Uitdagingen bij het opschalen van precisiefermentatie

De opschaling van precisiefermentatie kent veel uitdagingen. Wageningen Food & Biobased Research (WFBR) heeft de expertise en technologie in huis voor de ontwikkeling van opschaalbare precisiefermentatie.

WFBR heeft al veel onderzoek gedaan naar precisiefermentatie en daarbij kennis en technologie ontwikkeld voor optimalisatie van precisiefermentatie. Het opschalen van precisiefermentatie is een kostbaar en risicovol proces. WFBR helpt bij de ontwikkeling van een opschaalbare precisiefermentatie. Het kennisinstituut kan daarnaast de smaak, functionaliteit en verteerbaarheid van het eiwitproduct uit de fermentatie in een vroeg stadium analyseren. Met die kennis kunnen start-ups investeerders overtuigen de opschaling van de precisiefermentatie te financieren. Dr. Laurice Pouvreau, expert in eiwitfunctionaliteit, vertelt meer over wat de WFBR kan betekenen.

Welke uitdagingen zien jullie bij het opschalen van precisiefermentatie?

"Opschalen van precisiefermentatie is zeker mogelijk, maar brengt een reeks aan uitdagingen met zich mee. Verschillende omstandigheden veranderen sterk bij de opschaling van labschaal naar grote schaal: de druk, zuurstoftoevoer, temperatuur, concentratie van het product en vervuiling door bijproducten. Door deze verschillen kan een deel van de micro-organismen afsterven en het proces verder vervuilen. Het resultaat van een opgeschaalde productie kan zo heel anders uitpakken dan de precisiefermentatie op labschaal. De hoeveelheid geproduceerd materiaal valt lager uit of de celresten en vervuiling beperken de functionaliteit van het eiwit of beïnvloeden de smaak.

We variëren bijvoorbeeld in zuurstofgehalte, temperatuur en nutriëntconcentraties en bekijken hoe die veranderingen het totale proces beïnvloeden

WFBR heeft verschillende methodologieën ontwikkeld, waardoor we vroeg inzicht krijgen in hoe opschaling de precisiefermentatie beïnvloedt. De eerste zijn high throughput screening methodes. Dat houdt in dat we op microschaal zoveel mogelijk verschillende omstandigheden testen, waarin de precisiefermentatie plaatsvindt. We variëren bijvoorbeeld in zuurstofgehalte, temperatuur en nutriëntconcentraties en bekijken hoe die veranderingen het totale proces beïnvloeden. In korte tijd kunnen we veel verschillende scenario’s testen.

Als het proces is opgeschaald, hebben we geavanceerde real-time monitoring tools om diezelfde omstandigheden gedurende het proces op verschillende plekken te meten. Door de screening op microschaal weten we welke procesomstandigheden het beste werken. Op basis van die kennis en de metingen van de procesomstandigheden gedurende het opgeschaalde proces kunnen we het proces sturen en optimaliseren."

Hoe kan WFBR helpen bij het opschalen van precisiefermentatie, terwijl er geen opschalingsfaciliteiten zijn?

"Voor opschaling naar een groter volume werken wij samen. De opschaling tot 100L kan bij WFBR, voor de verdere opschaling werken wij met partners met grotere faciliteiten. Denk hierbij bij aan de faciliteiten in Gent, Bio Base Europe Pilot Plant (BBE) of de Bio Process Pilot Facility in Delft.

Lees ook: Opschalingsfaciliteiten voor cellulaire landbouw in Ede en Maastricht

Wij kunnen in een vroeg stadium van de ontwikkeling data genereren over het eindproduct van de precisiefermentatie en de opschaalbaarheid. Ons advies is om te beginnen met het eindproduct in gedachten. Precisiefermentatie opschalen kost veel geld. Investeerders financieren graag een precisiefermentatie met een duidelijk stappenplan en bewezen toepassing van het eiwit. Een snel succesvol opgeschaald en gecommercialiseerd product betaalt zich eerder uit.

Het product moet op labschaal doen wat het als eindproduct uiteindelijk moet leveren. Bij WFBR kunnen wij de functionaliteit op kleine schaal analyseren en dit resultaat vertalen naar de toepassing in een daadwerkelijk eindproduct.

Smaakcomponenten identificeren

De tweede uitdaging is de smaak van een eiwit uit precisiefermentatie bepalen op labschaal. De Europese regelgeving zorgt voor beperkingen op de sensorische evaluatie van Novel foods in vroege ontwikkeling. Wij gebruiken geavanceerde analyse om smaakcomponenten te identificeren en vervolgens de smaak te beschrijven door een snuiftest.

De verteerbaarheid en voedingswaarde van een eiwit uit precisiefermentatie testen we met minimale hoeveelheden materiaal. Hierbij kijken we naar hoe het eiwit gevouwen is vergeleken met zijn dierlijke tegenhanger. We onderzoeken het geproduceerde eiwit ook op ontstekingsmarkers, oftewel delen die kunnen irriteren tijdens de vertering.

Op basis van de gemeten functionaliteit, smaak, verteerbaarheid en voedingswaarde weten we welke ontwikkelde eiwitten het meest veelbelovend zijn. Dat geeft richting aan de ontwikkeling van de precisiefermentatie en scheelt kosten en tijd."

Lees ook: Precisiefermentatie moet duidelijker worden met nieuwe definitie

Wat kan de kosten van de ontwikkeling van precisiefermentatie verder reduceren?

"Bewijs dat het uiteindelijke eiwit doet wat het moet doen is belangrijk, maar de productie moet ook kosteneffectief zijn. Drie proceskenmerken zijn belangrijk. Ten eerste titer, oftewel hoeveel eiwit geproduceerd wordt. Ten tweede: hoe snel een bepaalde hoeveelheid eiwit geproduceerd wordt. Ten derde, de opbrengst oftewel hoe efficiënt de invoer in het proces wordt omgezet in product. Alle drie deze kenmerken van het proces tegelijkertijd maximaliseren is lastig.

Vervolgens moet na de fermentatie de inhoud van het fermentorvat worden opgeschoond. Naast het eiwitproduct bevat het vat dan ook de microbiële massa, overgebleven nutriënten en eventuele bijproducten. De opschoning kan duur zijn. Een hoger titer betekent vaak lagere kosten voor opschoning, omdat de concentratie van eiwit hoog en de concentratie verontreiniging laag is. Als een beetje residu de gewenste smaak en functionaliteit sterk beïnvloedt, vallen de kosten van opschoning hoger uit. Wij kunnen deze twee elementen al vroegtijdig onderzoeken bij WFBR. Dat reduceert de risico’s en de kans op een precisiefermentatie met lage kosteneffectiviteit, bijvoorbeeld wanneer het eiwitproduct veel opschoning behoeft."

Lees ook: Scale-up Plant netwerk moet Noord-Brabant koploper maken in eiwittransitie

Hoe schatten jullie de kansen in voor de ontwikkeling van precisiefermentatie?

"Precisiefermentatie heeft nog veel ontwikkeling nodig, voordat het echt winstgevend gecommercialiseerd kan worden. Veel consumenten vinden precisiefermentatie eng. In eerste instantie kan gebruik in hybride producten uitkomst bieden. Hybride producten zijn nog herkenbaar voor consumenten en helpt met de acceptatie van die nieuwe technologie. Daarvoor moet de kostprijs nog wel lager.

Veel consumenten vinden precisiefermentatie eng. In eerste instantie kan gebruik in hybride producten uitkomst bieden

In de VS worden eiwitingrediënten toegepast in sportproducten. De pure, neutrale smaak is daar een voordeel én de producten worden voor een hogere prijs verkocht. Voor goedkopere producten kan een minder puur en daarmee goedkoper eiwitingrediënt uit precisiefermentatie uitkomst bieden. Op termijn, als meer pure producten uit precisiefermentatie succesvol zijn, kan gekeken worden naar toepassingen waarvoor ingrediënten met 70 á 80% eiwit voldoende zijn. De opschoning van het eiwitproduct is de duurste stap, dus minder puur product scheelt een hoop kosten. Een minder puur product kan ook in grotere volumes geproduceerd worden.

Op dit moment is precisiefermentatie slechts één van de gereedschappen voor een succesvolle eiwittransitie. Niet alleen doordat het relatief prijzig is. Plantaardige eiwitten bieden nog veel kansen om gezonde, minder bewerkte producten te maken die minder angst oproepen bij consumenten. Tegelijkertijd kan precisiefermentatie de hoeveelheid land nodig voor dierlijke voedselproductie helpen reduceren. Dat maakt de investering in de ontwikkeling van precisiefermentatie de moeite waard."

De opschaling van precisiefermentatie kent veel uitdagingen. Wageningen Food & Biobased Research (WFBR) heeft de expertise en technologie in huis voor de ontwikkeling van opschaalbare precisiefermentatie.

WFBR heeft al veel onderzoek gedaan naar precisiefermentatie en daarbij kennis en technologie ontwikkeld voor optimalisatie van precisiefermentatie. Het opschalen van precisiefermentatie is een kostbaar en risicovol proces. WFBR helpt bij de ontwikkeling van een opschaalbare precisiefermentatie. Het kennisinstituut kan daarnaast de smaak, functionaliteit en verteerbaarheid van het eiwitproduct uit de fermentatie in een vroeg stadium analyseren. Met die kennis kunnen start-ups investeerders overtuigen de opschaling van de precisiefermentatie te financieren. Dr. Laurice Pouvreau, expert in eiwitfunctionaliteit, vertelt meer over wat de WFBR kan betekenen.

Welke uitdagingen zien jullie bij het opschalen van precisiefermentatie?

"Opschalen van precisiefermentatie is zeker mogelijk, maar brengt een reeks aan uitdagingen met zich mee. Verschillende omstandigheden veranderen sterk bij de opschaling van labschaal naar grote schaal: de druk, zuurstoftoevoer, temperatuur, concentratie van het product en vervuiling door bijproducten. Door deze verschillen kan een deel van de micro-organismen afsterven en het proces verder vervuilen. Het resultaat van een opgeschaalde productie kan zo heel anders uitpakken dan de precisiefermentatie op labschaal. De hoeveelheid geproduceerd materiaal valt lager uit of de celresten en vervuiling beperken de functionaliteit van het eiwit of beïnvloeden de smaak.

We variëren bijvoorbeeld in zuurstofgehalte, temperatuur en nutriëntconcentraties en bekijken hoe die veranderingen het totale proces beïnvloeden

WFBR heeft verschillende methodologieën ontwikkeld, waardoor we vroeg inzicht krijgen in hoe opschaling de precisiefermentatie beïnvloedt. De eerste zijn high throughput screening methodes. Dat houdt in dat we op microschaal zoveel mogelijk verschillende omstandigheden testen, waarin de precisiefermentatie plaatsvindt. We variëren bijvoorbeeld in zuurstofgehalte, temperatuur en nutriëntconcentraties en bekijken hoe die veranderingen het totale proces beïnvloeden. In korte tijd kunnen we veel verschillende scenario’s testen.

Als het proces is opgeschaald, hebben we geavanceerde real-time monitoring tools om diezelfde omstandigheden gedurende het proces op verschillende plekken te meten. Door de screening op microschaal weten we welke procesomstandigheden het beste werken. Op basis van die kennis en de metingen van de procesomstandigheden gedurende het opgeschaalde proces kunnen we het proces sturen en optimaliseren."

Hoe kan WFBR helpen bij het opschalen van precisiefermentatie, terwijl er geen opschalingsfaciliteiten zijn?

"Voor opschaling naar een groter volume werken wij samen. De opschaling tot 100L kan bij WFBR, voor de verdere opschaling werken wij met partners met grotere faciliteiten. Denk hierbij bij aan de faciliteiten in Gent, Bio Base Europe Pilot Plant (BBE) of de Bio Process Pilot Facility in Delft.

Lees ook: Opschalingsfaciliteiten voor cellulaire landbouw in Ede en Maastricht

Wij kunnen in een vroeg stadium van de ontwikkeling data genereren over het eindproduct van de precisiefermentatie en de opschaalbaarheid. Ons advies is om te beginnen met het eindproduct in gedachten. Precisiefermentatie opschalen kost veel geld. Investeerders financieren graag een precisiefermentatie met een duidelijk stappenplan en bewezen toepassing van het eiwit. Een snel succesvol opgeschaald en gecommercialiseerd product betaalt zich eerder uit.

Het product moet op labschaal doen wat het als eindproduct uiteindelijk moet leveren. Bij WFBR kunnen wij de functionaliteit op kleine schaal analyseren en dit resultaat vertalen naar de toepassing in een daadwerkelijk eindproduct.

Smaakcomponenten identificeren

De tweede uitdaging is de smaak van een eiwit uit precisiefermentatie bepalen op labschaal. De Europese regelgeving zorgt voor beperkingen op de sensorische evaluatie van Novel foods in vroege ontwikkeling. Wij gebruiken geavanceerde analyse om smaakcomponenten te identificeren en vervolgens de smaak te beschrijven door een snuiftest.

De verteerbaarheid en voedingswaarde van een eiwit uit precisiefermentatie testen we met minimale hoeveelheden materiaal. Hierbij kijken we naar hoe het eiwit gevouwen is vergeleken met zijn dierlijke tegenhanger. We onderzoeken het geproduceerde eiwit ook op ontstekingsmarkers, oftewel delen die kunnen irriteren tijdens de vertering.

Op basis van de gemeten functionaliteit, smaak, verteerbaarheid en voedingswaarde weten we welke ontwikkelde eiwitten het meest veelbelovend zijn. Dat geeft richting aan de ontwikkeling van de precisiefermentatie en scheelt kosten en tijd."

Lees ook: Precisiefermentatie moet duidelijker worden met nieuwe definitie

Wat kan de kosten van de ontwikkeling van precisiefermentatie verder reduceren?

"Bewijs dat het uiteindelijke eiwit doet wat het moet doen is belangrijk, maar de productie moet ook kosteneffectief zijn. Drie proceskenmerken zijn belangrijk. Ten eerste titer, oftewel hoeveel eiwit geproduceerd wordt. Ten tweede: hoe snel een bepaalde hoeveelheid eiwit geproduceerd wordt. Ten derde, de opbrengst oftewel hoe efficiënt de invoer in het proces wordt omgezet in product. Alle drie deze kenmerken van het proces tegelijkertijd maximaliseren is lastig.

Vervolgens moet na de fermentatie de inhoud van het fermentorvat worden opgeschoond. Naast het eiwitproduct bevat het vat dan ook de microbiële massa, overgebleven nutriënten en eventuele bijproducten. De opschoning kan duur zijn. Een hoger titer betekent vaak lagere kosten voor opschoning, omdat de concentratie van eiwit hoog en de concentratie verontreiniging laag is. Als een beetje residu de gewenste smaak en functionaliteit sterk beïnvloedt, vallen de kosten van opschoning hoger uit. Wij kunnen deze twee elementen al vroegtijdig onderzoeken bij WFBR. Dat reduceert de risico’s en de kans op een precisiefermentatie met lage kosteneffectiviteit, bijvoorbeeld wanneer het eiwitproduct veel opschoning behoeft."

Lees ook: Scale-up Plant netwerk moet Noord-Brabant koploper maken in eiwittransitie

Hoe schatten jullie de kansen in voor de ontwikkeling van precisiefermentatie?

"Precisiefermentatie heeft nog veel ontwikkeling nodig, voordat het echt winstgevend gecommercialiseerd kan worden. Veel consumenten vinden precisiefermentatie eng. In eerste instantie kan gebruik in hybride producten uitkomst bieden. Hybride producten zijn nog herkenbaar voor consumenten en helpt met de acceptatie van die nieuwe technologie. Daarvoor moet de kostprijs nog wel lager.

Veel consumenten vinden precisiefermentatie eng. In eerste instantie kan gebruik in hybride producten uitkomst bieden

In de VS worden eiwitingrediënten toegepast in sportproducten. De pure, neutrale smaak is daar een voordeel én de producten worden voor een hogere prijs verkocht. Voor goedkopere producten kan een minder puur en daarmee goedkoper eiwitingrediënt uit precisiefermentatie uitkomst bieden. Op termijn, als meer pure producten uit precisiefermentatie succesvol zijn, kan gekeken worden naar toepassingen waarvoor ingrediënten met 70 á 80% eiwit voldoende zijn. De opschoning van het eiwitproduct is de duurste stap, dus minder puur product scheelt een hoop kosten. Een minder puur product kan ook in grotere volumes geproduceerd worden.

Op dit moment is precisiefermentatie slechts één van de gereedschappen voor een succesvolle eiwittransitie. Niet alleen doordat het relatief prijzig is. Plantaardige eiwitten bieden nog veel kansen om gezonde, minder bewerkte producten te maken die minder angst oproepen bij consumenten. Tegelijkertijd kan precisiefermentatie de hoeveelheid land nodig voor dierlijke voedselproductie helpen reduceren. Dat maakt de investering in de ontwikkeling van precisiefermentatie de moeite waard."