Pěstované maso se pěstuje z živočišných buněk v laboratoři, nikoli na farmě. K růstu tyto buňky potřebují živiny dodávané prostřednictvím kontrolovaného systému. Takto to funguje:
- Systémy dodávání živin: Buňky potřebují směs glukózy, aminokyselin, solí a vitamínů, aby přežily, množily se a tvořily svaly, tuk a pojivovou tkáň. Tyto látky jsou dodávány prostřednictvím kapaliny zvané médium pro buněčnou kulturu.
- Klíčové komponenty: Médium zahrnuje základní živiny (jako glukózu a aminokyseliny) a přísady (jako růstové faktory a hormony) k řízení růstu a vývoje buněk.
- Výzvy nákladů: Médium tradičně tvořilo 55–95 % nákladů, ale bezsérové, potravinářské možnosti nyní stojí méně než 0,76 £ za litr, s cílem snížit tuto cenu na 0,19 £ za litr.
- Metody růstu: Buňky rostou na mikronosičích (malé kuličky) v suspenzi nebo na nosičích ve 3D strukturách, napodobujících přirozené prostředí.
- Výrobní systémy: Živiny jsou dodávány v dávkových, fed-batch nebo perfuzních systémech, z nichž každý má kompromisy v nákladech, efektivitě a škálovatelnosti.
- Dodávka kyslíku: Kyslík je kritický pro růst buněk, ale je obtížné ho zajistit v hustých kulturách. Řešení zahrnují použití proteinů vázajících kyslík ke zlepšení efektivity.
Proč je to důležité: Dodávka živin ovlivňuje náklady, kvalitu, chuť a bezpečnost kultivovaného masa. Pokroky v médiích bez séra, potravinářských ingrediencích a škálovatelných systémech činí výrobu dostupnější a efektivnější.
| Systém | Náklady (Kč/kg) | Kapitál (KčM) | Objem reaktoru (m³) | Výnos (kTA) | Výhoda | Výzva |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Dávka | £30 | £262 | 649 | 6.8 | Nižší náklady | Větší objemy reaktorů |
| Perfúze | £41 | £530 | 197 | 6.9 | Vyšší hustota buněk | Komplexní potřeby vybavení |
Závěr: Průmysl rychle zlepšuje systémy dodávání živin, aby bylo možné pěstované maso učinit dostupnějším a škálovatelnějším při zachování kvality a bezpečnosti.
Klíčové komponenty médií pro buněčné kultury
Média pro buněčné kultury se skládají ze dvou hlavních prvků: bazální média a specializované přísady. Bazální média poskytují základní živiny, které buňky potřebují k přežití, zatímco přísady - jako růstové faktory a hormony - pomáhají buňkám množit se a tvořit tkáně [1].
Bazální média: Nutriční základ
Bazální média jsou v podstatě pufrovaný roztok obsahující glukózu, soli, vitamíny a esenciální aminokyseliny [1]. Glukóza slouží jako primární zdroj energie a obvykle se používá v koncentracích od 5,5 do 55 mM [2]. Podle Eagle's Minimum Essential Medium je 13 aminokyselin považováno za esenciální in vitro, i když se liší od toho, co buňky vyžadují v živých organismech [2].
Anorganické složky, včetně makro- a mikroživin, jsou pečlivě měřeny, aby splňovaly potřeby buněk [5]. Menší prvky jako lipidy a antioxidanty také hrají roli v podpoře zdraví buněk. Jakmile jsou tyto základní živiny zajištěny, dalším krokem je řízení vývoje buněk pomocí růstových faktorů.
Růstové faktory a přísady
Buňky v produkci kultivovaného masa potřebují více než jen základní výživu - také vyžadují signály pro růst, množení a vývoj do tkání. Růstové faktory a hormony poskytují tyto signály, zajišťují správnou funkci buněk, strukturální integritu a diferenciaci [8].Často používané růstové faktory zahrnují:
- Fibroblastový růstový faktor (FGF)
- Růstové faktory podobné inzulínu (IGF-1 a IGF-2)
- Transformující růstový faktor-beta (TGF-β)
- Růstový faktor odvozený z krevních destiček (PDGF)
- Hepatocytový růstový faktor (HGF) [8]
Náklady na tyto přísady byly historicky výzvou, ale nedávné pokroky je činí dostupnějšími. Například studie z roku 2024 v Cell Reports Sustainability představila průlom, kdy byly nesmrtelné satelitní buňky skotu upraveny tak, aby produkovaly vlastní FGF2, což by mohlo potenciálně eliminovat potřebu drahých externích růstových faktorů [9].
"Tyto druhy systémů nabízejí potenciál dramaticky snížit náklady na výrobu kultivovaného masa tím, že zapojí samotné buňky, aby s námi pracovaly v procesech, což vyžaduje méně externích vstupů (přidaných ingrediencí), a tím pádem méně sekundárních výrobních procesů pro tyto vstupy." – Andrew Stout, vedoucí výzkumník [9]
Zajímavé je, že ne-masové komponenty jako lešení a zbytkové růstové faktory obvykle tvoří jen malou část - pouze 1% až 5% - konečného produktu [7]. Tyto vývoje připravují cestu pro média bez séra a v potravinářské kvalitě.
Přechod na média bez séra a v potravinářské kvalitě
S tlakem na nákladovou efektivitu a etické praktiky se průmysl posouvá směrem k médii bez séra a v potravinářské kvalitě.Tento posun eliminuje potřebu složek živočišného původu, jako je fetální bovinní sérum (FBS), které bylo hlavním problémem kvůli etickým a kontaminačním rizikům. Finanční výhody jsou zřejmé: Believer Meats ukázal, že médium bez séra může být vyrobeno za pouhých 0,48 £ za litr, a další pokroky by mohly snížit náklady na méně než 0,19 £ za litr [10] [1].
Komponenty potravinářské kvality nabízejí další příležitost ke snížení nákladů. V průměru jsou o 82 % levnější než alternativy laboratorní kvality při nákupu v měřítku 1 kg [10]. Nahrazení složek bazálního média potravinářskými možnostmi by mohlo potenciálně snížit náklady o přibližně 77 % [10]. Regulační schválení také posilují tento trend.Například:
- V lednu 2023 Singapurská potravinová agentura schválila GOOD Meat's kultivované kuře bez séra.
- V lednu 2024 Ministerstvo zdravotnictví Izraele schválilo Aleph Farms' kultivované hovězí maso bez séra.
- V červenci 2024 Meatly obdrželo schválení ve Spojeném království pro své kultivované krmivo pro domácí zvířata [10].
Navíc Mosa Meat ve spolupráci s Nutreco úspěšně nahradilo 99,2 % krmiva pro bazální buňky podle hmotnosti složkami potravinářské kvality, čímž dosáhlo růstu buněk srovnatelného s médii farmaceutické kvality [10].
Přechod na média bez séra a potravinářské kvality nabízí více než jen ekonomické výhody.Řeší etické obavy, snižuje riziko kontaminace, zajišťuje konzistentní kvalitu a zjednodušuje následné zpracování [2] [6] [11]. Tento přechod představuje klíčový krok vpřed k efektivnější a udržitelnější produkci kultivovaného masa.
Metody dodávání živin buňkám kultivovaného masa
Jakmile je definováno složení média pro buněčnou kulturu, dalším úkolem je zjistit, jak efektivně dodávat živiny pro udržení růstu buněk. Metoda použitá pro dodávání živin do značné míry závisí na kultivačním systému a na tom, jak jsou buňky pěstovány. Různé systémy vyžadují specifické přístupy, aby bylo zajištěno, že buňky dostanou potřebnou výživu během celého růstového cyklu.
Suspenzní a adherentní kultury
Při výrobě kultivovaného masa se buňky obvykle pěstují buď pomocí suspenzních kultur, nebo adherentních kultur. Každá metoda má svůj vlastní způsob dodávání živin.
V suspenzních kulturách se používají mikronosiče - malé plovoucí kuličky - k poskytování povrchů pro buňky závislé na ukotvení. Tyto kuličky zvyšují povrchovou plochu dostupnou pro růst buněk, což umožňuje vyšší hustoty buněk. Jak médium cirkuluje skrz bioreaktor, buňky připojené k mikronosičům absorbují živiny přímo ze svého okolí. Společnosti jako Matrix Meats a Tantti Laboratory dokonce vyvinuly jedlé mikronosiče pro výrobu kultivovaného masa. Tyto jedlé nosiče mohou být integrovány přímo do finálního produktu, což eliminuje potřebu separačního kroku, který je vyžadován u nejedlých nosičů.
Na druhou stranu, adherentní kultury používají nosné struktury k vytvoření trojrozměrné struktury, která napodobuje přirozené prostředí buněk v živé tkáni. Tyto nosné struktury musí být biokompatibilní a buď biologicky rozložitelné, nebo jedlé, s mechanickými vlastnostmi podporujícími růst buněk. 3D struktura zlepšuje tok živin a kyslíku v celé tkáni, čímž napodobuje podmínky blízké těm, které se nacházejí v živých organismech.
Tyto metody ovlivňují, jak jsou živiny zpočátku distribuovány. Suspenzní kultury s mikronosiči jsou často ideální pro ranou fázi expanze buněk, zatímco adherentní kultury s nosnými strukturami jsou lépe vhodné pro tvorbu a diferenciaci tkání během pozdějších fází produkce.
Dávkové, Fed-Batch a Perfuzní systémy
Načasování a způsob dodávání živin hrají hlavní roli v růstu buněk, kvalitě produktu a nákladech na výrobu.Produkce kultivovaného masa obvykle využívá jeden ze tří systémů:
| Systém | Dodávka živin | Výhody | Nejlépe použitelné pro |
|---|---|---|---|
| Dávkový | Všechny živiny přidány na začátku (uzavřený systém) | Jednoduché a rychlé pro experimenty | Krátké, rychlé kultivační procesy |
| Fed-Batch | Živiny dodávány průběžně během růstu | Vyšší výnosy s větší flexibilitou | Vysoce hustá, přizpůsobitelná produkce |
| Perfúze | Čerstvé médium přidáváno, zatímco odpad je odstraňován | Podporuje stabilní, vysoce husté prostředí | Dlouhodobé, kontrolované produkční scénáře |
Dávkové systémy jsou jednoduché: všechny živiny jsou přidány na začátku a žádné další přídavky se neprovádějí.Tato jednoduchost je činí ideálními pro rychlé experimenty, i když často vedou k omezeným výnosům biomasy.
Fed-batch systémy zahrnují postupné přidávání živin během celého procesu kultivace. Tento přístup může zvýšit celkové výnosy, ale může také vést k delším dobám zpracování a hromadění vedlejších produktů, které by mohly inhibovat růst buněk.
Perfuzní systémy jdou ještě o krok dál. Čerstvé médium je neustále dodáváno, zatímco odpadní produkty a mrtvé buňky jsou odstraňovány. To udržuje stabilní prostředí kultury a podporuje vysoké hustoty buněk po delší dobu, což je činí zvláště vhodnými pro velkovýrobu.
Volba systému závisí na faktorech, jako je rozpočet, výrobní cíle a požadovaná rovnováha mezi výnosem a kvalitou. Tato strategie dodávání živin přirozeně souvisí s dalším problémem: dodávkou kyslíku.
Dodávka kyslíku v bioreaktorech
Efektivní dodávka kyslíku je jednou z největších výzev při produkci kultivovaného masa. Aerobní respirace generuje 19krát více energie na molekulu glukózy než fermentace kyseliny mléčné, což činí kyslík kritickým pro efektivní buněčný metabolismus [12].
Nicméně, kultivační média obsahují mnohem méně rozpuštěného kyslíku než krev - asi 45krát méně - což vytváří úzké hrdlo, jak se zvyšuje hustota buněk [12]. Efektivní dodávka kyslíku, spolu s odstraněním oxidu uhličitého, je proto nezbytná.
Tradiční metody okysličování, jako je míchání a provzdušňování plynem, mohou zavádět mechanický stres, který poškozuje buňky. Aby se tento problém vyřešil, výzkumníci zkoumali použití kyslík-vazebných proteinů, jako je hemoglobin, ke zlepšení dodávky kyslíku bez potřeby agresivního míchání.Například Hemarina, společnost specializující se na proteiny vázající kyslík, vyvinula HEMBoost pro fermentaci potravin a HEMOXCell (z Alitta virens) pro kultivaci savčích buněk. Studie ukázaly slibné výsledky; jeden příklad zaznamenal 4,6násobné zvýšení hustoty buněk v CHO buňkách, když byl přidán HEMOXCell [12].
Různí nosiči kyslíku mají jedinečné vlastnosti. Savčí hemoglobiny vykazovaly smíšené výsledky v buněčné kultuře, zatímco rostlinné fytoglobiny, i když mají vyšší afinitu ke kyslíku, nemusí být tak účinné pro určité procesy při produkci kultivovaného masa.
Zajímavé je, že dodávka kyslíku musí být pečlivě upravena tak, aby odpovídala požadavkům buněk v různých fázích. Například buňky kosterního svalstva prospívají při hladinách kyslíku mnohem nižších než atmosférické podmínky - parciální tlaky 15 až 76 mmHg ve srovnání se 160 mmHg na úrovni moře [12].V některých případech může mírná hypoxie dokonce podpořit proliferaci buněk a zlepšit obnovu satelitních buněk. To zdůrazňuje důležitost přizpůsobení dodávky kyslíku pro optimalizaci růstu a vývoje buněk, což doplňuje dříve diskutované metody dodávky živin.
Pokroky a výzvy v dodávce živin
Nedávné pokroky v systémech dodávky živin přetvářejí průmysl kultivovaného masa, nabízejí způsoby, jak snížit náklady a zvýšit produkci. I když jsou tyto vývoje slibné, cesta k obchodnímu úspěchu je stále plná výzev. Pokrok v médiích bez séra (SFM) a škálovacích technologiích revolučně mění způsob, jakým jsou živiny dodávány buňkám, ale velkovýroba nadále tlačí stávající systémy na jejich limity.
Pokrok v médiích bez séra a snižování nákladů
Jednou z nejvýznamnějších změn v dodávce živin byl odklon od fetálního bovinního séra (FBS).Bezsérová média nyní tvoří alespoň polovinu variabilních provozních nákladů na produkci kultivovaného masa [10]. Společnosti nacházejí inovativní způsoby, jak tyto náklady snížit. Například Believer Meats dokázala vyrobit bezsérové médium za pouhých 0,63 USD za litr nahrazením albuminu a doladěním složek média [10].
Přechod na složky potravinářské kvality se také ukázal jako zásadní změna. Výzkum ukazuje, že složky potravinářské kvality jsou v průměru o 82 % levnější než alternativy laboratorní kvality při měřítku 1 kg [10]. Mosa Meat ve spolupráci s Nutreco nahradila 99,2 % svého bazálního krmiva pro buňky složkami potravinářské kvality, čímž dosáhla růstu buněk srovnatelného s médii farmaceutické kvality [10].Podobně Nutreco a Blue Nalu prokázali, že svalové buňky tuňáka modroploutvého prosperují stejně dobře v potravinářském i farmaceutickém médiu [10].
"Nahrazení složek bazálního média hromadnými, potravinářskými ekvivalenty by mohlo snížit náklady na bazální média o 77 %." – Liz Specht [10]
Nicméně náklady na růstové faktory zůstávají hlavní překážkou. Například téměř 98 % nákladů na médium Essential 8 je spojeno s FGF-2 a TGF-β [10]. Aby se s tímto problémem vypořádaly, společnosti jako BioBetter zkoumají inovativní metody, jako je produkce růstových faktorů v tabákových rostlinách, přičemž se očekává, že náklady klesnou na 1 dolar za gram proteinu [10]. Regulační schválení v zemích jako Singapur, Izrael a Spojené království dále podporují tyto pokroky [10].
Škálování systémů dodávky živin
Škálování dodávky živin z laboratorních podmínek na komerční výrobu je složitá výzva. Výrobci se zaměřují na výrobní objemy kolem 300 000 liber ročně do roku 2027 [4], přičemž důraz je kladen na zajištění rovnoměrného rozložení živin a efektivní nakládání s odpady. Tyto faktory přímo ovlivňují jak růst buněk, tak kvalitu konečného produktu.
Udržování konzistentních podmínek ve velkých systémech je obzvláště obtížné. Míchané tankové reaktory, široce používané pro svou škálovatelnost, často čelí problémům, jako jsou gradienty kyslíku a smykového napětí, které mohou narušit růst buněk s rostoucí velikostí reaktoru [13].
Pro řešení těchto výzev získávají na popularitě recyklace médií a kontinuální zpracování.Perfuzní bioreaktory například umožňují kontinuální sklizeň a odstraňování odpadu při recyklaci média, což zlepšuje efektivitu a snižuje náklady [4]. Tyto reaktory jsou však menší a obtížněji škálovatelné ve srovnání s míchacími tankovými systémy, což vytváří kompromisy mezi provozní efektivitou a výrobní kapacitou [4].
Design zařízení také hraje klíčovou roli. Uzavřené zpracovatelské systémy mohou minimalizovat potřebu drahých čistých místností, ale vyžadují pokročilé monitorovací a řídicí systémy k udržení sterility. Jak se průmysl vyvíjí, společnosti se stále více specializují na oblasti jako vývoj médií bez živočišných složek, produkce růstových faktorů a návrh bioprocesů, aby zvýšily flexibilitu a snížily náklady [4][14].
Porovnání strategií dodávky živin
Volba strategie dodávky živin má významný dopad na náklady i škálovatelnost. Běžné přístupy zahrnují fed-batch systémy, kontinuální zpracování a perfuzní systémy, z nichž každý má své vlastní kompromisy.
| Systém | Fed-Batch | Perfúze |
|---|---|---|
| Výrobní náklady | £30/kg | £41/kg |
| Celková kapitálová investice | £262M | £530M |
| Celkový objem bioreaktoru | 649 m³ | 197 m³ |
| Rychlost výroby | 6.8 kTA | 6.9 kTA |
| Klíčová výhoda | Nižší kapitálové náklady | Vyšší hustota buněk |
| Hlavní výzva | Větší objemy reaktorů | Komplexní potřeby vybavení |
Systémy s dávkovým krmením jsou nákladově efektivnější, s výrobními náklady kolem 30 £/kg ve srovnání s 41 £/kg pro perfuzní systémy [15]. Nicméně, perfuzní systémy vyžadují mnohem menší objemy reaktorů (197 m³ versus 649 m³) a mohou dosáhnout až čtyřnásobného výtěžku buněčné hmoty na objem reaktoru [17]. Na druhou stranu, perfuzní systémy přinášejí vyšší kapitálové náklady, s celkovou investicí dosahující přibližně 530 milionů £, včetně 71 milionů £ na specializované vybavení [15].
Aby se dosáhlo rovnováhy mezi náklady a složitostí, mnoho společností volí hybridní produkty, které kombinují kultivované maso s rostlinnými ingrediencemi, čímž se snižuje potřebná buněčná hmota [17]. Jiné se posouvají směrem k nediferencovaným nebo minimálně diferencovaným buněčným produktům, které zjednodušují dodávku živin [17].
"Vzhledem ke specifickým požadavkům každého typu buněk a produktu nemusí být univerzální bioproces a řešení pro škálování proveditelné. V důsledku toho je poptávka po dalších techno-ekonomických modelech a experimentálních datech pro doladění bioprocesů pro každý specifický typ produktu." – The Good Food Institute [16]
Výběr správné strategie dodávky živin je kritický.Společnosti musí zvážit své výrobní cíle, cíle nákladů a požadavky na produkt, aby našly přístupy, které vyváží škálovatelnost s přesností potřebnou pro vysoce kvalitní a bezpečné kultivované maso.
sbb-itb-c323ed3
Jak dodávka živin ovlivňuje kvalitu a bezpečnost produktu
Dodávka živin hraje ústřední roli při formování kultivovaného masa. Ovlivňuje nejen růst buněk, ale také chuť, texturu, nutriční hodnotu a bezpečnost konečného produktu. Jak bylo zmíněno dříve v diskusi o médiích pro buněčné kultury, přesná kontrola nad dodávkou živin umožňuje výrobcům jemně doladit tyto aspekty jako nikdy předtím.
Účinky na nutriční a senzorické profily
Kultivované maso je často nutričně srovnatelné s tradičním masem, ale jeho výrobní proces nabízí jedinečnou výhodu: schopnost upravit médium pro buněčné kultury k posílení specifických živin.Dana Hunnes, PhD, MPH, RD, klinická dietoložka v Ronald Reagan UCLA Medical Center, zdůrazňuje tento potenciál:
"V zásadě je kultivované maso téměř nutričně identické s masem chovaným na farmě nebo ranči. Ale u kultivovaného masa můžete upravit médium, ve kterém se živé buňky pěstují, tak, aby obsahovalo určité vitamíny a živiny, které by mohly změnit a možná i zlepšit jeho nutriční kvalitu." [18]
Úpravou dodávky živin mohou výrobci upravit hladiny bílkovin, profily aminokyselin a složení tuků, což potenciálně vytváří zdravější tukové struktury ve srovnání s těmi v konvenčním mase. Nicméně, i když přidání vitamínů do média může podpořit růst buněk, zatím není jasné, zda to vede k znatelnému zvýšení obsahu vitamínů ve finálním produktu [19].
Senzorické vlastnosti kultivovaného masa - jeho chuť, textura a vzhled - jsou také formovány dodávkou živin. Například, Mark Postův laboratorně vypěstovaný burger z roku 2013 obsahoval řepnou šťávu pro barvu, šafrán a karamel pro chuť a pojiva pro texturu [1]. Degustační panel shledal burger mírně suchým, což je problém spojený s jeho nižším obsahem tuku, což ilustruje, jak dodávka živin přímo ovlivňuje pocit v ústech.
Vzhled, zejména barva, představuje jedinečnou výzvu. Kultivovaná svalová tkáň často vypadá bledě kvůli potlačené expresi myoglobinu za standardních kyslíkových podmínek [1]. Když byl přidán metmyoglobin, výsledkem byl hnědý odstín připomínající vařené hovězí maso spíše než živou červenou barvu čerstvého masa [1].
Komplexnost chuti je silně závislá na sloučeninách generovaných během výroby.Například benzaldehyd, sloučenina s chutí hořkých mandlí, byl identifikován v kultivovaném mase, zejména ve vzorcích obsahujících diferencované svalové buňky [22]. Podobně 2,5-dimethylpyrazin, který dodává chuť podobnou pečenému hovězímu, se objevil pouze ve vzorcích s dobře diferencovanými svalovými buňkami [22].
Textura zůstává významnou překážkou. V laboratoři pěstovaná svalová vlákna mají tendenci obsahovat embryonální nebo neonatální proteiny spíše než zralé proteiny nacházející se v tradičním mase. Techniky jako elektrická nebo mechanická stimulace mohou zlepšit kvalitu proteinů zvýšením průměru myofibril, ale škálování těchto metod pro komerční výrobu je stále předmětem zkoumání [1].
Tato přizpůsobení v oblasti výživy a senzorických vlastností zdůrazňují důležitost dodržování přísných bezpečnostních protokolů, které jsou řešeny prostřednictvím regulačních opatření.
Regulační požadavky na dodávku živin
Způsob dodávání živin během výroby neovlivňuje pouze kvalitu - přímo ovlivňuje bezpečnost. To činí regulační dohled kritickou součástí procesu. Rizika zahrnují potenciální chemickou kontaminaci z ingrediencí média, materiálů bioreaktoru a zbytků zanechaných během zpracování [20].
Sterilita je nejvyšší prioritou. Mykoplazma, patogenní bakterie, se nachází v 5 % až 35 % buněčných linií po celém světě [21], což činí důkladné testování a dezinfekci nezbytnými. Bioreaktory musí zahrnovat sterilizační systémy jako technologie sterilizace na místě a čištění na místě, aby se udržely aseptické podmínky [3].
Průmysl se také posouvá směrem k médiím bez séra, částečně k řešení bezpečnostních obav.Například, GOOD Meat přešlo na médium bez séra pro své kultivované kuře, což získalo schválení v Singapuru na začátku roku 2023 [1]. Tento krok snižuje rizika kontaminace spojená s komponenty živočišného původu a je v souladu s přísnějšími bezpečnostními standardy.
Testování chemických reziduí je další klíčovou oblastí. Studie o konvenčním mase odhalily rezidua antibiotik - jako ciprofloxacin a tetracyklin - na úrovních přesahujících doporučené limity [3]. Podobně musí producenti kultivovaného masa zavést přísné testovací protokoly k detekci reziduí z růstových médií, antibiotik a dalších chemikálií používaných během výroby.
Monitorování genetické stability je stejně důležité. V průběhu času mohou mutace nebo genetický drift v buněčných kulturách vést ke ztrátě základních funkcí, snížené nutriční kvalitě nebo dokonce potenciálně škodlivým změnám.Pravidelné genetické kontroly pomáhají zajistit, že kultivované buňky si během výrobních cyklů udržují své zamýšlené vlastnosti [3].
Regulační rámec pro kultivované maso se rychle vyvíjí. V roce 2022 se UPSIDE Foods stala první společností, která získala schválení FDA pro své kuřecí maso na bázi buněk v U.S. [20]. Singapur, Izrael a Spojené království také pokročily ve svých schvalovacích procesech [10]. Nicméně, komplexní pokyny pokrývající všechny aspekty výroby jsou stále vyvíjeny, což vyžaduje úzkou spolupráci mezi výzkumníky a regulačními orgány [3].
Na podporu těchto snah se digitální technologie pro bezpečnost potravin stávají nezbytnými.Pokročilé monitorovací systémy integrované do bioreaktorů mohou v reálném čase detekovat kontaminaci, což zajišťuje konzistentní kvalitu a dodržování předpisů [3].
Závěr
Dodávka živin je jádrem růstu buněk, chuti, textury a bezpečnosti při produkci kultivovaného masa. V jádru tohoto procesu leží médium pro kultivaci buněk, které hraje klíčovou roli při formování úspěchu tohoto odvětví v blízké budoucnosti. Ekonomické i technické aspekty dodávky živin vytvářejí prostor pro příležitosti a překážky, které jsou zde diskutovány.
Jedním z nejdůležitějších cílů je snížení nákladů na média. Současné lékařské formulace mohou stát kolem 320 £ za litr, ale cílem je snížit tuto cenu na méně než 0,20 £ za litr [1].Společnosti již učinily pokroky přechodem na systémy výroby bez séra, což dokazuje, že dodávání živin bez použití živočišných produktů je nejen možné, ale také komerčně proveditelné.
Nicméně, rozšíření výroby přináší nové výzvy. Velkokapacitní bioreaktory, například, musí udržovat sterilitu a zajistit rovnoměrné dodávání kyslíku - problémy, které vyžadují inovativní inženýrská řešení. Přechod průmyslu k ingrediencím potravinářské kvality, jak ukazuje specializované zařízení společnosti Nutreco spuštěné v roce 2024 [23], zdůrazňuje závazek k udržitelnému rozšiřování.
Dodávání živin také umožňuje výrobcům doladit nutriční profily a smyslové kvality, čímž se otevírá cesta k zdravějším a atraktivnějším produktům. Skutečnou výzvou však není jen postupné vyřazování složek živočišného původu, ale také to, jak to udělat cenově dostupně při zdokonalování formulací pro maximalizaci produktivity [1].
Jak bylo diskutováno, dodávka živin je základem růstu buněk, kvality produktů a škálovatelnosti. Abychom splnili tyto požadavky, je nezbytná spolupráce mezi výzkumníky, výrobci a regulátory. Společnou prací může průmysl vyvinout nákladově efektivní a škálovatelné systémy dodávky živin, které splňují přísné bezpečnostní standardy a odpovídají očekáváním spotřebitelů. Základy byly položeny; nyní jde o vybudování infrastruktury na podporu rostoucí poptávky po udržitelných proteinech.
Často kladené otázky
Jaké výzvy vznikají při dodávání kyslíku do buněk kultivovaného masa a jak jsou překonávány?
Dodávání kyslíku do buněk kultivovaného masa představuje jedinečné výzvy. Husté buněčné struktury často omezují, jak dobře může kyslík difundovat, a míchací techniky zaměřené na zlepšení přenosu kyslíku mohou někdy buňky poškodit.
Aby se vědci vypořádali s těmito překážkami, zkoumají nejmodernější řešení. Patří sem sofistikované návrhy bioreaktorů, které zlepšují distribuci kyslíku, a specializovaní nosiči kyslíku, které zajišťují, že buňky dostanou kyslík potřebný pro správný růst. Tyto snahy připravují cestu pro efektivnější a udržitelnější přístup k produkci kultivovaného masa.
Jaké jsou výhody přechodu na médium bez séra a potravinářské kvality v produkci kultivovaného masa?
Přechod na médium bez séra a potravinářské kvality v produkci kultivovaného masa přináší několik hlavních výhod. Za prvé, snižuje výrobní náklady odstraněním potřeby drahého séra odvozeného od zvířat - historicky jedné z nejdražších částí procesu. Tato změna činí kultivované maso dostupnějším a snadněji škálovatelným, což připravuje cestu k jeho dosažení pro více lidí.
Ale výhody tím nekončí.Tento posun také odpovídá etickým a ekologicky šetrným praktikám. Eliminací složek živočišného původu podporuje výrobu bez krutosti a zároveň snižuje dopad na životní prostředí. Navíc, kultivované maso vyrobené tímto způsobem je bez antibiotik, což nabízí čistší a etičtější volbu bílkovin pro ty, kteří se zajímají o to, co mají na talíři a jak se tam dostalo.
Jaké jsou rozdíly mezi dávkovými, fed-batch a perfuzními systémy v produkci kultivovaného masa a jak ovlivňují škálovatelnost?
Způsob dodávání živin buňkám je klíčovým faktorem růstu a efektivity produkce kultivovaného masa. Pojďme si rozebrat hlavní přístupy:
- Dávkové systémy: Tyto zahrnují přidání všech potřebných živin na začátku. Ačkoli jsou jednoduché, mají nevýhodu - živiny se časem vyčerpají, což omezuje, jak moc mohou buňky růst.
- Fed-batch systémy: Zde se během kultivačního procesu v intervalech přidávají čerstvé živiny. Tento přístup podporuje vyšší hustoty buněk a výnosy, což z něj činí praktičtější možnost pro rozšíření výroby.
- Perfuzní systémy: Tyto systémy nepřetržitě dodávají živiny a zároveň odstraňují odpad. Toto uspořádání umožňuje ještě větší hustoty buněk a konzistentní kvalitu produktu. Nicméně, přináší s sebou větší složitost a vyšší náklady.
Pokud jde o velkovýrobu, fed-batch a perfuzní systémy jsou často upřednostňovány, protože udržují vyšší úrovně produktivity a jsou lépe přizpůsobeny pro komerční použití. Nicméně, volba mezi těmito systémy nakonec závisí na nalezení správné rovnováhy mezi škálovatelností, složitostí a náklady.
