Биоферментер - это устройство, используемое в промышленности и научных исследованиях, в основном для выращивания и ферментации микроорганизмов или клеток.  Он обеспечивает контролируемую среду для роста микроорганизмов, оптимизируя условия, такие как температура,  Уровень pH, подача кислорода, концентрация питательных веществ и т. Д. Способствуют размножению целевых организмов или производству определенных метаболитов.

Биоферментация широко используется в различных отраслях, включая:

1. Фармацевтическая промышленность: производство антибиотиков, вакцин, биофармацевтических препаратов (например, инсулина, гормона роста), антител и т.д.

Кроме того, ферментер также интегрирован с онлайн - системой мониторинга и управления, которая может контролировать ключевые параметры процесса ферментации в режиме реального времени и соответствующим образом корректировать условия работы, чтобы обеспечить эффективный и стабильный процесс ферментации.

Ключевыми элементами технологии биоферментаторов являются, в частности, следующие: 

1. Конструкция биореактора. Конструкция ферментера должна учитывать биологическую совместимость материала, его стойкость к давлению и удобство очистки и дезинфекции.  Цистерны, как правило, изготовлены из нержавеющей стали, спроектированы с подходящей геометрической формой (например, цилиндрической) и оснащены зажимами для нагрева или охлаждения для поддержания постоянной температуры.
Система перемешивания и смешивания: эффективная система перемешивания обеспечивает равномерное распределение питательных веществ в питательной среде, одновременно повышая уровень растворенного кислорода.  Различные типы перемешивающих лопастей (например, вихревые, пропеллерные) подходят для различных типов микробной культуры, чтобы избежать повреждения клеток при сдвиге.
Газообмен и контроль: Кислород необходим для роста большинства микроорганизмов, и ферментеры должны обладать хорошей способностью к подаче кислорода, как правило, с помощью аэрационных устройств на дне или боковой стенке.  В то же время выбросы метаболитов, таких как CO2, также нуждаются в эффективном контроле.
Контроль температуры и pH: Точное регулирование температуры и pH имеет решающее значение для процесса ферментации.  Система автоматического управления регулирует температуру с помощью электрической проволоки и охлаждающего змеевика, а pH регулируется кислотно - щелочным раствором или газом, таким как CO2 / NH3, для поддержания оптимальных условий роста.
5. Асептическая эксплуатация и стерилизация: Процесс ферментации требует строгой стерильной среды, ферментер и его принадлежности должны быть обработаны высокотемпературной и высоковольтной стерилизацией (гидротермальной стерилизацией), химической или радиационной стерилизацией и другими способами, чтобы предотвратить загрязнение примесями.
Онлайновый мониторинг и автоматизированное управление: современные методы ферментации используют датчики для мониторинга растворенного кислорода,  pH、  Температура, давление, концентрация сахара и другие параметры, а также автоматическая регулировка через систему PLC или DCS для достижения точного контроля и записи данных для повышения эффективности производства и качества продукции.
7. Интеграция переработки вниз по течению: не менее важное значение имеет отдельная очистка продуктов после завершения ферментации.  При проектировании ферментера необходимо учитывать стыковку с последующими этапами разделения, обогащения и очистки, чтобы уменьшить потерю продукта и повысить общую производительность.
8. Масштабируемость и гибкость: В зависимости от масштабов производства и потребностей в исследованиях методы ферментации должны быть масштабируемыми от мелких испытаний и испытаний до массового производства, сохраняя при этом гибкость процесса для адаптации к производству различных продуктов.

Установка и ввод в эксплуатацию биоферментеров представляет собой сложный и детальный процесс, состоящий в основном из нескольких ключевых этапов:

1. Подготовка площадки и инфраструктура • Выбор площадки: Выберите подходящее место для установки ферментеров, чтобы обеспечить ровный и твердый грунт, отвечающий требованиям к несущей способности и удобный для транспортировки сырья, продукции и обслуживания.  Фундаментальное строительство: в соответствии со спецификациями ферментера и техническими требованиями, провести заливку фундамента, обеспечить базовый уровень и стабильность, зарезервировать различные трубопроводные интерфейсы.
2. Установка ферментера • Подъем на месте: Безопасная перевозка ферментера в заданное место с использованием специализированного подъемного оборудования, обеспечивающего защиту цистерны от повреждений.  Трубопроводное соединение: соединить входные, выпускные, паровые трубы, охлаждающие трубы, выхлопные трубы, пробоотборные трубы и т.д., чтобы убедиться, что все трубопроводные соединения герметичны и не имеют утечки.  Установка электрических и самоуправляемых систем: установка электрических элементов, таких как линии электропитания, датчики, контроллеры, приводы и т.д., установка системы сбора данных и управления.
3. Испытания на стерилизацию и герметичность • Внутренняя очистка и стерилизация: перед первым использованием проводится тщательная внутренняя очистка и стерилизация для обеспечения стерильной среды.  Испытание на герметичность: проверка герметичности цистерн и трубопроводных систем на предмет выявления утечки для обеспечения герметичности процесса ферментации.
4. Системная отладка • автономная отладка: соответственно для системы перемешивания, системы контроля температуры,  Система регулирования pH, система подачи газа и т. Д. Для индивидуальной отладки, чтобы проверить, что каждый компонент функционирует нормально.  Связанная отладка: объединить подсистемы для комплексной отладки, имитировать фактические условия производства, проверить правильность логики автоматизированного управления, быстрый и точный ответ системы.  Оптимизация технологических параметров: настройка и оптимизация условий ферментации, таких как температура, в соответствии с характеристиками целевого продукта  pH、  Скорость перемешивания, подача кислорода и т. Д. Для достижения оптимального эффекта ферментации.
5.Безопасность и обучение • Проверка безопасности: проводить всесторонние проверки безопасности, чтобы убедиться, что все оборудование прочно установлено, меры электрической безопасности на месте, система аварийной остановки эффективна.  Обучение операторов: обучение операторов правилам использования оборудования, технического обслуживания и безопасной эксплуатации для обеспечения того, чтобы они умело работали.
Официальная эксплуатация и мониторинг • После завершения вышеуказанных шагов и подтверждения того, что все в порядке, может быть начато официальное производство ферментации.  На начальном этапе эксплуатации следует внимательно следить за всеми параметрами, своевременно корректировать оптимизацию и обеспечивать непрерывное и стабильное производство.

Весь процесс установки и ввода в эксплуатацию должен осуществляться в строгом соответствии с инструкциями и спецификациями, предоставленными изготовителем, и, при необходимости, должен быть приглашен профессиональный технический персонал для руководства или непосредственного участия для обеспечения качества установки и бесперебойной последующей работы.