Monitorovanie a riadenie fermentácie znamená vytvorenie dokonalého prostredia pre rast a fermentáciu mikróbov a následne udržanie stabilnej účinnosti, výťažnosti a konzistentnej kvality produktu. Kľúčové parametre, ako je pH, rozpustený kyslík, teplota, koncentrácie substrátu a viskozita, sú faktory určujúce kvalitu a efektivitu vo farmaceutických továrňach, kde sa na procesné linky kladú prísne požiadavky.
Potreby monitorovania viskozity a koncentrácie fermentačného vývaru
Koncentrácia aj viskozita slúžia ako dynamický indikátor mikrobiálneho rastu, hustoty buniek a zloženia bujónu, pričom výrazne ovplyvňujú kritické faktory, ako je prenos hmoty, dostupnosť kyslíka a distribúcia živín. Bez dôkladného monitorovania fermentácie a riadenia procesu môžu výkyvy koncentrácie a viskozity narušiť krehkú rovnováhu fermentačného prostredia, čo vedie k zníženým výťažkom, nekonzistentnej kvalite produktu a nákladným neefektívnostiam.
Nepretržité online monitorovanie fermentačného procesu poskytuje údaje v reálnom čase, čo umožňuje operátorom rýchlo a presne upravovať parametre, ako sú rýchlosti pridávania živín a úrovne prevzdušňovania. Eliminuje negatívne účinky spôsobené oneskoreným a časovo náročným manuálnym odberom vzoriek.
Prehľad procesu fermentácie Penicillium
Farmaceutická fermentácia je sofistikovaný projekt mikrobiológie a inžinierstva, kde starostlivo kultivované mikroorganizmy, ako sú baktérie alebo huby, produkujú životne dôležité bioprodukty, ako sú antibiotiká, vakcíny a enzýmy.
Proces fermentácie Penicillium začína prípravou inokula v zárodkových nádržiach. Následne sa prechádza na vsádzkovú fermentáciu v médiu obohatenom živinami vo veľkých hlbokých fermentoroch vrátane následného zariadenia na regeneráciu a čistenie. Koncentrácia a viskozita fermentačného bujónu sa nepretržite monitorujú a regulujú pomocou inline procesných senzorov, interných modelových ovládačov a automatizovaných systémov na zvýšenie výťažnosti a zabránenie kontaminácii.
Vlastnosti Penicillium Chrysogenum pri dávkovej fermentácii na výrobu penicilínu
Penicillium chrysogenum, vláknitá huba, je mikroorganizmus preferovaný na priemyselnú výrobu penicilínu. Jeho správanie počas fermentačného procesu je veľmi zložité a priamo ovplyvňuje účinnosť a výťažok konečného produktu. Pochopenie jeho vlastností je nevyhnutné pre efektívne riadenie procesu.
Počas fermentácie sú viskozita a koncentrácia úzko prepojené a zmeny v jednom priamo ovplyvňujú druhý. Tento vzťah je kritickým aspektom riadenia procesu, pretože ovplyvňuje všetko od mikrobiálneho rastu až po výťažok produktu.
Zmeny viskozity
Viskozita fermentačného vývaru je mierou jeho odporu voči prúdeniu. Nie je konštantná a zvyčajne sa mení počas fermentačného cyklu v dôsledku niekoľkých faktorov:
Koncentrácia mikroorganizmov sa zvyšuje s ich rastom a množia sa v rámci rastu biomasy. Už len fyzická prítomnosť vytvára hustú, prepletenú sieť buniek, čo výrazne zvyšuje viskozitu fermentačného vývaru.
K lýze buniek dochádza na konci fermentácie. Mikróby môžu lýzovať, ak sú bunky stresované, a uvoľňovať intracelulárne zložky, ako je DNA a proteíny. Tieto veľké molekuly môžu tiež výrazne zvýšiť viskozitu bujónu.
Zmeny koncentrácie
Koncentrácia kolíše s množením baktérií, pretože hustota buniek spôsobuje preplnený bujón a častejšie interakcie medzi bunkami. Počiatočná koncentrácia substrátov, ako sú cukry a živiny, má samozrejme zjavný vplyv na ďalší rast mikróbov.
Vylučované bielkoviny a polysacharidy sa hromadia pri kontinuálnej fermentácii, čo prispieva k zvyšovaniu koncentrácie rozpustených alebo suspendovaných pevných látok.
Dopad vzťahu
Úzky vzťah medzi viskozitou a koncentráciou má zásadný vplyv na proces fermentácie. Zvýšenie viskozity v dôsledku zvýšenej koncentrácie môže:
Bráni prenosu hmoty: Vysoká viskozita sťažuje prenos esenciálnych plynov, ako je kyslík, zo vzduchových bublín do vývaru, čo obmedzuje schopnosť mikróbov rásť.
Zníženie účinnosti miešania: Hustší vývar vyžaduje viac energie na efektívne miešanie. To môže viesť k stagnujúcim zónam, kde sa vyčerpávajú živiny a hromadia sa odpadové produkty, čo vytvára nerovnomerné prostredie, ktoré negatívne ovplyvňuje produktivitu.
Ovplyvnenie následného spracovania: Vysoko viskózne bujóny sa počas fázy získavania produktu ťažšie filtrujú, centrifugujú a čistia, čo znižuje účinnosť celého procesu a zvyšuje jeho náklady.
Preto je monitorovanie viskozity a koncentrácie v reálnom čase kľúčové pre udržanie optimálnych podmienok, zabezpečenie konzistentnej kvality produktu a maximalizáciu výťažnosti.
Aplikácie monitorovania viskozity priamo v potrubí
Transformačný potenciál online monitorovania v procese fermentácie je obzvlášť zrejmý pri výrobe antibiotík, ako je penicilín. Sledovanie viskozity v reálnom čase umožňuje operátorom merať mikrobiálny rast a konzistenciu vývaru, čo umožňuje presné úpravy stratégií kŕmenia, prevzdušňovania a miešania.
Automatizované procesné technológie fungujú ako varovný signál pred potenciálnymi anomáliami, kontamináciou a tvorbou peny, aby sa predišlo výrobným nehodám. Okrem toho umožňujú škálovateľnosť od laboratórnych až po priemyselné bioreaktory.
Riešenia Lonnmeter pre meranie viskozity v priamom prenose
Hlavné funkcie a technické špecifikácie
Vstavaný hygienický viskozimeter afarmaceutický hustomersú určené na monitorovanie fermentácie a riadenie procesov vo farmaceutických aplikáciách. Ich špeciálna mechanická konštrukcia znižuje možnosť hromadenia baktérií, vyžaduje pravidelnú údržbu a dokonca aj výmenu.
Tietoinline automatizačné nástrojeposkytujú merania viskozity a hustoty v reálnom čase, čím zabezpečujú konzistentné podmienky bujónu v bioreaktoroch. Inline sanitárny viskozimeter sa vyznačuje rozsahom viskozity 10 – 10 000 000 cP. Jeho teplotná tolerancia dosahuje 350 °C.
Tieto prístroje, vybavené pokročilými vibračnými alebo rezonančnými senzormi, poskytujú presné údaje v dynamických podmienkach a bezproblémovo sa integrujú so systémami PLC a DCS pre automatizované riadenie, vďaka čomu sú ideálne pre proces fermentácie penicilínu.
Výhody oproti tradičným offline metódam
Inline prístroje na meranie viskozity od spoločnosti Lonnmeter prekonávajú tradičné offline metódy. Pokročilé nástroje na automatizáciu procesov umožňujú okamžité úpravy procesu a eliminujú chyby pri odbere vzoriek.
Ich presnosť pri manipulácii s nenewtonovskými bujónmi prekonáva offline nástroje, ktoré často zlyhávajú pri zložitých tekutinách. Hygienický dizajn minimalizuje riziká kontaminácie, ktoré sú kritické vo farmaceutickom prostredí, zatiaľ čo automatizovaný zber údajov znižuje ľudské chyby, čím zabezpečuje vynikajúcu spoľahlivosť online monitorovania fermentačného procesu.
Výhody automatizácie fermentačného procesu
Riešenia spoločnosti Lonnmeter transformujú automatizáciu v kontinuálnej fermentácii penicilínu a prinášajú bezkonkurenčné výhody. Zabezpečujú konzistentnú viskozitu fermentačného bujónu, čo vedie k rovnomerným výťažkom penicilínu a vysokej čistote.
Automatizovaná regulácia viskozity znižuje odpad, spotrebu energie a prestoje, čo vedie k výrazným úsporám nákladov. Údaje v reálnom čase umožňujú jemné doladenie rýchlosti podávania, prevzdušňovania a miešania, čím sa optimalizuje efektivita procesu.
Kritický význam inline monitorovania viskozity vo farmaceutickej fermentácii, najmä pri procese fermentácie penicilínu, nemožno preceňovať. Posuňte svoj fermentačný proces na vyššiu úroveň – kontaktujte ešte dnes spoločnosť Lonnmeter a požiadajte o personalizovanú cenovú ponuku na naše pokročilé riešenia merania viskozity, ktoré vám poskytnú bezkonkurenčnú presnosť výroby!
Čas uverejnenia: 14. augusta 2025
