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