Wel vlees, maar zonder dierenleed en met veel minder nadelige gevolgen voor het milieu. Dat is het idee achter de productie van kweekvlees. Meerdere prototypes zoals kweekkip, kweekzalm en hamburgers van kweekgehakt zijn op smaak getest en goed bevonden, maar om serieus impact te creëren moet het proces van labschaal naar pilotschaal en uiteindelijk naar commerciële schaal. En dat allemaal tegen een haalbare prijs. Alleen dan kan kweekvlees echt een alternatief bieden voor de huidige intensieve veeteelt. Voor singleusetechnologie ligt hier wellicht een mogelijkheid.

Reactorkeuze

De eerste kweekvleesproducten komen uiteraard uit petrischaaltjes, maar om op commercieel interessante schaal kweekvlees te produceren zijn bioreactoren met volumes van duizenden liters per stuk nodig. Dat brengt een heleboel aanvullende eisen met zich mee, bijvoorbeeld in relatie tot hittetransport, afschuifspanning en schuimontwikkeling. Dat zijn allemaal zaken waar een normale celkweeklaborant geen ervaring mee heeft. Om een bruikbare bioreactor voor kweekvleesproductie te bouwen is dus een interdisciplinaire aanpak nodig van celbiologen, scheikundig ingenieurs, werktuigbouwkundigen en bioprocestechnologen.

De ideale reactor hangt natuurlijk af van het gewenste proces

Voor grootschalige productie kun je uit een paar algemene types reactoren kiezen: batchreactor, semi-batchreactor, continue reactor en, in het geval van bioreactoren, een perfusiereactor. Alle reactortypes hebben hun eigen voor- en nadelen en subtypes. De ideale reactor hangt natuurlijk af van het gewenste proces. In een compleet kweekvleesproductieproces is wellicht een combinatie van verschillende reactoren de beste oplossing. De continu geroerde tankreactor (CSTR) is de meest gebruikte bioreactor om dierlijke cellen te kweken. In een CSTR kunnen de cellen vanwege het mechanisch roeren in suspensie groeien, terwijl de massaoverdracht van zuurstof hoog blijft.

Vissen

Naast het reactortype zijn er tal van variabelen die een bioproces beïnvloeden tijdens het opschalen, zoals massatransport, vorm en snelheid van de rotor en de hoeveelheid opgeloste zuurstof. Zuurstof is vaak het snelheidsbepalende substraat in een bioreactor, omdat celkweekmedia veel minder opgelost zuurstof kunnen vervoeren dan bloed. Je moet voortdurend de juiste hoeveelheid opgelost zuurstof aan het proces leveren om te voldoen aan de metabolische eisen van de kweekcellen. Cellen van diersoorten die bij lagere temperaturen leven, zoals vissen, hebben een andere zuurstoftoevoer nodig, omdat de oplosbaarheid van zuurstof bij lage temperatuur toeneemt. Te weinig of te veel opgeloste zuurstof zal de groei en de levensvatbaarheid van cellen drastisch beperken.

Wegwerpzakken

In biofarmaceutische industrie gaat de voorkeur uit naar geroerde tankreactoren in disposable singleusesystemen. Single-use bioreactoren hebben een aantal voordelen vergeleken met stalen reactoren. Er is geen hittesterilisatie nodig, waardoor de doorlooptijd lager is, het risico op kruiscontaminatie lager is en je bespaart op water, energie en sensorkosten. Dat maakt ze wellicht geschikt voor opschaalprocessen, maar de commerciële waarde van kweekvlees is lager dan die van medicijnen en single-use is voor deze toepassing waarschijnlijk niet economisch rendabel.

Je moet voortdurend de juiste hoeveelheid opgelost zuurstof aan het proces leveren

Singleusebioreactorzakken bestaan echter wel uit verschillende materiaallagen die aan strikte wettelijke normen moeten voldoen. De hoogwaardige batches die ermee worden gemaakt mogen immers niet verloren gaan. Bij lagere batchwaarde en regels voor voedselkwaliteit is er wellicht ruimte voor de ontwikkeling van wegwerpbioreactorzakken die economisch rendabel zijn voor kweekvleesproductie. Een ontwikkelaar moet de duurzaamheidswinst wat betreft water- en energieverbruik in dat geval afzetten tegen de toegenomen afvalproductie die singleusereactoren met zich meebrengen.

Flexibiliteit

Singleusecomponenten en -systemen bieden een extra voordeel tijdens deze ontwikkelingsfase van een productieproces. Ze bieden de mogelijkheid om eenvoudig verschillende processen uit te proberen zonder dat je voor elk van die processen dure apparatuur hoeft aan te schaffen. ‘Het plug-and-play principe van singleusetechnologie biedt hierbij flexibiliteit en tijdswinst’, zegt leverancier Hitma Single-Use in een van hun nieuwsberichten. ‘Daarnaast biedt het QA-, QC- en validatievoordelen.’ Volgens Hitma maakt het gebruik van singleusetechnologie het ontwikkelproces tot en met de productie flexibeler, veiliger en sneller. ‘Het is inspirerend om te zien hoe bedrijven binnen de cellulaire agricultuur met duurzame oplossingen willen meehelpen onze planeet voor iedereen leefbaar te houden.’