Fermenteurs et bioréacteurs

Fermenteur ou bioréacteur ?

On retrouve les 2 termes dans les demandes de nos clients.

Le bioréacteur est un terme générique pour désigner un réacteur qui traite du vivant ( par opposition au réacteur chimique ). Les chercheurs l'utilisent aussi pour désigner les fermenteurs spécialisés pour la culture cellulaire. Le terme de fermenteur est plutôt utilisé pour désigner les cultures bactériennes ou fongiques.

Fermenteurs pour l'agro-alimentaire

Ce sont des cuves équipées d'un dispositif d'agitation mécanique qui permet de mélanger les substances fermentées de manière homogène et d'assurer une bonne oxygénation du milieu. Ce type de fermenteur est couramment utilisé pour la production de produits fermentés tels que le yaourt ou la bière.

Fermenteurs en anaérobie

Ils sont conçus pour la fermentation en l'absence d'oxygène et utilisés par exemple pour produire des fromages ou de la choucroute

Fermenteurs en cascade

Ils sont utilisés pour les process de fermentation en étapes successives , comme par exemple la préparation d'un innoculum , puis la croissance du milieu.

La cascade mulitple permet notamment le scale-up pour passer de petites quantités de produit à une production à grande échelle

Fermenteurs en parallèle

Les fermenteurs parallèles sont au contraire tous de même taille. Ils sont utilisés en R&D pour accélérer le processus de développement d'une nouvelle substance, car ils permettent de tester sur de petits volumes juqu'à 24 jeux de paramètres pour une même réaction bio-chimique.

Photo-bioréacteurs

Ils sont utilisés pour la culture et l'étude des microalgues ,cyanobactéries, les gamétophytes de macroalgues, ..... De manière générales tous les micro-organismes photosynthétiques en suspension dans l'eau.

Ces réacteurs sont équipés d'une lumière intense qui accélère le développement de ces micro-organismes.

Les chercheurs qui utilisent ces photo-bioréacteurs travaillent sur les bio-carburants, la photosynthèse, les produits chimiques bio-sourcés....

Voir sur researchgate des publications scientifiques sur les bioréacteurs ;

• bioreactors : a complete review by Guiliano Regonesi .

Ce document est une revue complète des bioréacteurs par Giuliano Regonesi du Centre d'innovation MicroalgaeX à Istanbul, rédigée en août 2023. Il fournit une introduction aux bioréacteurs, à leur histoire et aux progrès technologiques. Les bioréacteurs sont des dispositifs ou des systèmes utilisés pour cultiver et produire des cellules, des tissus ou des organismes biologiques dans un environnement contrôlé. Ils ont été utilisés dans diverses industries, notamment l’alimentation, la médecine, les biocarburants et les bioplastiques, pour produire des enzymes, des protéines, de la biomasse microbienne, des vaccins, des biocarburants et d’autres composés importants. Le texte aborde également les principes, la conception et les facteurs importants à prendre en compte lors de la conception de bioréacteurs, ainsi que leurs pièces et fonctions.

• immobilized cell bioreactors by Colin Webb

• bioreactors for tissue engineering by Bursra Ahata

• Mineral Processing in Bioreactors: Fundamentals and Design Aspects by Ashane Fernando

• Electrochemical membrane bioreactors by Hussein Amusa

Système de pilotage

Tous nos fermenteurs sont pilotés par un automate SIEMENS S7 . C’est un automate stable et universel, adapté à une variété d’applications d'automatisation, en particulier pour le contrôle des processus de fabrication. Il est facile à mettre en réseau ; c’est l’organe de pilotage de votre fermenteur.

Vous pouvez de ce fait, soit afficher à l'écran tactile 10’’ présent sur l’unité toutes les informations présentes dans le logiciel, soit sur un ordinateur distant (option non chiffrée dans cette offre) : transmission de données du process, visualisation du process, des échantillons enregistrés, des paramètres process, etc…

Et aussi bénéficier de tous les périphériques standards proposés par Siemens pour intégrer votre fermenteur dans un réseau interne industriel.

L'automate Siemens permet notamment d'échanger des données en Profinet ou en OPC-UA avec un superviseur de type SCADA.

Le logiciel de pilotage BIOWIT a été développé sur base Siemens S7+ Force Control .

Il permet de ce fait une grande évolutivité dans le temps si vos besoins évoluent.

Il s’adapte à de nombreux actionneurs et capteurs de marques diverses, ce qui garantit l’évolutivité du fermenteur en fonction de vos besoins dans le temps.

Le logiciel est en Anglais ( FR en option ) .

L’écran principal est un synoptique ergonomique qui permet de visualiser très simplement l’état du fermenteur et de toutes les vannes à un instant donné    (type SCADA )

En standard, toutes les fonctionnalités les plus courantes sont installées dans le logiciel :

• Contrôle du process :soit manuel, soit piloté par le logiciel en fonction de vos recettes

• Le logiciel peut piloter tous les actionneurs (rotamètres, pompes, agitation, aération, chauffage ou refroidissement) à l’aide des règles que vous établissez et des valeurs lues sur les différents capteurs.

• Vous pouvez choisir une logique de type PID ou continue

• Les lois type « cascades » sont possibles

• Gestion des utilisateurs et des mots de passe

• Calibration des capteurs

• Visualisation par synoptique de l’état instantané des actionneurs et capteurs

• Alarmes

• Stockage et export des données de chaque lot

• Semi-Automatisation du process grâce à la création de lois en cascades.

Cuves

Un grand nombre de cuves sont disponibles de 0.2L à 50'000L, en inox ou en verre ( simple ou double paroi ).

Les cuves en inox sont fabriquées en 316L pour la partie en contact avec vos produits et 304L pour la double enveloppe.

Agitation

Tous les types d'agitateurs sont disponibles suivant vos besoins : ancre, rushton,....

Capteurs

Nos capteurs ( pH, pO2,Biomasse totale, Redox, Temp° ) sont généralement fournis pas des entreprises US, Suisses ou Allemandes .

Aération

Tous les fermenteurs sont équipés en standard de rotamètres. On peut y ajouter, suivant votre besoin, des débimètres massiques ( Marque Vötglin ).

Pompes

Nos fermenteurs sont équipées de pompes péristaltiques WATSON-MARLOW .Le modèle varie pour ajuster le débit à la taille du fermenteur.

Ces pompes fonctionnent soit en manuel, soit en en automatique pilotées par le logiciel.

Le plus souvent 4 pompes sont montées sur nos fermenteurs pour acide,base, anti-mousse et feed.

Mais on peut ajouter d'autres pompes comme par exemple pour faire une analyse en ligne, un process en continu, un fonctionnement en mode turbidostat, ....

Stérilisation

Les petits fermenteurs sont généralement stérilisés en autoclave. Pour les cuves en inox, plus grosses et plus lourdes, il est nécessaire d'installer un système de Stérilisation In Situ (SIP).

Nos fermenteurs équipés de SIP sont dotés de 5 cycles de stérilisation :

• cuve vide par injection de vapeur dans la cuve

• cuve pleine par injection de vapeur dans le double manteau

• stérilisation des vannes et tuyauteries

• stérilisation et décolmatage des filtres

• cuve pleine par injection de vapeur dans le double manteau et de vapeur dans le milieu ( sur option )

Nettoyage

Tous les gros fermenteurs ont en général 2 boules d'apsersion pour le Nettoyage InSitu ( CIP). Nous pouvons aussi vous fournir la centrale CIP composée d'un pompe à haute pression et de 2 à 3 cuves pour stocker le liquide de lavage et les détergents.

Analyse des gaz sortants

L'analyseur de gaz sortant (en option ) est le plus souvent un GXH-3011N fabriqué par HUAYUN Instruments . Plusieurs versions disponibles en fonction de votre besoin.

L’analyseur est dans un boitier positionné à coté de fermenteur.

Cet instrument mesure pour un gaz donné le rayonnement infrarouge ( NDIR) et son absorption sélective de la bande infrarouge de une longueur d'onde particulière, l'absorption dépend de la concentration du gaz mesuré.

L'instrument peut mesurer en continue en ligne une variété d'autres gaz dans le mélange gazeux : CO, CO2, CH4, NO, SO2, NH3 . Il est utilisé par exemple dans le pétrole, la chimie, la métallurgie et autres contrôles industriels. Egalement pour déterminer la teneur en gaz dans l'agriculture, les soins de santé et les universités et autres recherches.

Mesure du RQ (Respiratory Quotient )

Il est possible d'ajouter un logiciel d’analyse du RQ ainsi qu’un PC dédié. La mesure RQ est faite en continue sur le PC ( pas sur l’automate Siemens ).

La mesure du RQ est particulièrement utile pour étudier les métabolismes d'organismes divers. Il permet l'optilisation des rendement des process en production.

Applications : bio-fuels, agro-alimentaire,biotechnologies.

Nos fermenteurs sont fabriqués par BAILUN.

Puis nous les modifions légèrement avant livraison en y intégrant des petits accessoires de notre conception qui améliorent la facilité d'utilisation et la durée dans le temps des consommables.

Bailun Technology est un fabricant de fermenteurs basé au nord de Shanghai.

Ils ont démarré il y a 22 ans en tant que tolerie INOX pour fabriquer des cuves de toutes tailles pour l’agro-alimentaire.

Puis ils se sont diversifiés il y a 15 ans dans la fabrication de fermenteurs, d’abord simples (pour les brasseurs par exemple), puis plus techniques pour l’industrie pharmaceutique et les biotechs.

Leur savoir-faire en terme de soudure et de travail de l’inox est un vrai avantage pour les clients.

Par ailleurs depuis 5 ans, ils ont choisi de revoir complètement leur gamme de produits pour intégrer des composants critiques de marques européeennes ou US. Notamment en redéveloppant les logiciels de pilotage sur une plateforme matérielle et logicielle SIEMENS S7.

Ce faisant, Bailun a eu beaucoup de succès ces dernières années en ASIE avec ses fermenteurs.

Hors de Chine les fermenteurs BAILUN sort exportés sous la Marque Innova qui est leur distributeur à l’Export.

Voir ici une vidéo de présentation de l'usine BAILUN.

Qu'est-ce qu'un Bioréacteur ?

Bioréacteurs et traitement de l'eau

Controlled C02 supply for algae growth

L'histoire des bioréacteurs