ما الذي يجب أن تعرفه لتجنب خسارة المال والوقت عند شراء مفاعل حيوي؟

الحجم الفعال، الكائن الحي، الأكسجين، الأتمتة والتحقق من الصحة: الأسئلة الخمسة التي ستساعدك على اختيار المفاعل الحيوي أو جهاز التخمير المناسب لعملية التصنيع الخاصة بك.

عند مقارنة مواصفات مفاعل حيوي ما، فإن المعلومة التي تلفت الانتباه أكثر من غيرها عادةً ما تكون الحجم الاسمي. ومع ذلك، فهي العامل الأقل تأثيرًا في نجاح المشروع.

يتم تحديد المجموعة المختارة بعناية بناءً على خمسة عوامل: الحجم الفعال الذي تحتاجه، والكائن الحي الذي تزرعه، وكمية الأكسجين التي تتطلبها زراعتك، ومستوى التحكم الذي تحتاجه، وعملية التحقق التي سيطلبها قطاعك.

في مجموعة Techmi، نقوم بتصنيع المفاعلات الحيوية وأجهزة التخمير بسعات تتراوح من 0,25 لتر إلى 30.000 لتر. في هذا المقال، نستعرض الأسئلة الخمسة ونوضح أي جهاز من مجموعتنا يلبي متطلبات كل منها. من المختبر إلى المصنع الصناعي.

1. ما هو حجم عملك الفعلي، وفي أي مرحلة من مراحل التوسع أنت الآن؟

الحجم الاسمي للخزان لا يمثل الحجم الصافي. فالرغوة والتهوية والمساحة الفارغة في الجزء العلوي تحد من كمية الوسط التي يمكنك تحميلها. يعمل جهاز Techmi Bio 500 بسعة تتراوح بين 200 و400 لتر؛ وجهاز Techmi Bio 1000 بسعة تتراوح بين 800 و900 لتر؛ أما أجهزة التخمير الصلبة فتعمل بنسبة ملء تتراوح بين 30% و50%. احرص دائمًا على تحديد الحجم بناءً على حجم العمل.

الجزء الثاني من السؤال هو: في أي مرحلة من سلسلة التوسع أنت الآن؟ لأن كل مرحلة تتطلب فريقًا مختلفًا:

• التطوير والمختبر (0,25 إلى 10 لتر). يُعدّ جهاز Techmi Bio Lab المزود بخزان زجاجي نقطة الانطلاق. إذا كنت بحاجة إلى مقارنة الظروف، فإن النسخة ذات الخزانين تتيح تشغيل مزرعتين بالتوازي أو بشكل منفصل، بينما تتيح محطة الأوعية المتعددة إجراء فحص للسلالات وتحسين الوسائط مع التحكم المستقل في كل وعاء على حدة.
• مرحلة تجريبية (20 و30 و50 لترًا). يعمل كل من Techmi Bio Pilot وTechmi Bio Pharma، المصنوعان من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، على محاكاة عمليات التخمير في ظروف قريبة من الظروف الصناعية. وهي الخطوة الأولى في سلسلة عمليات التوسع.
• إنتاج صغير أو متوسط (500 و1,000 لتر). وهي مناسبة للإنتاج مباشرةً أو كمرحلة انتقالية نحو أحجام أكبر. يمكن توفير جهاز Bio 1000 في نسخة مزدوجة، مزودة بخزانين للتخمير.
• الإنتاج الصناعي (حتى 30,000 لتر). تم تصميم جهاز التخمير الصناعي Techmi Bio سعة 30,000 لتر خصيصًا ليتناسب مع العملية.

المختبر → المنشأة التجريبية → الإنتاج الصناعي

إذا كان من المقرر توسيع نطاق عمليتك، فمن الأفضل تحديد السلسلة الكاملة منذ البداية. يتألف خط التوسع في التخمير من خزانات تخمير بسعات تتراوح بين 20 و30,000 لتر، بحيث تُصمم كل مرحلة لتغذية المرحلة التالية، ولا داعي لإعادة التصميم بين مرحلة وأخرى. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد، فسنشرح لك ذلك في المقالة: «ما أهمية اختيار المفاعل الحيوي المناسب لمستقبل عملياتك الحيوية؟»

2. ما هي الكائنات الحية التي تزرعها وما هي متطلباتها بالنسبة للفريق؟

فالبكتيريا، والخميرة، والفطريات الخيطية، أو الخلايا لا تتطلب جميعها نفس المعاملة. فدرجة لزوجة المرق، والحساسية تجاه القص، والميل إلى تكوين الرغوة، كلها عوامل تحدد نوع التقليب، وطريقة الإغلاق، واستراتيجية منع تكوين الرغوة.

على سبيل المثال، يُستخدم مختبر «Techmi Bio Lab» لزراعة الكائنات الحية الدقيقة مثل Bacillus subtilis وTrichoderma harzianum وBradyrhizobium japonicum وRhizobium phaseoli، التي تُستخدم في إنتاج الإنزيمات والمواد الأولية الحيوية والأسمدة الحيوية.

فيما يلي قرارات التصميم التي تختلف باختلاف الكائن الحي:

• مادة تصنيع الخزان. زجاج بقاعدة بيضاوية وغطاء مائي في المختبر (0,25 إلى 10 لترًا)؛ فولاذ مقاوم للصدأ 316L ابتداءً من 20 لترًا.
• نظام التقليب. يعمل جهاز Bio Lab بسرعة تتراوح بين 50 و2,000 دورة في الدقيقة بدقة تبلغ ±1 دورة في الدقيقة. في الأجهزة التي تتراوح سعتها بين 20 و50 لترًا، يمكنك الاختيار بين نظام التشغيل العلوي المباشر أو نظام التوصيل المغناطيسي السفلي، الذي يمنع مرور المحور عبر جدار الخزان: وهي ميزة مهمة عندما تكون مدة الاستزراع طويلة ويجب أن يكون خطر التلوث في أدنى حد ممكن.
• نوع التخمير. إذا كان كائنك الحيوي ينمو بشكل أفضل على ركيزة صلبة مقارنةً بالوسط السائل، فستحتاج إلى نوع آخر من المفاعلات.

بالنسبة للتخمير في الحالة الصلبة، فإن جهاز Techmi Bio Fes FSS هو جهاز تخمير أفقي على شكل أسطوانة مزود بمقاشط داخلية ذات تدفق محوري وشعاعي، يدور بسرعة تتراوح بين 0 و22 دورة في الدقيقة بواسطة محرك قابل للعكس. يتحكم الجهاز في درجة الحرارة وسرعة التقليب والرطوبة، وهو مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، ويتوفر بأحجام تتراوح من 10 إلى 1,000 لتر، كما يمكن تصنيعه حسب الطلب. وهو الخيار الأمثل لتكوين جراثيم Trichoderma، والإنزيمات، والبروبيوتيك، والأسمدة الحيوية على الحبوب، وقشور الحبوب، أو غيرها من المخلفات الزراعية.

السؤال الأساسي بسيط: هل يُزرع كائنك الحي في بيئة مغمورة أم على وسط صلب؟ فمن هذا يتوقف نوع المعدات التي يجب أن تبحث عنها.

3. ما هي كمية الأكسجين التي تحتاجها محاصيلك في ذروة الطلب؟

يُعد نقل الأكسجين العائق الأكثر شيوعًا عندما تنتقل عملية هوائية من المختبر إلى المصنع. وتُعبَّر السرعة التي يمكنك بها تزويد المرق بالأكسجين المذاب بالصيغة التالية:

OTR = kLa · (C* – CL)

حيث C* هي قابلية ذوبان الأكسجين في ظروف التشغيل، وCL هي تركيز الأكسجين المذاب في السائل. ويعتمد المعامل kLa على التحريك، وتدفق الهواء، والضغط، وشكل الخزان، وخصائص الوسط.

ما يجب أن يغطيه الجهاز ليس متوسط احتياجات المحصول، بل الاحتياجات في ذروة الطلب، والتي تحدث عادةً في نهاية المرحلة الأسية أو أثناء التغذية في عملية التغذية المتقطعة (fed-batch).

عند تقييم مفاعل حيوي، تحقق من ثلاثة أمور:

• نطاق السرعة. تغطي مجموعات أجهزة التحريك الخاصة بنا نطاقًا يتراوح بين 50 و1,000 دورة في الدقيقة وفقًا لحجم الخزان، بينما تصل سرعة جهاز Bio Lab إلى 2,000 دورة في الدقيقة في المختبر.
• ضغط التشغيل. في أجهزة التخمير الكبيرة الحجم، يمكن ضبطه حتى 3 بار، مما يزيد من قابلية ذوبان الأكسجين.
• التحكم في الأكسجين المذاب (DO). تقوم خطوط التدرج بالتحكم فيه في نطاق يتراوح من 0 إلى 100٪ بدقة تبلغ ±0,1٪.

اطلب دائمًا من الشركة المصنعة معرفة القيمة القصوى لـ OTR أو معامل kLa للجهاز في ظروف العملية الخاصة بك، وقم بقياسها على نطاق صغير قبل التوسع. تم تصميم جهاز Bio Lab ذي الخزانين، من بين استخدامات أخرى، لإجراء دراسات في مجال الحركية، ونقل الأكسجين (kLa)، والتوسع، بحيث يمكنك الحصول على البيانات الأولية قبل تحديد حجم الجهاز النهائي.

4. ما هو مستوى الأتمتة الذي تحتاجه؟

الأتمتة ليست مجرد ميزة إضافية: فهي تحدد قابلية التكرار بين الدفعات وحجم العمل اليدوي الذي تتطلبه كل عملية تخمير. ويعتمد المستوى المناسب على المرحلة:

• المختبر. يضم كل من «Bio Lab» و«Bio Lab» ذو الخزان المزدوج نظامًا للتحكم في درجة الحرارة، ودرجة الحموضة (pH)، والأكسجين المذاب، والتحريك، مع أربع مضخات بيريستالتية لجرعات الحمض، والقاعدة، ومضاد الرغوة، والوسط. ويدعمان العمليات الدفعية (batch) والعمليات الدفعية المتواصلة (fed-batch)، كما تسجل شاشتهما اللمسية الملونة البيانات مع إمكانية التتبع. تضيف محطة الأوعية المتعددة تحكمًا مستقلًا لكل وعاء ووصفات عملية قابلة للتخزين.
• نموذج تجريبي. تشتمل الوحدات التي تتراوح سعتها بين 20 و50 لترًا على وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) من شركة سيمنز مزودة بشاشة تعمل باللمس مقاس 10 بوصات، ونظام تحكم PID مع ضبط تلقائي وقيم مرجعية عبر منحنيات مقطعية. كما تشتمل على إنذارات لمستوى السائل والرغوة مع إعادة التوازن والإضافة التلقائية لمضاد الرغوة، وتسجيل الأحداث، وتقارير الدُفعات، وإدارة كلمات المرور.
• الصناعية. تضم الوحدات سعة 500 و1,000 لتر خمسة أقطاب كهربائية للتحكم التلقائي، ومضخات بيريستالتية للتجديد، وغطاءً مزودًا بنظام رفع تلقائي، ووحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) من سيمنز من سلسلة S7-1200. أما في خزانات التخمير الصناعية وخزانات التخمير الصلبة، فيتم إضافة أنظمة المراقبة عن بُعد والأتمتة المخصصة.

قبل اتخاذ القرار، أجب عن ثلاثة أسئلة: هل العملية التي تقوم بها هي عملية دفعية (batch) أم عملية تغذية دفعية (fed-batch)؟، وهل تحتاج إلى تتبع كامل لبيانات كل دفعة لأغراض التدقيق؟، وهل يجب أن يتكامل الجهاز مع نظام SCADA أم مع نظام التحكم في مصنعك؟ إن الإجابة بالإيجاب على السؤال الثاني أو الثالث تقودك إلى مستوى أتمتة أعلى من مستوى وحدة التحكم المكتبية البسيطة.

5. ما هي إجراءات التحقق والوثائق التي يتطلبها قطاعك؟

لا يتم تقييم المدخلات الزراعية الحيوية بنفس الطريقة التي يتم بها تقييم العمليات الصيدلانية، وتظهر تكلفة الخطأ في تحديد المستوى في نهاية المشروع، عندما يكون الجهاز قد تم تركيبه بالفعل.

فيما يتعلق بالتصميم، هذه هي النقاط التي ينبغي مراجعتها:

• الفولاذ المقاوم للصدأ 316L وخلو الخزان من الزوايا الميتة، مما يسهل عملية التنظيف ويقلل من خطر التلوث.
• صمامات خاصة لأخذ العينات والتفريغ، سواء في الخزان أو في أنابيب النقل.
• التنظيف والتعقيم في الموقع (CIP/SIP) في خطوط الإنتاج.
• تم إنشاؤه وفقًا لمعايير GMP. تم تصميم Techmi Bio Pharma، بسعة تتراوح من 20 إلى 50 لترًا، للمختبرات والعمليات التي تتطلب الامتثال لمعايير GMP.

فيما يتعلق بالتوثيق والتأهيل، حدد منذ مرحلة متطلبات المستخدم (URS)، وليس في النهاية، ما سيطلبه منك المدقق أو العميل: حزمة الوثائق الخاصة بالمعدات، واختبارات القبول في المصنع وفي الموقع (FAT و SAT)، وتأهيلات التركيب والتشغيل والأداء (IQ و OQ و PQ). وإذا كانت عمليتك صيدلانية، فتحقق أيضًا من كيفية إدارة نظام التحكم لسلامة البيانات: الوصول لكل مستخدم بكلمة مرور، وتسجيل الأحداث والإنذارات، وإمكانية تتبع كل دفعة.

اطلب دائمًا من الشركة المصنعة، كتابةً، تحديد الوثائق التي تقدمها والمعايير التي تطبقها على كل جهاز على حدة.

ما هو الجهاز المناسب من هذه المجموعة لكل مرحلة؟

ملخص لمجموعة أجهزة التفاعل الحيوي وأجهزة التخمير التي تنتجها مجموعة Techmi حسب الحجم والاستخدام.

الفريق	مقياس	الاستخدام الرئيسي	التحكم والأتمتة
مختبر التخمير التقني الحيوي	0,25 إلى 10 لتر (زجاج)	البحث والتطوير، بدء العمليات، الإنزيمات والمواد الأولية الحيوية	التقليب بسرعة تتراوح بين 50 و2,000 دورة في الدقيقة، أربع مضخات تقلصية، ومضخات الدُفعات ومضخات التغذية المستمرة
المفاعل الحيوي Techmi Bio Lab ذو الخزانين	0,25 إلى 10 لتر	اختبارات مقارنة متوازية، ودراسات kLa والتحجيم	درجة الحرارة ±0,1 درجة مئوية، ودرجة الحموضة (pH)، الأكسجين المذاب (DO) والتحريك، والتسجيل و إمكانية التتبع
محطة تخمير متعددة الأوعية Techmi Bio Lab	عدة أكواب صغيرة الحجم	فحص السلالات و تحسين الوسائط	تحكم مستقل لكل كوب، من 0 إلى 1,000 دورة في الدقيقة، إمكانية تخزين الوصفات
جهاز التخمير التجريبي الحيوي التكنولوجي	20 و30 و50 لترًا (316L)	التكاثر، الحصول على المعلمات، تضخيم البذور	جهاز PLC من سيمنز، شاشة مقاس 10 بوصات، نظام PID مع الضبط التلقائي، تقارير الدُفعات
تخمير التكنولوجيا الحيوية الصيدلانية	20 و30 و50 لترًا (316L)	العمليات التي تتطلب الامتثال لمعايير GMP، وفي مجال الصيدلة والتكنولوجيا الحيوية	المنحنيات حسب المقاطع، إنذارات المستوى و الرغوة، وتسجيل الأحداث
مختبر التخمير التقني الحيوي	500 لتر (200 إلى 400 لتر من سعة العمل)	الإنتاج الصغير و المرحلة الوسيطة لـ القطارات	خمسة أقطاب كهربائية، جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) Siemens S7-1200، غطاء مزود بآلية رفع أوتوماتيكية
مفاعل حيوي حيوي صناعي تقني حيوي 1000 لتر	1.000 لتر (800 إلى 900 لتر من السعة التشغيلية)	إنتاج صغير أو متوسط، نسخة مزدوجة بخزانين	خمسة أقطاب كهربائية، جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) Siemens S7-1200، غطاء مزود بآلية رفع أوتوماتيكية
قطارات تخمير مجموعة تكمي	20 إلى 30,000 لتر	سلسلة كاملة من عمليات التعقيم باستخدام CIP/SIP	درجة الحرارة ±0,1 درجة مئوية، الرقم الهيدروجيني 2 إلى 12 (±0,01)، الأكسجين المذاب 0 إلى 100٪، حتى 3 بار
جهاز تخمير التكنولوجيا الحيوية الصناعية 30.000 لتر	حتى 30,000 لتر، حسب الطلب	الإنتاجات الصناعية الكبيرة	الأتمتة والتدفق المصمم خصيصًا، والمراقبة عن بُعد
تكنولوجيا التخمير إيمهوف-فيس	من 10 إلى 1,000 لتر و حسب الطلب (مواد صلبة)	التخمير في الحالة الصلبة للفطريات	درجة الحرارة والرطوبة و السرعة (من 0 إلى 22 دورة في الدقيقة)، نظام SCADA والمراقبة عن بُعد

قائمة مراجعة لـ URS الخاص بك

قبل طلب عرض الأسعار، تأكد من أن مواصفاتك تستوفي النقاط التالية:

• حجم العمل (غير الاسمي) والمرحلة من سلسلة التوسع التي سيُستخدم فيها الجهاز.
• الكائن الحي، ونوع التخمير (المغمور أو في الحالة الصلبة)، ومتطلبات التقليب والقص والرغوة.
• الطلب الأقصى على الأكسجين (OUR) وقيم OTR أو kLa التي يضمنها المصنع.
• طريقة التشغيل (الدُفعات أو التغذية المتقطعة)، ومستوى الأتمتة، وتسجيل البيانات، والتكامل مع نظام SCADA.
• المواد، والتصميم الصحي، وعمليات التنظيف في المكان (CIP) والتعقيم في المكان (SIP)، والمعايير المعمول بها (GMP أو غيرها).
• المستندات والمؤهلات المطلوبة: FAT، SAT، IQ، OQ و PQ.

• المستندات والمؤهلات المطلوبة: FAT، SAT، IQ، OQ و PQ.

الإجابة على هذه الأسئلة قبل طلب عرض الأسعار تساعد على تجنب تصميم معدات ذات سعة أكبر من اللازم، وتقلل من عدد مرات إعادة التصميم، وتقصّر المسافة إلى إنتاج الدفعة الأولى.

لأن الاختيار الصحيح للمفاعل الحيوي لا يعني اختيار الأكبر حجمًا، بل اختيار المفاعل الذي يتناسب بشكل أفضل مع عمليتك، اليوم وفي كل مرحلة من مراحل التوسع.

هل تفكر في شراء مفاعل حيوي أم تحتاج إلى توسيع نطاق عملية قائمة؟ يمكن لفريقنا دراسة حالتك ومساعدتك في تحديد الحل المناسب لكل مرحلة. راسلنا على info@techmigroup.com أو تواصل معنا.