Le TWIN 20L – 200L

Le TWIN 20L – 200L est une plateforme de fermentation (Sartorius) polyvalente et robuste destinée au développement de procédés microbiens et capable de convenir à la production de lots ou à la validation de procédés de culture à l’échelle pré-pilote. 

Ce couple de fermenteurs est composé d’un réacteur de 20 L et d’un de 200 L en volume utile. Il s’intègre parfaitement dans la plateforme Biotransformation & culture microbienne de TWB puisqu’il permet de valider à plus grande échelle les résultats développés sur les différents systèmes de culture disponibles sur le plateau (de 50 mL à 20 L). Ce pré-pilote a été stratégiquement placé dans les locaux du CRT/CRITT Bio-industries Midi-Pyrénées. En effet le CRT/CRITT possède des compétences de qualité sur des échelles moyennes de culture ainsi que des équipements performants de préparation des matières premières (upstream) et de traitement des produits de fermentation (downstream : centrifugation, filtration, purification…).

Le TWIN 20L – 200L vient d’être acquis par TWB pour compléter l’offre de service du plateau Biotransformation & culture, sous la responsabilité de Julien Cescut. Cet équipement est adapté aux procédés microbiens et ses performances sont représentatives des échelles inférieures à 1 m³.

La configuration des fermenteurs permet de préparer l’inoculum de culture dans le 20 L et une boucle de circulation permet d’inoculer de façon stérile la cuve de 200 L.
Les automates intégrés permettent de contrôler la température via un échangeur à plaque ; le pH via deux pompes acide/base, la pression partielle en oxygène via la vitesse d’agitation, les débits d’aération (3 voies indépendantes) ainsi que la pression du ciel gazeux. Différentes alimentations liquides peuvent être contrôlées grâce à deux pompes externes à débit variable. L’apparition de mousse peut être minimisée par l’ajout d’antimousse via une pompe asservie à une sonde. La stérilisation se réalise sur place par injection de vapeur. Les différentes cuves sont placées sur peson, ce qui permet de contrôler la vitesse des ajouts ou des prélèvements liquides.

Le système informatique de contrôle et d’acquisition des données permet d’élaborer des recettes pour automatiser les différentes étapes du procédé : inoculation, activation des différentes régulations, débits exponentiels …

Le système a déjà été éprouvé sur des cultures de différent mode, fed-batch et continu, durant trois semaines. Différents projet compétitifs ont impliqué le fermenteur renforçant la collaboration entre TWB et le CRT/CRITT et démontrant les capacités de TWB à accélérer le développement de procédés biotechnologiques à des échelles TRL comprises entre 3 et 6.

Exemples d’applications-types :

• Validation de procédé microbien à l’échelle 200 L
• Essai de robustesse de procédé à l’échelle pré-pilote
• Production de lots à l’échelle du kilogramme en masse sèche
• Couplage continu de la production microbienne et des opérations de downstream processing.

The TWIN 20L – 200L

The TWIN 20L – 200L is a versatile and robust fermentation platform (Sartorius) intended for the development of microbial processes and suitable for batch production or validation of culture procedures at a pre-pilot scale.

This pair of fermenters is composed of a 20 and 200L working volume reactor. It fits perfectly in the TWB “Biotransformation and microbial culture process” platform, as it permits the large scale validation of the results developed on diverse culture systems on the platform (50 mL to 20L). This pre-pilot was strategically placed in the CRT/CRITT Bio-industries Midi-Pyrénées premises. Certainly, the CRT/CRITT has expertise on intermediate scale cultures as well as high performance equipment for preparation of raw materials (upstream) and treatment of fermentation products (downstream: centrifugation, filtration, purification…).

The TWIN 20 – 200L has just been acquired by TWB to complete the Biotransformation and Culture Process platform service offer, with Julien Cescut as manager. This equipment is suitable for microbial processes and its performances are representative of scales less than 1 m³.

The configuration of the fermenters facilitates the preparation of the culture inoculum in the 20L tank and a circulation loop enables sterile inoculation of the 200L tank.
Fully automated to allow temperature control via a plate heat exchanger; pH adjustment via two acid/base pumps, the partial pressure of oxygen via the stirring rate, the air-flow (3 separate channels) and pressure of the gaseous roof. Various liquid supplies can be controlled via two external pumps with variable flow. The appearance of foam may be minimised by the addition of antifoam via a pump controlled by a probe. Sterilisation is carried out on site by steam injection. The various tanks are placed on a spring scale, which enables control of the speed of additions or liquid samples.

The computer control and data acquisition system permits the elaboration of guidelines to automate various stages of the process: inoculation, activation of diverse regulations, exponential rates…

The system has already been tested on diverse modes of culture, batch and continuous feed, for three weeks. The fermenter has been involved in various competitive projects reinforcing the collaboration between TWB and CRT/CRITT and demonstrating the capacities of TWB to accelerate the development of biotechnological processes to TRL scales of between 3 and 6.

Application examples:

• Microbial process validation on a 200L scale
• Process robustness test on a pre-pilot scale
• Production of lots on a kilogram dry weight scale
• Coupling of microbial production and downstream processing operations.

Contact : Julien Cescut (jcescut@insa-toulouse.fr)