Carne coltivata è cresciuta da cellule animali in un laboratorio, non in una fattoria. Per crescere, queste cellule hanno bisogno di nutrienti forniti attraverso un sistema controllato. Ecco come funziona:
- Sistemi di consegna dei nutrienti: Le cellule hanno bisogno di un mix di glucosio, amminoacidi, sali e vitamine per sopravvivere, moltiplicarsi e formare muscoli, grasso e tessuto connettivo. Questi sono forniti attraverso un liquido chiamato mezzo di coltura cellulare.
- Componenti chiave: Il mezzo include nutrienti di base (come glucosio e amminoacidi) e additivi (come fattori di crescita e ormoni) per guidare la crescita e lo sviluppo delle cellule.
- Problemi di costo: Tradizionalmente, il mezzo rappresentava il 55–95% dei costi, ma le opzioni senza siero e di grado alimentare ora costano meno di £0.76 per litro, con l'obiettivo di ridurre questo a £0.19 per litro.
- Metodi di crescita: Le cellule crescono su microcarrier (piccole perle) in sospensione o su impalcature in strutture 3D, imitando ambienti naturali.
- Sistemi di Produzione: I nutrienti vengono forniti in sistemi batch, fed-batch o di perfusione, ciascuno con compromessi in termini di costo, efficienza e scalabilità.
- Fornitura di Ossigeno: L'ossigeno è fondamentale per la crescita cellulare ma difficile da fornire in colture dense. Le soluzioni includono l'uso di proteine leganti l'ossigeno per migliorare l'efficienza.
Perché è Importante: La fornitura di nutrienti influisce sul costo, qualità, sapore e sicurezza della carne coltivata. I progressi nei media senza siero, negli ingredienti di qualità alimentare e nei sistemi scalabili stanno rendendo la produzione più accessibile ed efficiente.
| System | Cost (£/kg) | Capital (£M) | Reactor Volume (m³) | Yield (kTA) | Advantage | Challenge |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Batch | £30 | £262 | 649 | 6.8 | Costi inferiori | Volumi del reattore più grandi |
| Perfusion | £41 | £530 | 197 | 6.9 | Maggiore densità cellulare | Necessità di attrezzature complesse |
Conclusione: L'industria sta migliorando rapidamente i sistemi di consegna dei nutrienti per rendere la carne coltivata più accessibile e scalabile, mantenendo qualità e sicurezza.
Componenti Chiave del Terreno di Coltura Cellulare
Il terreno di coltura cellulare è composto da due elementi principali: terreno basale e additivi specializzati. Il terreno basale fornisce i nutrienti essenziali di cui le cellule hanno bisogno per sopravvivere, mentre gli additivi - come fattori di crescita e ormoni - aiutano le cellule a moltiplicarsi e formare tessuti [1].
Terreno Basale: La Fondazione Nutrizionale
Il terreno basale è essenzialmente una soluzione tamponata contenente glucosio, sali, vitamine e amminoacidi essenziali [1]. Il glucosio serve come principale fonte di energia ed è tipicamente utilizzato in concentrazioni che vanno da 5.5 a 55 mM [2]. Secondo Eagle's Minimum Essential Medium, 13 amminoacidi sono considerati essenziali in vitro, anche se questi differiscono da quelli richiesti dalle cellule negli organismi viventi [2].
I componenti inorganici, inclusi macro- e micro-nutrienti, sono misurati con cura per soddisfare le esigenze cellulari [5]. Anche elementi minori come lipidi e antiossidanti svolgono un ruolo nel supportare la salute cellulare. Una volta che questi nutrienti fondamentali sono in atto, il passo successivo prevede la guida dello sviluppo cellulare con fattori di crescita.
Fattori di Crescita e Additivi
Le cellule nella produzione di carne coltivata necessitano di più della semplice nutrizione di base - richiedono anche segnali per crescere, moltiplicarsi e svilupparsi in tessuti. I fattori di crescita e gli ormoni forniscono questi segnali, garantendo il corretto funzionamento cellulare, l'integrità strutturale e la differenziazione [8].I fattori di crescita frequentemente utilizzati includono:
- Fattore di Crescita dei Fibroblasti (FGF)
- Fattori di Crescita Insulino-simili (IGF-1 e IGF-2)
- Fattore di Crescita Trasformante-beta (TGF-β)
- Fattore di Crescita Derivato dalle Piastrine (PDGF)
- Fattore di Crescita degli Epatociti (HGF) [8]
Il costo di questi additivi è stato storicamente una sfida, ma i recenti progressi li stanno rendendo più accessibili. Ad esempio, uno studio del 2024 in Cell Reports Sustainability ha mostrato un progresso in cui le cellule satelliti bovine immortalizzate sono state ingegnerizzate per produrre il proprio FGF2, potenzialmente eliminando la necessità di costosi fattori di crescita esterni [9].
"Questi tipi di sistemi offrono il potenziale per ridurre drasticamente il costo della produzione di carne coltivata coinvolgendo le cellule stesse a lavorare con noi nei processi, richiedendo meno input esterni (ingredienti aggiunti) e quindi meno processi di produzione secondari per quegli input." – Andrew Stout, Ricercatore Principale [9]
Interessantemente, componenti non di carne come impalcature e fattori di crescita residui tipicamente rappresentano una piccola frazione - solo l'1% al 5% - del prodotto finale [7]. Questi sviluppi stanno aprendo la strada a media senza siero e di grado alimentare.
Passaggio a Media Senza Siero e di Grado Alimentare
Con la spinta per l'efficienza dei costi e pratiche etiche, l'industria si sta muovendo verso media senza siero e di grado alimentare.Questo cambiamento elimina la necessità di componenti derivati da animali come il siero fetale bovino (FBS), che è stato una preoccupazione importante a causa dei rischi etici e di contaminazione. I vantaggi finanziari sono chiari: Believer Meats ha dimostrato che i mezzi senza siero possono essere prodotti per soli £0.48 al litro, e ulteriori progressi potrebbero ridurre i costi a meno di £0.19 al litro [10] [1].
I componenti di grado alimentare offrono un'altra opportunità di riduzione dei costi. In media, sono l'82% più economici rispetto alle alternative di grado reagente quando acquistati su scala di 1 kg [10]. Sostituire gli ingredienti del mezzo basale con opzioni di grado alimentare potrebbe potenzialmente ridurre i costi di circa il 77% [10]. Anche le approvazioni normative stanno rafforzando questa tendenza.Ad esempio:
- Nel gennaio 2023, la Singapore Food Agency ha approvato il pollo coltivato senza siero di GOOD Meat.
- Nel gennaio 2024, il Ministero della Salute di Israele ha approvato il manzo coltivato senza siero di Aleph Farms.
- Nel luglio 2024, Meatly ha ricevuto l'approvazione del Regno Unito per il suo cibo per animali domestici coltivato [10].
Inoltre, Mosa Meat, in collaborazione con Nutreco, ha sostituito con successo il 99,2% del mangime basale per cellule in peso con componenti di grado alimentare, ottenendo una crescita cellulare paragonabile ai media di grado farmaceutico [10].
Passare a media di grado alimentare senza siero offre più che solo benefici economici. Affronta le preoccupazioni etiche, riduce il rischio di contaminazione, garantisce una qualità costante e semplifica la lavorazione a valle [2] [6] [11]. Questa transizione segna un passo avanti fondamentale per rendere la produzione di carne coltivata più efficiente e sostenibile.
Metodi per la Fornitura di Nutrienti alle Cellule di Carne Coltivata
Una volta definita la composizione del mezzo di coltura cellulare, la sfida successiva è capire come fornire efficacemente i nutrienti per sostenere la crescita cellulare. Il metodo utilizzato per la fornitura di nutrienti dipende in gran parte dal sistema di coltivazione e da come le cellule vengono coltivate. Sistemi diversi richiedono approcci specifici per garantire che le cellule ricevano il nutrimento necessario durante tutto il loro ciclo di crescita.
Colture in Sospensione e Aderenti
Nella produzione di carne coltivata, le cellule vengono generalmente coltivate utilizzando colture in sospensione o colture aderenti. Ogni metodo ha il proprio modo di fornire nutrienti.
Nelle colture in sospensione, i microcarrier - piccole sfere galleggianti - vengono utilizzati per fornire superfici per le cellule ancorate. Queste sfere aumentano la superficie disponibile per la crescita cellulare, consentendo densità cellulari più elevate. Mentre il mezzo circola attraverso il bioreattore, le cellule attaccate ai microcarrier assorbono i nutrienti direttamente dall'ambiente circostante. Aziende come Matrix Meats e Tantti Laboratory hanno persino sviluppato microcarrier commestibili per la produzione di carne coltivata. Questi carrier commestibili possono essere integrati direttamente nel prodotto finale, eliminando la necessità di un passaggio di separazione richiesto con i carrier non commestibili.
D'altra parte, le colture aderenti utilizzano impalcature per creare una struttura tridimensionale che imita l'ambiente naturale delle cellule all'interno del tessuto vivente. Queste impalcature devono essere biocompatibili e biodegradabili o commestibili, con proprietà meccaniche che supportano la crescita cellulare. La struttura 3D migliora il flusso di nutrienti e ossigeno in tutto il tessuto, replicando condizioni più vicine a quelle presenti negli organismi viventi.
Questi metodi influenzano come i nutrienti sono inizialmente distribuiti. Le colture in sospensione con microcarrier sono spesso ideali per l'espansione cellulare nelle fasi iniziali, mentre le colture aderenti con impalcature sono più adatte per la formazione e la differenziazione del tessuto nelle fasi successive della produzione.
Sistemi Batch, Fed-Batch e Perfusione
Il tempismo e il metodo di somministrazione dei nutrienti giocano un ruolo fondamentale nella crescita cellulare, nella qualità del prodotto e nei costi di produzione.La produzione di carne coltivata utilizza tipicamente uno dei tre sistemi:
| Sistema | Fornitura di Nutrienti | Vantaggi | Miglior Utilizzo Per |
|---|---|---|---|
| Batch | Tutti i nutrienti aggiunti all'inizio (sistema chiuso) | Semplice e veloce per esperimenti | Processi di coltura brevi e rapidi |
| Fed-Batch | Nutrienti forniti continuamente durante la crescita | Rese più elevate con maggiore flessibilità | Produzione ad alta densità e adattabile |
| Perfusione | Medio fresco aggiunto mentre i rifiuti vengono rimossi | Sostiene ambienti stabili e ad alta densità | Scenari di produzione a lungo termine e controllati |
Sistemi a lotti sono semplici: tutti i nutrienti vengono aggiunti all'inizio e non vengono effettuate ulteriori aggiunte. Questa semplicità li rende ideali per esperimenti rapidi, anche se spesso portano a rese di biomassa limitate.
I sistemi fed-batch comportano l'aggiunta graduale di nutrienti durante tutto il processo di coltivazione. Questo approccio può aumentare le rese complessive ma può anche portare a tempi di lavorazione più lunghi e all'accumulo di sottoprodotti che potrebbero inibire la crescita cellulare.
I sistemi di perfusione portano le cose un passo avanti. Il mezzo fresco viene continuamente fornito mentre i prodotti di scarto e le cellule morte vengono rimossi. Questo mantiene l'ambiente di coltura stabile e supporta alte densità cellulari per periodi prolungati, rendendolo particolarmente adatto per la produzione su larga scala.
La scelta del sistema dipende da fattori come il budget, gli obiettivi di produzione e l'equilibrio desiderato tra resa e qualità. Questa strategia di fornitura di nutrienti si collega naturalmente alla prossima sfida: la fornitura di ossigeno.
Consegna dell'ossigeno nei bioreattori
Fornire ossigeno in modo efficace è una delle sfide più grandi nella produzione di carne coltivata. La respirazione aerobica genera 19 volte più energia per molecola di glucosio rispetto alla fermentazione dell'acido lattico, rendendo l'ossigeno fondamentale per un metabolismo cellulare efficiente [12].
Tuttavia, i mezzi di coltura contengono molto meno ossigeno disciolto rispetto al sangue - circa 45 volte meno - creando un collo di bottiglia man mano che la densità cellulare aumenta [12]. Un'efficiente consegna dell'ossigeno, insieme alla rimozione dell'anidride carbonica, è quindi essenziale.
Metodi tradizionali di ossigenazione, come la miscelazione e la spargimento di gas, possono introdurre stress meccanico che danneggia le cellule. Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno esplorato l'uso di proteine leganti l'ossigeno come l'emoglobina per migliorare la consegna dell'ossigeno senza la necessità di una miscelazione aggressiva.Ad esempio, Hemarina, un'azienda specializzata in proteine leganti l'ossigeno, ha sviluppato HEMBoost per la fermentazione alimentare e HEMOXCell (da Alitta virens) per la coltura di cellule di mammifero. Gli studi hanno mostrato risultati promettenti; un esempio ha visto un aumento di 4,6 volte nella densità cellulare nelle cellule CHO quando è stato aggiunto HEMOXCell [12].
Diversi trasportatori di ossigeno hanno proprietà uniche. Le emoglobine dei mammiferi hanno mostrato risultati contrastanti nella coltura cellulare, mentre i fitoglobine delle piante, pur avendo una maggiore affinità per l'ossigeno, potrebbero non essere altrettanto efficaci per determinati processi nella produzione di carne coltivata.
È interessante notare che la fornitura di ossigeno deve essere attentamente regolata per soddisfare le esigenze delle cellule in diverse fasi. Ad esempio, le cellule muscolari scheletriche prosperano a livelli di ossigeno molto più bassi rispetto alle condizioni atmosferiche - pressioni parziali da 15 a 76 mmHg rispetto ai 160 mmHg a livello del mare [12].In alcuni casi, l'ipossia lieve può persino incoraggiare la proliferazione cellulare e migliorare il rinnovamento delle cellule satellite. Questo sottolinea l'importanza di personalizzare la fornitura di ossigeno per ottimizzare la crescita e lo sviluppo cellulare, complementando i metodi di fornitura di nutrienti discussi in precedenza.
Progressi e Sfide nella Fornitura di Nutrienti
I recenti progressi nei sistemi di fornitura di nutrienti stanno rimodellando l'industria della carne coltivata, offrendo modi per ridurre i costi e aumentare la produzione. Sebbene questi sviluppi siano promettenti, la strada verso il successo commerciale è ancora piena di sfide. I progressi nei media senza siero (SFM) e nelle tecnologie di scalabilità stanno rivoluzionando il modo in cui i nutrienti vengono forniti alle cellule, ma la produzione su larga scala continua a spingere i sistemi esistenti ai loro limiti.
Progressi nei Media Senza Siero e Riduzione dei Costi
Uno dei cambiamenti più significativi nella fornitura di nutrienti è stato l'abbandono del siero fetale bovino (FBS).I mezzi senza siero ora rappresentano almeno la metà dei costi operativi variabili nella produzione di carne coltivata [10]. Le aziende stanno trovando modi innovativi per ridurre questi costi. Ad esempio, Believer Meats è riuscita a produrre mezzi senza siero a soli $0,63 per litro sostituendo l'albumina e ottimizzando i componenti del mezzo [10].
Passare a componenti di grado alimentare si è rivelato anche un punto di svolta. La ricerca mostra che i componenti di grado alimentare sono, in media, l'82% più economici rispetto alle alternative di grado reagente su una scala di 1 kg [10]. Mosa Meat, in collaborazione con Nutreco, ha sostituito il 99,2% del suo nutrimento cellulare basale con componenti di grado alimentare, ottenendo una crescita cellulare paragonabile ai mezzi di grado farmaceutico [10].Allo stesso modo, Nutreco e Blue Nalu hanno dimostrato che le cellule muscolari del tonno rosso prosperano altrettanto bene sia in mezzi di grado alimentare che farmaceutico [10].
"Sostituire i componenti del mezzo basale con equivalenti di grado alimentare all'ingrosso potrebbe ridurre il costo del mezzo basale del 77%." – Liz Specht [10]
Tuttavia, i costi dei fattori di crescita rimangono un ostacolo importante. Ad esempio, quasi il 98% del costo del mezzo Essential 8 è legato a FGF-2 e TGF-β [10]. Per affrontare questo problema, aziende come BioBetter stanno esplorando metodi innovativi, come la produzione di fattori di crescita in piante di tabacco, con costi che si prevede scenderanno a $1 per grammo di proteina [10]. Le approvazioni normative in paesi come Singapore, Israele e il Regno Unito supportano ulteriormente questi progressi [10].
Scaling Up Nutrient Delivery Systems
Portare la consegna dei nutrienti dai laboratori alla produzione commerciale è una sfida complessa. Con i produttori che mirano a volumi di produzione di circa 300.000 libbre all'anno entro il 2027 [4], l'attenzione è rivolta a garantire una distribuzione uniforme dei nutrienti e una gestione efficiente dei rifiuti. Questi fattori influenzano direttamente sia la crescita cellulare che la qualità del prodotto finale.
Mantenere condizioni costanti in sistemi su larga scala è particolarmente difficile. I reattori a serbatoio agitato, ampiamente utilizzati per la loro scalabilità, spesso affrontano problemi come gradienti di ossigeno e stress da taglio, che possono interrompere la crescita cellulare con l'aumentare delle dimensioni del reattore [13].
Per affrontare queste sfide, il riciclo dei media e la lavorazione continua stanno guadagnando terreno.I bioreattori a perfusione, ad esempio, consentono la raccolta continua e la rimozione dei rifiuti mentre riciclano i media, migliorando l'efficienza e riducendo i costi [4]. Tuttavia, questi reattori sono più piccoli e più difficili da scalare rispetto ai sistemi a serbatoio agitato, creando compromessi tra efficienza operativa e capacità produttiva [4].
Anche il design delle strutture gioca un ruolo cruciale. I sistemi di elaborazione chiusi possono ridurre al minimo la necessità di camere bianche costose, ma richiedono sistemi avanzati di monitoraggio e controllo per mantenere la sterilità. Con l'evolversi del settore, le aziende si stanno specializzando sempre più in aree come lo sviluppo di media senza animali, la produzione di fattori di crescita e il design dei bioprocessi per migliorare la flessibilità e ridurre i costi [4][14].
Confronto delle Strategie di Somministrazione dei Nutrienti
La scelta della strategia di somministrazione dei nutrienti ha un impatto significativo sia sui costi che sulla scalabilità. Gli approcci comuni includono sistemi fed-batch, processi continui e sistemi di perfusione, ciascuno con il proprio insieme di compromessi.
| Sistema | Fed-Batch | Perfusione |
|---|---|---|
| Costo di Produzione | £30/kg | £41/kg |
| Investimento di Capitale Totale | £262M | £530M |
| Volume Totale del Bioreattore | 649 m³ | 197 m³ |
| Tasso di Produzione | 6.8 kTA | 6.9 kTA |
| Vantaggio Chiave | Costi di capitale inferiori | Maggiore densità cellulare |
| Principale Sfida | Volumi del reattore più grandi | Esigenze di attrezzature complesse |
I sistemi fed-batch sono più convenienti, con costi di produzione di circa £30/kg rispetto a £41/kg per i sistemi di perfusione [15]. Tuttavia, i sistemi di perfusione richiedono volumi del reattore molto più piccoli (197 m³ contro 649 m³) e possono raggiungere fino a quattro volte la resa di massa cellulare per volume del reattore [17]. D'altro canto, i sistemi di perfusione comportano costi di capitale più elevati, con un investimento totale che raggiunge circa £530M, inclusi £71M per attrezzature specializzate [15].
Per trovare un equilibrio tra costo e complessità, molte aziende stanno optando per prodotti ibridi che combinano carne coltivata con ingredienti a base vegetale, riducendo la massa cellulare richiesta [17]. Altri si stanno orientando verso prodotti cellulari indifferenziati o minimamente differenziati, che semplificano la fornitura di nutrienti [17].
"A causa dei requisiti specifici di ciascun tipo di cellula e prodotto, un bioprocesso universale e una soluzione di scaling potrebbero non essere fattibili. Di conseguenza, c'è una domanda di modelli tecno-economici aggiuntivi e dati sperimentali per perfezionare i bioprocessi per ciascun tipo di prodotto specifico." – The Good Food Institute [16]
Selezionare la giusta strategia di fornitura di nutrienti è fondamentale.Le aziende devono valutare i loro obiettivi di produzione, i target di costo e i requisiti del prodotto per trovare approcci che bilancino la scalabilità con la precisione necessaria per carne coltivata di alta qualità e sicura.
sbb-itb-c323ed3
Come la Fornitura di Nutrienti Influisce sulla Qualità e Sicurezza del Prodotto
La fornitura di nutrienti svolge un ruolo centrale nella formazione della carne coltivata. Influenza non solo la crescita cellulare, ma anche il sapore, la consistenza, il valore nutrizionale e la sicurezza del prodotto finale. Come discusso in precedenza nella discussione sui mezzi di coltura cellulare, avere un controllo preciso sulla fornitura di nutrienti consente ai produttori di perfezionare questi aspetti come mai prima d'ora.
Effetti sui Profili Nutrizionali e Sensoriali
La carne coltivata è spesso nutrizionalmente comparabile alla carne tradizionale, ma il suo processo di produzione offre un vantaggio unico: la capacità di modificare il mezzo di coltura cellulare per migliorare nutrienti specifici.Dana Hunnes, PhD, MPH, RD, una dietista clinica presso il Ronald Reagan UCLA Medical Center, evidenzia questo potenziale:
"In linea di principio, la carne coltivata è quasi nutrizionalmente identica alla carne allevata in fattoria o ranch. Ma con la carne coltivata, è possibile regolare il mezzo in cui le cellule viventi vengono coltivate per aggiungere determinate vitamine e nutrienti che potrebbero alterare, e forse migliorare, la sua qualità nutrizionale." [18]
Modificando l'apporto di nutrienti, i produttori possono regolare i livelli di proteine, i profili di amminoacidi e le composizioni di grassi, creando potenzialmente strutture di grassi più salutari rispetto a quelle della carne convenzionale. Tuttavia, mentre l'aggiunta di vitamine al mezzo potrebbe supportare la crescita cellulare, non è ancora chiaro se ciò si traduca in un aumento significativo del contenuto vitaminico nel prodotto finale [19].
Le qualità sensoriali della carne coltivata - il suo gusto, la sua consistenza e il suo aspetto - sono influenzate anche dalla somministrazione di nutrienti. Ad esempio, l'hamburger coltivato in laboratorio da Mark Post nel 2013 ha incorporato succo di barbabietola per il colore, zafferano e caramello per il sapore, e leganti per la consistenza [1]. Il panel di degustazione ha trovato l'hamburger leggermente secco, un problema legato al suo contenuto di grassi inferiore, illustrando come la somministrazione di nutrienti influisca direttamente sulla sensazione in bocca.
L'aspetto, in particolare il colore, presenta una sfida unica. Il tessuto muscolare coltivato appare spesso pallido a causa della soppressione dell'espressione della mioglobina in condizioni standard di ossigeno [1]. Quando è stato aggiunto metmioglobina, il risultato è stato una tonalità marrone che ricorda la carne cotta piuttosto che il rosso vibrante della carne fresca [1].
La complessità del sapore dipende fortemente dai composti generati durante la produzione.Ad esempio, la benzaldeide, un composto con un sapore di mandorla amara, è stata identificata nella carne coltivata, specialmente nei campioni contenenti cellule muscolari differenziate [22]. Allo stesso modo, la 2,5-dimetilpirazina, che conferisce un sapore simile a quello della carne di manzo arrostita, è apparsa solo nei campioni con cellule muscolari ben differenziate [22].
La consistenza rimane un ostacolo significativo. Le fibre muscolari coltivate in laboratorio tendono a presentare proteine embrionali o neonatali piuttosto che le proteine mature presenti nella carne tradizionale. Tecniche come la stimolazione elettrica o meccanica possono migliorare la qualità delle proteine aumentando il diametro delle miofibre, ma la scalabilità di questi metodi per la produzione commerciale è ancora in fase di studio [1].
Queste personalizzazioni in termini di nutrizione e qualità sensoriali evidenziano l'importanza di mantenere rigorosi protocolli di sicurezza, che vengono affrontati attraverso misure regolatorie.
Requisiti normativi per la consegna dei nutrienti
Il modo in cui i nutrienti vengono consegnati durante la produzione non influisce solo sulla qualità, ma incide direttamente sulla sicurezza. Questo rende la supervisione normativa una parte critica del processo. I rischi includono la potenziale contaminazione chimica dagli ingredienti del mezzo, dai materiali del bioreattore e dai residui lasciati durante la lavorazione [20].
La sterilità è una priorità assoluta. Il micoplasma, un batterio patogeno, si trova nel 5% al 35% delle linee cellulari in tutto il mondo [21], rendendo essenziali rigorosi controlli e disinfezioni. I bioreattori devono incorporare sistemi di sterilizzazione come le tecnologie steam-in-place e clean-in-place per mantenere condizioni asettiche [3].
L'industria si sta anche spostando verso mezzi senza siero, in parte per affrontare le preoccupazioni sulla sicurezza.Ad esempio, GOOD Meat è passata a un mezzo privo di siero per il suo pollo coltivato, ottenendo l'approvazione a Singapore all'inizio del 2023 [1]. Questa mossa riduce i rischi di contaminazione legati ai componenti di origine animale e si allinea con standard di sicurezza più rigorosi.
Il test dei residui chimici è un'altra area critica. Studi sulla carne convenzionale hanno rivelato residui di antibiotici - come ciprofloxacina e tetraciclina - a livelli superiori ai limiti raccomandati [3]. Allo stesso modo, i produttori di carne coltivata devono implementare protocolli di test rigorosi per rilevare residui provenienti da mezzi di crescita, antibiotici e altri prodotti chimici utilizzati durante la produzione.
Il monitoraggio della stabilità genetica è altrettanto importante. Nel tempo, mutazioni o deriva genetica nelle colture cellulari possono portare alla perdita di funzioni essenziali, ridotta qualità nutrizionale o addirittura cambiamenti potenzialmente dannosi.I controlli genetici regolari aiutano a garantire che le cellule coltivate mantengano le loro caratteristiche previste durante i cicli di produzione [3].
Il quadro normativo per la carne coltivata si sta evolvendo rapidamente. Nel 2022, UPSIDE Foods è diventata la prima azienda a ricevere l'approvazione della FDA per il suo pollo a base cellulare negli U.S. [20]. Singapore, Israele e il Regno Unito stanno anche avanzando nei loro processi di approvazione [10]. Tuttavia, linee guida complete che coprono tutti gli aspetti della produzione sono ancora in fase di sviluppo, richiedendo una stretta collaborazione tra ricercatori e organismi di regolamentazione [3].
Per supportare questi sforzi, le tecnologie digitali per la sicurezza alimentare stanno diventando fondamentali.Sistemi di monitoraggio avanzati integrati nei bioreattori possono rilevare la contaminazione in tempo reale, garantendo qualità costante e conformità alle normative [3].
Conclusione
La fornitura di nutrienti è al centro della crescita cellulare, del sapore, della consistenza e della sicurezza nella produzione di carne coltivata. Al centro di questo processo si trova il mezzo di coltura cellulare, che svolge un ruolo fondamentale nel plasmare il successo a breve termine dell'industria. Sia gli aspetti economici che tecnici della fornitura di nutrienti preparano il terreno per le opportunità e le sfide discusse qui.
Uno degli obiettivi più urgenti è ridurre il costo del mezzo. Le attuali formulazioni di grado medico possono costare circa £320 per litro, ma l'obiettivo è ridurre questo costo a meno di £0.20 per litro [1].Le aziende hanno già fatto progressi passando a sistemi di produzione senza siero, dimostrando che la fornitura di nutrienti senza animali non è solo possibile ma anche commercialmente fattibile.
Tuttavia, l'aumento della produzione introduce nuove sfide. I bioreattori su larga scala, ad esempio, devono mantenere la sterilità e garantire una distribuzione uniforme dell'ossigeno - problemi che richiedono soluzioni ingegneristiche innovative. Il passaggio dell'industria verso ingredienti di qualità alimentare, come dimostrato dalla struttura specializzata di Nutreco lanciata nel 2024 [23], evidenzia un impegno a crescere in modo sostenibile.
La fornitura di nutrienti consente anche ai produttori di perfezionare i profili nutrizionali e le qualità sensoriali, aprendo la strada a prodotti più sani e attraenti. La vera sfida, tuttavia, non è solo eliminare i componenti di origine animale, ma farlo in modo economico mentre si affinano le formulazioni per massimizzare la produttività [1].
Come discusso, la fornitura di nutrienti è un pilastro fondamentale per la crescita cellulare, la qualità del prodotto e la scalabilità. Per soddisfare queste esigenze, la collaborazione tra ricercatori, produttori e regolatori è fondamentale. Lavorando insieme, l'industria può sviluppare sistemi di fornitura di nutrienti economici e scalabili che rispettano rigorosi standard di sicurezza e si allineano con le aspettative dei consumatori. Le basi sono state gettate; ora si tratta di costruire l'infrastruttura per supportare il crescente appetito per le proteine sostenibili.
Domande frequenti
Quali sfide sorgono nel fornire ossigeno alle cellule di carne coltivata e come vengono superate?
Fornire ossigeno alle cellule di carne coltivata presenta sfide uniche. Le strutture cellulari dense spesso limitano la diffusione dell'ossigeno e le tecniche di miscelazione mirate a migliorare il trasferimento di ossigeno possono talvolta danneggiare le cellule.
Per affrontare questi ostacoli, i ricercatori stanno esplorando soluzioni all'avanguardia. Queste includono progetti di bioreattori sofisticati che migliorano la distribuzione dell'ossigeno e trasportatori di ossigeno specializzati per garantire che le cellule ricevano l'ossigeno necessario per una crescita adeguata. Questi sforzi stanno aprendo la strada a un approccio più efficiente e sostenibile alla produzione di carne coltivata.
Quali sono i vantaggi del passaggio a un mezzo senza siero e di grado alimentare nella produzione di carne coltivata?
Il passaggio a mezzi senza siero e di grado alimentare nella produzione di carne coltivata comporta alcuni importanti vantaggi. Per cominciare, riduce i costi di produzione eliminando la necessità di siero di origine animale costoso - storicamente una delle parti più costose del processo. Questo cambiamento rende la carne coltivata più accessibile e facile da scalare, aprendo la strada per raggiungere più persone.
Ma i benefici non si fermano qui. Questo cambiamento si allinea anche con pratiche etiche e rispettose dell'ambiente. Eliminando gli ingredienti di origine animale, supporta una produzione cruelty-free riducendo l'impatto ambientale. Inoltre, la carne coltivata prodotta in questo modo è priva di antibiotici, offrendo una scelta proteica più pulita ed etica per coloro che si preoccupano di ciò che hanno nel piatto e di come ci è arrivato.
Quali sono le differenze tra i sistemi batch, fed-batch e perfusione nella produzione di carne coltivata e come influenzano la scalabilità?
Il metodo di somministrazione dei nutrienti alle cellule è un fattore chiave nella crescita e nell'efficienza della produzione di carne coltivata. Analizziamo i principali approcci:
- Sistemi batch: Questi prevedono l'aggiunta di tutti i nutrienti necessari all'inizio. Sebbene siano semplici, hanno un lato negativo: i nutrienti si esauriscono nel tempo, il che limita la crescita delle cellule.
- Sistemi fed-batch: In questo caso, i nutrienti freschi vengono aggiunti a intervalli durante il processo di coltivazione. Questo approccio supporta densità cellulari e rese più elevate, rendendolo un'opzione più pratica per l'aumento della produzione.
- Sistemi di perfusione: Questi forniscono continuamente nutrienti rimuovendo anche i rifiuti. Questo setup consente densità cellulari ancora maggiori e una qualità del prodotto costante. Tuttavia, comporta una complessità aggiuntiva e costi più elevati.
Quando si tratta di produzione su larga scala, i sistemi fed-batch e i sistemi di perfusione sono spesso preferiti, poiché mantengono livelli di produttività più elevati e sono più adatti per l'uso commerciale. Detto ciò, la scelta tra questi sistemi dipende in ultima analisi dal trovare il giusto equilibrio tra scalabilità, complessità e costo.
