Czym jest bioreaktor?

Bioreaktor, znany również jako biofermentor, to specjalistyczne urządzenie, w którym zachodzą kontrolowane procesy chemiczne i biochemiczne. Ich celem jest przekształcanie substratów w pożądane produkty końcowe, takie jak leki, enzymy czy biopaliwa. Procesy te mogą być prowadzone z udziałem mikroorganizmów, enzymów, a także komórek roślinnych lub zwierzęcych.

Główne zastosowania bioreaktorów

Bioreaktory znajdują zastosowanie w wielu branżach, m.in.:

• produkcja leków (np. antybiotyków, szczepionek),
• oczyszczanie ścieków i degradacja odpadów,
• wytwarzanie białek leczniczych i enzymów,
• produkcja kwasów organicznych,
• hodowla kultur komórkowych i mikroorganizmów.

Z czego składa się bioreaktor?

Typowy bioreaktor zawiera:

• kadź fermentacyjną (reaktor właściwy),
• mieszadło,
• sondy pomiarowe (pH, tlen, temperatura),
• system napowietrzania i kontroli piany,
• płaszcz chłodzący do regulacji temperatury.

Typy bioreaktorów – podział i charakterystyka

Ze względu na sterylność:

• sterylne,
• względnie sterylne,
• niesterylne.

Ze względu na dostęp do tlenu:

• aerobowe (tlenowe),
• anaerobowe (beztlenowe).

Ze względu na sposób pracy:

• okresowe (batch),
• półciągłe (fed-batch),
• ciągłe (continuous).

Ze względu na budowę:

• mieszadłowe (CSTR),
• barbotażowe (bubble column),
• typu airlift,
• złożowe,
• fotobioreaktory.

Charakterystyka wybranych typów bioreaktorów

Bioreaktory mieszadłowe (CSTR)

• Budowa: cylindryczny zbiornik z mieszadłem.
• Zastosowanie: produkcja enzymów, hodowla mikroorganizmów.
• Zalety: dobra kontrola parametrów, efektywne mieszanie.
• Wady: wysoka energochłonność.

Bioreaktory barbotażowe

• Budowa: pionowy cylinder bez mieszadła.
• Zastosowanie: fermentacja, produkcja biopaliw.
• Zalety: prosta konstrukcja, niskie koszty.
• Wady: ograniczona kontrola mieszania.

Bioreaktory typu airlift

• Budowa: dwie strefy – wznosząca i opadająca.
• Zastosowanie: hodowla alg, produkcja biomasy.
• Zalety: niskie zużycie energii, brak części ruchomych.
• Wady: ograniczona kontrola nad mieszaniem.

Bioreaktory złożowe

• Budowa: złoże z nośnikami biologicznymi.
• Zastosowanie: oczyszczanie ścieków, biofiltracja.
• Zalety: wysoka wydajność, stabilność procesów.
• Wady: ryzyko zatykania, trudna wymiana złoża.

Fotobioreaktory

• Budowa: system doświetlania dla organizmów fotosyntetycznych.
• Zastosowanie: produkcja suplementów, biopaliw, kosmetyków.
• Zalety: kontrola światła, optymalizacja fotosyntezy.
• Wady: wysokie koszty budowy i eksploatacji.

Dlaczego warto stosować bioreaktory?

Bioreaktory umożliwiają ekologiczną i precyzyjną produkcję związków biologicznych. Są bardziej efektywne niż tradycyjne metody chemiczne i pozwalają na uzyskanie produktów trudnych do otrzymania innymi drogami.

Co wpływa na koszty produkcji w bioreaktorze?

Na koszty wpływają m.in.:

• skala procesu,
• rodzaj mikroorganizmów,
• poziom automatyzacji,
• wymagania technologiczne,
• lokalizacja i infrastruktura.