Биореакторы для культивирования микроорганизмов и растений

Обновлено: 05.10.2024

Биореактор (ферментатор) представляют собой аппарат для культивирования микроорганизмов, растительных и животных клеток, в котором происходят биохимические реакции.

Системы биореакторов изготавливаются из стекла (лабораторные) и нержавеющей стали (пилотные и промышленные). Биореакторы можно подразделить на биореакторы для культивирования грибов и бактерий, клеток и тканей растений, а также клеток и тканей животных.

Устройство биореакторов - это герметичные цилиндрические емкости, объемом 0,05-200 м3. Размеры ферментаторов определяются соотношением внешнего диаметра к высоте, которое варьирует обычно в пределах от 1:2 до 1:6.

В биореакторе устанавливают мешалки турбинного, пропеллерного или иного типа.

Для поддержания температуры в системе биореактора является двойной кожух или теплообменник по типу змеевика.

Кроме этого, устройство биореактора имеет трубопроводы для подвода питательной среды, воды, пара, воздуха, пеногасителей и других веществ.

Для контроля и регулирования процессов биосинтеза устройства биоректоров оборудованы измерительными и регулирующими устройствами: измерение температуры, рН, обороты мешалки, уровня пены, концентрации биомассы и др.

Система биореактора используют для проведения аэробных и анаэробных процессов ферментации. Во время аэрации и перемешивания питательной среды в процессе ферментации образуется пена, которая может нарушить стерильность процесса и вызвать потерю культуральной жидкости. В связи с этим рабочий объем внутренней системы биореактора не должен превышать 7/10 общего объема. Для пеногашения используют как химические вещества, так и механические методы.

Различают установки для глубинного и поверхностного культивирования. Для поверхностного культивирования микроорганизмов на твердых питательных средах используют установки биореакторов различных конструкций.

Аппараты периодического действия обычно имеют вид горизонтальных барабанов, а аппараты непрерывного действия - колонн, разделенных на определенное количество секций в зависимости от мощности производства и технологии культивирования.

Биореакторные установки для глубинного культивирования, в свою очередь, подразделяют на 3 группы:

с подводом энергии в газовой фазе;
в жидкой фазе;
в жидкой и газовой фазе.

Устройство биореакторов указанных групп имеют большое количество общих элементов. Разница заключается в конструкциях перемешивающих устройств и таких, по которым осуществляется аэрация. К ферментаторам 1-й группе относятся барботажные, барботажно-эрлифтные, колонные и др.

Среди аппаратов 2-й группы можно выделить три основные группы: ферментаторы с Самовсасывающие мешалками, струйные и эжекционного. В Б. 3-й группы энергия подводится к жидкой фазы с помощью перемешивающих устройства, а к газовой фазы - путем принудительной подачи воздуха.

К. Шюгерль (1982) предложил подразделять устройства биореакторов на 3 основные группы по способу потребления энергии для диспергирования и перемешивания стерильного воздуха:

энергия используется на механическое движение внутренних элементов;
энергия используется на работу внешнего насоса, который обеспечивает рециркуляцию жидкости и / или газа;
энергия используется на подачу и сжатие газа в культуральную жидкость.

Полезно знать

© VetConsult+, 2015. Все права защищены. Использование любых материалов, размещённых на сайте, разрешается при условии ссылки на ресурс. При копировании либо частичном использовании материалов со страниц сайта обязательно размещать прямую открытую для поисковых систем гиперссылку, расположенную в подзаголовке или в первом абзаце статьи.

Клетки животных во многом отличаются от прокариотических и грибных клеток: они медленнее растут, у них большая чувствительность к ранению и пузырькам воздуха. Эти свойства клеток оказывают влияние на конструкцию биореакторов, в особенности системы перемешивания и аэрации, которые при работе не должны создавать стрессовых условий для культуры.

Перемешивание должно быть гомогенным, чтобы избежать градиентов температуры и рН, повышенных концентраций субстрата и продуктов. При этом необходимо учитывать чувствительность клеток к ранению. Обычно перемешивание осуществляется большими лопастными мешалками при низких скоростях. Пневматическое (воздушное) перемешивание в эрлифтных реакторах или гидравлическое перемешивание с помощью внешних насосов в реакторах с взвешенной твердой фазой ( fluidized bed reactors) также решает проблемы, связанные с культивированием.

Для предотвращения пенообразования и повреждения клеток пузырьками воздуха можно уменьшить объем подаваемой газовой смеси, использовать поверхностную продувку или безпузырьковую аэрацию через мембраны. При сокращении объема подаваемого газа необходимо увеличить в нем концентрацию кислорода. Оптимальное снабжение кислородом, азотом, воздухом и углекислым газом создается с помощью систем перемешивания газов.

Выращивание животных клеток можно осуществлять в стационарной ( batch), стационарной с подпиткой ( fed- batch) или непрерывной ( continuous) культуре с задержанием биомассы или без. При стационарном культивировании клетки растут без добавления субстрата после посева культуры. Однако, недостаток субстрата или образование токсичных продуктов метаболизма может снизить продуктивность. Чтобы избежать этих проблем применяют стационарное культивирование с подпиткой, при котором субстрат или другие необходимые вещества добавляют порциями или непрерывно. При непрерывном культивировании продукты метаболизма, ингибирующие рост - лактат, аммоний, удаляют, добавляя компенсирующий объем свежей среды, чтобы избежать недостатка субстрата для роста. Из-за низкой продуктивности, связанной с медленным ростом, для клеток животных предпочтителен непрерывный процесс культивирования с задержанием клеток (перфузионная система). Это приводит к большей плотности культуры клеток и большему контакту с ними среды, что увеличивает продуктивность. Для задержания биомассы и предотвращения ее выноса с удаляемыми объемами культуральной жидкости используют различные системы фильтрации, например, роторные или вращающиеся фильтры.

Многие клетки млекопитающих растут только будучи прикрепленными к поверхности. Такие опорнозависимые клетки иммобилизуют на микроносителях, таких как стекло, целлюлоза, коллаген, желатин или пластик. Если носитель пористый, клетки могут расти внутри него, при этом они защищены от раневого стресса, что позволяет использовать более высокие скорости перемешивания и продувки в процессе культивирования.

Компания Bioengineering предлагает большой ассортимент реакторов для обеспечения наилучших условий культивирования различных типов клеток.

Клеточный ферментер - биореактор

Клеточный ферментер (биореактор) представляет собой резервуар с мешалкой, сконструированный для культивирования клеток животных. Он доступен в пилотном и производственном масштабе (общим объемом до 2000 л). Для минимизации стресса при ранении перемешивание осуществляется лопастной мешалкой морского типа.

Культивирование может быть стационарным, стационарным с подпиткой, а также непрерывным благодаря наличию тензодатчиков. Реактор используется для культивирования взвеси клеток или клеток, иммобилизованных на микроносителях. Для задержания биомассы при непрерывном культивировании можно использовать роторные или спиральные фильтры (см. ниже).

Встроенное устройство пробоотбора обеспечивает стерильный отбор контагиозных клеток (например, для производства вирусов).

Для того, чтобы не травмировать клетки в процессе продувки можно установить различные системы аэрации, например, пульверизаторы (барбатеры), систему поверхностной аэрации или использовать безпузырьковую продувку через силиконовые трубочки.

Эрлифтный ферментер

В этих ферментерах перемешивание осуществляется потоком воздуха, а не лопастью мешалки, обеспечивая эффективный массоперенос и низкие силы рассечения. Для контроля за циркуляцией жидкости можно установить вытяжную трубу, направляющую поток пузырьков по центру. Распределение газа может осуществляться с помощью перфорированных, пористых или гидрофобных трубок. Если клетки могут повредиться пузырьками газа, можно установить систему безпузырьковой аэрации через силиконовые трубочки.

Биореакторы доступны как лабораторные, так и промышленные. Последние имеют широкую верхнюю часть, действующую как сепаратор газов.

Компания Bioengineering предлагает также visual safety airlift fermenter с рабочим объемом в 20 л, с легко снимаемой стерилизуемой фольгой вместо стеклянной или стальной оболочки. Культивирование может быть стационарным, стационарным с подпиткой или непрерывным. Эрлифтные ферментеры подходят для культивирования суспензий клеток, включая клетки насекомых.

Биореактор с взвешенной твердой фазой ( Fluidized bed reactor )

Биореакторы, которые поддерживают носители с иммобилизованными клетками в состоянии суспензии, называются реакторами с взвешенной твердой фазой ( fluidized bed reators).

Обычно в этих реакторах присутствует три фазы – твердая, жидкая и газообразная. Для непрерывного культивирования с задержанием биомассы используется специально разработанная система сепарации. Она состоит из различных камер и обеспечивает полное задержание частиц при перфузионных процессах.

Перемешивание достигается с помощью продувки. Это обеспечивает низкий раневой стресс и равномерный массоперенос. Для чувствительных клеток имеется система безпузырьковой аэрации через силиконовые мембраны (Forschungszentrum J?lich (a), Informationsblatt).

Общий объем реактора составляет 7 л, он поставляется как со стеклянным, так и со стальным цилиндром. В этих реакторах была достигнута высокая плотность клеток CHO, BHK и гибридомы (Forschungszentrum J?lich (b), Informationsblatt).

Биореакторы с взвешенной твердой фазой рекомендуются для клеток на микроносителях (т.е. нуждающихся в опорной поверхности), для клеток, чувствительных к раневому стрессу, для заключенных в капсулу клеток и для продуцирования продуктов секреции в долговременной культуре клеток.

Для защиты чувствительных клеток в ферментерах с взвешенной твердой фазой можно использовать систему безпузырьковой продувки через силиконовые трубочки (со стенками, армированными стекловолокном), которая предотвращает возникновение градиента кислорода в потоке.

Автоклавируемый ферментер с взвешенной твердой фазой (Autoclavable fluidized bed reactor)

Для лабораторных целей удобен автоклавируемый ферментер с взвешенной твердой фазой ( AWS). Он оборудован магнитным циркуляционным насосом непрерывного действия. Температура контролируется посредством циркуляционного термостата. Ферментер AWS закреплен на раме и может автоклавироваться со всеми аксессуарами.

Биореактор с фиксированной твердой фазой (Fixed bed reactor)

Как альтернативу для культивирования клеток, нуждающихся в фиксации для роста, можно использовать биореактор с фиксированной твердой фазой, в котором клетки и их носители захватываются в закрепленную подложку. Эта система не нуждается в сепарационных приемах для удаления жидкой фазы. Раневой стресс и повреждение клеток пузырьками газа минимальны.

В процессе культивирования через фиксированную подложку циркулирует насыщенная кислородом среда. Поэтому при аксиальном потоке длина подложки является критическим параметром, поскольку обеспечение культуры кислородом и питательными веществами может быть недостаточным. В больших реакторах эту проблему можно решить с помощью радиально распространяющегося потока. Среда, обогащенная продуктами метаболизма, удаляется непрерывно или периодически.

Компания Bioengineering предлагает вставные корзины с подложками для маленьких лабораторных ферментеров ( KLF) и лабораторных ферментеров ( NLF, 19 л). Среда через подложки распространяется радиально. Возможно увеличение объема подложки до 40-75 л (500-1000 л реакторы). В таких реакторах выращивают нуждающиеся в имобилизации и чувствительные к ранению клетки. Система подходит и для долговременного выращивания культур клеток с продуктами метаболизма.

Мембранный ферментер

Мембранный ферментер состоит из внутренней и внешней камер, которые разделены диализной мембраной. Мембрана обеспечивает безпузырьковую продувку и задержание биомассы при непрерывном культивировании. С помощью мембранной технологии токсические (низкомолекулярные) метаболиты удаляются, а (высокомолекулярные) соединения удерживаются во внутренней камере (P?rtner et al. 1992). Перемешивание в каждой из камер осуществляется мешалкой. Среда и воздух поставляются во внешнюю камеру. Внешняя камера имеет общий объем 7.1 л, а внутренняя – 2.4 л. Биореактор был сконструирован для непрерывного культивирования, но может быть также использован в стационарных и стационарных с подпиткой процессах. Взвешенные клетки, а также клетки, нуждающиеся в закреплении на микроносителях, также могут выращиваться в этом биореакторе (Bohmann et al., 1992; Bohmann et al., 1993).

Системы фильтрации

Системы фильтрации используются при непрерывном культивировании клеток животных с задержанием биомассы. Компания Bioengineering предлагает два различных типа фильтров.

Роторный фильтр

Роторный фильтр основан на технологии просеивания при вращении. Он может быть вставлен непосредственно в сосуд биореактора или использоваться как внешняя проточная система. В первом случае преимущество состоит в компактности системы. Второй вариант более гибкий, поскольку в процессе культивирования фильтр может быть демонтирован, промыт, простерилизован и подключен заново. Превосходное задержание биомассы (80% и более) без ее повреждения достигается даже при крупномасштабном культивировании, которое характеризуется долговременностью и высокими скоростями потока (S?meghy).

Спиральный фильтр

Спиральный фильтр основан на принципе мембранной фильтрации. Он был специально разработан для больших объемов прокачиваемой среды при минимальной затрате энергии (Winzeler 1990).Спиральный фильтр соединяется с биореактором с помощью проточной системы и может стерилизоваться как на месте, так и в автоклаве. Он особенно удобен для задержания клеток, а также для свободного от клеток пробоотбора, поскольку силы травмирования очень малы.

Список литературы

A. Bohmann, R. P?rtner, H. M?rkl
The membrane dialysis bioreactor – a reactor concept for continuous cultivation of animal cells. In: DECHEMA Biotechnology and Bioengineering, Vol, 41, 1993,
1092-272

A. Bohmann, R. P?rtner, J. Schmiedling, V. Kasche, H. M?rkl
The membrane dialysis bioreactor with integrated radial-flow fixed bed-a new approach for continuous cultivation of animal cells. In: Cytotechnology, 9, 1992, 51-57

Forschungszentrum J?lich GmbH (ed.) a
Reaktorintegrierte blasenfreie Begasung von Wirbelschichtreaktoren.
Informationsblatt des Forschungszentrums J?lich GmbH, J?lich o.J.

Forschungszentrum J?lich GmbH (ed.) b
Integrated bioprocess engineering for antibody production. Informationsblatt des
Forschungszentrums J?lich GmbH, J?lich o. J.

R. P?rtner, A. Bohmann, J. Schmiedling, V. Kasche, H. M?rkl
Metabolic parameters and stability of suspended and immobilized hybridoma cells.
In: DECHEMA Biotechnology conferences 5, Frankfurt a. M., 1992, 309-312

Z. S?meghy
Improved cell retention system based on the rotating sieve technique. (A copy of the manuscript is available at Bioengineering AG)

Смотрите еще проекты

Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений (ФГБНУ ВИЗР)

Биореакторы существенно расширяют возможность современной фармацевтики и медицины. Они позволяют создавать строго определенные условия и проводить микробиологический синтез и выращивать клеточные культуры. При работе с живыми организмами точная настройка параметров окружающей среды очень важна, особенно если речь идет о работе с культурами человеческих клеток. Биореакторы подходят для создания сывороток, вакцин, работы со стволовыми клетками, выращивания тканей и органов, производства ферментов, антибиотиков, гормонов.

Биореакторы активно используются не только в медицине, но и в пищевой промышленности. Они могут применяться для выращивания дрожжей и биокультур, производства пива.

В научной деятельности биореакторы применяются для проведения исследований, требующих соблюдения особых условий.

Если вам нужно выбрать биореактор, обратите внимание на его надежность и качество материалов. Ведущие производители предлагают оборудование, которое отличается продолжительным сроком службы. Материалы, которые контактируют с образцами, не вступают в химические реакции, не выделяют сторонних компонентов, следовательно, не оказывают влияния на ход биосинтеза. Изделия выдерживают высокое давление, что позволяет проводить стерилизацию без риска повреждения емкости.

Биореакторы бывают одноразовыми и автоклавируемыми. Сменные емкости в одноразовых реакторах позволяют экономить время на подготовке, а у многоразовых ниже эксплуатационные расходы, так как они не нуждаются в комплектующих. Одноразовые реакторы имеют не только емкости, но и датчики для однократного применения. Это позволяет соблюсти полную стерильность.

Устройства различаются по размеру. Можно выбрать как небольшой биореактор для работы с малыми объёмами образцов, так и большие промышленные емкости, внутри которых поддерживаются заданные оператором условия.

Мы хотим познакомить вас с популярными моделями биореакторов, которые используются для разных нужд. Рассмотрим оборудование различных типов от всемирно известного бренда Sartorius. Мы выбрали модели, которыми успешно пользуются наши клиенты. Также мы учитываем простоту обслуживания, долговечность и ремонтопригодность, о чем могут с уверенностью судить сотрудники нашего сервисного центра.

Биореактор стерилизуемый BIOSTAT D-DCU

Это оборудование предназначено для промышленного или пилотного применения. Можно выбрать модификацию объемом от 10 до 200 литров. Оборудование подходит как для простого культивирования, так и поддерживает дополнительные функции аэрации, подачи субстрата.

Биореактор может стерилизоваться на месте. Его можно включать в большинство производственных систем.

Модуль снабжения имеет открытую конструкцию и оснащен возможностью термостатирования. Сосуд имеет основную верхнюю крышку, а также несколько дополнительных боковых портов. Устройство выпускается в одиночной либо сдвоенной конфигурации.

Характерными особенностями модели BIOSTAT D-DCU является встроенный набор усилителей, модуль дозирования газов, система взвешивания для бутылей и мешков, быстрое переключение процессов, пневматический подъем крышки на биореакторах больших объемов, система глубинной аэрации. Управление осуществляется с помощью сенсорного дисплея, используется валидируемое программное обеспечение.

Емкость сделана из высококачественной нержавеющей стали, внутри есть элементы из боросиликатного стекла.

Биореактор одноразовый BIOSTAT® Flexsafe STR

Эта модель имеет одноразовые емкости Flexsafe STR для проведения биосинтеза. Это очень удобно, поскольку позволяет соблюсти стерильность без лишних затрат времени. В комплект входит блок управления и каркас из нержавеющей стали, на который устанавливаются одноразовые емкости. Можно подобрать модификации с рабочим объемом от 50 до 1000 литров. Такой ассортимент позволяет использовать биореактор в разных сферах.

Биореактор оснащен перемешивающим устройством. Он оптимизирован для работы с большими партиями. Кроме одноразовых емкостей используются одноразовые датчики, которые предварительно стерилизуются. Датчики легко калибруются, а по точности не уступают многоразовым устройствам.

Одноразовые мешки для культивирования Flexsafe STR выпускаются в различных конфигурациях. Они могут иметь различные мешалки, барботеры и другие элементы, которые с помощью электромагнитной связи соединяются с основным оборудованием.

Подобрать биореактор с одноразовой емкостью можно для промышленных процессов с культурами клеток, производства пилотных и промышленных партий, разработок промышленного масштаба, культивирования посевного материала и других целей. Устройство легко адаптируется под различные задачи.

Биореактор имеет ПО с возможностью валидации, простой, интуитивно понятный интерфейс управления, функции контроля параметров, записи данных. Также возможен электрический нагрев емкости через рубашку держателя.

Биореактор одноразовый BIOSTAT® Flexsafe RM

Это оборудование предназначено для культивирования с бережным перемешиванием путем покачиваний. Устройство идеально подходит для работы с клеточными культурами, которые чувствительны к поперечному сдвигу. Можно выбрать модификацию с блоками на 5-50, 50-100 и 100-200 литров.

Благодаря использованию одноразовых емкостей можно избежать таких процессов, как очистка и стерилизация на месте, сэкономить время персонала и расход очищенной воды. Эта модель широко используется для работы с клетками животных, в том числе на микроносителях, насекомых, растений, анаэробными микроорганизмами, а также применяется для подготовки посевного материала для ферментеров.

Элементы управления представлены сенсорным дисплеем, который интуитивно понятен, открывает возможности контроля работы датчиков, насосов и аэрации. Встроенное программное обеспечение дает возможность сохранять данные в процессе работы. Для контроля рН и рО2 используются одноразовые датчики.

В обзоре этого биореактора следует упомянуть, что он поставляется в трех комплектациях: базовой, оптической и перфузионной. Это позволяет подобрать оптимальный функционал для решения поставленных задач.

Биореактор одноразового использования Biostat® B с сосудом UniVessel® SU

Эта компактная модель с одноразовой емкостью подходит для работы с объемами от 0,6 до 2 литров. Сосуд с одноразовыми датчиками с легкостью подключается к контроллерам, имеет функцию ручного перемешивания.

Система также позволяет работать со стеклянными сосудами и быстро их менять, что является крайне важным фактором для лабораторий с большой нагрузкой. Использование соединительной коробки UniVessel SU обеспечивает максимально быстрое сопряжение одноразовых датчиков с контроллером биореактора. Это позволяет сэкономить время, избежать автоклавирования и очистки оборудования. Запуск системы занимает не более часа.

Этот биореактор используется для культивирования животных клеток, получения инокулята, культивирования клеток на микроносителях, широко используется в рамках оптимизации технологических процессов.

Биореактор малогабаритный ambr® 15

Эта компактная автоматизированная модель биореактора позволяет одновременно проводить культивирование в 24 либо 48 сосудах объемом 10-15 мл. Существует специальная модификация модели, предназначенная специально для работы с прокариотическими микроорганизмами.

Диапазон рабочих температур составляет от 33 до 40 градусов. Разница с температурой в помещении должна быть не более 8 градусов. Устройство имеет опцию перемешивания со скоростью от 300 до 2000 оборотов в минуту.

Система позволяет работать с плотными культурами микроорганизмов, добавлять подкормки и реагенты, контролировать показатель рН.

Биореактор автоматизированный ambr® 250

Эта высокопроизводительная реакторная станция позволяет одновременно работать с 12 или 24 реакторами объемом 100-250 мл. Платформа интегрирована с ламинарным шкафом, что позволяет обеспечить безопасность во время заполнения емкостей средой, добавления подкормок, отбора проб.

Устройство работает в автоматическом режиме, что требует минимального вмешательства со стороны оператора. Можно настроить варианты подачи жидкости с помощью насоса, переноса из других реакторов или с помощью наконечников. Для работы с прокариотами и эукариотами существуют различные модификации. В сравнении биореакторов эту модификацию хочется выделить как гибкое, автоматизированное решение для параллельной работы с несколькими реакторами.

На сайте компании Gluvex вы можете ознакомиться более подробно с характеристиками всех моделей, представленных в нашем рейтинге биореакторов. Также вы можете в любой момент заказать это оборудование для своей лаборатории или промышленного производства.

Для более подробного знакомства с интересующей моделью биореактора вы всегда можете связаться с нашим консультантом. Он знает все тонкости применения оборудования, может поделиться опытом наших клиентов, работающих в аналогичной сфере, а также провести сравнение нескольких моделей, которые вас заинтересовали. Это позволит сделать выбор, которым вы останетесь довольны. Мы предлагаем оригинальное оборудование производства Sartorius с официальной гарантией, которое отличается надежностью, точностью поддержания параметров и минимальными эксплуатационными расходами.

Биореактор - это устройство, в котором
создаются необходимые для размножения
микроорганизмов условия.
Микроорганизмы бывают разных
размеров, но никогда более нескольких
микронов. При размножении их
количество может
достигать миллиона
клеток на миллилитр
среды.

Задача
биореактора состоит в обеспечении
оптимальных условий для роста
культивируемых биообъектов и биосинтеза
целевого продукта при соблюдении условий
стерильности и экономичности процесса.
Отдельной задачей является перемешивание
вязких жидкостей.

Биореакторы различают :
механические,
аэрлифтные,
газо-вихревые,
аэробные (с подачей воздуха или
газовых смесей с кислородом),
анаэробные (без подачи кислорода)
биореакторы (ферментаторы)
комбинированные-аэробноанаэробные биореакторы.

Биореакторы
(ферментаторы) составляют основу
биотехнологического производства и отличаются
широким диапазоном приложений. Примером
может служить промышленное производство
эритромицина, антибиотика, полученного из
Saccharopolyspora erythraea путём ферментации
при аэробных условиях.

К
микробиологической
ферментации
прибегают также при
производстве таких
витаминов как
рибофлавин, бетакаротин и витамин
В12 в
промышленных
масштабах.

Техническую
вооруженность биотехнологических
процессов целесообразно условно ограничить
аппаратурным оформлением производств,
базирующихся на культивировании:
1) бактерий и грибов,
2) клеток и тканей растений,
3)клеток и тканей животных организмов и человека.

Такое
подразделение обусловлено тем, что
бактерии и грибы в большинстве своем
выращивают в однотипных биореакторах,
имеющих почти однотипную обвязку, в
которую входят: ферментатор,
многокорпусный вентиль стерильный (для
подачи питательной среды, посевного
материала, подпитки и пр.), системы
регулирования рН, 1°,система контроля
расхода воздуха, пробоотборник,
электродвигатель.

Микроорганизмы растут в питательной среде, из которой
получают всё необходимое для размножения.
Дополнительным "продуктом питания" может быть
кислород, подаваемый при помощи сжатого воздуха.
Температура не должна изменяться более чем на 10C в
одну или другую сторону. Среда должна быть кислой
ровно настолько, насколько это нравится
микроорганизмам, и никаких отклонений. Чем больше
народилось микроорганизмов, тем больше им нужно
кислорода. Кроме того, биореактор должен быть
надёжно закрыт для внешнего мира.
Поэтому нужно позаботиться о том,
чтобы всё было герметично закрыто.

Подготовка
биореактора к работе
(для культивации микроорганизмов
необходимо):
подготовить биореактор для
культивации;
простерилизовать его;
подготовить посевной материал –
инокулант.
Питательную среду можно
стерилизовать отдельно и затем
стерильно ввести в реактор,
например, при помощи перистальтического
насоса. Можно стерилизовать питательную
среду и вместе с биореактором.

12. Процесс культивации микроорганизмов - ферментация - начинается с того момента, когда заранее подготовленный посевной материал

ПРОЦЕСС КУЛЬТИВАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ ФЕРМЕНТАЦИЯ - НАЧИНАЕТСЯ С ТОГО МОМЕНТА,
КОГДА ЗАРАНЕЕ ПОДГОТОВЛЕННЫЙ ПОСЕВНОЙ
МАТЕРИАЛ ВВОДИТСЯ В РЕАКТОР.

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 газа фазы
через жидкость (барботажное перемешивание),
что не всегда обеспечивает достаточно
интенсивное перемешивание и приводит к
нежелательному пенообразованию.

В
биореакторе газовихревого 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.

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

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.

Газо-вихревой
биореактор:
— осуществляет мягкое, но эффективное
перемешивание без образования пены, гидроударов,
кавитации, высокотурбулентных и застойных зон;
— имеет высокую скорость массобмена по кислороду
КL 6- 8 1/час;

21. Так же, применяют биореакторы для очистки сточных вод.

23. значение

ЗНАЧЕНИЕ
Микробиологическая, фармацевтическая
промышленность:
— производство лекарственных препаратов (в том
числе — с использованием особо чувствительных
эмбриональных, гибридомных, стволовых клеток);
— производство моноклональных антител;
— производство широкого спектра
микробиологических препаратов для сельского
хозяйства и ветеринарии;
— культивирование клеток тканей растений,
насекомых, животных и человека для нужд
вирусологии;
— производство ферментов;
— производство полисахаридов и нефтедеструкторов
для нефтедобывающей промышленности.

Нефтехимическая промышленность:
— химический синтез различных продуктов;
— производство ПАВ и ферментов для
химической промышленности.
Пищевая промышленность:
— производство сахаристых продуктов из
зернового крахмала – различных паток,
глюкозных сиропов, ГФС;
— производство маргариновой продукции;
— пивоварение;
— производство лечебно-профилактического
питания.

Биореакторы снабжены специализированными устройствами для измерения и регулирования параметров процесса культивирования, например, температуры, рН, аэрации и перемешивания среды и т.д., в режиме реального времени. Биореакторы могут быть укомплектованы датчиком концентрации растворённого кислорода, сигнализатором уровня пены и системой пеногашения, устройством подачи О2 и СО2, барботером, резервуарами для хранения компонентов питательной среды и насосами для их непрерывной подачи в биореактор и т.д.

Перемешивание культуральной биомассы происходит с помощью мешалки или создания аэролифта. Последний вариант позволяет более мягко и бережно перемешивать содержимое сосуда.

Для проведения параллельных исследований и подбора условий культивирования бактериальный биореактор может иметь два и более реакционных сосуда, при этом несколько ферментеров можно объединить в единую сеть. (Специальные биореакторы до 48 параллельных культивирований в формате планшета – см. соответствующий раздел).

В разделе представлены модели лабораторных ферментеров (бактериальных биореакторов) с сосудами из боросиликатного стекла с рабочими объемами до 6 и 10 л, а также полупромышленные и промышленные модели со стальными сосудами с рубашкой из нержавеющей стали с объемом до 42 и 1000 л. Промышленные ферментеры могут быть сконструированы согласно требованиям технического регламента под конкретное производство, под определенный рабочий лабораторный процесс.

Читайте также: