Bioreaktor

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Bioreaktor (též fermentor) je umělé prostředí (zařízení) sloužící ke kultivaci virů, mikroorganismů, rostliných 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).

Autoklávovatelný laboratorní stolní fermentor - bioreaktor

Rozdělení[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

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 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[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

  • 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]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. PÁCA, Jan. Bioreaktory. Kvasný průmysl. 1987, roč. 33, čís. 1, s. 20-21. ISSN 0023-5830.  
  2. KODÍČEK, Milan. Biochemické pojmy výkladový slovník. 1.. vyd. Praha : VŠCHT v Praze, 2004. 171 s. ISBN 80-7080-551-X. S. 23.