Bioreaktor

Bioreaktor (též fermentor) je umělé prostředí (zařízení) sloužící ke kultivaci virů, mikroorganismů, rostlinných či živočišných buněk nebo též k biochemickým procesům biologických činitelů jako jsou například enzymy. Dochází zde k řadě fyzikálně-chemických a biochemických procesů (např. fermentace, respirace, buněčné dělení). Bioreaktory / Fermentory jsou využívány v potravinářském, farmaceutickém a biotechnologickém průmyslu pro produkci potravin (např. pivo), specifických chemických látek nebo produkci biomasy. Bioreaktory se navíc využívají také v odpadovém hospodářství (čistírny odpadních vod).

Rozdělení

Bioreaktory se dají rozdělit podle řady hledisek:

• dle fází
  • jednofázové (obsahují kapalný substrát s rozpuštěným enzymem)
  • dvoufázové (kapalina x částice; kapalina x mikroorganismy)
  • třífázové (plyn x kapalina x mikroorganismy)
  • čtyřfázové (tuhý substrát x plyn x kapalina x mikroorganismy)
• dle technického provedení
  • otevřené (volně otevřené prostředí)
  • uzavřené (kontrolované uzavřené prostředí)
  • membránové (část prostoru oddělena pomoci membrány)
  • fotobioreaktor (organismy vyžadující světlo)
• dle způsobu míchání
  • nemíchané
  • mechanicky míchané (mechanické míchadlo, rotační pohyb reaktoru)
  • hydraulicky míchané (míchání proudem kapaliny)
  • pneumaticky míchané (probublávané)
• dle způsobu vedení kultivace – doplňování živin
  • vsádkové (na jedno naplnění)
  • s postupným živením (postupné přidávání dávek živin – "fed-batch")
  • semikontinuální (skokové odbírání části objemu a přídavek nových živin)
  • kontinuální (průběžné doplňování živin a odběr produktu v průběhu kultivace)
• dle způsobu vedení kultivace – vzdušnění
  • aerobní
  • anaerobní
• dle aktivní biologické složky
  • enzymové (mohou být volné nebo imobilizované, tedy uchycenné)
  • virální (např. produkce vakcín)
  • mikrobní (volné, imobilizované)
  • buněčné (rostlinné či živočišné kultury)
• typu sterilizace
  • nesterilizovatelný
  • autoklávovatelný (skleněná nádoba)
  • in-situ sterilizovatelný (nerezová nádoba,sterilizace parou)

Laboratorní fermentory

Pro výzkum a vývoj jsou používány bioreaktory s pracovním objemem kultivační nádoby od 500 ml do 200 litrů.

Standardně fermentor obsahuje:

• kultivační nádobu z borosilikátového skla nebo nerez oceli s průhledem
• řídící jednotku pro ovládání parametrů
• motor pro míchání média (mechanická ucpávka nebo magnetická spojka)
• sondy pH, pO₂ nebo Redox potenciál, AntiFoam (odpěňování), teplota
• lahvičky pro reagencie (kyselina, zásada nebo médium pro doplňování v případě kontinuální kultivace)
• 2 až 4 peristaltické pumpičky pro dávkování reagencií
• základní jednotku

Sterilizovatelné v autoklávu

Stolní autoklávovatelný fermentor a multifermentor

Objemy do cca 10 litrů jsou zpravidla ve skleněných nádobách.

• Regulace teploty
  • vodní cirkulací – voda cirkuluje v dvoustěnné kultivační nádobě
  • elektricky – elektricky ohřívaná dečka je upevněna na nádobě. Chlazení je řešeno chladicí tyčí, ve které cirkuluje voda.
• Přístup
  • pouze skrze porty ve víku nádoby.
• Výhody
  • jednodušší manipulace s celým přístroje
  • optická kontrola média ve skleněné nádobě
  • bez potřeby páry
• Nevýhody
  • nutnost mít dostatečně velký autokláv
  • pouze menší objemy (do 15 litrů)
  • těžká manipulace a přenos nádoby při větších objemech
  • hrozí rozbití skleněné nádoby

In situ sterilizovatelné

Objemy nad 10 litrů se většinou dělají v provedení s nerezovou nádobou

• Regulace teploty
  • párou v dvoustěnné nádobě. Pára nepřichází do kontaktu s médiem v nádobě
  • elektricky obdobně jako u zadního skla auta
• Přístup
  • skrze porty ve víku nádoby
  • u větších objemů zpravidla dodatečné porty ve spodní nebo i prostřední části nádoby.
• Výhody
  • provozní podmínky
  • automatické řízení celé kultivace včetně sterilizace
• Nevýhody
  • potřeba vlastního rozvodu páry nebo generátoru páry
  • složitější manipulace, u větších objemů je součástí jeřáb pro manipulaci s víkem
  • pouze malý skleněný průzor pro optickou kontrolu média

Literatura

• HANIKA JIŘÍ. Vícefázové reaktory, 1. vydání [online]. VŠCHT v Praze, 1997. Dostupné online. ISBN 80-7080-290-1.
• PÁCA JAN. Bioreaktory. Kvasný průmysl. 1987, 33 (1): 20-21, ISSN 0023-5830^[1]
• KODÍČEK MILAN. Biochemické pojmy výkladový slovník, 1. vydání, Praha: VŠCHT v Praze, 2004. 171s. ISBN 80-7080-551-X^[2]

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu bioreaktor na Wikimedia Commons