Что такое ферментаторы и биореакторы?

Что такое ферментаторы и биореакторы?

Отвечая на главный вопрос:Что такое ферментаторы и биореакторы и чем они отличаются на практике?Ферментатор - это сосуд, который культивирует микроорганизмы, такие как дрожжи, бактерии или грибы, чтобы превратить субстрат в целевой продукт.в то время как биореактор - это более широкий технический термин для любого сосуда, который поддерживает биологически катализированную реакциюС точки зрения аппаратного обеспечения они представляют собой одну и ту же машину: стерильный, инструментированный, возбуждаемый резервуар, который поддерживает температуру 20-40 °C,pH в 3.5-8.0Рабочие объемы варьируются от 5 литровых банковых агрегатов до 300 000 литровых производственных сосудов, причем кислород доставляется через воздух при температуре 0,2-1.5 vvm с объемным коэффициентом передачи массы kLa 30-200 h-1.

1Как работают ферментаторы и биореакторы

Каждый сосуд для выращивания выполняет те же четыре задачи: содержать стерильную среду, переносить кислород и тепло, поддерживать однородность бульона и позволять оператору контролировать биологическую траекторию.Три механизма определяют успех:

• Передача кислорода и kLa:Аэробные клетки потребляют кислород со скоростью OUR = QO2·X, где QO2 составляет 2-5 ммоль O2/g·h и X составляет 30-80 г/л массы сухой клетки.где C* составляет приблизительно 7-8 mg/l для воды с воздушным покрытием при температуре 1 atm и 30°CВ цистерне с перемешиванием при 0,5-1,5 Vm, кЛА 50-200 h-1 является типичным; пузырьки достигают 30-120 h-1 при гораздо меньшем энергопотреблении.культура переходит к метаболизму переполнения или образованию анаэробных побочных продуктов, а титр разрушается..
• Баланс смешивания и стрижки:Импеллеры должны суспендировать твердые вещества и рассеивать газ, не разрушая клетки.13Бактериальные и дрожжевые культуры переносят скорость кончика 5-7 м/с, в то время как клетки млекопитающих требуют 0,5-1,5 м/с и гидропланов с аксиальным потоком вместо радиальных турбин Руштана.5-5 кВт/м3 для микробиологической ферментации и 00,01 - 0,10 кВт/м3 для клеточных культур животных, чувствительных к стрижке.
• Стерильность и очистка:Асептическая работа зависит от паровой стерилизации на месте при 121°C в течение 20-30 мин с эквивалентной летальностью Fo >= 15, положительное давление сосуда 0,05 - 0,10 МПа во время охлаждения и 0.2 мкм HEPA-фильтрованного подающего воздухаВ период между кампаниями очистка на месте циркулирует 0,5-2,0% кастика при 60-80°C, после чего проводится кислотное полоскание, направленное на поверхность контакта с продуктом Ra <= 0,5 мкм (электрополированный 316L,ASME-BPE SF4 или лучше) так, чтобы остаточная биолома оставалась ниже 1 CFU/25 cm2.

2. Основные типы и как выбрать один

Отбор начинается с организма, затем с потребности в кислороде, толерантности к стрижке и требуемого класса стерильности.

• Реактор с смешанным резервуаром (STR):Выбор по умолчанию для большинства микробных ферментаций и клеточных культур.50, четыре баффла при T/10 и кольцо или микроспаргер. Он обеспечивает kLa 50-200 h-1 и обрабатывает вязкость до около 5000 cP с спиральными или якорными винтами. Объем составляет от 5 л до 200 000 л,что делает его единственной конфигурацией, которая легко масштабируется от лаборатории к заводу..
• Пузырь и воздушная переправа:Нет механического агитатора; смешивание и передача массы происходят от подъема газа при поверхностных скоростях 0,02-0,10 м/с. В воздушном перевозке добавляется трубка, которая накладывает упорядоченную циркуляцию,дает лучшее смешивание при низкой энергииЭти сосуды подходят для нитевидных грибов, растительных клеток, одноклеточных белков и очень больших объемов (до 300 000 л), где длина вала агитатора и стоимость уплотнения становятся запретительными.Потребление энергии на 30-50% ниже эквивалентного STR.
• Биореактор одноразового использования:Многослойный полимерный пакет с гамма-излучением (USP Class VI, без компонентов животного происхождения) внутри нержавеющей оболочки, обычно 50-2000 л.Это полностью устраняет проверку очистки и сокращает переход кампании с дней на часы, что имеет решающее значение для объектов CDMO с несколькими продуктами.Исследования по USP <665> и <1665> и повторяющиеся расходы на расходные материалы плюс экстрагируемые и просачиваемые.
• твердые и анаэробные ферментаторы:Установки твердого состояния выращивают грибы на влажном частичном субстрате с принудительным увлажнением воздуха, а не в свободной жидкой фазе, используемой для ферментов, кожи и компостирования.биогаз, и производство растворителей полностью исключают разжигание и вместо этого управляют эволюцией CO2, пеной и удалением тепла при 30-38 ° C, полагаясь на медленное перемешивание и внешнее охлаждение, чтобы держать бульон в пределах ± 1 ° C.

Типы ферментатора и биореактора Сравнительная матрица

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос: Что такое ферментатор и биореактор?

Ответ: Не совсем, хотя оборудование почти полностью перекрывается. Ферментатор - это традиционный термин для сосуда, выполняющего микробиологическое преобразование, такое как этанол, молочная кислота, дрожжевая биомасса,или антибиотикиБиореактор - это более широкий технический термин, охватывающий любое сосудо, которое поддерживает биологический катализатор, включая аэробную культуру микробов,культура клеток млекопитающих и насекомыхВ случае закупок практические различия проявляются в спецификации:Заказ биореактора обычно требует более жесткой поверхности, больше приборов и официальная документация на проверку.

Вопрос: Какого размера ферментатор или биореактор мне нужен?

A: Размер из требуемой годовой продукции, а не из каталога сосудов.3-10 г/л для моноклональных антитела) и по количеству партий в год, затем применяют рабочий объем, который составляет 70-80% от общего объема сосуда, чтобы оставить пространство для отключения пены и газа.000 литров рабочего объема сосуда, работающего по 48-часовому циклу с 85% расписанием, производит примерно 150 партий в годВсегда проверяйте, что выбранный размер все еще может достичь целевого kLa при доступной мощности воздуха и агитатора.

Вопрос: Какой материал и отделка поверхности следует указать?

A: Для пищевых продуктов, напитков и фармацевтических изделий укажите нержавеющую сталь 316L с низким содержанием углерода (ниже 0,03%) и низким содержанием серы, чтобы гарантировать постоянное проникновение сварки.механически полированный и электрополированный до Ra <= 0Для высоко коррозионных отваров, содержащих хлориды более 100 ppm или для агрессивной химии CIP, перейти на 904L, дуплекс 2205,или титана 2 классаПромышленный этанол или служба обработки отходов могут использовать 304L с мельничной отделкой, что значительно снижает затраты на капитал без ущерба для урожайности.

Вопрос: Сколько времени требуется для запуска новой ферментационной линии?

Ответ: для линии из нержавеющей стали под ключ, ожидайте 10-14 месяцев с момента выпуска заказа до первой партии производства: примерно 4-6 месяцев для детальной инженерии и изготовления,2-3 месяца для испытаний на заводской приемке, отгрузки и установки, а также 2-3 месяца для испытаний на приемлемость на месте, привязки коммунальных услуг и квалификации DQ/IQ/OQ/PQ плюс три последовательных успешных испытания на производительность процесса.Скиды одноразового использования сжимают это до 5-8 месяцев, потому что проверка очистки и ввод в эксплуатацию системы CIP / SIP исчезают из критического пути.