Automazione dei bioreattori Tre bioreattori: dal laboratorio alla produzione

All’Analytica, Festo illustra come sia possibile automatizzare i bioreattori per alghe, batteri e lieviti. L’azienda presenta componenti e soluzioni per la gestione dei gas, la gestione dei liquidi e la tecnologia di controllo – dalla singola valvola al quadro elettrico pronto per l’installazione.

I bioprocessi rappresentano alternative sostenibili ai processi produttivi tradizionali e consentono la realizzazione di nuovi prodotti. Alla fiera Analytica, Festo presenta, con Biotech Automation, una panoramica dei componenti e delle soluzioni già disponibili sulla base di processi di coltura selezionati. L’azienda espone tre bioreattori: un bioreattore a circuito chiuso per alghe, con l’esempio della Chlorella vulgaris, un reattore in acciaio inossidabile per la coltura di microrganismi come l’E. coli e un reattore da banco da laboratorio destinato alla formazione e all’aggiornamento professionale.

Bioreattore in acciaio inossidabile per la biotecnologia industriale

Numero 1: il bioreattore in acciaio inossidabile. Affinché microrganismi come batteri, alghe e lieviti possano crescere in modo ottimale e produrre una biomassa elevata, nel reattore devono prevalere condizioni ambientali perfettamente adatte alle loro esigenze. Ciò richiede la misurazione, il monitoraggio e la regolazione di numerose grandezze di processo. Oltre alla temperatura e al valore del pH, rivestono un ruolo fondamentale l’apporto costante di sostanze nutritive (fluidi) e l’immissione precisa di aria, ossigeno o altri gas, nonché la loro distribuzione uniforme all’interno del reattore. A tal fine, Festo mette a disposizione componenti di attuatori e sensori, nonché soluzioni nei settori della gestione dei gas, della gestione dei liquidi, del movimento e della tecnologia di controllo (Control), fino al quadro elettrico pronto per l’installazione.

Il bioreattore in acciaio inossidabile è adatto, tra l’altro, alla coltura di microrganismi come l’E. coli e trova frequente impiego nella biotecnologia industriale. Per il dosaggio dei gas vengono utilizzati regolatori di portata massica VEMD. Oltre all’aria, il sistema dosa anche azoto, CO₂ e ossigeno.

Per i fluidi liquidi, Festo utilizza il processo “Pressure-Over-Liquid”: la valvola proporzionale di regolazione della pressione VEAB genera una pressione preliminare su un serbatoio del fluido. Grazie alla sovrapressione, il fluido entra nel reattore. Secondo quanto dichiarato dall’azienda, l’elettrovalvola VYKA, separata dal fluido, controlla con estrema precisione anche le quantità più piccole ed è adatta anche a sostanze aggressive quali alcali, acidi e altri prodotti chimici.

Per il controllo della temperatura del reattore, Festo utilizza la valvola a sfera VZBD conforme alle norme FDA, regolata dall’attuatore rotante DFPD e dal posizionatore CMSX. Il sistema di controllo CPX-E gestisce tutti i componenti del reattore e regola automaticamente il pH, la temperatura e altri fattori che influenzano la crescita dei microrganismi. È possibile il collegamento a un sistema di controllo tramite lo standard MTP.

Il reattore algale sfrutta la fotosintesi

Numero 2: il reattore per alghe. La fotosintesi è un processo metabolico fondamentale per la crescita delle alghe. In questo processo, la CO₂ viene trasformata in zuccheri e viene rilasciato ossigeno. I due fotobioreattori Flat-Panel-Airlift (FPA) di Subitec, ciascuno con una capacità di sei litri, consentono la coltivazione produttiva di microalghe grazie all’utilizzo ottimale di luce, CO₂ e sostanze nutritive. L’applicazione mostra due modalità di immissione controllata dei gas: da un lato, un regolatore di portata massica VEMD per l’aria e uno per la CO₂ immettono nel reattore esattamente la quantità corretta. D’altra parte, il regolatore di pressione VEAA, in combinazione con il sensore di portata SFAH, controlla l’immissione di gas. Quest’ultimo misura la quantità effettiva di CO₂ e aria.

La valvola a compressione VZQA, azionata pneumaticamente e adatta al contatto con gli alimenti, serve per il riempimento e lo svuotamento del reattore o per il prelievo di campioni. Queste valvole vengono comandate dalla nuova isola di valvole VTUX. Il CPX-E garantisce il controllo e la regolazione dei componenti all’interno del reattore e regola in modo automatizzato il valore del pH, la temperatura, l’immissione di gas e l’illuminazione.

Reattore didattico per la biomeccatronica

Punto 3: il “Lernreaktor”. Festo non affronta le sfide nel campo della biologizzazione solo dal punto di vista tecnico. In qualità di importante sostenitore della formazione tecnica iniziale e continua, l’azienda ha anche un occhio di riguardo per le qualifiche che saranno necessarie in futuro. Il «Lernreaktor» presenta un concetto modulare con software e hardware didattici per le basi tecniche della biomeccatronica. Attraverso un processo biologico, il sistema trasmette nozioni di elettrotecnica, meccanica, informatica e processi biologici.

Soluzioni di sistema su misura

Oltre ai singoli componenti, Festo offre anche soluzioni di sistema su misura per i bioreattori. Da componenti selezionati nascono soluzioni di automazione personalizzate, ad esempio sotto forma di quadri elettrici completi. Inoltre, è possibile sviluppare software personalizzato, dal sistema di controllo fino al cloud. Grazie alla perfetta integrazione dei sistemi e alla possibilità di analizzare i dati in tempo reale, si ottiene un controllo dei processi efficiente e trasparente.

Analytica 2026: Padiglione B2, Stand 309