Биореактор

Биореактор для исследования целлюлозного этанола

Биореактор — прибор, осуществляющий перемешивание культуральной среды в процессе микробиологического синтеза.

Применяется в биотехнологической промышленности при производстве лекарственных и ветеринарных препаратов, вакцин, продуктов пищевой промышленности (ферменты, пищевые добавки, глюкозные сиропы), а также при биоконверсии крахмала и производстве полисахаридов и нефтедеструкторов.

Различают механические, аэрлифтные и газо-вихревые биореакторы, а также аэробные (с подачей воздуха или газовых смесей с кислородом), анаэробные (без подачи кислорода) и комбинированные — аэробно-анаэробные. В последнем случае в комбинированном биореакторе проводят культивирование как аэробных, так и анаэробных культур одновременно. Обычно это применяется для получения биогаза, когда тепловыделения в аэробном процессе используют для подогрева анаэробной культуры.

Зачем нужен биореактор?

Биореактор (ферментер) – аппарат, предназначенный для выращивания живых объектов: бактерий, грибов, дрожжей, клеток растений и животных. Выбор исполнения, типа и конструкции, прежде всего, обусловлен биологическим объектом – продуцентом. Существует несколько классификаций данного типа оборудования.

Например, по размеру: лабораторные емкостью от 0,5 до 15 л, пилотные емкостью 10л до 500л, промышленные емкостью от 500л до нескольких сотен кубических метров. По различию в подводе энергии, известны 3 типа биореакторов с подводом энергии к жидкой или газовой фазе и комбинированного типа. И даже то обстоятельство, что в минувшие пару десятилетий именно последний тип практически полностью вытеснил все остальные не означает, что из технико-экономических соображений завтра вам не потребуется ферментер более специфической конструкции.

Чтобы выбранное оборудование наилучшим образом соотносилось с особенностями технологического процесса в первую очередь, еще на этапе проекта, следует провести анализ рисков, оценить все стадии процесса производства.

Например, если культура легко подвержена заражению, а компоненты среды – дорогостоящие и стоимость продукта так же высока, то лучше максимально исключить риски «потери» серии продукта по причине контаминации или попадания ингибиторов (например с моющими средствами) что, как принято считать, может быть достигнуто только при использовании одноразовых систем. При очень высокой стоимости продукта, возможно, стоит рассмотреть вариант применения одноразовых материалов на всех этапах процесса – одноразовые мешки для приготовления сред и подпиток, одноразовые фильтрационные системы и одноразовые колонки для последующей очистки продукта. В свою очередь, если культура менее чувствительна к заражению, стоимость продукта невысока и используется сравнительно дешевое сырье, указанным рискам не обязательно уделять столь значительное внимание, поскольку стоимость забракованной серии не является столь критичной. В данном случае «одноразовые» технологии себя не окупят.

Принцип действия биореактора

Назначением всякого биореактора является создание оптимальных условий для жизнедеятельности культивируемых в нём клеток и микроорганизмов, а именно обеспечивать дыхание, подвод питания и отвод метаболитов путём равномерного перемешивания газовой и жидкой составляющих содержимого биореактора. При этом нежелательно подвергать клетки тепловому или механическому воздействию.

В механическом биореакторе перемешивание осуществляется механической мешалкой, что приводит к недостаточно равномерному перемешиванию с одной стороны, и к гибели микроорганизмов с другой.

В аэрлифтном биореакторе перемешивание осуществляется за счёт продувки газовой фазы через жидкость (барботажное перемешивание), что не всегда обеспечивает достаточно интенсивное перемешивание и приводит к нежелательному пенообразованию.

В биореакторе газо-вихревого типа перемешивание осуществляется квазистационарным потоком с осевым противотоком, который создаётся аэрирующим газовым вихрем за счёт перепада давления над поверхностью и силы трения воздушного потока о поверхность суспензии.

Пионером методологии непрерывного культивирования микроорганизмов в СССР был М. Д. Утёнков.

См. также

• Метантенк

Источники

• Биореактор, ферментер (bioreactor, fermenter) / База знаний по биологии человека
• Ферментеры и биореакторы
• Сравнение применения одноразовых и классических исполнений ферментеров / Био-рус
• В. А. Дмитриева, В. В. Дмитриев. Под редакцией проф. А. М. Воронина. ферментер // Русско-английский словарь терминов по микробиологии. — Институт биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР. Наука (рус.). — М., 1991. // Русско-английский словарь терминов по микробиологии