Bioreaktor

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Synonyme: Fermenter, Fermentationsreaktor
Englisch: Bioreactor

1 Definition

Als Bioreaktor bzw. Fermentationsreaktor bezeichnet man einen Behälter, in dem unter streng regulierten, vorher definierten Bedingungen biologische Prozesse ablaufen bzw. bestimmte Kulturen (v. a. Mikroorganismen) kultiviert werden sollen. Die Anwendung eines Bioreaktors ist wichtiger Bestandteil der Biotechnologie und dient der technischen Nutzbarmachung von biologischen Prozessen wie der Biokatalyse oder der Biokonversion.

2 Einflussfaktoren auf den Betrieb

2.1 Temperatur

  • Einhalten der optimalen Vermehrungstemperatur des zu kultivierenden Organismus.
  • Unterschreitung kann zur Schädigung oder zum Ausbleiben einer Vermehrung führen; die Kultivierung ist nicht mehr effektiv.
  • eine deutliche Überschreitung der optimalen Temperatur kann zu einer Denaturierung der beteiligten Proteine führen. Durch diesen irreversiblen Vorgang endet meist der Fermentationsprozess.
  • Beachtung der Eigenwärmeproduktion, die ab einer bestimmten Stoffwechselaktivität der Organismen zu erwarten ist (evtl. keine künstliche Wärmezufuhr des Reaktors mehr notwendig)

2.2 Nährstoffversorgung

2.3 PH-Wert

  • Beachtung des pH-Toleranzbereiches bzw. des eventuell vorhandenen pH-Optimums der jeweiligen Mikroorganismen
  • eventuelle automatische Überwachung und Regulation des im Bioreaktors herrschenden pH-Wertes durch ein Sensor-System mit angekoppelten Pumpen, die je nach Bedarf eine basische oder saure Lösung hinzufügen können

2.4 Sauerstoffgehalt

Hierbei ist entscheidend, ob es sich bei den zu kultivierenden Mikroorganismen um aerobe oder anaerobe Individuen handelt. Der Sauerstoffgehalt im Reaktor kann über den Sauerstoffpartialdruck wie folgt reguliert werden:

  • Veränderung der Rührerdrehzahl
  • Variierung der Gasgemischzusammensetzung
  • Regulation des Gasdurchsatzes
  • Veränderung des Gesamtdruckes im Reaktor

2.5 Homogenisierung

In den allermeisten Fällen besitzt ein Bioreaktor eine Rührvorrichtung. Durch permanentes Umsetzen des Substrates wird eine gleichmäßige Kultivierung erreicht.

2.6 Schaumbildung

Eine durch das Rühren hervorgerufene Schaumbildung kann zu technischen Problemen im Bereich der Zulauf- und Ablaufventile des Bioreaktors führen. Aus diesem Grund empfiehlt sich die Beimengung eines chemischen Antischaummittels.

3 Reaktortypen

  • Rührkesselreaktor mit eingebauter Rührmechanik
  • Freistrahlreaktor: Umsetzung des Substrates durch eine Pumpe, anstatt durch Rührmechanik
  • Blasensäulenreaktor: Einblasen von Gas führt hier zur Durchmischung
  • Photobioreaktor: Reaktor mit Bestrahlungsvorrichtung für das Kultivieren von photosynthetisch aktiven Algen
  • Membranbioreaktor: Trennung von Biomasse und Reaktionsprodukt durch eine Membran
  • Mehrwegreaktoren
  • Einwegreaktoren

4 Anwendung von Bioreaktoren

  • Kläranlagen
  • Biogasanlagen
  • Brauereien
  • Winzereien
  • Pharmaindustrie
  • Kosmetikproduktion
  • Lebensmittelindustrie

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Quelle: https://flexikon.doccheck.com/de/Bioreaktor

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