27.03.2024 I Angesichts der Fortschritte in der Industrie für alternative Proteine gewinnen hocheffiziente Produktionsmethoden zunehmend an Bedeutung. Als Vorreiter kann die Perfusionstechnologie die Zellkultivierung und Präzisionsfermentation für New Food produktiver und ressourceneffizienter machen. Diese Verbesserungen sind entscheidend, um die Herstellung alternativer Proteine skalierbarer und kostengünstiger zu gestalten.

GEA präsentierte diese innovative Technologie auf der Anuga FoodTec. Eingebettet in eine Perfusionsplattform bestehend aus dem Bioreaktor GEA Axenic P und dem Einwegseparator GEA kytero, die speziell für aseptische Pilotprojekte entwickelt wurde.

Skalierungshürden für New Food senken

Die Perfusionstechnologie trennt Zellen von der verbrauchten Nährlösung und erhöht so die Dichte lebender Zellen sowie die Produktivität.

„Wir sehen in der Perfusion eine der aussichtsreichsten Technologien, weil sie die Produktionskosten für alternative Proteine an ganz verschiedenen Stellen senkt“, sagt Tatjana Krampitz, Leiterin des Technologiemanagements New Food, GEA. „Aktuell benötigt der Markt vor allem schnell einsatzbereite, zuverlässige Pilotanlagen, die industriellen Standards entsprechen. Unsere Einwegseparatoren ermöglichen es gerade Startups, unter sterilen Bedingungen zu arbeiten und so eine große Herausforderung zu bewältigen.“

In Zukunft verspricht die Wiederaufbereitung von Medien, die durch Perfusion abgetrennt wurden, eine noch effizientere und nachhaltigere Produktionsweise.

Zellwachstum fördern

Um ein gesundes und hohes Zellwachstum in Bioreaktoren zu stimulieren, müssen wachstumshemmende Metabolite wie Ammonium und Laktat aus dem Nährmedium entfernt werden. Die Perfusionstechnologie erlaubt es, einen Teil der verbrauchten Nährlösung kontinuierlich steril abzutrennen. Die konzentrierte Zelllösung wird in den Bioreaktor zurückgeführt, während das entfernte durch frisches, nährstoffreiches Medium ersetzt wird. Dieser Prozess hält die Kulturen dauerhaft unter optimalen Wachstumsbedingungen und sichert eine reproduzierbare Produktqualität – ein wichtiger Aspekt für die gesetzliche Zulassung von neuartigen Nahrungsmitteln. Insgesamt verbessert die Perfusion die Produktivität und Zelldichte im Vergleich zu herkömmlichen Batch- und Fed-Batch-Verfahren erheblich.

Einwegseparator ist Schlüssel für Pilotierungsprozesse

Der Single-Use-Separator GEA kytero ist ein wesentlicher Bestandteil der Perfusionsplattform von GEA.

„Für Startups, die ihre Produktideen mit eigenen Zelllinien erst validieren müssen, ist der kytero ein Schlüssel zum Erfolg“, ergänzt Rüdiger Göhmann, Product Manager Pharma/Chemicals/New Food, Business Unit Separators, bei GEA. „Diese Unternehmen verfügen noch nicht über die für eine ausgefeilte Prozessinfrastruktur erforderlichen Reinigungs- und Sterilisationsmöglichkeiten. Dabei ist aseptisches Arbeiten entscheidend für zuverlässige Ergebnisse. Unser Einmalseparator hingegen kommt ohne SIP- und CIP-Verfahren aus.“

Der bereits in der Pharmaindustrie etablierte GEA kytero schließt diese Entwicklungslücke.

Effizienz und Nachhaltigkeit der New-Food-Produktion steigern

Tatjana Krampitz unterstreicht die Bedeutung der Perfusionstechnologie für eine nachhaltigere Produktion alternativer Proteine:

„Würden wir die Nachfrage nach Produktionskapazitäten für New Food 1:1 in konventionelle Prozesslinien umsetzen, stünden wir vor enormen Anlagen. Durch Perfusion können wir Zellen auf viel kleinerem Raum wachsen lassen. Langfristig ist diese Technologie wegweisend, um die Größen von Bioreaktoren und damit den Verbrauch von Edelstahl sowie von Nähr- und Reinigungsmedien zu reduzieren.“

Experten schätzen, dass durch Perfusion ein Zehntel der Größe der Prozesstechnologien – sowohl bei Bioreaktoren als auch im Hinblick auf Medien und Platzbedarf – eingespart wird.

Innovationsfelder Bioreaktorentwicklung und Medienaufbereitung

Für GEA ist Perfusion ein wichtiges Feld für den gesamten Upstream- und Downstream-Prozess. Weil dadurch sowohl Bioreaktoren als auch der Materialfluss kontinuierlich über die gesamte Prozesskette laufen, optimiert sich ebenfalls die Anlagenauslastung.

Zudem bietet diese Technologie ein großes Potenzial für die Wiederaufbereitung von Medien, einem erheblichen Kostenfaktor in der Produktion von New Food und damit der Endprodukte. Die Wiederverwendung und Aufreinigung der Medien würde einen wesentlichen Meilenstein auf dem Weg zur Preisparität zwischen konventionellen und neuartigen Lebensmitteln darstellen.