Le suivi et le contrôle de la fermentation consistent à créer un environnement de croissance et de fermentation optimal pour les micro-organismes, afin de garantir une efficacité, un rendement et une qualité de produit constants. Des paramètres clés tels que le pH, l'oxygène dissous, la température, les concentrations de substrat et la viscosité sont autant de facteurs déterminants pour la qualité et l'efficacité des usines pharmaceutiques, où des exigences rigoureuses sont imposées aux lignes de production.
Nécessité du suivi de la viscosité et de la concentration du bouillon de fermentation
La concentration et la viscosité constituent des indicateurs dynamiques de la croissance microbienne, de la densité cellulaire et de la composition du bouillon, influençant fortement des facteurs critiques tels que le transfert de masse, la disponibilité en oxygène et la distribution des nutriments. Sans une surveillance rigoureuse de la fermentation et un contrôle précis du procédé, les fluctuations de concentration et de viscosité peuvent perturber l'équilibre délicat du milieu de fermentation, entraînant une baisse des rendements, une qualité de produit inconstante et des pertes d'efficacité importantes.
La surveillance en ligne continue du processus de fermentation fournit des données en temps réel, permettant aux opérateurs d'ajuster rapidement et précisément des paramètres tels que les débits d'alimentation en nutriments et les niveaux d'aération. Elle élimine les effets négatifs liés aux prélèvements manuels, longs et fastidieux.
Aperçu du processus de fermentation du Penicillium
La fermentation pharmaceutique est un projet sophistiqué de microbiologie et d'ingénierie, où des micro-organismes soigneusement cultivés, tels que des bactéries ou des champignons, produisent des bioproduits essentiels comme les antibiotiques, les vaccins et les enzymes.
Le procédé de fermentation de Penicillium débute par la préparation de l'inoculum dans des cuves d'ensemencement. Il se poursuit par une fermentation en mode fed-batch dans un milieu enrichi en nutriments, au sein de grands fermenteurs profonds, incluant des équipements de récupération et de purification. La concentration et la viscosité du bouillon de fermentation sont surveillées et régulées en continu grâce à des capteurs intégrés, des régulateurs internes et des systèmes automatisés, afin d'optimiser le rendement et de prévenir toute contamination.
Propriétés de Penicillium chrysogenum en fermentation discontinue pour la production de pénicilline
Penicillium chrysogenum, un champignon filamenteux, est le micro-organisme de choix pour la production industrielle de pénicilline. Son comportement durant la fermentation est très complexe et influe directement sur l'efficacité et le rendement du produit final. La compréhension de ses propriétés est essentielle pour un contrôle efficace du procédé.
Lors de la fermentation, la viscosité et la concentration sont étroitement liées, et toute variation de l'une influe directement sur l'autre. Cette relation est un aspect crucial du contrôle du procédé, car elle impacte tout, de la croissance microbienne au rendement du produit.
Changements de viscosité
La viscosité d'un bouillon de fermentation mesure sa résistance à l'écoulement. Elle n'est pas constante et varie généralement tout au long du cycle de fermentation en raison de plusieurs facteurs :
La concentration de micro-organismes augmente avec leur croissance et leur multiplication, ce qui entraîne une augmentation de la biomasse. Leur simple présence physique crée un réseau dense et entrelacé de cellules, ce qui accroît considérablement la viscosité du bouillon de fermentation.
La lyse cellulaire survient à la fin de la fermentation. Les microbes peuvent lyser si les cellules sont soumises à un stress, libérant ainsi des composants intracellulaires comme l'ADN et les protéines. Ces grosses molécules peuvent également augmenter significativement la viscosité du bouillon.
Changements de concentration
La concentration fluctue en fonction de la multiplication bactérienne, car la densité cellulaire entraîne un encombrement du milieu et des interactions plus fréquentes entre les cellules. Bien entendu, la concentration initiale des substrats, tels que les sucres et les nutriments, a un impact évident sur la croissance microbienne ultérieure.
Les protéines et les polysaccharides sécrétés s'accumulent lors de la fermentation continue, contribuant à l'augmentation de la concentration des matières solides dissoutes ou en suspension.
L'impact de la relation
Le lien étroit entre viscosité et concentration a des implications majeures pour le processus de fermentation. Une augmentation de la viscosité due à une concentration accrue peut :
Entrave au transfert de masse : La viscosité élevée rend plus difficile le transfert de gaz essentiels comme l’oxygène des bulles d’air vers le bouillon, limitant ainsi la capacité des microbes à se développer.
Diminution de l'efficacité du mélange : Un bouillon plus épais nécessite plus d'énergie pour être mélangé efficacement. Cela peut entraîner la formation de zones stagnantes où les nutriments s'épuisent et les déchets s'accumulent, créant un environnement hétérogène qui nuit à la productivité.
Impact sur le traitement en aval : les bouillons très visqueux sont plus difficiles à filtrer, à centrifuger et à purifier lors de la phase de récupération du produit, ce qui rend l’ensemble du processus moins efficace et plus coûteux.
Par conséquent, le suivi en temps réel de la viscosité et de la concentration est crucial pour maintenir des conditions optimales, garantir une qualité de produit constante et maximiser le rendement.
Applications de la surveillance de la viscosité en ligne
Le potentiel transformateur du suivi en ligne dans le processus de fermentation est particulièrement évident dans la production d'antibiotiques, comme la pénicilline. Le suivi en temps réel de la viscosité permet aux opérateurs d'évaluer la croissance microbienne et la consistance du bouillon, ce qui permet d'ajuster précisément les stratégies d'alimentation, d'aération et d'agitation.
Les technologies de procédés automatisés permettent de détecter les anomalies potentielles, les contaminations et la formation de mousse afin de prévenir les accidents de production. De plus, elles permettent une mise à l'échelle allant du laboratoire aux bioréacteurs industriels.
Solutions de mesure de viscosité en ligne Lonnmeter
Fonctions principales et spécifications techniques
Le viscosimètre sanitaire en ligne etdensimètre pharmaceutiqueConçues pour la surveillance de la fermentation et le contrôle des procédés dans les applications pharmaceutiques, leur conception mécanique spécifique réduit les risques de prolifération bactérienne, la fréquence d'entretien et même le besoin de remplacement.
Cesinstruments d'automatisation en ligneCe viscosimètre en ligne sanitaire mesure en temps réel la viscosité et la densité, garantissant ainsi des conditions de culture homogènes dans les bioréacteurs. Sa plage de viscosité s'étend de 10 à 10 000 000 cP et il supporte des températures jusqu'à 350 °C.
Dotés de capteurs vibratoires ou résonants de pointe, ces instruments fournissent des mesures précises dans des conditions dynamiques et s'intègrent parfaitement aux systèmes PLC et DCS pour un contrôle automatisé, ce qui les rend idéaux pour le processus de fermentation de la pénicilline.
Avantages par rapport aux méthodes hors ligne traditionnelles
Les instruments de mesure de viscosité en ligne de Lonnmeter surpassent les méthodes hors ligne traditionnelles. Leurs outils d'automatisation avancés permettent des ajustements immédiats du processus, éliminant ainsi les erreurs d'échantillonnage.
Leur précision dans la manipulation de bouillons non newtoniens surpasse les outils hors ligne, souvent mis à rude épreuve par les fluides complexes. Leur conception hygiénique minimise les risques de contamination, un point crucial en milieu pharmaceutique, tandis que la collecte automatisée des données réduit les erreurs humaines, garantissant une fiabilité optimale pour le suivi en ligne du processus de fermentation.
Avantages de l'automatisation des procédés de fermentation
Les solutions de Lonnmeter révolutionnent l'automatisation de la fermentation continue de la pénicilline, offrant des avantages inégalés. Elles garantissent une viscosité constante du bouillon de fermentation, assurant ainsi des rendements uniformes et une pureté élevée de la pénicilline.
Le contrôle automatisé de la viscosité réduit les déchets, la consommation d'énergie et les temps d'arrêt, générant ainsi d'importantes économies. Les données en temps réel permettent un réglage précis des débits d'alimentation, de l'aération et de l'agitation, optimisant ainsi l'efficacité du procédé.
L'importance cruciale du contrôle en continu de la viscosité lors de la fermentation pharmaceutique, notamment pour la production de pénicilline, est capitale. Optimisez votre processus de fermentation : contactez Lonnmeter dès aujourd'hui pour obtenir un devis personnalisé pour nos solutions de mesure de viscosité de pointe et atteignez une précision de production inégalée !
Date de publication : 14 août 2025
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