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La fermentazione è un processo molto diffuso nelle industrie farmaceutiche ed alimentari. Richiede la coltivazione, in coltura sommersa, di un microrganismo identificato (principalmente batterico) come monocultura a precise condizioni ambientali. Il regime di incubazione richiesto è studiato per ottimizzare la produttività dell’organismo in questione, fornendo condizioni ottimali per la crescita della popolazione (biomassa). Il prodotto in questione può essere un metabolita bioattivo o una proteina ricombinante.

Durante un ciclo di incubazione, si aggiunge una fonte di energia nutritizia (ad esempio il glucosio) e, mentre questa si consuma, la biomassa e il prodotto finale aumentano.

Progettazione e controllo del fermentatore

Il controllo del regime di incubazione richiede il controllo accurato di una serie di parametri. Di primaria importanza sono: temperatura, pH, DO2 o Redox, agitazione, pressione, livello di schiuma, alimentazione ausiliaria, o una combinazione di questi parametri.

Il controllo di questi, e di altri parametri, viene di norma effettuato in recipienti di fermentazione appositamente progettati ed adatti a supportare diversi volumi operativi in funzione dei requisiti di rendimento e produttività. I recipienti da laboratorio hanno in genere una capacità di appena 10 litri, o inferiore, mentre la capacità dei recipienti di produzione può raggiungere svariate migliaia di litri.

Le unità più piccole possono incorporare un riscaldatore elettrico e le cariche (ad esempio nutrienti ed agenti per il controllo del pH) possono essere alimentate da sacche tramite pompe peristaltiche. I recipienti più grandi sono provvisti di una camicia integrale per il controllo della temperatura attraverso l’acqua calda o fredda e permettere la sterilizzazione indiretta utilizzando vapore iniettato. Laddove fossero necessarie quantità maggiori di cariche, queste possono essere conservate in cisterne pressurizzate separate ed alimentate grazie ad un sistema di valvole con “pompa a spinta”.

Il processo di fermentazione vero e proprio è noto come “Fase di Incubazione” e fa parte del ciclo batch. Un ciclo di fermentazione completo include di norma le seguenti fasi (in base al tipo di recipiente):

  • Sterilizzazione a vuoto dei recipienti e delle tubature tramite iniezione diretta di vapore
  • Carica con il mezzo base
  • Sterilizzazione indiretta con vapore iniettato nella camicia del recipiente
  • Raffreddamento e drenaggio della camicia
  • Pre-inoculazione – Ambiente dei recipienti sotto controllo
  • Inoculazione – Iniezione di un piccolo campione di monocoltura
  • Incubazione – Il processo di fermentazione vero e proprio
  • Raccolta – Il prodotto rimosso è pronto per i processi di estrazione

Gli ambienti R&S e Sperimentazioni Cliniche in cui operano molti fermentatori su piccola scala sono tali da non consentire di predire la natura di ogni processo di fermentazione in termini di coltura o di condizioni di incubazione. Le apparecchiature di produzione devono altresì adattarsi a una grande varietà di prodotti, ciascuno caratterizzato da specifici profili di incubazione.

Un sistema di controllo deve dunque essere flessibile per garantire l’ottenimento di un controllo accurato e ripetibile dell’ambiente in cui ha luogo la fermentazione e deve presentare le seguenti caratteristiche:

  • Preciso controllo del loop con programmazione del profilo del setpoint
  • Sistema di gestione delle ricette per una semplice parametrizzazione
  • Controllo sequenziale per la sterilizzazione dei recipienti e strategie di controllo più complesse
  • Raccolta affidabile dei dati on-line provenienti dal sistema del fermentatore per le analisi e le prove
  • Interfaccia operatore locale con grafica chiara ed accesso controllato ai parametri

Il Supervisore Eycon™ è una soluzione ideale per il processo di fermentazione.

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