Rôle et influence des électrodes de pH, des sondes d'oxygène dissous, des sondes de température et des filtres à air dans le processus de fermentation biologique

La fermentation biologique est un procédé qui utilise des micro-organismes pour transformer la matière organique et produire des métabolites dans des conditions spécifiques. Elle est largement utilisée dans de nombreux domaines tels que l'agroalimentaire, la médecine, l'agriculture, les biofertilisants et le génie chimique. Au cours de la fermentation, la stabilité du milieu de fermentation détermine directement le taux de croissance et l'activité métabolique des micro-organismes, ainsi que le rendement et la qualité du produit final. Afin d'assurer un suivi en temps réel et un contrôle précis du processus de fermentation, des accessoires clés tels que des électrodes de pH, des sondes d'oxygène dissous, des sondes de température et des filtres à air sont couramment utilisés. Système de biofermentation.

Cet article partira successivement des principes, des fonctions et des influences de ces quatre composants essentiels sur le processus de fermentation, et analysera en détail leur importance et leurs effets synergiques dans les applications pratiques.

I. Électrode de pH : le « gardien » de l’acidité et de l’alcalinité du microenvironnement

1. Principe et fonction

L'électrode de pH est un capteur qui mesure en temps réel la concentration en ions hydrogène (c'est-à-dire le pH) du milieu de fermentation. Lors de la fermentation microbienne, la variation du pH reflète l'activité métabolique des micro-organismes. Grâce à l'électrode de pH :

Surveillez le pH du bouillon de fermentation en temps réel ;

Reliez le système d'ajout automatique d'acide ou de base pour maintenir la stabilité du pH ;

Déterminez le stade de fermentation. Par exemple, certaines souches présentent des voies métaboliques différentes selon le pH.

2. Impact sur la fermentation

La croissance et le métabolisme des micro-organismes sont extrêmement sensibles au pH. Par exemple :

Le métabolisme des levures est le plus vigoureux entre un pH de 4,5 et 5,5.

Les bactéries nitrifiantes nécessitent un environnement légèrement alcalin (pH supérieur à 7,5).

Des valeurs de pH trop basses ou trop élevées peuvent entraîner l'inactivation des enzymes, des dommages à la structure membranaire, voire la mort des bactéries.

Par conséquent, la précision et la rapidité de réponse de l'électrode de pH sont directement liées à l'activité de la souche, aux types et aux concentrations de produits métaboliques, ainsi qu'à la stabilité globale du processus de fermentation.

Système de bioréacteur MIKEBIO pour champignons comestibles

II. Sonde DO : Surveillance en temps réel des niveaux d'oxygène dissous

1. Principe et fonction

La sonde à oxygène dissous (OD) sert à contrôler la concentration d'oxygène dissous (OD) dans le bouillon de fermentation et est un dispositif indispensable au processus de fermentation aérobie. Les micro-organismes (tels qu'Azotobacter, Pseudomonas, etc.) ont besoin d'une quantité suffisante d'oxygène pour la synthèse de leurs métabolites en milieu aérobie. La sonde à OD mesure la teneur en oxygène dans la phase liquide afin de :

Déterminer en temps réel le taux de consommation d'oxygène des micro-organismes ;

Systèmes d'alimentation en gaz interconnectés (tels que les compresseurs d'air, les systèmes de gaz mélangés) ;

Mettre en œuvre la régulation par rétroaction de la concentration d'oxygène dissous.

2. Impact sur la fermentation

Un taux d'oxygène dissous insuffisant peut contraindre les micro-organismes à emprunter des voies métaboliques anaérobies, générant des sous-produits indésirables et pouvant même inhiber la production des composés cibles. À l'inverse, un excès d'oxygène peut induire un stress oxydatif et endommager la structure cellulaire. La sonde à oxygène dissous permet de maintenir ce taux dans une plage optimale (par exemple, entre 20 % et 60 % de saturation), assurant ainsi un équilibre dynamique entre l'offre et la demande en oxygène. Elle constitue un outil essentiel pour optimiser le rendement et raccourcir le cycle de fermentation.

III. Sonde de température : Le noyau régulateur de la thermodynamique de la fermentation

1. Principe et fonction

La sonde de température permet de surveiller en temps réel la température du liquide dans la cuve de fermentation. Lors des réactions biologiques, la température influe considérablement sur l'activité, le métabolisme et l'efficacité des réactions enzymatiques des micro-organismes. En reliant le système de chauffage ou de refroidissement au capteur de température, il est possible de :

Maintenir une température de fermentation constante ;

Éviter que la température ne devienne trop élevée en raison de la grande quantité de chaleur générée par la fermentation ;

Définir des courbes de température différentes en fonction des différentes étapes de fermentation.

2. Impact sur la fermentation

Chaque micro-organisme possède une plage de températures optimale pour sa croissance :

Par exemple, la plage de température optimale pour la plupart des bactéries mésophiles est de 30 à 37 °C ;

Lorsque la température dépasse 45°C ou est inférieure à 20°C, le métabolisme de la plupart des espèces bactériennes diminue considérablement, voire s'arrête.

Dans les applications pratiques, les sondes de température permettent un contrôle précis de la température, assurant ainsi l'efficacité de la fermentation, stabilisant la composition des produits métaboliques et améliorant le rendement et la reproductibilité.

IV. Filtres à air : barrières anti-pollution et garantie de pureté des gaz

1. Principe et fonction

Les filtres à air, notamment les filtres HEPA (filtres à air à haute efficacité pour les particules), servent à purifier l'air du système d'alimentation en air, en éliminant les contaminants tels que les bactéries, la poussière et les spores de moisissures. Lors du processus de fermentation, l'air est injecté en continu dans la cuve de fermentation comme source d'oxygène. Par conséquent, sa propreté est essentielle au respect des conditions d'asepsie de l'environnement de fermentation. Les principales fonctions du filtre à air sont les suivantes :

Prévenir la contamination par des micro-organismes exogènes ;

S'assurer de la qualité du gaz du système d'alimentation en gaz ;

Améliorer la pureté et la sécurité du produit final.

2. Impact sur la fermentation

Une fois que des bactéries diverses se retrouvent dans l'air, cela peut entraîner une compétition entre les souches, des troubles métaboliques, voire un échec de la fermentation. De plus, pour la production de produits pharmaceutiques et alimentaires, il est d'autant plus important de garantir le respect des normes de contrôle microbiologique grâce à la purification de l'air. L'efficacité et la durée de vie du filtre influent directement sur la stabilité du fonctionnement du système et sur la qualité du produit.

V. Impact global de l'effet synergique des quatre sur le processus de fermentation

Dans un système de fermentation biologique efficace, l'électrode de pH, la sonde à oxygène dissous, la sonde de température et le filtre à air forment un système en boucle fermée de « perception - régulation - protection » :

Lorsque ces types d'appareils fonctionnent de manière coordonnée, le processus de fermentation peut atteindre un haut degré d'automatisation, de précision et de répétabilité, réduisant ainsi la consommation d'énergie, raccourcissant le cycle de fermentation et augmentant le rendement et la pureté du produit.

Système de fermentation à l'échelle pilote MIKEBIO

Conclusion

Aujourd'hui, grâce au développement continu des technologies modernes de fermentation biologique, le degré d'intelligence et de précision des capteurs et accessoires détermine directement le niveau technologique et la compétitivité industrielle. L'électrode de pH, la sonde à oxygène dissous, la sonde de température et le filtre à air, composants essentiels du système de fermentation, permettent non seulement une surveillance en temps réel et un contrôle dynamique des paramètres clés, mais jouent également un rôle déterminant dans le maintien de l'activité de la souche, l'augmentation du rendement et la maîtrise de la pollution.

À l'avenir, à mesure que la bioproduction évoluera vers un développement à grande échelle et intelligent, les performances des composants susmentionnés et leurs capacités d'intégration système deviendront encore plus cruciales, servant de pierre angulaire à la réalisation d'un contrôle des processus écologique, efficace et biologique.

En revanche, lors du choix d'un fermenteur de bioréacteurIl est donc nécessaire de 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.

Notre entreprise dispose d'une usine de production standardisée, dotée de l'ensemble des équipements et 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.