Fermentazione batterica
Bioreattori ad alto trasferimento di ossigeno per fermentazione microbica ad alta densità cellulare — vetro per lo sviluppo, acciaio inox per una produzione robusta — progettati per l'aerazione intensa e il carico termico che queste colture richiedono.
La sfida
Proteine ricombinanti, enzimi industriali e DNA plasmidico nascono quasi tutti da una fermentazione batterica. Il vincolo progettuale non cambia mai: un ceppo che raddoppia in venti minuti consuma ossigeno più in fretta di quanto un bioreattore sottodimensionato riesca a trasferirlo. Oltre i 70 g/L di massa cellulare, in E. coli ricombinante non è più il substrato a governare la corsa — è quanto ossigeno attraversa l'interfaccia gas-liquido [1]. Da qui discendono le due grandezze su cui dimensioniamo il reattore: il coefficiente volumetrico di trasferimento (kLa) e la potenza termica che la camicia deve smaltire nel picco di crescita, con il vincolo di non perdere sterilità da un batch al successivo.
Per questo la linea si sdoppia. In sviluppo conta vedere cosa accade dentro il bioreattore — schiuma, torbidità, adesione alle pareti — e il vetro lo consente. In produzione contano pressione di esercizio, sterilizzazione in linea e una vita utile misurata in anni: da lì si passa all'acciaio.
La tecnologia VINCI applicata — bioreattore agitato ad alta potenza (vetro → acciaio)
Bioreattori agitati ad alta potenza specifica, giranti Rushton e sparger ad anello: la combinazione che sostiene il trasferimento di ossigeno richiesto dalle colture microbiche dense, gestita da Bioflex™.
- Trasferimento di ossigeno. La turbina Rushton resta la scelta obbligata quando servono kLa alti: è radiale, frantuma le bolle e le trattiene nella zona di miscelazione invece di spingerle verso il pelo libero. In configurazione multipla con sparger ad anello la letteratura applicativa riporta massimi intorno a 308 h⁻¹, corrispondenti a un OTR di circa 350 mmol/L·h [2].
- Vetro in sviluppo, acciaio in produzione. Bioreattori in vetro per la messa a punto del metodo e l'osservazione diretta; acciaio inox 316L con SIP/CIP dove servono ripetibilità, sterilità e resistenza nel tempo.
- Smaltimento del calore. Camicie e serpentine dimensionate sul picco metabolico, non sulla media del batch: è il picco che decide se la temperatura resta in banda.
- Cascata DO e ricette Bioflex™. L'ossigeno disciolto comanda in cascata agitazione, portata gas e arricchimento di O₂ — alimentazione DO-stat compresa — con ricette registrate e ripetibili.
Dalla ricerca alla produzione, un’unica piattaforma
Gli stessi parametri e le stesse ricette Bioflex™ ti accompagnano dal banco alla scala industriale, riducendo i rischi di trasferimento tra gli stadi.
Bioreattori e fermentatori sterilizzabili in situ per R&S
Serie BioSIP.
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Bioreattori e fermentatori sterilizzabili in situ per pilota e produzione
Serie BioFerm.
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Bioreattori e fermentatori sterilizzabili in situ su larga scala
Bioreattori su misura.
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I valori riportati sono benchmark di letteratura scientifica e di note applicative di settore, non risultati ottenuti da VINCI o dai suoi clienti.
- kLa fino a circa 308 h⁻¹. Misurato su bioreattore agitato con due giranti Rushton a 6 pale e sparger ad anello — l'ordine di grandezza che serve alla fermentazione microbica densa [2].
- Densità cellulare elevata. Processi fed-batch documentati su E. coli arrivano a OD₆₀₀ ≈ 201, pari a circa 76 g/L di peso secco [2].
- Alimentazione DO-stat. Pilotare la portata di alimentazione sulle oscillazioni dell'ossigeno disciolto è una strada consolidata verso alte densità e titoli elevati di proteina ricombinante [1][2].
Fonti scientifiche
- High cell density cultivation of E. coli for recombinant protein production (PMC)
- Nota applicativa di settore — coltura ad alta densità di E. coli su bioreattore agitato con giranti Rushton e sparger ad anello (kLa ≈ 308 h⁻¹, OD₆₀₀ ≈ 201, peso secco ≈ 76 g/L)
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