Biyo-teknoloji için gerçeklerle yüzleştirme kontrolü

Yeni Gıda ve Biyo-teknolojiye yönelik GEA Uygulama ve Teknoloji Merkezi’nde saat sabah 7’yi biraz geçiyor. Alarmlar temizlendi ve 500 litrelik biyo-reaktöre sahip sistem ilk kez sorunsuz bir şekilde çalışıyor. Ekip, geceyi kontrollerin ince ayarlarını yapmakla geçirdi. Şu an ekranda hiç kimsenin beklemediği bir değer görüntüleniyor.

Reaktördeki organizma, laboratuvar deneylerine göre neredeyse üç kat daha fazla ısı üretiyor. Soğutma sistemi zar zor kafi geliyor. Terminalde duran GEA Test Mühendisi Sofija Milošević serinkanlılığını koruyor, sensörleri kontrol ediyor ve kontrol parametrelerini ayarlıyor.

Ve daha sonra bu testin amacını özetliyor: “Bunu bir fabrikada değil de burada görüyor olmamız iyi bir şey.”

Avrupa bir pratik teste neden ihtiyaç duyuyor

Hannover’in güneyinde, Sarstedt’te yerleşik yeni GEA Uygulama ve Teknoloji Merkezi (ATC) ne bir teşhir salonu ne de bir yedek laboratuvardır. Burası test etme, veri toplama ve erken karar alma yeridir. Bir biyolojik konseptin sağlam endüstriyel bir prosese dönüşebilip dönüşemeyeceğinin netlik kazandığı bir yerdir. Bu, göründüğünden daha büyük bir adım. 

Örneğin, belirli amino asitler ve vitaminler de dahil olmak üzere Avrupa’da hayvan yetiştiriciliğinde kullanılan besinlerin büyük bir kısmı şu anda Çin’den geliyor. Bunun nedeni, Avrupa’nın prensip olarak bunları kendisinin üretememesi değil, laboratuvarda yapılan keşif ile fabrikada gerçekleşen üretim arasında bir uçurum olmasıdır. Şu ana kadar, bu uçurumu aşabilenlerin sayısı çok az olmuştur.

Başlangıçta küçük bir teknik ayrıntı gibi görünen şey, doğrudan ekonomik sonuçlar doğurabilir. Siyasi gerilimler, ticaret engelleri ya da yükselen nakliye maliyetlerinden ötürü tedarik zincirinde aksama olursa, Avrupa’nın gıda arzı bunun etkisini hissedecektir.

Alternatiflerin ardındaki bilim, laboratuvarlarda, çalışmalarda ve finansman programlarında uzun zamandır mevcut. Avrupa’da yeni bir madde için onay almak, şirketlerin giderek artan bir şekilde sadece molekülü değil, aynı zamanda bunun arkasındaki (laboratuvarda test edilmiş) prosesi de açıklamasını gerektiriyor: organizma, münferit işleme adımları, hijyen konsepti, kontrol noktaları ve tekrarlanabilirlik. Bu son adımlarda, araştırmayı güvenilir, tekrarlanabilir ve ekonomik şekilde çalışan bir prosese dönüştürmek için bir test merkezi tam da ihtiyaç duyulan şeydir.

GEA’da Yeni Gıda ve Biyo-teknoloji Başkan Yardımcısı Frederieke Reiners, “Avrupa bilimi finanse ediyor ve ölçek büyütme süreci başka yerlerde gerçekleşirken bir kenarda bekliyor” diyor. “Bu artık değişmeye başlıyor. Fakat bu, sadece niyet beyanları değil, altyapı da gerekiyor.” 

Üretime götüren dört aşama

Laboratuvardan fabrikaya giden ve dört kısımdan oluşan yol, laboratuvarda sorularla başlıyor: Biyoloji işe yarar mı? Organizma hedef bileşiği üretir mi? Hücre dizisi büyür mü? Temel fikir geçerli mi? 

İkinci adımda ise, GEA’nın ATC’si gibi bir test merkezi, prosesin endüstriyel ölçekte işe yarayıp yaramayacağını kontrol eder. Bir ürün, sağlam bir üretim süreci son aşamasıyla istikrarlı bir kalitede geri kazanılabilir olmalıdır.

Ardından, ilk partiler, sonraki gıda üretimine karşılık gelen koşullar altında bir demo tesisinde üretilebilir. Bu, ürün geliştirme ve pazar testi işlemlerini mümkün kılar. Tüm prosesin büyük ölçekte uygulanabilir olup olmadığı ancak endüstriyel tesiste nihai netlik kazanır.

Her aşamanın kendi özgü mantığı vardır. Her biri farklı ekipmanlar, veriler ve kararlar gerektirir. Her aşama, bir sonraki aşamayı mümkün kılar.

Marcel Oogink, Hollanda’nın Ede kentinde Biyo-teknoloji Fermantasyon Fabrikasını (BFF) GEA desteğiyle kuruyor. Açık demo tesisi, şirketler için, ATC aşamasından sonra gıda sınıfı koşullarda testlere devam etme fırsatı sunuyor. Marcel Oogink’e göre, laboratuvardan fabrikaya giden yol büyük tek bir sıçrama değil, her biri kendi kanıtına ihtiyaç duyan kararlar zinciridir. 

Bugüne kadar bu zincir, endüstride nadiren görülmüştür.

Uygulamalı testin ortaya çıkardığı sonuç

Fermentöre ve beklenmedik ısı yüküne geri dönelim. Deneylerden ötürü ortaya çıkan aşırı ısı bir aksaklık değil, çok kritik önemde bir bilgidir. Bu organizmayla çalışan şirket için, sabit bir gereklilik henüz keşfedildi. Endüstriyel seviyede, soğutma sistemi en başından başlayarak farklı şekilde tasarlanmalıdır.

Bu farkındalık ekstra çaba gerektirdi ve bazı sıkıntılı durumlara neden oldu. Bununla birlikte, tamamlanmış bir fabrikada bu, milyonlarca dolara mal olur veya tüm projeyi durdururdu.

Bu tür anlar ATC’de farklı şekillerde defalarca yaşanıyor. Başka bir vakada, küçük bir ön test, yoğun bir köpüklenmeyi ortaya çıkardı. Daha büyük bir ölçekte, bunu kontrol edebilmek neredeyse imkansız olurdu. Kontrol sistemi planlanandan artık daha hassas bir şekilde tasarlanabiliyor ve besin ilavesi ayarlanabiliyor.

Başka bir müşteri, oldukça pratik bir soruyla karşı karşıya kaldı: Protein bir maya hücresinden nasıl elde edilebilir? Bunun için, öncelikle hücre duvarlarının açılması gerekliydi. ATC’de mühendisler, yüksek basınçlı homojenizatör kullanımı için çeşitli ön-işlemleri ve proses koşullarını araştırdı. Amaç, enerji tüketimini kontrol altında tutarken, mümkün olduğunca çok protein ortaya çıkarmaktı.

Konsantrasyon ve saflaştırmaya yönelik sonraki adımlar da önemli bilgiler sağladı. Separasyon ve filtrasyonu karşılaştıran ekip, proses için uygun separasyon teknolojisini seçebildi. Test edilen adımlardan birinde, ekip, %90’ın üzerinde bir protein verimine ulaştı.

Beslenme Tesisi Mühendisliği Bölümünden sorumlu GEA Yönetim Kurulu üyesi Klaus Stojentin, laboratuvar sonuçları ile gerçek dünyadaki tesis koşulları arasındaki uçurumun gayet farkında. “En heyecan verici teknoloji, sadece onunla ilgili her şey işe yararsa bir şey ifade eder,” diyor. “Ve 'onunla ilgili her şeyi' laboratuvarda öğrenmezsiniz.”

Erken bir ‘hayır’ aceleci bir ‘evet’in getireceği pişmanlığı önler

Her test ileriye götüren bir yol açmaz. Bu, kulağa bir geri adım gibi gelebilir. Fakat değişik fırsatları varken netlik değerlidir.

Bir müşteri ile yapılan testlerde, organizmanın yeterince üretken olmadığı ortaya çıktı. Verim, ekonomik açıdan uygulanabilir seviyenin çok altındaydı. Hiçbir tesis optimizasyonu ya da proses ayarlaması bunu düzeltemezdi. Şirket, iş planını gözden geçirdi ve suş geliştirmeye baştan başladı.

Reiners, “Bazen bir testin en iyi sonucu ‘hayır’dır,” diyor. “Yeterince erken gelen bir ‘hayır’ aceleci bir ‘evet’in getireceği pişmanlığı önler.”

ATC’nin basit endüstriyel mantığı da işte burada gizli: Erkenden test yapan şirketler, erken yön değiştirebiliyor. Çok geç test yapan ya da hiç test yapmayan şirketler ise, gerçek dünya koşullarında geçerliliği olmayan bir varsayıma yatırım yapmış olabiliyor.

Bu bilgi, masa başında öğrenilmiyor. Endüstriyel gerçekliğe yakın koşullarda elde edilen pratik deneyimden geliyor.

Avrupa’da daha geniş çapta tartışılan sözde düzenleyici test ortamları da aynı mantığı takip ediyor: Şirketler ve yetkili makamlar, güncel onay başvurusunda bulunulmadan önce ortak bir anlayış oluşturuyorlar. ATC, kendi başına düzenleyici bir araç değildir. Fakat tam da, bu tip bir rehberli öğrenmeyi daha anlamlı ve güçlü kılan tipte veriler sağlar.

Pilot üretimden fabrika üretimine

Solar Foods, büyük ölçekte nelerin mümkün olduğunu göstermekte. Finlandiyalı bu şirket, CO2, hidrojen ve mineraller kullanılarak üretilen bir mikrobiyal protein olan Solein® üretiyor. Tarım arazilerinden, hava durumundan ve mevsimlerden bağımsız bir şekilde yenilenebilir enerji kullanıyorlar.

GEA, Solar Foods’un ilk ticari tesisini anahtar teslimi bir proje olarak inşa etti ve şimdi de Lappeenranta/Finlandiya’da inşa edilecek olan ilk büyük-ölçekli endüstriyel protein tesisi Factory 02’nin planlamasını yapıyor.

Solar Foods, her adımın özenle atılması halinde zincirin işe yarayacağını kanıtlıyor.

Proses bilgisi üretim hazırlığına dönüşüyor

Sarstedt’te sabah çoktan bitti. Milošević kontrolü ayarladı ve besleme stratejisini gözden geçirdi; tesis istikrarlı şekilde çalışıyor. Beklenmedik ısı üretimi, bir sonraki ölçek-büyütme aşaması için somut bir kılavuza dönüştü.

Sonuçlar, karar verme aşaması için artık sağlam bir temel sunuyor. İş planını doğruluyor veya geçerli kılıyorlar, üretimin uygulanabilirliğini netleştiriyorlar ve yatırımcılara güven veriyorlar. Bu sistemi geliştiren şirket, bir sonraki tesis için neye ihtiyacı olduğunu artık biliyor. Fırsatları ve kısıtlamaları biliyor. 

Milošević, “ATC’mizin gerçek ürünü işte bu,” diyor. “Partiler ve protokollerle çalışıyoruz, fakat günün sonunda, önemli olan şey sonraki adımı mümkün kılan anlayıştır.”

Avrupa’nın güçlü bir bilimi var. Almanya’nın da güçlü bir mühendisliği var. Endüstrinin ihtiyaç duyduğu, her ikisinin de endüstriyel gerçekliğe yeterince yakın koşullar altında buluştuğu yerlerdir. 

Sarstedt, artık bu yerlerden biridir.