Kertakäyttöiset viljelyjärjestelmät ovat yhä yleisempiä verrattuna 10 vuoden takaiseen tuotantoon, jolloin sitä käytettiin kertaluonteisena tuotantona. “Klassisia” teräsfermentoreja käytetään kuitenkin edelleen niiden luotettavuuden ja kestävyyden sekä suunnittelun ja prosessien tärkeimpien teknisten standardien vuoksi.
Kertakäyttöisiä kulutustavaroita on myös käytetty laboratorioissa jonkin aikaa, koska se on kaupallisesti kätevää ja kohtuuhintaista. Lisäksi tutkimuskustannusten ja epätarkkojen tulosten huolenaiheet ovat todennäköisempiä kuin virhekustannukset. Tämä johtuu siitä, ettei asianmukaisia puhdistus- ja sterilointimääräyksiä ole noudatettu.
Jos sinulla on mahdollisuus skaalata prosessia, mutta syöttötiedoista on aina jonkinlaista pulaa, voi olla vaikeaa harkita kaikkia markkinoilla olevia vaihtoehtoja (arvokkaiden laitteiden ja prosessivaatimusten suhteen). Haluamme jakaa monivuotisen kokemuksemme, jonka aikana olemme luoneet kontakteja asiakkaisiimme ja analysoineet heidän tyytyväisyyttään erityyppisten fermentorien valinnassa käytössä olevien resurssien ja tietojen perusteella.
Seuraavassa osiossa (alla) kerromme ja tutkimme tiettyjen suunnittelujen päätoimintoja ja vertaamme niiden tärkeimpiä etuja ja haittoja.
Vertailtavat ominaisuudet
Kertakäyttöinen bioreaktori
Bioreaktori metallisuunnittelussa
Nimitys
Eläinsolujen viljely
Bakteeri, hiiva, rihmasienet, eläin- ja kasvisolut
Peruslaitteet
Suhteellisesti alhaisempi (samalta valmistajalta), mutta ei vähempää kuin 15–20 %. Joillekin valmistajille kustannus on korkeampi kuin “ei-kertakäyttöinen” versio.
Suhteellisesti korkeampi (samalta valmistajalta), mutta ei enempää kuin 15–20 %. Joillekin valmistajille kustannus on alhaisempi kuin “kertakäyttöinen” versio
Prosessin kulutustavarat
Osto vakiosarjan lisäksi, ylimääräiset kulutustavarat kullekin prosessin vaiheelle, otettava huomioon sekä toimitusketju että -aika
Vakiokulutustavarat
Energiankulutus
Bioreaktorin sterilisointivaihetta ei oteta huomioon
Korkeampi kuin kertakäyttöisiä järjestelmiä käyttäessä, koska bioreaktorin puhdistaminen ja sterilisointi vaaditaan
Teknologiseen prosessiin käytetty aika
Laitepuhdistusvaihetta on mahdotonta poistaa kokonaan tuote-erien välillä, mutta se on huomattavasti lyhyempi
Riippuu järjestelmäautomaation tasosta (CIP, SIP)
Edellytys
Hieman yksinkertaisempi, siivouspätevyyttä ei tarvita
Täydellinen menettely vaaditaan
Viljelmäsolujen loukkaantuminen sekoittamisen ja kuplimisen aikana (merkityksellinen vain eläinsolujen osalta)
Heikosti ilmaistu
Heikosti ilmaistu oikealla laiteparametrien valinnalla
Epätoivottujen aineiden poisto reaktorin seinistä
Kertakäyttöisten järjestelmien materiaalit tulisi valita varovasti. Ihannetapauksissa tulisi tehdä lisätutkimusta tämän tekijän vaikutuksesta tiettyyn prosessiin
Tarpeen valita oikea materiaali bioreaktorin valmistukseen. Lisätutkimusta ei vaadita niiden laajan sovellettavuuden ansiosta
Massasiirron ominaisuudet
Nämä riippuvat voimakkaasti bioreaktorin suunnittelusta. Kertakäyttöpusseissa ei ole kiinteitä seiniä, joiden vuoksi niiden muoto “kelluu” hieman, kunnes ne ovat täynnä, taitoksia voi muodostua
Massasiirron ominaisuudet mallinnetaan hyvin laitteen suunnitteluvaiheessa
Saastumisen potentiaali
Alhainen oikeaoppisella henkilöstökoulutuksella
Alhainen oikeaoppisella laitehuollolla ja henkilöstökoulutuksella
Kierrätys
Pilot-tuotannon mittakaavassa ja sitä korkeammalla on tarpeen ratkaista suurten kertakäyttöisten materiaalimäärien desinfiointiongelma ja noudattaa biologisia turvallisuusvaatimuksia
Tapahtuu vakiojärjestelmän mukaisesti. Desinfiointi tehdään suoraan reaktorissa ilman lisälaitteita (autoklaavat jne.)
Eläinsolut yleensä vaativat pidemmän kasvatusajan. Mitä pidempi prosessi, sitä korkeampi lopputuotteen saastuminen on. Tämän vuoksi valmistajat käyttävät usein mieluummin kertakäyttöisiä järjestelmiä korreloidessaan tuotteen lopullisia kustannuksia ja sadon saastuttamisen riskejä. Mutta kun tuotantoprosessissa on mukana pätevä organisaatio, joka käyttää “klassista” bioreaktoria, infektioriskit pienenevät erittäin alhaisiin tasoihin.
On myös otettava huomioon se, että itse reaktorin puhdistusvaihe kertakäyttöjärjestelmiä käyttäessä on minimoitu, mutta kysymys jätteiden käsittelystä viljelyn jälkeen on akuutimpi.
Kertakäyttöisten järjestelmien valmistajat väittävät, että ne ovat edullisempia pääomakustannusten osalta. Tämä toteamus on joskus totta, kun verrataan teräksisen ja “kertakäyttöisen” bioreaktorin hintoja samalta valmistajalta (eli teräsrungolle, takille ja ohjausyksikölle), mutta hintaero (jos mitään) on mitätön, koska se olisi noin 15–20 % hinnasta.
Samanaikaisesti nykyisten prosessikustannusten suhteen kertakäyttöiset järjestelmät ovat paljon kalliimpia, koska vain muutamalla yrityksellä on riittävät tekniset laitteet ja suunnittelupotentiaali tuottaa laadukkaita kertakäyttöisiä viljelyjärjestelmiä. Kertakäyttöisiä järjestelmiä käyttäessä on aina olemassa mahdollisuus, että viljelyn aikana ravinneliuokseen pääsee epähaluttuja aineita, mikä tarkoittaa lisäriskejä, jotka vähentävät prosessin tuottavuutta.
Tämän takia syntyy erillisiä materiaalien vaatimuksia. Kertakäyttöisten järjestelmien laatu on korkea. Bioreaktorin toimivan kertakäyttöisen osan tuotanto on kuitenkin kallista. Käy ilmi, että kertakäyttöisen bioreaktorin ostaminen jokaiselle uudelle tuotantojaksolle aiheuttaa merkittäviä kustannuksia. Lisäksi sen päätyöosa oikeuttaa itsensä, jos tämän “kulutustavaran” kustannus on alhaisempi kuin nykyiset fermentaatiokustannukset tai syklin tuotannon menetys.
Muita kertakäyttöjärjestelmien “sudenkuoppia” ovat:
- ennenäkemätön seisonta-aika tuotantoprosessissa lastin viivästymisen vuoksi tullissa;
- “kertakäyttöistä” bioreaktoria ei voida käyttää ilman kertakäyttöistä soluviljelypussia;
- jos tuotannossa on ennennäkemätön seisonta-aika, aikaisemmin ostetut materiaalit voivat vanheta, ja sen mukana myös valmistajan laatutakuu.
Riskinarvioinnin mukavuuden vuoksi tiivistimme nämä ja muut tekijät alla olevaan taulukkoon:
Jos otetaan kaikki tässä artikkelissa mainitut seikat, voidaan päätellä, että klassisiin fermentaatioprosesseihin teräsreaktorit ovat kustannustehokkaampia. Lisäksi eläinsolujen viljelyä varten prosessi on suunniteltava tarkoin ja kaikki riskit ja tuotantopotentiaali arvioitava ja otettava huomioon.
