Le système clé du bioréacteur fermenteur

Bioréacteur Le fermenteur est un équipement essentiel en bio-ingénierie, largement utilisé dans les secteurs pharmaceutique, agroalimentaire, chimique, bioénergétique et autres. Sa fonction principale est de fournir un environnement propice aux micro-organismes, cellules ou enzymes afin de favoriser la transformation biologique des produits cibles. Pour garantir l'efficacité du processus de fermentation, la conception et le fonctionnement du fermenteur doivent être optimisés. fermenteurs à réaction biologique Ils reposent sur plusieurs systèmes critiques qui fonctionnent ensemble pour assurer la stabilité et la précision du contrôle de l'environnement du réacteur.

Vous trouverez ci-dessous une présentation détaillée de plusieurs systèmes clés des fermenteurs à réaction biologique.

1. Système de mélange

1.1 Fonctions et fonctions

Le système d'agitation est un élément essentiel du réservoir de réaction biologiqueSes principales fonctions sont :

• Favoriser le transfert de matière : par agitation, assurer un bon transfert de masse entre le gaz (tel que l'oxygène) et le liquide (tel que le milieu) dans le réacteur, assurer la solubilité de l'oxygène et une distribution uniforme des nutriments.
• Maintenir une température uniforme : l’agitation dans le réacteur permet de disperser efficacement la chaleur de la réaction, d’éviter la surchauffe locale et de maintenir une température de réaction appropriée.
• Améliorer la croissance et le métabolisme des micro-organismes ou des cellules : une agitation appropriée favorise non seulement la répartition des substances, mais aussi la croissance en suspension des micro-organismes ou des cellules afin d’éviter la sédimentation.

1.2 Conception et défis

• Conception des pales de mélange : Les pales de mélange courantes comprennent les pales respirantes, les pales à ancrage et les pales à mailles. Le choix de la forme et de la taille appropriées des pales est essentiel pour optimiser le mélange et améliorer l’efficacité du transfert de gaz.
• Contrôle de la force de cisaillement : des forces de cisaillement excessives peuvent être destructrices pour les cellules sensibles (telles que les cellules animales), le système de mélange doit donc être conçu en tenant compte de la vitesse et de la forme des lames appropriées.

Système de contrôle PLC MIKEBIO

2. Système d'alimentation en gaz

2.1 Fonctions et fonctions

La principale fonction du système d'alimentation en gaz est de fournir suffisamment d'oxygène aux micro-organismes ou aux cellules du réacteur pour soutenir leurs activités métaboliques. Notamment lors du processus de fermentation aérobie, un apport suffisant en oxygène influe directement sur le rendement du produit et l'efficacité de la réaction.

2.2 Transmission d'oxygène

• Dissolution des gaz : La solubilité de l’oxygène est influencée par l’agitation du liquide dans le réacteur, la température et le débit de gaz. Accroître la vitesse de dissolution de l’oxygène est essentiel lors de la conception du système d’alimentation en gaz.
• Distribution des gaz : L’oxygène est généralement acheminé vers le réacteur par une pompe à air ou une bouteille d’oxygène, puis introduit dans le réacteur par des conduits de ventilation. Afin d’améliorer l’efficacité de dissolution du gaz, le réacteur est généralement équipé d’un diffuseur de gaz ou d’un aérateur microporeux pour assurer une distribution homogène du gaz.

2,3 % de CO₂ éliminé

Lors de la fermentation, le dioxyde de carbone (CO₂) produit par les micro-organismes augmente l'acidité du milieu, ce qui influe sur la croissance cellulaire. L'élimination du CO₂ est généralement assurée par un système d'extraction, garantissant ainsi un contrôle précis de l'environnement gazeux dans le réacteur.

3. Système de contrôle de la température

3.1 Fonctions et fonctions

La fonction principale du système de régulation de température est de maintenir la température du liquide dans le réacteur dans la plage de températures définie. La température influe considérablement sur l'activité enzymatique, le métabolisme microbien et la croissance cellulaire lors des réactions biologiques.

3.2 Conception et mise en œuvre

• Chauffage et refroidissement : Les systèmes de régulation de température agissent généralement grâce à une enveloppe extérieure située sur le réacteur ou à des serpentins de refroidissement internes. La température du réacteur peut être ajustée en faisant circuler de l’eau chaude ou un fluide frigorigène dans l’enveloppe.
• Capteur de température : Un capteur de température de haute précision est généralement utilisé pour surveiller en temps réel les variations de température dans le réacteur afin d'assurer la stabilité de la température.

3.3 Surveillance continue

Le système de contrôle de la température du réacteur doit comporter une fonction de réglage automatique, afin que le dispositif de chauffage ou de refroidissement puisse être ajusté automatiquement en fonction de la variation de la production de chaleur pendant le processus de réaction, évitant ainsi la surchauffe ou le sous-refroidissement et assurant les meilleures conditions de croissance pour les cellules.

4. Système de contrôle du pH

4.1 Fonctions et fonctions

Le pH est un facteur clé qui influence la croissance et le métabolisme des micro-organismes ou des cellules dans les bioréacteurs. Un pH trop élevé ou trop bas peut perturber les voies métaboliques cellulaires et même entraîner la mort cellulaire. Grâce au système de contrôle du pH, la valeur du pH du milieu de culture dans le bioréacteur peut être maintenue dans la plage optimale.

4.2 Conception et contrôle

• Capteur de pH : Utilisé pour détecter en temps réel le pH du liquide dans le réacteur.
• Titrage acide-base : Un goutte-à-goutte automatique d'un acide (par exemple, acide sulfurique) ou d'une base (par exemple, hydroxyde de sodium) est généralement utilisé pour maintenir le pH à un point de consigne.
• Contrôle automatique : algorithme de contrôle PID (proportionnel-intégral-dérivé), combiné à un système d’ajout d’acide-base pour ajuster automatiquement la valeur du pH, afin d’assurer l’équilibre acido-basique du milieu.

5. Système d'entrée et de sortie des matériaux

5.1 Fonctions et fonctions

Le système d'entrée de matière est principalement utilisé pour fournir des nutriments essentiels tels que des milieux, des sources d'azote et des sources de carbone, tandis que le système de décharge est utilisé pour éliminer les déchets, les métabolites (tels que le CO₂), les substrats non réagis, etc.

5.2 Système d'entrée

• Pompage de la solution nutritive : en fonction de l’avancement de la réaction, le milieu et les autres nutriments sont injectés périodiquement dans le réacteur. On utilise généralement des pompes péristaltiques, des pompes centrifuges, etc.
• Stratégie de contrôle : L’apport de matières premières est généralement basé sur une surveillance en ligne des données de concentration et est contrôlé avec précision par un système automatisé afin de garantir que la composition du milieu est toujours appropriée.

5.3 Système de décharge

• Émission de gaz résiduaires : le dioxyde de carbone et les autres gaz résiduaires produits lors du processus de réaction sont évacués par le dispositif d'émission de gaz.
• Évacuation des liquides : Éliminer périodiquement les métabolites et les déchets en excès dans la solution réactionnelle afin de garantir la stabilité du milieu réactionnel.

6. Système de surveillance et de contrôle

6.1 Fonctions et fonctions

Avec le développement de la technologie des bioréacteurs, le niveau d'intelligence des systèmes de surveillance et de contrôle augmente sans cesse, permettant de surveiller en temps réel de multiples paramètres tels que la température, le pH, l'oxygène dissous et la concentration cellulaire, et d'ajuster l'état de fonctionnement du réacteur grâce à un contrôle par rétroaction.

6.2 Capteurs et acquisition de données

Le bioréacteur est généralement équipé de divers capteurs, tels que des capteurs de température, des capteurs de pH, des capteurs d'oxygène dissous, des capteurs de pression, etc., qui transmettent des données au système de contrôle central en temps réel via le système d'acquisition de données.

6.3 Commande automatique

Grâce au système de contrôle automatisé, l'opérateur peut ajuster à distance les paramètres clés afin d'optimiser les conditions de réaction et de limiter les risques d'erreur humaine. Parallèlement, le système dispose d'une fonction d'alarme permettant de détecter et de traiter rapidement les anomalies.

7. Système de nettoyage et de stérilisation

7.1 Fonctions et fonctions

Le nettoyage et la stérilisation du bioréacteur constituent une étape essentielle pour garantir un processus de fermentation exempt de pollution et biosécuritaire. Les méthodes courantes de nettoyage et de stérilisation comprennent :

• CIP (nettoyage en ligne) : Le réacteur est nettoyé en profondeur à la vapeur, à l'eau chaude ou à des solvants chimiques.
• SIP (stérilisation en ligne) : Le réacteur est stérilisé à la vapeur à haute température afin de garantir que l'environnement interne du réacteur soit exempt de pollution.

7.2 Nettoyage automatique

Les bioréacteurs modernes sont équipés de systèmes de nettoyage automatiques qui permettent des opérations régulières de nettoyage et de stérilisation selon des procédures prédéfinies, réduisant ainsi l'intervention de l'opérateur et améliorant l'efficacité du travail et la stérilité.

Système de nettoyage automatique CIP MIKEBIO

Conclusion

Le fermenteur à réaction biologique est un système hautement intégré comprenant l'agitation, l'alimentation en gaz, la régulation de la température et du pH, l'entrée et la sortie de matières, la surveillance et le contrôle, ainsi que d'autres éléments clés. Chaque système contribue à assurer le bon fonctionnement du réacteur et la stabilité du processus de production. Grâce aux progrès technologiques, l'automatisation et l'intelligence des fermenteurs à réaction biologique seront encore améliorées, favorisant ainsi le développement des industries biopharmaceutiques, agroalimentaires et autres secteurs connexes.

En revanche, lorsqu'il s'agit de choisir fermenteur de bioréacteurNous devons trouver un fabricant régulier, réputé et solide, afin de garantir la qualité du produit. Jiangsu Mike Biotechnology Co., Ltd., fondée en 2008, est une entreprise de haute technologie spécialisée dans la recherche, le développement, la production et la vente d'équipements de fermentation biologique. Notre société dispose d'une plateforme de fermentation pilote, intégrant intelligence et automatisation, et a mis en place un système de fermentation performant permettant l'optimisation du processus de fermentation pilote, la mise en service et le développement de l'ensemble des étapes, de la production pilote à la séparation et la purification du produit de fermentation, ainsi que la mise en place d'un poste de travail dédié et d'un laboratoire moderne.

De plus, l'entreprise dispose d'une usine de production standardisée, avec des ensembles complets d'équipements et d'outils nécessaires à l'installation, comprenant principalement une variété de machines-outils, une machine de soudage automatique à l'arc sous argon, une polisseuse automatique, une machine de découpe automatique et une machine de détection des défauts, ainsi que plus de 60 autres équipements de production et de test. Le processus de production est entièrement conforme aux normes modernes, afin d'offrir aux clients une qualité et un support technique plus professionnels.