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Le processus de fermentation consiste à décomposer une substance en ses plus simples éléments afin d'apporter des modifications chimiques et/ou physiques spécifiques dans le milieu. La fermentation se déroule dans des récipients appelés bioréacteurs (ou fermenteurs) et conçus pour assurer un environnement optimal pour la culture des substances organiques.
Exigences pour un environnement de fermentation optimal
Comme indiqué précédemment, les bioréacteurs sont au cœur des bioprocédés. Toutes les réactions microbiologiques et biochimiques ont lieu dans ces dispositifs. Plus concrètement, il s'agit d'un réservoir visant à fournir un environnement favorable pour les enzymes ou cellules complètes afin de transformer des matières biochimiques en produits.
Qu'est-ce qu'un environnement favorable ?
Pour ce qui est des bioréacteurs, il s'agit de fournir une alimentation en gaz suffisante, de maintenir des niveaux de pH et une température adéquats ainsi que d'apporter des nutriments, des acides, des bases, un fluide antimousse ou de l'oxygène pour une croissance correcte. Pour garantir tout cela, une pompe appropriée doit être installée.
Les ingénieurs en bioprocédés doivent tenir compte des facteurs suivants lors du choix de la bonne pompe:
Viscosité des fluides
Une viscosité de fluide élevée peut générer des forces plus importantes sur les pompes. Par conséquent, celles-ci doivent être suffisamment solides et équipées d'un moteur capable de fournir un couple de freinage adapté.
Sensibilité du fluide aux forces de cisaillement
Certains fluides sont très sensibles aux forces de cisaillement qui s'exercent sur eux. C'est pourquoi les pompes doivent garantir un mouvement de pompage doux qui n'altère pas les composants des fluides (c.-à-d. qui ne détruit pas les cellules dans le fluide).
Stérilité de l'acheminement du fluide
Un environnement stérile est indispensable à la réussite d'une fermentation. Ainsi, les contacts des matières organiques avec les équipements doivent être limités à des pièces soumises aux normes sanitaires les plus strictes.
Précision
L'acheminement précis du fluide organique dans le bioréacteur constitue un aspect fondamental du processus de fermentation. Cette précision dépend principalement de la pompe utilisée. Afin d'obtenir la meilleure précision possible, un calibrage ainsi que l'utilisation de capteurs peuvent permettre de dépasser les limites inhérentes à certaines pompes.
Dans le cadre de la fermentation, les pompes ont pour principale mission de réguler les nombreux composants indispensables qui entrent dans le bioréacteur. Il s'agit notamment de mesurer et de contrôler le pH, d'apporter des nutriments, de mesurer la pression et d'empêcher la formation de mousse.
Pompe d'alimentation en nutriments (1)
Lors d'un bioprocédé, les micro-organismes consomment en principe un vaste éventail de nutriments, notamment de l'eau ou des solutions de glucose hautement visqueuses fournies par le biais de la pompe. Par ailleurs, il est nécessaire de fournir différents profils d'alimentation afin que les pompes puissent intensifier l'alimentation de fluide de façon exponentielle, ce qui peut être le cas dans un bioréacteur.
Pompes à liquide acide et basique (2, 3)
L'ajout de fluides acides ou basiques est parfois nécessaire afin de préserver l'environnement au sein d'un bioréacteur. Pour le savoir, il convient généralement de mesurer le pH dans l'équipement. Les substances sont ajoutées dans le récipient de culture via les tubes et les pompes. Toutefois, leur concentration doit être très précise.
Pompe à liquide antimousse (4)
La formation de mousse survient généralement comme un effet secondaire de la fermentation dans les bioréacteurs et peut bloquer le flux de gaz. Dans ce cas, des pompes sont utilisées pour contrôler la formation de mousse et, le cas échéant, pomper du fluide antimousse.
Compte tenu des exigences associées aux bioréacteurs, les pompes péristaltiques constituent un choix idéal. Elles se démarquent par leur capacité à fournir des liquides de façon douce et précise, même à des viscosités élevées, et à garantir l'intégrité de chaque fluide. De plus, les tubes des pompes péristaltiques sont les seuls éléments en contact avec le milieu, ce qui facilite le respect de normes sanitaires strictes avec des tubes de haute qualité.
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