Ilmastusbioreaktorit

Ilmastusbioreaktorit ovat bioreaktoreita, joissa kaasun liukenemista nesteeseen tehostetaan sekä aeroinnilla että sekoituksella. Niitä käytetään erityisesti aerobisten mikrobien ja solujen viljelyyn sekä erilaisten biologisten tuotteiden, kuten entsyymien tai lääkkeiden, tuotantoon.

Toimintaperiaate: hapen siirto nesteestä kaasuun tapahtuu kuplien ja nesteen sekoituksen avulla. Hapen siirto riippuu massansiirtokerroin kLa:sta sekä liuenneen hapen pitoisuudesta eli dissipoituva DO-arvosta. DO:ta ylläpidetään säätämällä ilmamäärää, sekoitusnopeutta sekä lämpötilaa; usein käytetään automaattista DO-kontrollia, joka säätää hapen syöttöä prosessin tarpeen mukaan.

Rakenne ja tyypit: yleisimmät ilmastusbioreaktorit ovat sekoitustankkireaktori STR (stirred-tank reactor), kuplareaktori (bubble column) sekä ilmanostoreaktori (airlift). Lisäksi kiinnittyvää viljelyä tai kiinteälle alustalle kasvavia soluja varten on käytössä pakattuja sänkyjä ja kiinnittyviä rakenteita. Rakenne vaikuttaa sekä kaasunsiirtoon että sekoitukseen, ja valinta riippuu käytettävästä organismista sekä prosessin vaatimuksista.

Sovellukset ja operointi: niitä käytetään teollisessa bioteknologiassa, lääke- ja elintarviketeollisuudessa sekä tutkimuslaboratorioissa. Prosessi voi olla batch-, fed-batch- tai jatkuva. DO:tä ylläpidetään useimmiten noin 20–60 prosentin tasolla riippuen solukunnan hapen tarpeesta. Prosessin lämmönpoisto ja puhdistus ovat tärkeitä aspekteja sekä sterilointiin että kontaminaation ehkäisyyn.

Haasteet jahallinta: vaahtoaminen, korkea energiankulutus ja mahdollinen haitallinen aineiden aiheuttama shear-särö voivat rajoittaa käytettävyyttä. Lisäksi prosessinohjauksen ja sensorien luotettavuuden ylläpitäminen, lämpötilan hallinta sekä kontaminaatioriskien minimoiminen ovat olennaisia tekijöitä.