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Alimentation en nutriments continue et contrôlée avec précision dans un bioréacteur
Un bioréacteur doit fournir le rendement de produit le plus élevé possible. Pour cela, il nécessite un contrôle précis de tous les paramètres importants, tels que la concentration des nutriments, la température ou la teneur en oxygène, afin de favoriser la fermentation de manière optimale. Découvrez comment vous pouvez garantir des processus sûrs et reproductibles dans vos fermenteurs grâce à des solutions personnalisées de vannes et de capteurs.
Les défis du processus de fermentation
Alors que le processus de fermentation est en cours, des substrats sont constamment ajoutés au bioréacteur et le produit final est continuellement retiré. Une boucle de régulation fermée garantit que les paramètres à contrôler correspondent toujours le plus possible aux points de consigne spécifiés. Les défis à relever sont nombreux :
Échantillonnage
Évacuation des gaz
Approvisionnement en nutriments
Récolte de cellules
API
Matériau biologique
35 °C à 37 °C (température de croissance optimale)
Biocatalyseurs (cellules ou enzymes)
Produits
Solution de nutriments
Régulation du débit
Alimentation en gaz : Quatre gaz interviennent dans le processus de fermentation : l’oxygène O₂, l’azote N₂, le dioxyde de carbone CO₂ et l’air. Pour une croissance optimale des produits, leur régulation optimale est indispensable.
Défis et problèmes avec les solutions conventionnelles
Le système de culture dans le fermenteur est soumis à une alimentation continue en cellules. Le processus biochimique réagit de manière extrêmement sensible à la modification des paramètres. Par conséquent, n’ajoutez jamais trop ou trop peu de solution nutritive. Si le processus est perturbé, toutes les substances supplémentées deviennent inutilisables, ce qui entraîne des coûts et des délais inutiles. Les vannes à membrane sont souvent utilisées pour contrôler l’alimentation continue, mais leurs caractéristiques de contrôle ne sont pas optimales.
A : apport de nutriments trop faible ; B : apport de nutriments correct ; C : apport de nutriment trop élevé
Pour que la fermentation fonctionne de manière fiable, il est important que les cycles de production et de nettoyage soient séparés de manière sûre. Une contamination par des germes étrangers ou des fluides CIP rendrait tout le lot de produit fermenté inutilisable. Pour éviter des coûts inutilement élevés, les systèmes conventionnels utilisent souvent des compteurs Coriolis pour contrôler le débit. Cependant, ceux-ci sont lourds et encombrants et augmentent les coûts de pompage.
Les débitmètres, les capteurs de température, les vannes de régulation et autres composants sont souvent situés dans des endroits difficiles d’accès dans l’usine. De plus, les appareils sont généralement grands et lourds ; un débitmètre classique et une vanne de ce type peuvent rapidement peser ensemble 18 à 20 kilogrammes. Ces facteurs compliquent à la fois l’installation et la maintenance ultérieure dans le cadre de la production quotidienne.
La surveillance continue de l’alimentation correcte en glucose a pour objectif de sauvegarder les processus de production et d’assurer la disponibilité de l’usine avec le moins d’effort en personnel possible. Elle permet également de se conformer aux nombreuses règles et réglementations de l’industrie pharmaceutique qui exigent une documentation complète des paramètres de mesure pour une traçabilité sans ambiguïté. Tous les règlements de processus ne répondent pas à cette multitude d’exigences.
Contrôler les bioréacteurs de manière sûre, rapide et automatique avec des systèmes personnalisés
Ce n’est que si toutes les boucles de contrôle fonctionnent parfaitement que vos machines peuvent assurer des processus de production efficaces et des produits finis de haute qualité. Le dimensionnement des vannes et la conception des boucles de régulation sont souvent complexes et prennent beaucoup de temps. Dans un premier temps, utilisez notre outil de conception de vannes pour obtenir une vue d’ensemble de la solution de vannes qui convient à votre processus de fermentation. Ensuite, nous nous ferons un plaisir de vous conseiller personnellement et de composer pour vous des produits parfaitement sélectionnés et dimensionnés.
Nous pouvons également vous proposer des solutions système complètes qui réduisent vos processus d’ingénierie et de fabrication, avec automatisation si vous le souhaitez. Parlez directement avec nos experts !
Alimentation en gaz
Régulation du débit
Échantillonnage
Évacuation des gaz
API
Vanne à soufflet avec positionneur ELEMENT
FLOWave type 8098
Solution de nutriments
Les avantages de la solution de système Bürkert :
Contrairement aux solutions conventionnelles, la solution Bürkert prévoit une boucle de régulation locale qui assure un échange direct entre le débitmètre et la vanne à soufflet. La vanne régule la quantité de solution nutritive à ajouter en fonction des informations fournies par FLOWave. L’API connecté surveille non seulement le processus, mais compare également les quantités fournies avec la demande réelle du fermenteur, qui est calculée à partir de nombreuses valeurs mesurées. Solution conventionnelle : Solution Bürkert :
Les composants compacts de Bürkert permettent de réaliser des concepts de machines particulièrement flexibles et peu encombrants. Afin de se préparer aux défis du présent et de l’avenir, Bürkert intègre également dans tous ses régulateurs de position une connectivité numérique moderne, par exemple à des bus de terrain de haut niveau ou IO-Link. Cela signifie que les composants peuvent être intégrés de manière transparente dans vos systèmes de contrôle, ce qui minimise la complexité des systèmes à bien des égards.
Solution conventionnelle : Solution Bürkert :
Solution conventionnelle : DN1/2“ : 460 x 177 x 75 mm ; vanne DN 1/2“ : 242 x 327 x 147 mm Solution Bürkert : FLOWave (diamètre nominal DN 1/2“) : (50+92) x 250 x 158 mm ; vanne Bürkert (diamètre nominal DN 1/2“) : 65 x (157+38) x 110 mm
Les solutions de contrôle des processus de fluides de Bürkert sont toujours adaptées aux exigences spécifiques, comme dans le processus de fermentation. Et cela soit sous la forme de produits individuels parfaitement sélectionnés et dimensionnés, soit sous la forme d’une boucle de régulation complète qui réduit votre effort dans les processus d’ingénierie et de fabrication. Ces solutions de système peuvent généralement réduire considérablement les coûts globaux par rapport à l’achat de composants individuels.
La mise en service des boucles de régulation est souvent une tâche chronophage. Il existe cependant des possibilités pour accélérer le processus La fonctionnalité Autotune, intégrée en standard dans la plupart des régulateurs de position Bürkert, permet aux contrôleurs de s’adapter automatiquement aux conditions de l’installation par simple pression sur un bouton. Le poids réduit et la conception compacte des composants Bürkert contribuent également à une installation rapide, même dans les endroits difficiles d’accès.
Solution conventionnelle : Solution Bürkert :
Gain d’espace d’installation et de poids
Dans les solutions conventionnelles, le poids total des deux composants qui assurent une alimentation régulée en solution nutritive du bioréacteur est d’environ 18,5 kg, si on prend pour base une largeur nominale de DN ½“ chacun. En revanche, le poids total des solutions Bürkert n’est que de 4,4 kg pour la même largeur nominale. La boucle de régulation de Bürkert permet donc d’économiser environ 14 kg de poids. La solution nécessite également beaucoup moins d’espace d’installation, ce qui se traduit par des concepts de système plus flexibles, des temps de montage plus courts et des coûts de machine plus faibles.
Avec notre calculatrice de conception de vanne, vous concevez vos vannes à siège et à membrane avec des actionneurs pneumatiques et électromotorisés en toute simplicité.
L’application Bürkert resistApp vous aide dans la recherche de matériaux compatibles et regroupe pour vous des informations sur la résistance chimique des élastomères, des matières plastiques et des métaux pour une multitude de fluides gazeux et liquides.
