La fermentazione è un processo metabolico in cui il glucosio viene degradato in altri composti organici. Avviene tipicamente nei batteri e nei lieviti, e l’uomo la sfrutta per produrre fermenti e alimenti. Per controllarla in continuo, senza prelevare campioni, oggi si può usare un torbidimetro di processo per fermentazione installato direttamente sul reattore. La crescita dei batteri avviene infatti per duplicazione cellulare, in ambienti favorevoli, ricchi di nutrienti e con le giuste condizioni di temperatura, pH e pressione.
In questo articolo vediamo come un produttore italiano di fermenti ha messo alla prova questa tecnologia per 4 mesi.
Come si controlla il processo di fermentazione?
Per poter analizzare il processo di fermentazione bisogna tener conto della crescita batterica e delle sue fasi: le tempistiche possono variare da 5 ore fino a 24/48 ore, in funzione del ceppo e di quando si raggiunge la fase di morte e non vi è più duplicazione.
Solitamente nei processi di fermentazione industriale si valuta la densità ottica (OD), calcolata partendo dal valore di concentrazione (CU) e diluendo il campione in una specifica cuvetta, che va analizzata in uno spettrofotometro da laboratorio. Oggi, però, lo stesso risultato si può ottenere con un torbidimetro di processo per fermentazione installato direttamente sul reattore.
TORBIDIMETRO DI PROCESSO PER FERMENTAZIONE: Il ruolo degli analizzatori in linea
Da qualche anno sono disponibili tecnologie affidabili per il monitoraggio della fermentazione in linea, in continuo, con questi vantaggi:
- situazione della produzione in tempo reale 24/7/365
- nessun campionamento nessuno spreco di prodotto
- impatto ambientale migliorato
- massima igiene sempre garantita
- prodotti sempre a specifica
In particolare per la fermentazione è indicato l’impiego della tecnologia torbidimetrica. Il torbidimetro di processo per fermentazione è uno strumento ottico che si basa sulla legge di Lambert-Beer e sfrutta quindi l’assorbanza della luce.
L’assorbanza viene analizzata a uno specifico range di lunghezza d’onda per consentire di vedere nel modo più accurato possibile le variazioni. Rispetto ad altre tecnologie, questo analizzatore in linea si adatta a molteplici applicazioni grazie al cammino ottico OPL variabile da 1 a 40 mm. Non richiede diluizioni, essendo installato direttamente nel processo, e il suo risultato viene specificamente linearizzato per ottenere il valore in OD necessario.
Quali requisiti ha la produzione per gestire la fermentazione?
Una nota azienda italiana leader nella produzione di fermenti per implementare i suoi progetti di sviluppo avrebbe dovuto dotarsi di un ulteriore skid in grado di gestire contemporaneamente 4 linee di fermentazione con 2 macro-requisiti fondamentali
- ottenere una analisi precisa e assolutamente in linea con la qualità del suo laboratorio interno
- una installazione gioco forza compatta per un footprint minimo
Inoltre, visto che era stato già equipaggiato l’impianto pilota esistente con un’altra tipologia di torbidimetro di processo, il team R&D del Cliente aveva la possibilità di verificare le performance di soluzioni alternative confrontandole direttamente.
Finalmente scendiamo in campo : la nostra soluzione
Dopo essere stata interpellata, TECNOVA HT ha concluso lo studio di fattibilità proponendo un sistema analitico Optek composto da 4 sonde e 1 controllore pluricanale che andava a risolvere il requisito della compattezza.
Invece per acclarare la qualità e la ripetibilità dell’analisi è stata proposta al cliente la possibilità di testare per un determinato periodo di tempo la tecnologia Optek e quindi di poter comparare facilmente i suoi risultati con la sonda da loro già installata.
Nei successivi 4 mesi sono state eseguite alcune comparazioni, testando la crescita batterica (vari ceppi di Lactobacillus) all’interno di un loro reattore usato per lo scale-up industriale. Le sonde sono state posizionate l’una di fianco l’altra e hanno monitorato il processo di crescita per tutto il tempo necessario (20h circa a processo) e su prodotti diversi.
#1 Run – Agosto
Le prime prove hanno evidenziato uno shift fra le curve generate dalle analisi del turbidimetro Optek (arancione) e del torbidimetro già presente (blu) una volta raggiunto il valore di assorbanza CU 1.5
La crescita monitorata dalla nuova sonda Optek è stata maggiore di quella riscontrata con la sonda già presente, evidenziando così al team R&D del Cliente anche una potenziale perdita di cellule ancora vive ed attive in termini di duplicazione e quindi una perdita nascosta di produzione.
Le prove sono state ripetute a Settembre con una #2 Run con risultati analoghi, ragion per cui il team specialistico TECNOVA HT ha deciso di effettuare una linearizzazione per dimostrare che le due curve fossero in realtà sovrapponibili in modo da dimostrare al cliente la qualità analitica della soluzione pluricanale di Optek.
#3 Run – Ottobre
I test di ottobre hanno messo in evidenza la correttezza dell’interpretazione del fenomeno della fermentazione da parte degli specialisti TECNOVA HT: la curva gialla non linearizzata Optek infatti mostrava sempre valori più alti rispetto alla curva verde linearizzata Optek e alla curva blu del vecchio torbidimetro che invece, nei molteplici test effettuati, hanno avuto un andamento praticamente identico.
#4 Run – Novembre
Con l’ultima prova effettuata a novembre si sono ottenuti dei risultati che hanno convinto definitivamente sia l’R&D che la Produzione.
Gli analizzatori in linea optek-Danulat non solo hanno dimostrato di offrire una migliore linearità e stabilità nel tempo rispetto a sonde similari ma anche che possono essere facilmente adattabili al processo di crescita batterica sviluppato dal cliente con in più la possibilità di essere inseriti gradualmente nei processi di produzione del cliente senza stravolgere o creare le consuete difformità nell’interpretazione dei valori.
Il cliente ha quindi constatato come la tecnologia Optek consenta di poter linearizzare l’analisi per ottenere un dato ancora più vicino possibile al suo riferimento analitico standard e come la presenza di rumore di fondo dovuto ad eventuali interferenze presenti nel processo non sia stata in grado di inficiare la ripetibilità analitica della sonda in linea.
Com’è fatto il sistema analitico per il controllo della fermentazione?
La sonda utilizzata per il test è il modello ASD12, con attacco port 12mm/PG 13.5, presenta 3 tipi di OPL disponibili (1, 5 o 10 mm), la lunghezza di inserzione selezionabile (110/215/315 mm) e come plus il filtro per la luce diurna (che la rende utilizzabile anche in piccoli fermentatori in vetro). Completa il sistema il controllore pluricanale C-4000 che aiuta il responsabile di produzione e di R&D grazie alle sue caratteristiche tecniche:
- fino a 4 sensori insieme
- software specifico per estrapolazione ed elaborazioni dati
- analisi pluriprodotto con 1 singolo sensore
- gestisce molteplici curve di linearizzazione per lo stesso prodotto
- fronte pannello con connessione fisica verso qualsiasi PC per scarico dati
Perché affidarsi a TECNOVA HT?
Dal 1974 TECNOVA HT è in campo a fianco del Cliente e quindi ha potuto sviluppare un’ampia esperienza nell’analisi di processo che non si basa sulla semplice fornitura di strumentazione più o meno idonea, ma sulla ricerca della miglior soluzione tecnica. Per questo, prima di scegliere un torbidimetro di processo per fermentazione, mette a disposizione site survey, demo unit da testare e studi di fattibilità completi e rigorosi. Noi di TECNOVA HT eseguiamo le manutenzioni e validazioni in campo solo con personale dipendente per una reale estensione del life-cycle della strumentazione.
