Fermenteur bioreactor

Types de bioréacteurs de fermentation

Un bioréacteur de fermentation peut être créé ou personnalisé en fonction de l'activité des micro-organismes utilisés, du substrat de transformation, des exigences du produit et de l'échelle du processus requis.

• Par processus

  Deux principaux types de bioréacteurs de fermentation sont les bioréacteurs de fermentation continus et discontinus. Dans un bioréacteur discontinu, tous les ingrédients sont ajoutés simultanément et la réaction se produit dans des conditions stagnantes. Les bioréacteurs de fermentation de levure pour l'alcool utilisent généralement des processus discontinus. Un bioréacteur continu maintient un flux constant d'ingrédients et de produit dans le bioréacteur. Il nécessite moins d'assistance manuelle que les bioréacteurs discontinus, ce qui pourrait conduire à une meilleure sécurité.

• Par agitation

  Un bioréacteur de fermentation agité mélange tous les ingrédients pour obtenir une répartition uniforme de la chaleur ainsi que des nutriments et des micro-organismes. Un bioréacteur de fermentation agité peut avoir des systèmes d'agitation avec des turbines, des pales et d'autres systèmes en fonction des besoins du processus de fermentation particulier. Certains bioréacteurs agités ont une double enveloppe qui protège les produits en fermentation des déversements et d'autres risques pour la sécurité.

  Un bioréacteur à airlift fonctionne en faisant passer de l'air à travers une grille spécifique qui provoque une ascension du fluide, mélangeant les ingrédients fermentés. Le bioréacteur de fermentation est très économe en énergie et convient aux cellules sensibles au cisaillement. Une autre façon de mélanger est d'utiliser un système de pompe de circulation qui pompe de petites quantités du milieu autour du réacteur.

  Les bioréacteurs non agités n'ont pas d'apports de force externes pour mélanger le contenu du bioréacteur de fermentation. Les bactéries cultivées créeront leur propre pression et se développeront. Les bioréacteurs non agités ne sont pas très populaires en raison de leur long temps et de l'irrégularité de la qualité du produit final.

• Par contrôle environnemental externe

  Un bioréacteur ouvert mélange toutes les parties du bioréacteur, mais il est vulnérable à la contamination externe et à l'explosion car des gaz inflammables sont présents. Le bioréacteur fermé utilise certaines techniques pour créer des micro-environnements afin de réduire l'influence externe sur les activités microbiennes à l'intérieur du bioréacteur.

• Par échelle et forme

  En général, les bioréacteurs utilisés pour les processus de production à grande échelle sont cylindriques, tandis que ceux utilisés pour la production à petite échelle sont généralement sphériques.

  Les grands bioréacteurs de fermentation sont soit à usage unique, soit réutilisables. Les systèmes à usage unique réduisent le risque de contamination, mais le coût peut être plus élevé lorsqu'ils sont utilisés pour la production à grande échelle. Les bioréacteurs réutilisables devront être nettoyés et stérilisés. Dans la plupart des cas, une double enveloppe est préférable pour la réutilisation.

Spécification et maintenance

Les spécifications des bioréacteurs de fermentation varient en fonction du type et du modèle. Certaines spécifications clés comprennent la capacité, le matériau, la capacité de contrôle, la température, le pH et la pression.

• Capacité : Il s'agit du volume de liquide que le bioréacteur peut contenir. Elle varie des bioréacteurs à petite échelle d'une capacité inférieure à 10 litres aux bioréacteurs industriels à grande échelle pouvant contenir plus de 10 000 litres.
• Matériaux : Un bioréacteur de fermentation est fait de différents matériaux, tels que le verre et l'acier inoxydable. L'acier inoxydable est utilisé pour les bioréacteurs à l'échelle industrielle en raison de sa durabilité et de sa facilité d'entretien.
• Facteurs contrôlables : De nombreux bioréacteurs de fermentation modernes sont dotés de systèmes de contrôle automatiques qui permettent aux utilisateurs de contrôler et de surveiller certains facteurs. Ceux-ci incluent la température, le pH, la pression, l'oxygène dissous et autres.
• Température : Le bioréacteur de fermentation doit atteindre la plage de température appropriée pour la croissance et la fermentation des micro-organismes. Elle varie généralement de quelques degrés Celsius à plus de 100 degrés Celsius.
• pH : Le bioréacteur de fermentation peut maintenir différentes valeurs de pH en fonction des exigences des processus de fermentation. Il varie généralement de 2 à 12.
• Pression : Certains bioréacteurs de fermentation doivent fonctionner à haute pression ou à basse pression ; par conséquent, ils ont besoin d'un système de contrôle de la pression pour maintenir ou modifier la pression à l'intérieur du bioréacteur. La pression peut atteindre 5 bars ou plus.

Un entretien adéquat d'un bioréacteur de fermentation est important pour sa longévité, ses performances fiables et la constance des produits créés. Voici quelques conseils d'entretien et de soins réguliers :

• Nettoyage complet : Après la fermentation, le bioréacteur doit être nettoyé en profondeur pour éliminer les résidus et les contaminants. Des agents de nettoyage compatibles avec les matériaux du bioréacteur doivent être utilisés, et la procédure de nettoyage doit être strictement suivie pour garantir une élimination complète et prévenir la contamination.
• Désinfection : Après avoir nettoyé le bioréacteur, il est nécessaire de le désinfecter pour garantir la stérilité du bioréacteur. Des désinfectants appropriés doivent être utilisés et la procédure de désinfection doit être suivie pour garantir une stérilisation complète.
• Maintenance de routine : Pour les composants du bioréacteur qui nécessitent une maintenance de routine, tels que les vannes, les pompes, les capteurs, etc., il est nécessaire de les nettoyer et de les stériliser conformément aux instructions, et leurs performances doivent être inspectées pour s'assurer qu'ils fonctionnent correctement.
• Systèmes de surveillance et de contrôle : Les systèmes de surveillance et de contrôle du bioréacteur doivent être inspectés régulièrement pour s'assurer que les instruments et l'équipement fonctionnent normalement. Tout problème doit être traité rapidement pour garantir la précision et la stabilité du contrôle.
• Conservé correctement : Lorsqu'il n'est pas utilisé pendant une longue période, le bioréacteur doit être conservé correctement conformément aux exigences pour éviter les dommages ou la contamination du bioréacteur.

Applications industrielles du bioréacteur de fermentation

Le processus de croissance microbienne est facilité par un bioréacteur de fermentation dans diverses industries en plus de l'alimentation. Voici quelques exemples de la manière dont diverses industries bénéficient de cette machine.

• Produits pharmaceutiques

  Les bioréacteurs de fermentation sont essentiels à la production d'antibiotiques, de vaccins, d'hormones et d'autres protéines thérapeutiques. Ils offrent un environnement contrôlé pour la croissance de micro-organismes qui produisent ces composés. Par exemple, dans la production d'antibiotiques, les bioréacteurs sont utilisés pour cultiver des bactéries qui synthétisent les antibiotiques, qui sont ensuite récoltés et purifiés pour un usage médical.

• Biocarburant

  Les bioréacteurs de fermentation jouent un rôle vital dans la production de biocarburants, tels que l'éthanol ou le biodiesel. Ils créent des conditions favorables à la fermentation des glucides ou de la biomasse par les levures ou les bactéries, conduisant à la production de biocarburants. L'efficacité de la fermentation est optimisée grâce à la conception et aux systèmes de contrôle du bioréacteur.

• Biotechnologie/Nutraceutiques

  Les bioréacteurs de fermentation sont utilisés pour produire des ingrédients actifs dans le yogourt de culture probiotique, tels que les antioxydants, les vitamines et les acides aminés. Les micro-organismes sont cultivés dans des bioréacteurs pour synthétiser ces composés précieux, qui sont ensuite extraits et utilisés dans diverses applications, y compris les compléments alimentaires et les aliments fonctionnels.

• Transformation des aliments

  Les bioréacteurs de fermentation sont largement utilisés dans la transformation des aliments pour produire des produits fermentés comme le yogourt, le fromage, la choucroute et les boissons fermentées. Ils assurent une fermentation contrôlée, garantissant la constance des saveurs, des textures et de la qualité des produits alimentaires finaux. Les bioréacteurs permettent également le développement de nouveaux produits alimentaires fermentés ayant des avantages pour la santé.

• Applications environnementales

  Les systèmes de bioréacteurs basés sur la fermentation sont utilisés dans les processus de traitement des déchets pour dégrader la matière organique et éliminer les polluants. Les micro-organismes sont catalysés dans des bioréacteurs pour décomposer les déchets organiques, traiter les eaux usées et réduire la pollution environnementale par la fermentation. Cela contribue à une gestion durable des déchets et à la préservation de l'environnement.

Comment choisir des bioréacteurs et des fermenteurs

Lignes directrices pour les acheteurs lors du choix d'un bioréacteur de fermentation :

• Clarifier les besoins et les attentes :

  Faites une liste des objectifs, des applications et des exigences de production du bioréacteur. Tenez compte de facteurs tels que le type d'organisme, la complexité du processus de fermentation, les besoins d'adaptation, et les caractéristiques de contrôle et de surveillance souhaitées.

• Type de système :

  Choisissez un bioréacteur approprié en fonction de l'organisme et du processus de fermentation. Par exemple, sélectionnez un bioréacteur agité aéré pour la croissance de micro-organismes aérobies ou un bioréacteur avec des caractéristiques anaérobies pour la fermentation anaérobie.

• Capacités d'adaptation :

  Si vous prévoyez une adaptation future, choisissez un modèle de bioréacteur avec une stratégie d'adaptation éprouvée pour faciliter l'adaptation de la production à l'échelle du laboratoire à l'échelle pilote ou à l'échelle industrielle.

• Qualités opérationnelles :

  Tenez compte des voies métaboliques et des conditions de croissance des micro-organismes cibles lors du choix d'un bioréacteur. Certains systèmes peuvent être plus adaptés à des organismes spécifiques, tels que l'utilisation d'un bioréacteur à écoulement continu pour les organismes à taux de croissance rapide.

• Disponibilité du support technique et des services :

  Optez pour des systèmes de bioréacteurs qui ont une communauté de recherche solide ou un réseau de support commercial. Cela peut vous donner accès à des ressources précieuses, à une assistance au dépannage et à des options de service pour l'entretien et la réparation du bioréacteur.

• Considérations de coût et de budget :

  Équilibrez les caractéristiques et les performances souhaitées du bioréacteur avec les contraintes budgétaires. Explorez différents fournisseurs et modèles pour trouver un bioréacteur qui répond aux besoins de la recherche tout en offrant un bon rapport coût-efficacité pour l'application et l'échelle souhaitées.

• Aspects de sécurité :

  Tenez compte des caractéristiques de sécurité du bioréacteur, y compris les capacités de stérilisation, les systèmes de confinement et les dispositifs de surveillance, pour garantir un fonctionnement sûr et minimiser les risques associés à la manipulation de matières biologiques.

FAQ sur les bioréacteurs de fermentation

Q1 : Quels sont les composants essentiels d'un bioréacteur de fermentation ?

A1 : Les composants essentiels des bioréacteurs de fermentation comprennent les suivants :

• Récipient : Le récipient fournit un environnement pour la croissance des cellules ou des micro-organismes. Les récipients sont faits de matériaux tels que l'acier inoxydable ou le verre qui peuvent résister à des températures et des pressions élevées.
• Agitateur : L'agitateur remue le mélange de fermentation et maintient la répartition uniforme des nutriments, de la température et des gaz.
• Systèmes de contrôle : Les systèmes de contrôle peuvent contrôler précisément les paramètres du bioprocessus, y compris la température, le pH, la teneur en oxygène dissous, la pression, etc.
• Systèmes d'échantillonnage et de contrôle : Ces systèmes peuvent surveiller et contrôler l'état des mélanges de fermentation et de l'environnement à l'intérieur du récipient.

Q2 : Quels types de bioréacteurs de fermentation existe-t-il ?

A2 : Les bioréacteurs peuvent être classés dans les deux catégories suivantes en fonction de différents critères :

• Selon les modes de fonctionnement : Selon le mode de fonctionnement, les bioréacteurs peuvent être divisés en bioréacteurs continus, discontinus et semi-discontinus. En général, les bioréacteurs discontinus sont plus courants.
• Selon les modes d'apport d'oxygène : Selon le mode d'apport d'oxygène, les bioréacteurs peuvent être divisés en bioréacteurs agités et en bioréacteurs agités perméables.

Q3 : Quelles industries utilisent les bioréacteurs de fermentation ?

A3 : Les systèmes de bioréacteurs de fermentation sont utilisés dans diverses industries. Dans l'industrie alimentaire, les bioréacteurs sont utilisés pour fabriquer des aliments et des boissons fermentés, tels que le yogourt, le fromage, la bière et le vin. L'industrie pharmaceutique utilise des fermes de bioréacteurs pour produire des antibiotiques, des vitamines, des acides aminés et d'autres produits pharmaceutiques.

La mise à niveau et le développement sont très recherchés dans l'industrie des produits chimiques agricoles, et les bioréacteurs jouent un rôle essentiel à cet égard. Les bioréacteurs sont utilisés pour produire des engrais microbiens, des pesticides et d'autres produits chimiques agricoles.

Les bioréacteurs de fermentation sont également largement utilisés dans l'industrie des biocarburants. Ils sont utilisés pour produire des biocarburants tels que l'éthanol, le butanol, le biodiesel et le biodiesel à partir de biomasse renouvelable.

Dans l'industrie environnementale, les bioréacteurs sont utilisés dans les processus de traitement des eaux usées et de purification de l'air.