Cosa è la fermentazione?

La fermentazione è quel processo per il quale una sostanza viene suddivisa in componenti più semplici allo scopo di produrre modificazioni chimiche e/o fisiche specifiche nei mezzi. La fermentazione avviene in recipienti chiamati "bioreattori" (o "fermentatori") appositamente progettati per offrire un ambiente ideale al materiale organico da coltivare.

Requisiti per un ambiente di fermentazione ottimale

  • Flusso controllato con estrema delicatezza e precisione, affinché sia sempre garantita l'integrità cellulare.
  • Precisa movimentazione di fluidi di alimentazione, acidi, basici e antischiuma.
  • Applicabilità monouso e assenza di contaminazione incrociata.


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Il ruolo dei bioreattori

Come già specificato in precedenza, un bioreattore costituisce il nucleo centrale dei processi biologici, essendo il luogo in cui fisicamente avvengono le reazioni microbiologiche e biochimiche. Entrando nello specifico, si tratta di un recipiente pensato per offrire a enzimi o intere cellule un ambiente attivo in cui trasformare la materia biochimica in prodotti.

Cosa si intende esattamente per "ambiente attivo"?

Per ciò che riguarda i bioreattori, fa riferimento al fatto che assicurino una sufficiente fornitura di gas mantenendo temperatura e livelli di pH corretti e garantendo nutrienti, acidi, basi, fluidi antischiuma e ossigeno necessari a sostenere la proliferazione. Per eseguire tutte queste funzioni, occorre implementare una tecnologia per pompe adeguata.

Bioreattore

Scelta della pompa giusta

Gli ingegneri di bioprocesso devono considerare i seguenti fattori nella scelta della pompa giusta:

Viscosità del fluido

Più viscosi sono i fluidi, maggiori sono le forze esercitate sulla pompa. Pertanto, la pompa deve essere sufficientemente robusta e, in più, dotata di un motore che garantisca un'adeguata coppia di attrito.

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Sensibilità del fluido alle forze di taglio

Alcuni fluidi sono molto sensibili alle forze di taglio a cui sono soggetti; pertanto, la pompa deve garantire un'azione di pompaggio delicata che non comporti alcuna alterazione dei componenti del fluido (ad esempio, la distruzione delle cellule causata da elevate forze di taglio).

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Necessità di un percorso del fluido sterile

Poiché un ambiente sterile è fondamentale per il successo di una fermentazione asettica, occorre che il contatto tra la materia organica e i componenti hardware sia limitato a quelle parti che soddisfano i più elevati standard sanitari.

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Accuratezza e precisione

Un aspetto importante del processo di fermentazione è l'accurata e precisa distribuzione del fluido organico nel bioreattore. Accuratezza e precizione dipendono, in larga parte, dalla tecnologia della pompa. Per raggiungere il più alto grado di accuratezza e precisione, si può ricorrere alla taratura e all'utilizzo dei sensori per superare i limiti intrinseci di determinate tecnologie per pompe.

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Perché la pompa giusta è fondamentale per i bioreattori?

Il ruolo più importante rivestito dalle pompe nella fermentazione è quello di regolare i diversi ingredienti critici che entrano nel reattore. Tali regolazioni includono la rilevazione e il controllo dei livelli di pH, l'alimentazione con nutrienti, la misurazione della pressione e la necessità di impedire la formazione di schiuma.

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Pompa per la fornitura di nutrienti (1)

Durante un biotrattamento, i microrganismi sono soliti consumare diversi nutrienti, tra cui acqua o soluzioni di glusosio ad alta viscosità, che vengono forniti dalla pompa. In più, è necessario garantire diversi profili di alimentazione, in modo tale che le pompe siano in grado di aumentare in modo esponenziale la fornitura di fluido, ideale in un bioreattore.

Pompe per acidi e basi (2, 3)

Talvolta, l'aggiunta di acidi o basi è necessaria per mantenere un ambiente ideale nel bioreattore. Di solito, a indicarlo è il rilevamento del livello di pH all'interno del dispositivo. Le sostanze vengono aggiunte al recipiente di coltura attraverso tubi e pompe fino a quando non raggiungono la necessaria concentrazione.

Pompa per fluido antischiuma (4)

La schiuma è di solito un effetto collaterale indesiderato del processo di fermentazione che avviene nei bioreattori, poiché rischia di bloccare il flusso di gas. In casi come questo, si utilizzano pompe per regolare la formazione della schiuma e, se necessario, pompare un fluido antischiuma di regolazione.

Pompe peristaltiche: il cuore dei bioreattori

Tenendo in considerazione i requisiti dei bioreattori, la tecnologia per pompe ideale è quella delle pompe peristaltiche. Queste pompe si distinguono non solo per la capacità di fornire liquidi (anche ad alta viscosità) in modo delicato e accurato, ma anche perché mantengono l'integrità dei fluidi. Inoltre, il fatto che i tubi delle pompe peristaltiche siano gli unici componenti a entrare in contatto con il mezzo fa sì che sia molto più semplice per queste pompe soddisfare elevati standard sanitari utilizzando tubi di alta qualità.

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