Apa itu Fermenter dan Bioreaktor?

Apa itu Fermenter dan Bioreaktor?

Menjawab pertanyaan inti:Apa fermentor dan bioreaktor, dan bagaimana mereka berbeda dalam prakteknya?Fermenter adalah wadah yang menanam mikroorganisme seperti ragi, bakteri, atau jamur untuk mengubah substrat menjadi produk target,sementara bioreaktor adalah istilah teknik yang lebih luas untuk setiap wadah yang mendukung reaksi yang dikatalisis secara biologis, termasuk sistem mikrobial aerobik, mamalia, serangga, tanaman, dan enzimatik. Dalam hal perangkat keras mereka adalah mesin yang sama: steril, instrumen, tangki bergoyang yang menahan suhu 20-40 ° C,pH pada 3.5-8.0, dan oksigen terlarut pada 20-40% dari kejenuhan udara.5 vvm dengan koefisien transfer massa volumetrik kLa 30-200 h-1.

1Bagaimana Fermenter dan Bioreaktor Bekerja

Setiap wadah budidaya melakukan empat tugas yang sama: menyimpan lingkungan yang steril, mentransfer oksigen dan panas, menjaga kaldu tetap homogen, dan membiarkan operator mengendalikan lintasan biologis.Tiga mekanisme menentukan apakah itu berhasil:

• Transfer oksigen dan kLa:Sel aerobik mengkonsumsi oksigen pada tingkat OUR = QO2·X, di mana QO2 adalah 2-5 mmol O2/g·h dan X adalah 30-80 g/L berat sel kering.di mana C* adalah sekitar 7-8 mg/L untuk air yang disemprotkan ke udara pada 1 atm dan 30°C. Dalam tangki yang dikocok pada 0,5-1,5 vvm, kLa 50-200 h-1 adalah tipikal; kolom gelembung mencapai 30-120 h-1 pada input energi yang jauh lebih rendah.kultur bergeser ke metabolisme overflow atau pembentukan produk sampingan anaerobik dan titer runtuh.
• Pergaulan dan Balance Shear:Impeller harus menghangatkan zat padat dan menyebarkan gas tanpa menghancurkan sel. Kecepatan yang hanya ditangguhkan mengikuti korelasi Zwietering Njs = S·(nu^0.1)·(g·(rhos - rhol) / rhol) ^ 0.45·dp^0.2·X^0.13. Budaya bakteri dan ragi mentolerir kecepatan ujung 5-7 m / s, sedangkan sel mamalia membutuhkan 0,5-1,5 m / s dan hidrofoil aliran aksial alih-alih turbin Rushton radial.5-5 kW/m3 untuk fermentasi mikrobial dan 0.01-0.10 kW/m3 untuk kultur sel hewan sensitif gunting.
• Sterilitas dan Pembersihan:Operasi aseptik tergantung pada sterilisasi uap di tempat pada 121 °C selama 20-30 menit dengan letalitas setara Fo >= 15, tekanan wadah positif 0,05 - 0,10 MPa selama pendinginan, dan 0.2 μm udara pasokan yang disaring HEPADi antara kampanye, bersih di tempat sirkulasi 0,5-2,0% kaustik pada 60-80 ° C diikuti dengan pencucian asam, menargetkan permukaan produk-kontak akhir Ra <= 0,5 μm (316L dielektrolisasi,ASME-BPE SF4 atau lebih baik) sehingga bioburden residual tetap di bawah 1 CFU/25 cm2.

2. Jenis Utama dan Cara Memilih Satu

Seleksi dimulai dari organisme, kemudian dari permintaan oksigen, toleransi geser, dan kelas sterilitas yang diperlukan.

• Reaktor Tangki-Mengocok (STR):Pilihan default untuk sebagian besar fermentasi mikroba dan kultur sel. Kapal 316L dengan satu sampai empat impeller dengan rasio diameter impeller-ke-tank 0,33-0.50, empat baffle pada T/10, dan cincin atau micro-sparger. memberikan kLa dari 50-200 h-1 dan menangani viskositas hingga sekitar 5.000 cP dengan spiral atau jangkar impeller. volume berkisar 5 L sampai 200.000 L,membuatnya satu-satunya konfigurasi yang skala bersih dari laboratorium ke pabrik.
• Kolom Gelembung dan Airlift:Tidak ada agitator mekanis; pencampuran dan transfer massa berasal dari gas naik pada kecepatan permukaan 0,02-0,10 m / s. Sebuah jembatan udara menambahkan tabung draft yang memberlakukan sirkulasi terorganisir,memberikan pencampuran yang lebih baik pada energi rendahKapal-kapal ini cocok untuk jamur filamen, sel-sel tumbuhan, protein sel tunggal, dan volume yang sangat besar (hingga 300.000 L) di mana panjang poros agitator dan biaya segel menjadi mahal.Konsumsi energi 30-50% di bawah STR setara.
• Bioreaktor sekali pakai:Sebuah kantong polimer multilayer yang dipancarkan sinar gamma (USP Kelas VI, bebas dari komponen yang berasal dari hewan) di dalam cangkang pendukung stainless steel, biasanya 50-2.000 L.Ini menghilangkan validasi pembersihan sepenuhnya dan memotong perubahan kampanye dari hari ke jam, yang sangat penting untuk fasilitas CDMO multiproduk. trade-off adalah tekanan terbatas (biasanya di bawah 0,05 MPa gauge), batas kLa yang lebih rendah,dan biaya konsumsi berulang ditambah studi ekstrak dan leachable di bawah USP <665> dan <1665>.
• Fermentator solid dan anaerobik:Unit keadaan padat menumbuhkan jamur pada substrat partikel lembab dengan udara yang dibasahi secara paksa daripada fase cair bebas, yang digunakan untuk enzim, koji, dan kompos.Biogas, dan produksi pelarut tidak menyumbat seluruhnya dan sebaliknya mengelola evolusi CO2, busa, dan penghapusan panas pada 30-38 °C, mengandalkan agitasi lambat dan pendinginan eksternal untuk menjaga kaldu dalam ± 1 °C.

Jenis Fermenter dan Bioreaktor Matriks Perbandingan

Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)

T: Apakah fermentor sama dengan bioreaktor?

A: Tidak persis, meskipun perangkat keras tumpang tindih hampir sepenuhnya. Fermenter adalah istilah tradisional untuk kapal yang menjalankan konversi mikroba seperti etanol, asam laktat, biomassa ragi,atau antibiotikBioreaktor adalah istilah teknik yang lebih luas yang mencakup setiap wadah yang mempertahankan katalis biologis, termasuk kultur mikroba aerobik,kultur sel mamalia dan serangga, suspensi sel tumbuhan, tempat tidur enzim yang diam, dan sistem biofilm air limbah.pesanan bioreaktor biasanya menuntut permukaan yang lebih ketat, lebih banyak instrumen, dan dokumentasi validasi formal.

T: Seberapa besar fermentor atau bioreaktor yang saya butuhkan?

A: Ukuran dari output tahunan yang diperlukan, bukan dari katalog wadah. Bekerja mundur dari massa produk tahunan, dibagi dengan titer (misalnya 80-150 g/L untuk asam amino,3-10 g/L untuk antibodi monoklonal) dan dengan jumlah batch per tahun, kemudian menerapkan volume kerja yang 70-80% dari total volume wadah untuk meninggalkan ruang kepala untuk busa dan gas melepaskan.000 L kapal berkapasitas kerja berjalan pada siklus 48 jam dengan 85% ketersediaan jadwal menghasilkan sekitar 150 batch per tahunSelalu pastikan bahwa ukuran yang dipilih masih dapat mencapai target kLa pada udara yang tersedia dan kekuatan agitator.

T: Bahan dan permukaan apa yang harus ditentukan?

A: Untuk makanan, minuman, dan tugas farmasi, tentukan baja tahan karat 316L dengan kandungan karbon rendah (di bawah 0,03%) dan belerang rendah untuk menjamin penetrasi las yang konsisten,berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hitam, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna hijau, berwarna, berwarna, berUntuk kaldu yang sangat korosif yang mengandung klorida di atas sekitar 100 ppm atau untuk kimia CIP yang agresif, beralih ke 904L, duplex 2205,atau titanium Kelas 2Industri etanol atau layanan pengolahan limbah dapat menggunakan 304L dengan akhir pabrik, yang mengurangi biaya modal secara substansial tanpa mempengaruhi hasil.

T: Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mengoperasikan jalur fermentasi baru?

A: Untuk jalur stainless steel turnkey, harapkan 10-14 bulan dari rilis pesanan hingga batch produksi pertama: sekitar 4-6 bulan untuk rekayasa dan pembuatan rinci,2-3 bulan untuk pengujian penerimaan pabrik, pengiriman, dan instalasi, dan 2-3 bulan untuk pengujian penerimaan situs, utilitas tie-in, dan kualifikasi DQ/IQ/OQ/PQ ditambah tiga kali berturut-turut berhasil menjalankan kualifikasi kinerja proses.Skid sekali pakai mengompres ini menjadi 5-8 bulan karena validasi pembersihan dan pengoperasian sistem CIP / SIP hilang dari jalur kritis.