Máy lên men và lò phản ứng sinh học là gì?

Máy lên men và lò phản ứng sinh học là gì?

Trả lời câu hỏi chính:Máy lên men và lò phản ứng sinh học là gì và chúng khác nhau như thế nào trong thực tế?Máy lên men là một bình nuôi dưỡng vi sinh vật như men, vi khuẩn hoặc nấm để chuyển đổi chất nền thành sản phẩm mục tiêu,trong khi một lò phản ứng sinh học là thuật ngữ kỹ thuật rộng hơn cho bất kỳ bình nào hỗ trợ phản ứng xúc tác sinh học, bao gồm các hệ thống vi khuẩn, động vật có vú, côn trùng, thực vật và enzyme. Về phần cứng, chúng là cùng một máy: một bể khử trùng, có thiết bị, hỗn loạn giữ nhiệt độ 20-40 ° C,pH ở 3.5-8.0, và oxy hòa tan ở mức bão hòa không khí 20-40%.5 vvm với hệ số truyền khối lượng khối lượng kLa 30-200 h-1.

1Làm thế nào các máy lên men và lò phản ứng sinh học hoạt động

Mỗi thùng nuôi cấy thực hiện cùng bốn nhiệm vụ: chứa một môi trường vô trùng, chuyển oxy và nhiệt, giữ cho nước dùng đồng nhất và cho phép người vận hành kiểm soát quỹ đạo sinh học.Ba cơ chế quyết định liệu nó thành công hay không:

• Chuyển oxy và kLa:Các tế bào khí quyển tiêu thụ oxy với tốc độ OUR = QO2·X, trong đó QO2 là 2-5 mmol O2/g·h và X là 30-80 g/l trọng lượng tế bào khô.trong đó C* là khoảng 7-8 mg/L cho nước phun khí ở 1 atm và 30 °CTrong một bể hỗn hợp ở 0,5-1,5 vvm, kLa của 50-200 h-1 là điển hình; các cột bong bóng đạt 30-120 h-1 với năng lượng nhập thấp hơn nhiều.Nền văn hóa chuyển sang chuyển hóa tràn hoặc hình thành các sản phẩm phụ vô khí và sự sụp đổ của tiêu đề.
• Trộn và cắt cân bằng:Các động cơ đẩy phải treo chất rắn và phân tán khí mà không phá hủy các tế bào. Tốc độ treo chỉ theo mối tương quan Zwietering Njs = S · nu · 0.1) · g · rhos - rhol) / rhol) ^ 0.45 · dp ^ 0.2 · X ^ 0.13. Các nền văn hóa vi khuẩn và nấm men dung nạp tốc độ mũi 5-7 m / s, trong khi các tế bào động vật có vú đòi hỏi 0,5-1,5 m / s và thủy cánh dòng trục thay vì tuabin Rushton quang.5-5 kW/m3 cho lên men vi khuẩn và 0.01-0.10 kW/m3 đối với nuôi tế bào động vật nhạy cảm với cắt.
• Sterility và làm sạch:Hoạt động aseptic phụ thuộc vào khử trùng bằng hơi nước tại chỗ ở 121 °C trong 20-30 phút với độ chết tương đương Fo > = 15, áp suất bình dương là 0,05-0,10 MPa trong thời gian làm mát và 0.Không khí cung cấp lọc HEPA 2 μmGiữa các chiến dịch, làm sạch tại chỗ lưu thông 0,5-2,0% chất gây cháy ở nhiệt độ 60-80 °C tiếp theo là rửa axit, nhắm vào một kết thúc bề mặt tiếp xúc với sản phẩm Ra <= 0,5 μm (đánh bóng điện 316L,ASME-BPE SF4 hoặc tốt hơn) để khối lượng sinh học còn lại ở dưới 1 CFU/25 cm2.

2Các loại chính và cách chọn một

Sự lựa chọn bắt đầu từ sinh vật, sau đó từ nhu cầu oxy, dung nạp cắt và lớp vô sinh cần thiết.

• Phân tích năng lượng:Lựa chọn mặc định cho hầu hết các quá trình lên men vi khuẩn và nuôi cấy tế bào. Một thùng 316L với một đến bốn động cơ với tỷ lệ đường kính động cơ-nước chứa 0,33-0.50Nó cung cấp kLa của 50-200 h-1 và xử lý độ nhớt lên đến khoảng 5.000 cP với các động cơ xoắn ốc hoặc neo.làm cho nó cấu hình duy nhất mà quy mô sạch sẽ từ phòng thí nghiệm đến nhà máy.
• Cột bong bóng và đường băng:Không có hỗn loạn cơ học; trộn và chuyển khối lượng đến từ khí tăng ở tốc độ bề mặt 0,02-0,10 m / s. Một đường ngang hàng không thêm một ống hút áp đặt lưu thông theo quy định,cho phép trộn tốt hơn ở năng lượng thấpCác bình này phù hợp với nấm sợi, tế bào thực vật, protein đơn bào và khối lượng rất lớn (lên đến 300.000 l) nơi chiều dài trục khuấy và chi phí niêm phong trở nên khó khăn.Tiêu thụ năng lượng thấp hơn 30-50% so với STR tương đương.
• Máy sinh học dùng một lần:Một túi polymer đa lớp được bức xạ gamma (USP lớp VI, không có thành phần động vật) bên trong vỏ hỗ trợ không gỉ, thường là 50-2.000 L.Nó loại bỏ việc xác nhận làm sạch hoàn toàn và cắt giảm thay đổi chiến dịch từ ngày đến giờ, rất quan trọng đối với các cơ sở CDMO đa sản phẩm.và các nghiên cứu chi phí tiêu thụ thường xuyên cộng với các chất chiết xuất và lọc theo USP <665> và <1665>.
• Các chất lên men ở trạng thái rắn và không khí:Các đơn vị trạng thái rắn nuôi nấng nấm trên chất nền hạt ẩm với không khí ẩm buộc thay vì một giai đoạn lỏng tự do, được sử dụng cho các enzyme, koji và phân bón.khí sinh học, và sản xuất dung môi bỏ qua hoàn toàn và thay vào đó quản lý sự phát triển CO2, bọt và loại bỏ nhiệt ở nhiệt độ 30-38 °C, dựa trên khuấy trộn chậm và làm mát bên ngoài để giữ nước dùng trong phạm vi ± 1 °C.

Các loại máy lên men và lò phản ứng sinh học Ma trận so sánh

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Hỏi: Một máy lên men có giống như một lò phản ứng sinh học không?

A: Không chính xác, mặc dù phần cứng chồng chéo gần như hoàn toàn. Fermenter là thuật ngữ truyền thống cho một tàu chạy một chuyển đổi vi khuẩn như ethanol, axit lactic, sinh khối men,hoặc kháng sinh, và nó thường ngụ ý một quá trình thiếu khí hoặc vi khí. Bioreactor là thuật ngữ kỹ thuật rộng hơn bao gồm bất kỳ bình nào duy trì chất xúc tác sinh học, bao gồm cả nuôi dưỡng vi khuẩn khí,nuôi dưỡng tế bào động vật có vú và côn trùngTrong việc mua sắm, sự khác biệt thực tế được thể hiện trong trang trình kỹ thuật:một đơn đặt hàng lò phản ứng sinh học thường yêu cầu kết thúc bề mặt chặt chẽ hơn, nhiều thiết bị và tài liệu xác thực chính thức.

Q: Tôi cần máy lên men hoặc lò phản ứng sinh học có kích thước nào?

A: Kích thước từ sản lượng hàng năm yêu cầu, không phải từ danh mục tàu. Làm việc ngược lại từ khối lượng sản phẩm hàng năm, chia theo titer (ví dụ 80-150 g / L cho axit amin,3-10 g/l đối với kháng thể đơn Clonal) và theo số lô mỗi năm, sau đó áp dụng một khối lượng làm việc là 70-80% của tổng khối lượng bình để để lại không gian đầu cho bọt và khí giải phóng.000 L bình vận hành theo chu kỳ 48 giờ với 85% tính năng sẵn có theo lịch trình sản xuất khoảng 150 lô mỗi nămLuôn luôn xác minh rằng kích thước đã chọn vẫn có thể đạt được mục tiêu kLa với không khí và công suất khuấy sẵn.

Q: Vật liệu và bề mặt nào nên được xác định?

A: Đối với thực phẩm, đồ uống và thuốc, chỉ định thép không gỉ 316L có hàm lượng carbon thấp (dưới 0,03%) và lưu huỳnh thấp để đảm bảo thâm nhập hàn nhất quán,được đánh bóng cơ khí và đánh bóng điện đến Ra <= 0.5 μm, với hàn quỹ đạo và phụ kiện kẹp hoặc hàn đệm ASME-BPE. Đối với nước dùng ăn mòn cao có chứa clorua trên khoảng 100 ppm hoặc cho hóa học CIP hung hăng, chuyển sang 904L, duplex 2205,hoặc titan lớp 2- Công nghiệp ethanol hoặc dịch vụ xử lý chất thải có thể sử dụng 304L với một kết thúc máy xay, làm giảm chi phí vốn đáng kể mà không ảnh hưởng đến năng suất.

Hỏi: Việc đưa vào sử dụng một dây chuyền lên men mới mất bao lâu?

A: Đối với một dây chuyền thép không gỉ hoàn toàn, mong đợi 10-14 tháng từ khi phát hành đơn đặt hàng đến lô sản xuất đầu tiên: khoảng 4-6 tháng cho kỹ thuật chi tiết và chế tạo,2-3 tháng cho thử nghiệm chấp nhận nhà máy, vận chuyển và lắp đặt, và 2-3 tháng cho thử nghiệm chấp nhận trang web, kết nối tiện ích và trình độ DQ / IQ / OQ / PQ cộng với ba lần chạy trình độ trình độ thành công liên tiếp.Slide sử dụng một lần nén nó xuống còn 5-8 tháng vì xác nhận làm sạch và khởi động hệ thống CIP / SIP biến mất khỏi đường dẫn quan trọng.