DDE - Höchste Ausbeute bei kultiviertem Fleisch
Kultiviertes Wachstum - Zusammenarbeit mit DDE
Der Bedarf von Fleisch zur Ernährung ist ungebrochen – und wächst weiter. Die Folgen für die Umwelt sind evident. Mit kultiviertem Fleisch auf Basis von tierischen Zellen gäbe es eine vielversprechende Alternative, wenn es denn wirtschaftlich hergestellt werden kann. Damit das gelingt, sind perfekt kontrollierte Fermentationsbedingungen und intelligent geführte Prozesse Voraussetzung. Eine Antwort darauf liefert D.D. Enterprises (DDE) aus Pune (Indien), die dank ihrem langjährigen Know-how mit Bioreaktoren eine neue Referenzmarke bei der Herstellung von Smart Proteins setzen.
An vorderster Front
Die konventionelle Fleischerzeugung wirkt sich stark auf das Klima und die Biodiversität aus. Zunehmend mehr Hersteller beschäftigen sich deshalb mit der Herstellung von kultiviertem Fleisch, das diese Probleme vermeidet. Gezüchtet wird dieses aus tierischen Zellen mit Hilfe von Bioreaktoren – ein Verfahren, das bislang hauptsächlich in der biopharmazeutischen Industrie Anwendung findet.
Das Unternehmen DDE mit Sitz in Pune, Indien, ist spezialisiert auf die Entwicklung, Konstruktion, Inbetriebnahme und Qualifizierung von sterilen Prozess-Skids für die biopharmazeutische Industrie. Die über 600 talentierten Forscher, Ingenieure, Techniker, Designer und Technologiespezialisten des Unternehmens lieferten zuverlässige Bioreaktorlösungen an führende Biopharmaunternehmen auf der ganzen Welt. Mit 46 Jahren Erfahrung und einer Erfolgsbilanz von über 1.000 erfolgreich durchgeführten Projekten leistet DDE nun Pionierarbeit bei der Entwicklung kosteneffizienter Smart-Protein-Lösungen für die aufstrebende New-Food-Industrie.
Schnell zum Ziel
Für ein Startup in Kalifornien entwickelten die Experten von DDE Seeding-Bioreaktoren mit einem Fassungsvermögen von 20, 200 und 2.000 Litern, sowie einen 10.000 Liter fassenden Produktions-Bioreaktor. „Dieser Bioreaktor zählt in der New-Food-Industrie aktuell zu den größten weltweit“, erklärt Ajay Dubey, Geschäftsführer von DDE.
Beeindruckend ist dabei nicht nur dessen Dimension. Auch die Produktionszeit von nur 6 Monaten sucht ihresgleichen. Üblich sind 16 –18 Monate: „Durch die Unterstützung von Bürkert konnten wir die Time-to-Market um 67 % reduzieren. Nicht einmal unser Kunde glaubte, dass das möglich ist – auch deshalb, weil sich kein anderes Unternehmen der Welt auf diesen kurzen Produktionszeitraum eingelassen hat. Hier war keine Standard-Lösung gesucht. Das Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema musste komplett neu entwickelt werden“, legt Dubey die Herausforderungen dar, und ergänzt: „Dank der einfachen Konfiguration, Kalibrierung und Bedienung der Bürkert-Produkte konnten wir auch den abschließenden Factory Acceptance Test sehr effizient durchführen.“
Hoher Kostendruck
Aus technischer Sicht ist die Fermentation in Bioreaktoren auch bei Smart Proteins kein Problem. Die Preise, zu denen gezüchtetes Fleisch aktuell herstellbar ist, sind jedoch noch viel zu hoch, erklärt der Geschäftsführer: „Wir sprechen hier in etwa vom Faktor 50 im Vergleich zu konventionell hergestelltem Fleisch. Der Fokus der ganzen Branche liegt deshalb
darauf, kultiviertes Fleisch deutlich effizienter herstellen zu können.“
Die Hersteller suchen deshalb händeringend nach neuen Lösungsansätzen, um die Produktausbeute zu erhöhen. Aber auch die Herstellkosten der Bioreaktoren selbst gilt es zu optimieren, um gezüchtetes Fleisch einer breiteren Masse zugänglich machen zu können. „Bioreaktoren werden heute nach den Standards der biopharmazeutischen Industrie gebaut. Das sind mit die höchsten, die es gibt. Bei Smart Proteins hingegen gelten die Anforderungen aus dem Lebensmittelbereich. Darum müssen wir Prozesse und Konzepte ganz anders definieren als bisher“, so Dubey zu den Hint ergründen.
„Durch die Unterstützung von Bürkert konnten wir die übliche Time-to-Market um 67 % reduzieren.“
Herausfordernde Skalierbarkeit
Schwierig gestaltet sich dabei jedoch, dass die New-Food-Industrie noch eine relativ neue Branche ist, und Standards und Erfahrungswerte, wie man sie beispielsweise aus der Pharmaindustrie kennt, noch nicht in vergleichbarem Maße vorhanden sind. „Vieles muss noch experimentell ermittelt werden. Hierfür sind skalierbare Lösungen gefragt. Und dabei sind die Bürkert-Produkte unschlagbar“, zeigt sich der DDE-Geschäftsführer begeistert. Beispielsweise war der optimale Gasdurchfluss zur Erreichung einer höchstmöglichen Produktausbeute noch in Entwicklung. Deshalb war eine Gasregelungslösung mit entsprechend hohem Stellbereich gefordert, die bei allen unterschiedlichen Reaktorgrößen den Durchfluss selbst bei extrem niedrigen Durchflussraten exakt hält. Für die präzise Regelung von Fermentergasen kommen deshalb kompakte, kalibrierbare Massendurchflussregler (MFCs) vom Typ 8741 zum Einsatz.
„Üblicherweise arbeiten wir bei Bioreaktoren mit Gasdurchflussraten bis 70 % bzw. Gasflusskoeffizienten von 1–2 vvm. Beim vorliegenden Projekt haben wir unserem Kunden Koeffizienten bis hinunter zu 0,1 vvm ermöglicht. Das sind in dieser Branche bislang unbekannte Niveaus“, so Ajay Dubey. Dafür verwendete DDE zwei parallele Gasregelkreisläufe. Ein eigens von Bürkert entwickelter Algorithmus wählt je nach benötigtem Durchfluss den passenden Regelkreislauf aus.
Die ausgezeichnete Mess- und Wiederholgenauigkeit der MFCs stellt überdies sicher, dass ein Rezept zuverlässig reproduziert werden kann, sobald ein entsprechend optimiertes Mischverhältnis zugrunde gelegt wird.
Hygienische Nährstoffdosierung
Für eine kontinuierlich sichere Nährstoffzuführung sorgt eine platzsparende und leichte Systemlösung bestehend aus dem Durchflussmesser FLOWave Typ 8098 und dem Regelventil Typ 2380 mit Stellungsregler. Auch hier war von Kundenseite mit Durchflüssen zwischen 1 und 100 l/min eine große Varianz gefordert. Die gewählte Lösung erlaubt eine präzise Dosierung auch bei sehr niedrigen Durchflüssen und dank CIP/SIP-Fähigkeit einen hygienisch sicheren Betrieb, erklärt der DDE-Geschäftsführer: „Im Vergleich zu peristaltischen Pumpen ist diese Lösung robust und lässt sich viel besser reinigen. Wir sprechen von über einer Million Zelllinien. Hier ist eine exzellente Reinigungsfähigkeit entscheidend. Die Blöcke und Membranventile von Bürkert verfügen über ein absolut steriles Design und weisen keine Toträume auf. Dadurch ist unser Kunde in der Lage, schneller neue Chargen zu produzieren ohne dabei Kreuzkontaminationen zu riskieren.“
Zuverlässiges Zellwachstum
Damit der Kultivierungsprozess der Zellen auch bei einem etwaigen Ausfall eines Analyse-Instruments nicht abbricht, entwickelte DDE gemeinsam mit Bürkert eine Redundanzlösung. „Hierfür sind die umfassenden Kommunikationsmöglichkeiten der Bürkert-Produkte sehr hilfreich. Dies ermöglicht es uns, schneller auf unerwünschte Veränderungen zu reagieren und die Prozessqualität zu erhöhen.“
Gemeinsame Optimierung
In einer transparenten, offenen Zusammenarbeit auf Augenhöhe haben DDE und Bürkert gemeinsam einen beeindruckenden Durchbruch für die Skalierung von New Food Produktionsprozessen erreicht. Und die Zusammenarbeit geht weiter, um noch effizientere Lösungen zu finden, mit denen die New-F ood-Industrie weiterwachsen kann, bekräftigt Ajay Dubey: „Die Fleischindustrie sucht nach kostengünstigeren und nachhaltigeren Alternativen zu konventionellen Bioreaktoren. Gemeinsam mit Bürkert erforschen wir Möglichkeiten zur Optimierung von Regelkreisen, welche die Anwendungsanforderungen erfüllen und die Prozesse effizienter automatisieren. Wir haben ehrgeizige Pläne für die Zukunft.“
