CIP-Varianten
Die Fermenterreinigung ist ein integraler Bestandteil des Verfahrens in einem Forschungs- oder Produktionsumfeld.
Der Reinigungsprozess eines Fermenters kann sich in Abhängigkeit von den Prozessanforderungen sehr unterschiedlich gestalten in Bezug auf Reinigungssequenz, Intensität und Methodik.
Für kleine manuell betriebene Forschungsfermenter ist es oft ausreichend, nur den Kessel zu reinigen – entweder durch Öffnen des Deckels und mechanischer Reinigung oder durch Einbringen der Reinigungslösung über eine Sprühkugel.
Bei Fermentern für den GMP-Betrieb muss nicht nur der Kessel gereinigt werden, sondern auch die Zuluft- und Abluftstrecke und die Dosierleitungen. Der Reinigungsprozess muss reproduzierbar und vollständig dokumentiert sein.
In vielen Fällen liegen Reinigungsanforderungen zwischen diesen beiden Varianten. Bioengineering liefert verschiedene CIP-Systeme mit unterschiedlicher Komplexität, Automatisierung und Dokumentierbarkeit für Fermenter mit Ventilautomatisierung und CIPS/CIPR-Funktion. Welches dieser Systeme für den jeweiligen Prozess am geeignetsten ist, ist letztlich auch eine Budgetfrage.
Gemeinsamkeiten der CIP-Varianten
Die CIP-Varianten sind:
- CIP return pump
- Manuelles CIP-Mobil
- CIP-Mobil automatisiert
Allen drei CIP-Varianten ist bei einem Fermenter mit Ventilautomatisierung und CIPS/CIPR-Funktion gemeinsam:
Die Schläuche werden an die zentralen CIPS- und CIPR-Verbindungspunkte des Fermenters angeschlossen. Der Reinigungsprozess wird als Operation am Fermenter gestartet. Öffnen und Schliessen der Ventile am Fermenter erfolgt vollautomatisch zu definierten Zeiten, gemäss Programmierung des Reinigungsprozesses. Dabei werden nacheinander immer wieder die verschiedenen Bereiche des Fermentersystems für die Reinigungsmedien (Reinigungsmittel, Spülwasser, Luft zum Ausblasen) freigegeben: Sprühkugel für die Kesselreinigung, Zuluftstrecke mit Sparger, Abluftstrecke mit Filtergehäuse und Rückflusskühler, Zudosierleitungen, Ernteventilgruppe.
CIP return pump
Das einfachste CIP-System besteht aus einer freistehenden CIP-Pumpe, die für die Fermentergrösse ausgelegt ist, und einem manuellen Ventilblock. Die Aufstellung der Pumpe für optimalen Zu- und Ablauf wird vom Anwender gemacht. Die Reinigungslösungen werden manuell im Fermenterkessel angemischt. Das Konzentrat wird aus Behältern, die der Anwender zur Verfügung stellt, über einen Deckelstutzen oder eine Zudosierleitung in den Kessel eingebracht.
Wenn am Fermenter das CIP-Programm startet, wird die CIP-Pumpe manuell gestartet.
Für jeden Wechsel der Reinigungs/Spülflüssigkeit wird das Programm pausiert, die Flüssigkeit manuell über das Ablassventil der CIP-Pumpe («DRAIN») abgelassen und der Fermenterkessel mit neuer Reinigungslösung oder mit Spülwasser beschickt. Dazu kann auch das Ventil «FILL/BLOWOUT» vor der Zirkulationspumpe verwendet werden. Am gleichen Mehrwegventil kann auch Druckluft für das Ausblasen des Fermentersystem angeschlossen werden. Das Programm am Fermenter läuft ab unabhängig davon, ob und welche Reinigungsflüssigkeiten sich im System befinden, oder ob die Pumpe läuft.
Manuelles CIP-Mobil
Das manuelle CIP-Mobil befindet sich auf einem fahrbaren Gestell und kann einfach von einem Fermenter zum nächsten oder zu einem Aufbewahrungsort transportiert werden. Es ist mit einem Behälter ausgestattet, in dem ein Reinigungsmittelkonzentrat vorgelegt werden kann. Die Zirkulationspumpe ist drehzahl- und druckgeregelt und deshalb für verschiedene Fermentergrössen und -Ausführungen anwendbar. Die Zirkulationsleitungen sind für den vollständigen Auslauf aller Restflüssigkeit optimiert.
Wenn am Fermenter das CIP-Programm startet, wird die Zirkulationspumpe manuell gestartet. Kreislauf und Fermenterkessel werden über die Ventilgruppe des CIP-Mobil mit Wasser beschickt, eine Dosierpumpe erlaubt die Zugabe der gewünschten Konzentratmenge in das zirkulierende Wasser, bis die gewünschte Konzentration für den Reinigungsprozess erreicht ist.
Die Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit kann über die Fermentersteuerung bei Bedarf eingestellt werden.
Für jeden Wechsel der Reinigungs/Spülflüssigkeit wird das Programm pausiert, die Flüssigkeit aus Fermenterkessel und Kreislauf über das Ablassventil in der Ventilgruppe des CIP-Mobil abgelassen («DRAIN»). Kreislauf und Fermenterkessel können danach mit Spülwasser, Druckluft zum Ausblasen oder Wasser zum Ansetzten einer neuen Reinigungslösung beschickt werden. Das Programm am Fermenter läuft ab unabhängig davon, ob das CIP-Mobil angeschlossen ist oder die Zirkulationspumpe aktiv ist.
CIP-Mobil automatisiert
Das automatisierte CIP-Mobil hat eine eigene Steuerung, es können über 40 automatisierte Operationen gewählt und auch in Rezepten kombiniert werden.
Die Reinigungsflüssigkeiten werden gemäss Programmierung automatisch angemischt, unterstützt durch eine Leitfähigkeitsmessung im mS-Bereich. Die Temperatur der Flüssigkeiten wird automatisch auf den gewünschten Sollwert gebracht, bevor sie in den Fermenter geleitet und zirkuliert werden.
Zwei 200L-Tanks zum Anmischen und Bereitstellen von Reinigung- und Spülflüssigkeiten stehen zur Verfügung, dazu zwei 10L Behälter für Reinigungsmittelkonzentrate. Es gibt separate Anschlüsse für Wasser, Reinstwasser (resp. WFI) und Luft.
Über eine zweite Leitfähigkeitssonde im µS-Bereich kann die Dauer der Spülung resp. der Reinigungserfolg bestimmt werden.
Das Reinigungsprogramm des Fermenters und des CIP-Mobils müssen separat gestartet werden. Dann läuft das gesamte Reinigungsprogramm eines Rezepts, z.B. Vorspülen, Reinigen, Spülen, Nachspülen und Ausblasen, automatisch und in Abstimmung mit dem Reinigungsprogramm des Fermenters ab, ohne dass die BetreiberInnen weitere Handgriffe tätigen müssen.
Alle Messdaten und Abläufe während eines Reinigungsprozesses werden im Steuercomputer der CIP-Mobil angezeigt und gespeichert.