تُعنى مراقبة التخمير والتحكم في العملية بتوفير بيئة مثالية لنمو وتخمير الكائنات الحية الدقيقة، مما يضمن كفاءةً وإنتاجيةً ثابتةً وجودةً متسقةً للمنتج. وتُعدّ معايير أساسية مثل الرقم الهيدروجيني، والأكسجين المذاب، ودرجة الحرارة، وتركيزات المواد المتفاعلة، واللزوجة، من العوامل التي تُحدد الجودة والكفاءة في مصانع الأدوية، حيث تُفرض متطلبات صارمة على خطوط الإنتاج.
ضرورات مراقبة لزوجة وتركيز مرق التخمير
يُعدّ كلٌّ من التركيز واللزوجة مؤشرًا ديناميكيًا لنمو الميكروبات وكثافة الخلايا وتركيب المرق، مما يؤثر بشكلٍ كبير على عوامل حاسمة مثل انتقال الكتلة وتوافر الأكسجين وتوزيع المغذيات. وبدون مراقبة دقيقة لعملية التخمير والتحكم بها، قد تؤدي التقلبات في التركيز واللزوجة إلى الإخلال بالتوازن الدقيق لبيئة التخمير، مما ينتج عنه انخفاض في الإنتاجية، وعدم اتساق في جودة المنتج، وخسائر مكلفة.
تتيح المراقبة المستمرة عبر الإنترنت لعملية التخمير الحصول على بيانات فورية، مما يمكّن المشغلين من إجراء تعديلات سريعة ودقيقة على معايير مثل معدلات تغذية المغذيات ومستويات التهوية. يُجنّب هذا النظام الآثار السلبية الناجمة عن أخذ العينات اليدوية المتأخرة والمستهلكة للوقت.
لمحة عامة عن عملية تخمير البنسيليوم
التخمير الصيدلاني هو مشروع متطور يجمع بين علم الأحياء الدقيقة والهندسة، حيث تقوم الكائنات الحية الدقيقة التي يتم زراعتها بعناية، مثل البكتيريا أو الفطريات، بإنتاج منتجات حيوية مثل المضادات الحيوية واللقاحات والإنزيمات.
تبدأ عملية تخمير البنسيليوم بتحضير اللقاح في خزانات البذور. ثم تنتقل العملية إلى التخمير شبه المستمر في أوساط غنية بالمغذيات داخل خزانات تخمير كبيرة وعميقة، بما في ذلك معدات المعالجة اللاحقة للاستخلاص والتنقية. ويتم رصد تركيز مرق التخمير ولزوجته وتنظيمهما باستمرار باستخدام أجهزة استشعار مدمجة في العملية، ووحدات تحكم داخلية، وأنظمة آلية لتعزيز الإنتاجية ومنع التلوث.
خصائص فطر البنسيليوم كريسوجينوم في عملية التخمير الدفعي لإنتاج البنسلين
يُعدّ فطر البنسيليوم كريسوجينوم، وهو فطر خيطي، الكائن الحيّ المُفضّل لإنتاج البنسلين صناعيًا. يتسم سلوكه خلال عملية التخمير بالتعقيد الشديد، ويؤثر بشكل مباشر على كفاءة المنتج النهائي وكميته. لذا، يُعدّ فهم خصائصه أمرًا أساسيًا للتحكم الفعال في العملية.
أثناء عملية التخمير، ترتبط اللزوجة والتركيز ارتباطًا وثيقًا، وأي تغيير في أحدهما يؤثر بشكل مباشر على الآخر. تُعد هذه العلاقة جانبًا بالغ الأهمية في التحكم بالعملية، إذ تؤثر على كل شيء بدءًا من نمو الميكروبات وصولًا إلى إنتاجية المنتج.
تغيرات اللزوجة
تُعد لزوجة مرق التخمير مقياسًا لمقاومته للتدفق. وهي ليست ثابتة، بل تتغير عادةً خلال دورة التخمير نتيجة لعدة عوامل:
يزداد تركيز الكائنات الدقيقة مع نموها وتتكاثر مع نمو الكتلة الحيوية. ويؤدي وجودها المادي بحد ذاته إلى تكوين شبكة كثيفة ومتشابكة من الخلايا، مما يزيد من لزوجة مرق التخمير بشكل ملحوظ.
يحدث تحلل الخلايا في نهاية عملية التخمر. قد تتحلل الميكروبات إذا تعرضت الخلايا للإجهاد، مما يؤدي إلى إطلاق مكونات داخلية مثل الحمض النووي والبروتينات. يمكن لهذه الجزيئات الكبيرة أيضًا أن تزيد بشكل ملحوظ من لزوجة المرق.
تغيرات التركيز
يتذبذب التركيز مع تكاثر البكتيريا، حيث يؤدي ازدياد كثافة الخلايا إلى ازدحام المرق وزيادة التفاعلات بينها. وبالطبع، يؤثر التركيز الأولي للمواد الأساسية، كالسكريات والمغذيات، بشكل واضح على نمو الميكروبات لاحقًا.
تتراكم البروتينات والسكريات المتعددة المفرزة في عملية التخمر المستمر، مما يساهم في زيادة تركيز المواد الصلبة المذابة أو المعلقة.
أثر العلاقة
للعلاقة الوثيقة بين اللزوجة والتركيز آثارٌ بالغة الأهمية على عملية التخمير. فزيادة اللزوجة نتيجةً لزيادة التركيز قد تؤدي إلى:
إعاقة انتقال الكتلة: اللزوجة العالية تجعل من الصعب نقل الغازات الأساسية مثل الأكسجين من فقاعات الهواء إلى المرق، مما يحد من قدرة الميكروبات على النمو.
انخفاض كفاءة الخلط: يتطلب المرق الكثيف طاقة أكبر لخلطه بفعالية. قد يؤدي ذلك إلى مناطق راكدة حيث تُستنفد العناصر الغذائية وتتراكم الفضلات، مما يخلق بيئة غير متجانسة تؤثر سلبًا على الإنتاجية.
التأثير على المعالجة اللاحقة: من الصعب ترشيح وتصفية وتنقية المرق عالي اللزوجة أثناء مرحلة استعادة المنتج، مما يجعل العملية بأكملها أقل كفاءة وأكثر تكلفة.
لذلك، فإن مراقبة اللزوجة والتركيز في الوقت الفعلي أمر بالغ الأهمية للحفاظ على الظروف المثلى، وضمان جودة المنتج المتسقة، وزيادة الإنتاجية إلى أقصى حد.
تطبيقات مراقبة اللزوجة المباشرة
يتجلى الأثر التحويلي للمراقبة الإلكترونية في عملية التخمير بشكل خاص في إنتاج المضادات الحيوية، مثل البنسلين. إذ يتيح تتبع اللزوجة في الوقت الفعلي للمشغلين قياس نمو الميكروبات وقوام المرق، مما يسمح بإجراء تعديلات دقيقة على استراتيجيات التغذية والتهوية والتحريك.
تعمل تقنيات المعالجة الآلية كنظام إنذار مبكر قبل حدوث أي خلل محتمل أو تلوث أو تكوّن رغوة، وذلك لمنع حوادث الإنتاج. علاوة على ذلك، فهي تتيح إمكانية التوسع من المختبر إلى المفاعلات الحيوية الصناعية.
حلول قياس اللزوجة المدمجة من لونيمتر
الوظائف الرئيسية والمواصفات الفنية
مقياس اللزوجة الصحي المدمج ومقياس كثافة الأدويةصُممت هذه الأجهزة لمراقبة التخمير والتحكم في العمليات في التطبيقات الصيدلانية. ويقلل تصميمها الميكانيكي الخاص من احتمالات تراكم البكتيريا، والصيانة الدورية، وحتى الاستبدال.
هؤلاءأدوات التشغيل الآلي المدمجةيوفر هذا الجهاز قياسات فورية للزوجة والكثافة، مما يضمن ظروفًا متجانسة للمرق في المفاعلات الحيوية. يتميز مقياس اللزوجة الصحي المدمج بنطاق لزوجة يتراوح بين 10 و10000000 سنتي بواز، ويتحمل درجات حرارة تصل إلى 350 درجة مئوية.
بفضل تجهيزها بأجهزة استشعار متطورة تعتمد على الاهتزاز أو الرنين، توفر هذه الأجهزة قراءات دقيقة في الظروف الديناميكية وتتكامل بسلاسة مع أنظمة PLC و DCS للتحكم الآلي، مما يجعلها مثالية لعملية تخمير البنسلين.
مزايا مقارنة بالأساليب التقليدية غير المتصلة بالإنترنت
تتفوق أجهزة قياس اللزوجة المدمجة من لونميتر على الطرق التقليدية غير المتصلة بالإنترنت. وتتيح أدوات أتمتة العمليات المتقدمة إجراء تعديلات فورية على العملية، مما يقضي على أخطاء أخذ العينات.
تتفوق دقتها في التعامل مع السوائل غير النيوتونية على الأدوات التقليدية، التي غالباً ما تعجز عن التعامل مع السوائل المعقدة. ويقلل التصميم الصحي من مخاطر التلوث، وهو أمر بالغ الأهمية في الصناعات الدوائية، بينما يقلل جمع البيانات الآلي من الخطأ البشري، مما يضمن موثوقية فائقة للمراقبة الآنية لعملية التخمير.
فوائد أتمتة عملية التخمير
تُحدث حلول لونميتر نقلة نوعية في أتمتة عملية التخمير المستمر للبنسلين، موفرةً فوائد لا مثيل لها. فهي تضمن لزوجة ثابتة لمرق التخمير، مما ينتج عنه إنتاجية موحدة للبنسلين ونقاء عالٍ.
يساهم التحكم الآلي في اللزوجة في تقليل الفاقد واستهلاك الطاقة وفترات التوقف، مما يحقق وفورات كبيرة في التكاليف. كما تتيح البيانات الآنية ضبط معدلات التغذية والتهوية والتحريك بدقة، مما يحسن كفاءة العملية.
لا يُمكن المُبالغة في أهمية مراقبة اللزوجة أثناء عملية التخمير الدوائي، وخاصةً في عملية تخمير البنسلين. ارتقِ بعملية التخمير لديك إلى مستوى جديد - تواصل مع لونميتر اليوم لطلب عرض سعر مُخصص لحلول قياس اللزوجة المُتقدمة لدينا، واحصل على دقة إنتاج لا مثيل لها!
تاريخ النشر: 14 أغسطس 2025
