Ministerstwo Zdrowia Izraela zatwierdziło Aleph Farms' serum-free cultivated beef.
- W lipcu 2024 roku Meatly otrzymało zatwierdzenie w Wielkiej Brytanii dla swojej hodowlanej karmy dla zwierząt [10].
Dodatkowo, Mosa Meat, we współpracy z Nutreco, z powodzeniem zastąpiło 99,2% paszy bazowej dla komórek wagowo składnikami spożywczymi, osiągając wzrost komórek porównywalny do mediów farmaceutycznych [10].
Przejście na media spożywcze bez surowicy oferuje więcej niż tylko korzyści ekonomiczne.Rozwiązuje to kwestie etyczne, zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia, zapewnia spójną jakość i upraszcza przetwarzanie w dalszych etapach [2] [6] [11]. Ta zmiana stanowi kluczowy krok naprzód w kierunku bardziej efektywnej i zrównoważonej produkcji mięsa hodowlanego.
Metody dostarczania składników odżywczych do komórek mięsa hodowlanego
Po zdefiniowaniu składu pożywki do hodowli komórek kolejnym wyzwaniem jest ustalenie, jak skutecznie dostarczać składniki odżywcze, aby podtrzymać wzrost komórek. Metoda używana do dostarczania składników odżywczych w dużej mierze zależy od systemu hodowli i sposobu, w jaki komórki są hodowane. Różne systemy wymagają specyficznych podejść, aby zapewnić komórkom niezbędne odżywienie przez cały cykl wzrostu.
Hodowle w zawiesinie i hodowle adherentne
W produkcji mięsa hodowlanego komórki są zazwyczaj hodowane przy użyciu hodowli w zawiesinie lub hodowli adherentnych. Każda metoda ma swój własny sposób dostarczania składników odżywczych.
W hodowlach w zawiesinie mikronośniki - małe pływające kulki - są używane do zapewnienia powierzchni dla komórek zależnych od zakotwiczenia. Te kulki zwiększają powierzchnię dostępną do wzrostu komórek, co pozwala na uzyskanie wyższych gęstości komórek. Gdy medium krąży przez bioreaktor, komórki przyczepione do mikronośników bezpośrednio absorbują składniki odżywcze ze swojego otoczenia. Firmy takie jak Matrix Meats i Tantti Laboratory opracowały nawet jadalne mikronośniki do produkcji mięsa hodowlanego. Te jadalne nośniki mogą być bezpośrednio zintegrowane z produktem końcowym, eliminując potrzebę etapu separacji wymaganego w przypadku nośników niejadalnych.
Z drugiej strony, kultury adherentne używają rusztowań do tworzenia trójwymiarowej struktury, która naśladuje naturalne środowisko komórek w żywej tkance. Te rusztowania muszą być biokompatybilne i albo biodegradowalne, albo jadalne, z właściwościami mechanicznymi wspierającymi wzrost komórek. Struktura 3D poprawia przepływ składników odżywczych i tlenu w całej tkance, odtwarzając warunki zbliżone do tych występujących w organizmach żywych.
Te metody wpływają na początkowy rozkład składników odżywczych. Kultury zawiesinowe z mikronośnikami są często idealne do wczesnego etapu ekspansji komórek, podczas gdy kultury adherentne z rusztowaniami lepiej nadają się do formowania i różnicowania tkanek w późniejszych etapach produkcji.
Systemy wsadowe, półwsadowe i perfuzyjne
Czas i metoda dostarczania składników odżywczych odgrywają kluczową rolę w wzroście komórek, jakości produktu i kosztach produkcji.Produkcja mięsa hodowlanego zazwyczaj wykorzystuje jeden z trzech systemów:
| System | Dostarczanie składników odżywczych | Zalety | Najlepsze zastosowanie |
|---|---|---|---|
| Batch | Wszystkie składniki odżywcze dodawane na początku (system zamknięty) | Prosty i szybki do eksperymentów | Krótkie, szybkie procesy hodowli |
| Fed-Batch | Składniki odżywcze dostarczane ciągle podczas wzrostu | Wyższe plony z większą elastycznością | Produkcja o wysokiej gęstości, elastyczna |
| Perfuzja | Świeże medium dodawane, podczas gdy odpady są usuwane | Wspiera stabilne, środowiska o wysokiej gęstości | Długoterminowe, kontrolowane scenariusze produkcji |
Systemy wsadowe są proste: wszystkie składniki odżywcze są dodawane na początku i nie dokonuje się dalszych dodatków.Ta prostota sprawia, że są one idealne do szybkich eksperymentów, choć często skutkują ograniczonymi plonami biomasy.
Systemy fed-batch polegają na stopniowym dodawaniu składników odżywczych w trakcie procesu hodowli. Takie podejście może zwiększyć ogólne plony, ale może również prowadzić do dłuższych czasów przetwarzania i gromadzenia się produktów ubocznych, które mogą hamować wzrost komórek.
Systemy perfuzyjne idą o krok dalej. Świeże podłoże jest ciągle dostarczane, podczas gdy produkty odpadowe i martwe komórki są usuwane. Utrzymuje to stabilne środowisko hodowli i wspiera wysokie gęstości komórek przez dłuższe okresy, co czyni je szczególnie odpowiednimi do produkcji na dużą skalę.
Wybór systemu zależy od czynników takich jak budżet, cele produkcyjne i pożądana równowaga między wydajnością a jakością. Ta strategia dostarczania składników odżywczych naturalnie wiąże się z kolejnym wyzwaniem: dostarczaniem tlenu.
Dostarczanie tlenu w bioreaktorach
Efektywne dostarczanie tlenu jest jednym z największych wyzwań w produkcji mięsa hodowlanego. Oddychanie tlenowe generuje 19 razy więcej energii na cząsteczkę glukozy niż fermentacja kwasu mlekowego, co sprawia, że tlen jest kluczowy dla efektywnego metabolizmu komórek [12].
Jednakże, pożywki hodowlane zawierają znacznie mniej rozpuszczonego tlenu niż krew - około 45 razy mniej - co tworzy wąskie gardło wraz ze wzrostem gęstości komórek [12]. Efektywne dostarczanie tlenu, wraz z usuwaniem dwutlenku węgla, jest zatem niezbędne.
Tradycyjne metody natleniania, takie jak mieszanie i sparging gazowy, mogą wprowadzać stres mechaniczny, który uszkadza komórki. Aby temu zaradzić, badacze zbadali możliwość użycia białek wiążących tlen, takich jak hemoglobina, w celu poprawy dostarczania tlenu bez potrzeby agresywnego mieszania.Na przykład, Hemarina, firma specjalizująca się w białkach wiążących tlen, opracowała HEMBoost do fermentacji żywności oraz HEMOXCell (z Alitta virens) do hodowli komórek ssaków. Badania wykazały obiecujące wyniki; jeden z przykładów pokazał 4,6-krotny wzrost gęstości komórek w komórkach CHO po dodaniu HEMOXCell [12].
Różne nośniki tlenu mają unikalne właściwości. Hemoglobiny ssaków wykazały mieszane wyniki w hodowli komórek, podczas gdy fitoglobiny roślinne, mimo że mają wyższe powinowactwo do tlenu, mogą nie być tak skuteczne w niektórych procesach produkcji mięsa hodowlanego.
Co ciekawe, dostarczanie tlenu musi być starannie dostosowane do wymagań komórek na różnych etapach. Na przykład, komórki mięśni szkieletowych rozwijają się przy poziomach tlenu znacznie niższych niż warunki atmosferyczne - ciśnienia cząstkowe od 15 do 76 mmHg w porównaniu do 160 mmHg na poziomie morza [12].W niektórych przypadkach łagodna hipoksja może nawet zachęcać do proliferacji komórek i poprawiać odnowę komórek satelitarnych. To podkreśla znaczenie dostosowania dostarczania tlenu w celu optymalizacji wzrostu i rozwoju komórek, uzupełniając wcześniej omówione metody dostarczania składników odżywczych.
Postępy i Wyzwania w Dostarczaniu Składników Odżywczych
Ostatnie osiągnięcia w systemach dostarczania składników odżywczych przekształcają przemysł mięsa hodowlanego, oferując sposoby na obniżenie kosztów i zwiększenie produkcji. Chociaż te rozwinięcia są obiecujące, droga do komercyjnego sukcesu nadal jest pełna wyzwań. Postęp w mediach bez surowicy (SFM) i technologiach skalowania rewolucjonizuje sposób dostarczania składników odżywczych do komórek, ale produkcja na dużą skalę nadal testuje granice istniejących systemów.
Postęp w Mediach Bez Surowicy i Redukcja Kosztów
Jedną z najbardziej wpływowych zmian w dostarczaniu składników odżywczych było odejście od surowicy płodowej cielęcej (FBS).Bezmiesięczne podłoża stanowią obecnie co najmniej połowę zmiennych kosztów operacyjnych w produkcji mięsa hodowlanego [10]. Firmy znajdują innowacyjne sposoby na obniżenie tych kosztów. Na przykład, Believer Meats zdołało wyprodukować bezmiesięczne podłoże za jedyne 0,63 USD za litr, zastępując albuminę i dostosowując składniki podłoża [10].
Przejście na składniki spożywcze również okazało się przełomowe. Badania pokazują, że składniki spożywcze są średnio o 82% tańsze niż alternatywy klasy odczynnikowej w skali 1 kg [10]. Mosa Meat, we współpracy z Nutreco, zastąpiło 99,2% swojego podstawowego pożywienia komórkowego składnikami spożywczymi, osiągając wzrost komórek porównywalny z podłożem klasy farmaceutycznej [10].Podobnie, Nutreco i Blue Nalu wykazały, że komórki mięśniowe tuńczyka błękitnopłetwego rozwijają się równie dobrze zarówno w pożywkach klasy spożywczej, jak i farmaceutycznej [10].
"Zastąpienie składników podstawowego medium ich odpowiednikami w klasie spożywczej mogłoby obniżyć koszt podstawowego medium o 77%." – Liz Specht [10]
Jednak koszty czynników wzrostu pozostają główną przeszkodą. Na przykład, prawie 98% kosztu medium Essential 8 jest związane z FGF-2 i TGF-β [10]. Aby temu zaradzić, firmy takie jak BioBetter badają innowacyjne metody, takie jak produkcja czynników wzrostu w roślinach tytoniu, z oczekiwanym spadkiem kosztów do 1 dolara za gram białka [10]. Zatwierdzenia regulacyjne w krajach takich jak Singapur, Izrael i Wielka Brytania dodatkowo wspierają te postępy [10].
Skalowanie systemów dostarczania składników odżywczych
Skalowanie dostarczania składników odżywczych z ustawień laboratoryjnych do produkcji komercyjnej to skomplikowane wyzwanie. Producenci dążą do osiągnięcia wolumenu produkcji na poziomie około 300 000 funtów rocznie do 2027 roku [4], koncentrując się na zapewnieniu jednolitego rozkładu składników odżywczych i efektywnego zarządzania odpadami. Czynniki te bezpośrednio wpływają zarówno na wzrost komórek, jak i na jakość produktu końcowego.
Utrzymanie spójnych warunków w systemach na dużą skalę jest szczególnie trudne. Reaktory z mieszadłem, szeroko stosowane ze względu na skalowalność, często napotykają problemy, takie jak gradienty tlenu i naprężenia ścinającego, które mogą zakłócać wzrost komórek wraz ze wzrostem rozmiaru reaktora [13].
Aby sprostać tym wyzwaniom, coraz większą popularność zyskuje recykling mediów i przetwarzanie ciągłe.Bioreaktory perfuzyjne, na przykład, umożliwiają ciągłe zbieranie i usuwanie odpadów przy jednoczesnym recyklingu pożywki, co poprawia wydajność i obniża koszty [4]. Jednak te reaktory są mniejsze i trudniejsze do skalowania w porównaniu z systemami mieszalnikowymi, co tworzy kompromisy między efektywnością operacyjną a zdolnością produkcyjną [4].
Projektowanie zakładów również odgrywa kluczową rolę. Zamknięte systemy przetwarzania mogą zminimalizować potrzebę drogich czystych pomieszczeń, ale wymagają zaawansowanych systemów monitorowania i kontroli w celu utrzymania sterylności. W miarę jak przemysł się rozwija, firmy coraz częściej specjalizują się w obszarach takich jak rozwój pożywek bez składników zwierzęcych, produkcja czynników wzrostu i projektowanie bioprocesów, aby zwiększyć elastyczność i obniżyć koszty [4][14].
Porównanie strategii dostarczania składników odżywczych
Wybór strategii dostarczania składników odżywczych ma znaczący wpływ na koszty i skalowalność. Do powszechnych podejść należą systemy fed-batch, przetwarzanie ciągłe i systemy perfuzyjne, z których każde ma swoje własne kompromisy.
| System | Fed-Batch | Perfuzja |
|---|---|---|
| Koszt produkcji | £30/kg | £41/kg |
| Całkowita inwestycja kapitałowa | £262M | £530M |
| Całkowita objętość bioreaktora | 649 m³ | 197 m³ |
| Wskaźnik produkcji | 6.8 kTA | 6.9 kTA |
| Kluczowa zaleta | Niższe koszty kapitałowe | Wyższa gęstość komórek |
| Główne wyzwanie | Większe objętości reaktorów | Złożone potrzeby sprzętowe |
Systemy fed-batch są bardziej opłacalne, z kosztami produkcji około 30 £/kg w porównaniu do 41 £/kg dla systemów perfuzyjnych [15]. Jednak systemy perfuzyjne wymagają znacznie mniejszych objętości reaktorów (197 m³ w porównaniu do 649 m³) i mogą osiągnąć do czterech razy większy uzysk masy komórek na objętość reaktora [17]. Wadą jest to, że systemy perfuzyjne wiążą się z wyższymi kosztami kapitałowymi, a całkowita inwestycja sięga około 530 mln £, w tym 71 mln £ na specjalistyczny sprzęt [15].
Aby znaleźć równowagę między kosztami a złożonością, wiele firm decyduje się na produkty hybrydowe, które łączą mięso hodowane z roślinnymi składnikami, zmniejszając wymaganą masę komórek [17]. Inne firmy zmierzają w kierunku produktów z komórek niezróżnicowanych lub minimalnie zróżnicowanych, co upraszcza dostarczanie składników odżywczych [17].
"Ze względu na specyficzne wymagania każdego typu komórek i produktu, uniwersalny proces biotechnologiczny i rozwiązanie skalujące mogą nie być wykonalne. W związku z tym istnieje zapotrzebowanie na dodatkowe modele techno-ekonomiczne i dane eksperymentalne, aby dostosować procesy biotechnologiczne do każdego konkretnego typu produktu." – The Good Food Institute [16]
Wybór odpowiedniej strategii dostarczania składników odżywczych jest kluczowy.Firmy muszą rozważyć swoje cele produkcyjne, cele kosztowe i wymagania dotyczące produktów, aby znaleźć podejścia, które równoważą skalowalność z precyzją potrzebną do produkcji wysokiej jakości, bezpiecznego mięsa hodowanego.
sbb-itb-c323ed3
Jak dostarczanie składników odżywczych wpływa na jakość i bezpieczeństwo produktu
Dostarczanie składników odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu mięsa hodowanego. Wpływa nie tylko na wzrost komórek, ale także na smak, teksturę, wartość odżywczą i bezpieczeństwo końcowego produktu. Jak omówiono wcześniej w dyskusji na temat pożywki do hodowli komórek, precyzyjna kontrola nad dostarczaniem składników pozwala producentom na dostosowywanie tych aspektów jak nigdy dotąd.
Wpływ na profile odżywcze i sensoryczne
Mięso hodowane jest często porównywalne pod względem wartości odżywczych do tradycyjnego mięsa, ale jego proces produkcji oferuje unikalną zaletę: możliwość dostosowania pożywki do hodowli komórek w celu zwiększenia określonych składników odżywczych.Dana Hunnes, PhD, MPH, RD, kliniczna dietetyczka w Ronald Reagan UCLA Medical Center, podkreśla ten potencjał:
"Zasadniczo mięso hodowlane jest niemal identyczne pod względem wartości odżywczych z mięsem hodowanym na farmach lub ranczach. Jednak w przypadku mięsa hodowlanego można dostosować medium, w którym rosną żywe komórki, aby dodać określone witaminy i składniki odżywcze, które zmienią, a być może poprawią, jego jakość odżywczą." [18]
Poprzez modyfikację dostarczania składników odżywczych, producenci mogą dostosować poziomy białka, profile aminokwasów i skład tłuszczów, potencjalnie tworząc zdrowsze struktury tłuszczowe w porównaniu do tych w konwencjonalnym mięsie. Jednakże, chociaż dodawanie witamin do medium może wspierać wzrost komórek, nie jest jeszcze jasne, czy skutkuje to zauważalnym wzrostem zawartości witamin w produkcie końcowym [19].
Jakości sensoryczne mięsa hodowlanego - jego smak, tekstura i wygląd - są również kształtowane przez dostarczanie składników odżywczych. Na przykład, burger wyhodowany w laboratorium przez Marka Posta w 2013 roku zawierał sok z buraków dla koloru, szafran i karmel dla smaku oraz spoiwa dla tekstury [1]. Panel degustacyjny uznał burgera za nieco suchy, co było związane z jego niższą zawartością tłuszczu, ilustrując, jak dostarczanie składników odżywczych bezpośrednio wpływa na odczucie w ustach.
Wygląd, szczególnie kolor, stanowi unikalne wyzwanie. Hodowana tkanka mięśniowa często wygląda blado z powodu zahamowanej ekspresji mioglobiny w standardowych warunkach tlenowych [1]. Po dodaniu metmioglobiny, wynik był brązowy, przypominający gotowaną wołowinę, a nie żywą czerwień świeżego mięsa [1].
Złożoność smaku w dużej mierze zależy od związków generowanych podczas produkcji.Na przykład benzaldehyd, związek o gorzkim smaku migdałów, został zidentyfikowany w mięsie hodowlanym, zwłaszcza w próbkach zawierających zróżnicowane komórki mięśniowe [22]. Podobnie, 2,5-dimetylo-pirazyna, która nadaje smak przypominający pieczoną wołowinę, pojawiła się tylko w próbkach z dobrze zróżnicowanymi komórkami mięśniowymi [22].
Tekstura pozostaje znaczącym wyzwaniem. Włókna mięśniowe hodowane w laboratorium mają tendencję do zawierania białek embrionalnych lub noworodkowych, a nie dojrzałych białek występujących w tradycyjnym mięsie. Techniki takie jak stymulacja elektryczna lub mechaniczna mogą poprawić jakość białka poprzez zwiększenie średnicy miofibryli, ale skalowanie tych metod do produkcji komercyjnej jest nadal badane [1].
Te dostosowania w zakresie wartości odżywczych i cech sensorycznych podkreślają znaczenie utrzymania ścisłych protokołów bezpieczeństwa, które są realizowane poprzez środki regulacyjne.
Wymogi regulacyjne dotyczące dostarczania składników odżywczych
Sposób dostarczania składników odżywczych podczas produkcji wpływa nie tylko na jakość - bezpośrednio wpływa na bezpieczeństwo. To sprawia, że nadzór regulacyjny jest kluczową częścią procesu. Ryzyka obejmują potencjalne zanieczyszczenie chemiczne z składników pożywki, materiałów bioreaktora i pozostałości pozostawionych podczas przetwarzania [20].
Jałowość jest najwyższym priorytetem. Mykoplazma, patogenna bakteria, występuje w 5% do 35% linii komórkowych na całym świecie [21], co sprawia, że rygorystyczne badania przesiewowe i dezynfekcja są niezbędne. Bioreaktory muszą zawierać systemy sterylizacji, takie jak technologie parowe i czyszczenie na miejscu, aby utrzymać warunki aseptyczne [3].
Przemysł również przechodzi na pożywki bez surowicy, częściowo w celu rozwiązania problemów związanych z bezpieczeństwem.Na przykład, GOOD Meat przeszło na media bez surowicy dla swojego hodowanego kurczaka, uzyskując aprobatę w Singapurze na początku 2023 roku [1]. Ten krok zmniejsza ryzyko zanieczyszczeń związanych z komponentami pochodzenia zwierzęcego i jest zgodny z bardziej rygorystycznymi standardami bezpieczeństwa.
Testowanie pozostałości chemicznych to kolejny kluczowy obszar. Badania nad konwencjonalnym mięsem ujawniły pozostałości antybiotyków - takich jak cyprofloksacyna i tetracyklina - na poziomach przekraczających zalecane limity [3]. Podobnie, producenci mięsa hodowanego muszą wdrożyć rygorystyczne protokoły testowania w celu wykrywania pozostałości z mediów wzrostowych, antybiotyków i innych chemikaliów używanych podczas produkcji.
Monitorowanie stabilności genetycznej jest równie ważne. Z czasem mutacje lub dryf genetyczny w kulturach komórkowych mogą prowadzić do utraty istotnych funkcji, obniżenia jakości odżywczej lub nawet potencjalnie szkodliwych zmian.Regular genetic checks help ensure that cultured cells maintain their intended characteristics throughout production cycles [3].
The regulatory framework for cultivated meat is evolving rapidly. In 2022, UPSIDE Foods became the first company to receive FDA approval for its cell-based chicken in the U.S. [20]. Singapur, Izrael i Wielka Brytania również posuwają się naprzód w swoich procesach zatwierdzania [10]. However, comprehensive guidelines covering all aspects of production are still being developed, requiring close collaboration between researchers and regulatory bodies [3].
To support these efforts, digital food safety technologies are becoming vital.Zaawansowane systemy monitorowania zintegrowane z bioreaktorami mogą wykrywać zanieczyszczenia w czasie rzeczywistym, zapewniając spójną jakość i zgodność z przepisami [3].
Wniosek
Dostarczanie składników odżywczych jest kluczowe dla wzrostu komórek, smaku, tekstury i bezpieczeństwa w produkcji mięsa hodowlanego. W centrum tego procesu znajduje się pożywka do hodowli komórek, która odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu sukcesu branży w najbliższej przyszłości. Zarówno ekonomiczne, jak i techniczne aspekty dostarczania składników odżywczych tworzą podstawy dla omawianych tutaj możliwości i przeszkód.
Jednym z najpilniejszych celów jest obniżenie kosztów pożywki. Obecne formuły medyczne mogą kosztować około 320 £ za litr, ale celem jest obniżenie tego kosztu do mniej niż 0,20 £ za litr [1].Firmy poczyniły już postępy, przechodząc na systemy produkcji bez surowicy, udowadniając, że dostarczanie składników odżywczych bez udziału zwierząt jest nie tylko możliwe, ale także opłacalne komercyjnie.
Jednak zwiększenie skali produkcji wprowadza nowe wyzwania. Na przykład, bioreaktory na dużą skalę muszą utrzymywać sterylność i zapewniać jednolite dostarczanie tlenu - problemy, które wymagają innowacyjnych rozwiązań inżynieryjnych. Przejście branży na składniki spożywcze, jak pokazuje specjalistyczny zakład Nutreco uruchomiony w 2024 roku [23], podkreśla zaangażowanie w zrównoważone zwiększanie skali.
Dostarczanie składników odżywczych pozwala również producentom na precyzyjne dostosowywanie profili odżywczych i cech sensorycznych, torując drogę do zdrowszych i bardziej atrakcyjnych produktów. Prawdziwym wyzwaniem jest jednak nie tylko eliminacja składników pochodzenia zwierzęcego, ale także zrobienie tego w sposób przystępny cenowo, jednocześnie udoskonalając formuły w celu maksymalizacji wydajności [1].
Jak omówiono, dostarczanie składników odżywczych jest kluczowym elementem wzrostu komórek, jakości produktu i skalowalności. Aby sprostać tym wymaganiom, współpraca między badaczami, producentami i regulatorami jest niezbędna. Dzięki wspólnym działaniom branża może opracować opłacalne i skalowalne systemy dostarczania składników odżywczych, które spełniają surowe normy bezpieczeństwa i są zgodne z oczekiwaniami konsumentów. Podstawy zostały już położone; teraz chodzi o budowanie infrastruktury wspierającej rosnący apetyt na zrównoważone białko.
FAQs
Jakie wyzwania pojawiają się przy dostarczaniu tlenu do komórek mięsa hodowlanego i jak są one pokonywane?
Dostarczanie tlenu do komórek mięsa hodowlanego stwarza unikalne wyzwania. Gęste struktury komórkowe często ograniczają efektywność dyfuzji tlenu, a techniki mieszania mające na celu poprawę transferu tlenu mogą czasami zamiast tego szkodzić komórkom.
Aby sprostać tym wyzwaniom, badacze badają nowatorskie rozwiązania. Obejmują one zaawansowane projekty bioreaktorów, które poprawiają dystrybucję tlenu oraz specjalistyczne nośniki tlenu, aby zapewnić komórkom tlen niezbędny do prawidłowego wzrostu. Te działania torują drogę do bardziej efektywnego i zrównoważonego podejścia do produkcji mięsa hodowlanego.
Jakie są korzyści z przejścia na pożywki bez surowicy, klasy spożywczej w produkcji mięsa hodowlanego?
Przejście na pożywki bez surowicy, klasy spożywczej w produkcji mięsa hodowlanego niesie ze sobą kilka istotnych korzyści. Po pierwsze, obniża koszty produkcji poprzez wyeliminowanie potrzeby stosowania drogiej surowicy pochodzenia zwierzęcego - historycznie jednej z najdroższych części procesu. Ta zmiana sprawia, że mięso hodowlane staje się bardziej przystępne cenowo i łatwiejsze do skalowania, torując drogę do dotarcia do większej liczby osób.
Ale na tym korzyści się nie kończą.Ta zmiana również jest zgodna z etycznymi i przyjaznymi dla środowiska praktykami. Eliminując składniki pochodzenia zwierzęcego, wspiera produkcję wolną od okrucieństwa, jednocześnie zmniejszając wpływ na środowisko. Ponadto, mięso hodowane w ten sposób jest wolne od antybiotyków, oferując czystszy, bardziej etyczny wybór białka dla tych, którzy dbają o to, co znajduje się na ich talerzu i jak się tam znalazło.
Jakie są różnice między systemami wsadowymi, fed-batch i perfuzyjnymi w produkcji mięsa hodowanego i jak wpływają one na skalowalność?
Metoda dostarczania składników odżywczych do komórek jest kluczowym czynnikiem wzrostu i wydajności produkcji mięsa hodowanego. Przyjrzyjmy się głównym podejściom:
- Systemy wsadowe: Polegają na dodaniu wszystkich niezbędnych składników odżywczych na początku. Choć są proste, mają wadę - składniki odżywcze zużywają się z czasem, co ogranicza wzrost komórek.
- Systemy fed-batch: W tym przypadku świeże składniki odżywcze są dodawane w odstępach czasu podczas procesu hodowli. Takie podejście wspiera wyższe gęstości komórek i wydajności, co czyni je bardziej praktyczną opcją do zwiększania produkcji.
- Systemy perfuzyjne: Te systemy ciągle dostarczają składniki odżywcze, jednocześnie usuwając odpady. Taka konfiguracja pozwala na jeszcze większe gęstości komórek i spójną jakość produktu. Jednak wiąże się to z większą złożonością i wyższymi kosztami.
Jeśli chodzi o produkcję na dużą skalę, systemy fed-batch i systemy perfuzyjne są często preferowane, ponieważ utrzymują wyższe poziomy produktywności i są lepiej dostosowane do użytku komercyjnego. Niemniej jednak, wybór między tymi systemami ostatecznie zależy od znalezienia odpowiedniej równowagi między skalowalnością, złożonością a kosztami.
