Cos'è un reattore fermentatore? Progettazione, principi e applicazioni

Cos'è un reattore fermentatore?

Rispondendo alla domanda fondamentale:Che cos'è un reattore fermentatore e come fa a far crescere microrganismi in preziosi prodotti biochimici?Un reattore fermentatore è un recipiente sterile e gassato che coltiva batteri, lieviti o cellule di mammiferi a temperatura controllata (30-37 gradi C), pH (5-7.5),e ossigeno disciolto (DO superiore al 30% di saturazione)L'agitazione meccanica a 50-200 giri/min con aria spruzzata fornisce un coefficiente di trasferimento di massa volumetrico di 50-400 kLa all'ora, mantenendo densità cellulari superiori a 10^9 CFU/ml.Le unità industriali vanno da 0Serbatoi pilota da 0,5 m3 a fermentatori di produzione da 300 m3, che producono antibiotici, enzimi, birra e bioetanolo a rendimenti di conversione del substrato pari all'80-95%.

Principi fondamentali di funzionamento dei reattori fermentatori

• Controllo dell'aerazione e del kLa:L'aria spruzzata senza olio e il set di taglio della girante sono kLa (50-400 all'ora); le sonde DO si rivolgono al flusso d'aria e all'agitazione per mantenere la respirazione senza ostacoli.
• Operazione sterile (SIP/CIP):Il vapore in posizione a 121-134 gradi C per 20-30 minuti sterilizza il recipiente; filtri sterili (0,2 micrometri) proteggono l'aria in entrata e il gas di scarico.
• Monitoraggio metabolico:Il pH online, il DO, l'O2/CO2 dei gas di scarico (OUR/CPR) e le pompe di alimentazione attuano il controllo dei lotti alimentati, impedendo l'inibizione del substrato.

Principali tipi di reattori fermentatori

• Fermentatore a serbatoio di agitazione:Impellatori Rushton o HE-3 in acciaio inossidabile da 0,5-300 m3; cavallo di battaglia per antibiotici, lieviti e proteine monocellulari.
• Fermentatore ad aria:Colonna a bolla con tubo interno; basso taglio per cellule vegetali e colture micelari con 50-150 kLa/ora.
• Bioreattore a membrana / fibra cava:Ritenzione cellulare continua per mammiferi e colture di perfusione che necessitano di una crescita delicata e ad alta densità.

Tipo di reattore fermentatore Matrice di confronto

Domande frequenti (FAQ)

D: Cos'è il kLa e perché è critico?

A: kLa è il coefficiente volumetrico di trasferimento di massa che descrive la velocità con cui l'ossigeno entra nel liquido; un kLa insufficiente affama le cellule, riducendo il tasso di crescita mu e il titolo del prodotto.

D: Come si fa a mantenere sterile un fermentatore?

R: Il vapore SIP sterilizza il recipiente e le linee a 121-134 gradi C, mentre i filtri idrofobici o HEPA da 0,2 micrometri sterilizzano l'aria in entrata e catturano gli scarichi, prevenendo la contaminazione.

D: Cos'è la fermentazione a batch alimentato?

R: L'aggiunta di sostanze nutritive avviene gradualmente anziché in una sola volta, evitando elevate concentrazioni di substrato che inibiscono le cellule e aumentando il rendimento finale all'80-95 per cento.

D: Quale fermentatore si adatta meglio alle cellule sensibili al taglio?

R: I bioreattori a carico d'aria e a fibra cava forniscono una miscelazione a basso taglio, basata su bolle o membrane ideale per le cellule di mammiferi e piante.