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Les fermenteurs et bioréacteurs en acier au carbone sont utiles dans différentes applications et leurs conceptions peuvent différer pour optimiser le fonctionnement pour des micro-organismes spécifiques. Voici quelques exemples.
Cuve à agitation traditionnelle
Il s'agit d'une conception très courante pour les applications industrielles et de laboratoire. Elle a une forme cylindrique simple avec un moteur d'agitation et un fond rond. Le fermenteur est ouvert à l'atmosphère, il peut donc facilement absorber l'air par une seule ligne, ou il peut avoir une aération contrôlée par un diffuseur de gaz. Pour un meilleur mélange, l'agitateur peut avoir une ou plusieurs pales. La température peut également être ajustée de l'extérieur ou avec des serpentins internes pour modifier la fonction de température. Il existe certains capteurs pour surveiller le pH et l'oxygène dissous pour la croissance des cellules. De plus, l'écoulement peut être géré via un port d'échantillonnage ou en laissant échapper tout le contenu. Ces fermenteurs sont adaptés aux besoins de culture simples à modérés. Ils permettent un bon échange de nutriments, et les conceptions traditionnelles sont bonnes pour l'apprentissage.
Boucle externe Airlift
Ce type de fermenteur en acier au carbone
récipient de culture utilise un tube d'élévation pour monter dans la phase interne et faire descendre les bulles d'air. L'air arrive par le bas en continu dans la partie inférieure. Cette action provoque un mouvement du liquide, et les organismes dans le liquide sont bien mélangés. Un fermenteur Airlift a une faible contrainte de cisaillement. La raison en est qu'il n'y a pas d'agitation mécanique à l'intérieur. Par conséquent, les cellules des organismes peuvent bien se développer. Cette conception de fermenteur est adaptée à la culture à grande échelle de cellules telles que les cellules animales.
Entièrement instrumenté et contrôlé
Ces bioréacteurs et fermenteurs disposent de nombreux capteurs et machines pour une automatisation complète. Ils peuvent donc facilement régler et surveiller le pH, la température, la pression, l'aération et d'autres paramètres clés. De plus, il existe un système de stockage de données pour conserver les données de chaque exécution, et les modèles peuvent également être fournis avec des systèmes d'alimentation automatisés. Grâce à toutes ces caractéristiques, les modèles peuvent être utilisés pour cultiver des cellules à densité maximale, et ils sont adaptés aux études visant à augmenter l'échelle. De plus, avec les modèles, les utilisateurs peuvent facilement étudier et se concentrer davantage sur le milieu de culture et les organismes en croissance cellulaire. Mais, ces modèles coûtent généralement plus cher et exigent des niveaux de compétences plus élevés pour les utiliser.
Les spécifications d'un fermenteur et d'un bioréacteur en acier au carbone varient en fonction du style de l'appareil, de sa destination et de son volume. Le tableau suivant résume quelques spécifications typiques de ces modèles :
Taille et volume
Les fermenteurs et bioréacteurs en acier au carbone sont disponibles dans différentes tailles, allant de petites unités de laboratoire avec des volumes de quelques litres à de grandes unités de production industrielle avec des volumes de plusieurs milliers de litres.
Conditions de fonctionnement
En règle générale, un fermenteur et un bioréacteur en acier au carbone doivent fonctionner dans ces conditions :
Matériaux
L'acier au carbone est souvent utilisé pour les fermenteurs et bioréacteurs à grande échelle en raison de sa résistance et de sa durabilité. Cependant, l'acier inoxydable a une résistance à la corrosion plus élevée, ce qui le rend adapté à diverses applications, notamment le traitement des aliments, les produits pharmaceutiques et la biotechnologie, en raison de ses exigences de propreté et de stérilité.
Une maintenance régulière est essentielle pour garantir les performances, la fiabilité et la longévité des fermenteurs et bioréacteurs en acier au carbone. Les conseils suivants sont utiles pour l'entretien de l'appareil :
Nettoyage
En règle générale, chaque bioréacteur et fermenteur en acier au carbone a ses propres exigences de nettoyage spécifiques. L'objectif est de supprimer la biomasse résiduelle et les contaminants du produit. Une combinaison de détergent et de désinfectants permettra de nettoyer soigneusement le bioréacteur et les fermenteurs. Les détergents alcalins et les nettoyants acides, tels que l'hydroxyde de sodium et l'acide citrique, peuvent également être utilisés pour l'acier au carbone, en fonction des résidus. De plus, les systèmes plus complexes peuvent impliquer le NETTOYAGE SUR PLACE (CIP), où une solution de nettoyage circulante est utilisée pour nettoyer l'équipement sans démontage.
Inspection
Inspectez chaque bioréacteur et fermenteur en acier au carbone à intervalles réguliers. Vérifiez les dommages, la corrosion ou les fuites des sections et des joints sertis. Examinez les composants, en particulier les pompes, les vannes et les capteurs, pour vous assurer qu'ils fonctionnent correctement, ce qui empêchera les migrations et les contaminations croisées. Veuillez accorder une attention particulière aux couvercles et aux vannes en acier au carbone, qui doivent être inspectés et remplacés s'ils ne sont pas utilisés.
Étalonnage
Les bioréacteurs et fermenteurs en acier au carbone peuvent être équipés de divers composants automatisés et de technologies de mesure, notamment des pH-mètres, des sondes de température, des capteurs d'O2D (OXYGÈNE DISSOUS) et des régulateurs de vitesse d'agitation. Tous ces appareils doivent être étalonnés régulièrement pour garantir des lectures précises.
Documentation
Il est essentiel d'avoir un programme de maintenance bien documenté. Un enregistrement des réparations, des inspections et de l'étalonnage effectués sur le bioréacteur et le fermenteur en acier au carbone doit être inclus, en décrivant la fréquence et les procédures suivies. Grâce à la documentation, les opérateurs peuvent facilement suivre l'historique de l'équipement, identifier les tendances et garantir la conformité aux exigences réglementaires.
Un processus typique de fermentation alimentaire qui utilise un fermenteur en acier au carbone commencerait par l'inspection de la qualité des matières premières pour s'assurer que seule une assistance de qualité est sélectionnée. Ensuite, la matière première sera nettoyée pour éliminer toute saleté ou partie étrangère, puis préparée - cela peut signifier hacher, presser ou écraser, selon le contenu en question. Si un ingrédient nécessite un traitement supplémentaire, comme la pasteurisation ou la cuisson, il sera effectué avant d'entrer dans le fermenteur pour s'assurer que seuls les ingrédients viables entrent dans le fermenteur.
Bien que tous les fermenteurs alimentaires n'aient pas besoin de nutriments supplémentaires, lors de l'utilisation de fermenteurs en acier au carbone pour des procédures de fermentation plus complexes où des nutriments supplémentaires seraient plus avantageux, il serait essentiel d'ajouter ces substances supplémentaires. Contrairement aux autres fermenteurs qui ont des températures et des qualités atmosphériques prédéfinies, les fermenteurs en acier au carbone peuvent nécessiter une surveillance constante pour garantir des conditions idéales à la croissance bactérienne, car les différentes bactéries poussent mieux à différentes températures et nécessitent des conditions atmosphériques différentes.
Une fois que le produit final est prêt après des jours ou jusqu'à quelques années dans certains cas, il est généralement envoyé pour des tests de contrôle qualité afin que seuls les produits alimentaires de haute qualité puissent entrer sur le marché. Parmi les produits finaux d'un fermenteur en acier au carbone, on trouve la bière, le yaourt, la choucroute, le kimchi, le kombucha, la sauce soja et le vinaigre.
Plusieurs aspects clés doivent être pris en compte dans le processus de sélection du bioréacteur industriel en acier pour l'achat ou l'investissement.
Analyse des besoins de production
La première étape consiste à définir les besoins de production qu'un acheteur ou un investisseur peut exiger. Cela peut inclure les éléments suivants : les types de matériaux à utiliser ; la capacité requise du bioréacteur et du fermenteur ; le contrôle de la température, de la pression et du pH, ainsi que la demande pour le processus d'alimentation et de décharge.
Choisir le bon type
Sur la base de l'analyse des besoins de production, il sera beaucoup plus facile pour les acheteurs de sélectionner le type approprié de fermenteur et de bioréacteur en acier au carbone. Par exemple, si un investisseur ou un producteur industriel exige un processus de production continu, un bioréacteur continu peut être un choix plus approprié. Ou, lorsque des contrôles et une régulation spécifiques des réactions biologiques sont nécessaires, un fermenteur en acier au carbone avec des caractéristiques particulières, comme un système de contrôle automatique, peut être plus approprié.
Qualité et fiabilité du fournisseur
Il est de la plus haute importance pour le cycle de production global et l'utilisation ultérieure de sélectionner un équipement de bonne qualité. Par conséquent, lors du choix d'un bioréacteur en acier au carbone, il est essentiel de prendre en compte le fournisseur de l'équipement. Les acheteurs peuvent avoir besoin de vérifier les certifications de produit et les normes de qualité du fournisseur pour s'assurer que l'équipement qu'ils fournissent est de bonne qualité et que leur service après-vente est fiable.
Q1 : En quoi un bioréacteur en acier au carbone diffère-t-il d'un fermenteur ?
A1 : Bien que tous deux soient conçus pour cultiver des micro-organismes, ils présentent des caractéristiques et des fonctionnalités différentes en fonction de l'utilisation prévue. Le fermenteur est conçu pour gérer les processus de fermentation, tels que les applications alimentaires et les boissons. À l'inverse, le bioréacteur peut contrôler des paramètres spécifiques tels que le pH, la température, la pression et l'oxygène dissous pour permettre les réactions chimiques de différents types d'organismes.
Q2 : Quelles sont les alternatives à l'acier au carbone pour les fermenteurs et les bioréacteurs ?
A2 : L'acier inoxydable est une alternative courante, en particulier pour les applications haut de gamme ou hygiéniques. Le verre est parfois utilisé pour les bioréacteurs ou les fermenteurs à petite échelle, car il permet de visualiser la culture et fournit un milieu de contact non réactif et facilement nettoyable. Les systèmes à usage unique en plastique sont de plus en plus populaires pour augmenter la flexibilité et réduire le risque de contamination.
Q3 : Un fermenteur peut-il également être utilisé comme bioréacteur ?
A3 : Dans certains cas, en particulier lorsque des systèmes de contrôle avancés ne sont pas nécessaires, un fermenteur peut servir de bioréacteur. Cependant, il est toujours préférable de consulter un expert et d'examiner attentivement la forme, la taille et les matériaux du fermenteur/bioréacteur pour l'application prévue.
