Microbiòleg industrialyJuntament amb la biotecnologia i la producció farmacèutica depenen molt de les tecnologies de fermentació i bioprocessament. Hi ha una percepció errònia comuna pel que fa als fermentadors i els bioreactors, però tots dos dispositius tenen diferents elements estructurals i finalitats operatives i aplicacions industrials. Els professionals experts que treballen en bioprocessament han d’entendre aquestes distincions.
L’article explora les diferències fonamentals entre fermentadors i bioreactors, alhora que descriu les seves definicions, tipus, principis de funcionament i usos. Està destinat a estudiants, investigadors i professionals industrials en el camp de la biotecnologia.
Definició de fermentador i bioreactor
Fermentador:
Els fermentadors són vaixells avançats dissenyats per a la fermentació microbiana, permetent als microorganismes convertir els substrats orgànics en productes desitjats en condicions controlades. L’objectiu principal dels fermentadors existeix en la fermentació alcohòlica, així com la producció d’àcid antibiòtic i orgànic i de metabolits microbis.
Bioreactor:
A biorreator Defineix com un sistema que abasta tot el que serveix com a entorn per donar suport a les interaccions biològiques entre enzims i cèl·lules vives. Un bioreactor permet diferents operacions bioquímiques entre el cultiu cel·lular i l’enginyeria de teixits i els processos enzimàtics. Els segments de la indústria de producció com els productes farmacèutics juntament amb l’agricultura i el biocombustible requereixen el seu ús.
Doncs bé, les definicions de fermentadors i bioreactors són clares com a dalt, però sabeu quines són les diferències clau? Fem una ullada a continuació.
Fermentor vs Bioreactor: diferències i aplicacions clau
Àmbit d'ús:
- El fermentador serveix de contenidor especialitzat que permet el desenvolupament de microorganisme per produir alcohol i antibiòtics al costat de diversos productes.
- Amb paràmetres controlats com la temperatura i el pH i el subministrament d’oxigen, un bioreactor permet processar diferents processos biològics inclosos el cultiu de cèl·lules de fermentació juntament amb la reacció enzimàtica.
Tipus d’entitats biològiques utilitzades:
Els fermentadors específics donen suport al desenvolupament microbià de bacteris i soques de llevats i fongs durant els processos de fermentació.
Els bioreactors són pràcticament donant suport a totes les entitats biològiques que des de cèl·lules vegetals fins a cèl·lules animals, així com enzims per a diversos processos bioquímics.
Tipus de procés:
- El funcionament dels fermentadors juntament amb els bioreactors dóna suport tant a la configuració aeròbica de requisició d’oxigen com a entorns anaeròbics oxigenes basats en el procés biològic seleccionat.
- La versatilitat dels bioreactors augmenta perquè treballen amb sistemes cel·lulars immobilitzats que permeten que les cèl·lules o els enzims estiguin ancorats en punts específics per a una utilització sostinguda.
Productes finals:
- La producció biològica d’etanol juntament amb àcids orgànics i antibiòtics i vitamines té lloc als fermentadors.
- Els anticossos monoclonals i les vacunes s’uneixen enzims i proteïnes i biocombustibles recombinants entre altres resultats de producció de bioreactors.
Mecanismes de control:
- Els fermentadors mantenen factors operatius vitals del pH i la temperatura al costat dels nivells d’oxigen i les condicions de barreja per tal d’optimitzar el creixement microbiològic i l’eficiència de producció.
- Els bioreactors posseeixen mecanismes de control actualitzats per controlar els nivells d’oxigen dissolts alhora que gestionen l’estrès de cisalla i proporcionen un seguiment de l’activitat metabòlica en temps real que produeix una eficiència de procés millorada.
Variacions de disseny:
- Els vaixells de producció coneguts comunament com a fermentadors posseeixen formes cilíndriques que integren sistemes dedicats a la promoció del creixement microbià tant a través de la funcionalitat d’agitació com d’aire.
- Els diferents dissenys de bioreactors inclouen el marc agitat i el pas aeri i el llit envasat juntament amb fotobioreactors en funció dels requisits de les seves aplicacions.
Principi de treballde fermentadors i bioreactors
Principi de treball fermentador
Un fermentador funciona basat en el metabolisme microbià. Proporciona un entorn òptim perquè els microbis creixin i produeixin metabòlits. Els components essencials d’un fermentador inclouen:
- Sistema d’agitació:Assegura fins i tot la barreja de nutrients i microorganismes.
- Sistema d’aire::Subministra oxigen en processos aeròbics.
- Control de la temperatura:Manté la temperatura necessària per a l’activitat bacteriològica.
- Control de pH:Controla l’acidesa o l’alcalinitat del medi.
- Control d'escuma:Evita una espuma injustificada mitjançant agents antifoam.
El procés de fermentació s’executa a través de diferents operacions que inclouen el mètode per lots i el lot i el mode continuat en funció de les especificacions de producció. L’explotació de bacteris, llevats i fongs requereix un substrat particular que serveix de font dietètica durant el procés. Els microorganismes desglossen el substrat a través de les seves activitats metabòliques per crear metabòlits útils que inclouen etanol juntament amb àcids orgànics i antibiòtics i vitamines. Quan la fermentació compleix els seus treballadors de producció d’escenari objectiu, obtenen detingudament el producte final abans de realitzar passos de purificació i processament per generar productes de la indústria com ara productes farmacèutics i productes alimentaris i biocombustibles.
Principi de funcionament del bioreactor
Un bioreactor proporciona un entorn mesurat per als processos biològics. Inclou sistemes de control avançats per controlar paràmetres com:
- Nivells d’oxigen dissolt (DO):Assegura la millor disponibilitat d’oxigen per a cultius aeròfils.
- Control de l'estrès de cisalla:Manté la viabilitat cel·lular, particularment en els cultius de cèl·lules animals.
- Lliurament de nutrients:Proporciona una alimentació precisa per sostenir el creixement i la producció.
- Eliminació de residus:Elimina els subproductes tòxics que poden dificultar el creixement cel·lular.
- Els bioreactors donen suport a diversos tipus de cultura, inclosos:
- Cultura de suspensió:Les cèl·lules estan suspeses lliurement al medi.
- Cultiu adherent:Les cèl·lules creixen amb un suport sòlid o un bastidor.
- Sistemes immobilitzats:Les cèl·lules o els enzims es fixen en una matriu per a processament continu.
Tipus de fermentadors i bioreactors
Tipus de fermentadors
- Fermentador per lots:Els microorganismes creixen en un sistema tancat amb una quantitat fixa de nutrients.
- Fermentador per lots alimentats:S’afegeixen nutrients en etapes per allargar el procés de fermentació.
- Fermentador continu:Entrada contínua del substrat i eliminació del producte per a la producció sostinguda.
- Fermentador submergit:Els microorganismes creixen en un medi líquid.
- Fermentador en estat sòlid:Els microorganismes creixen en un substrat sòlid amb aigua lliure mínima.
Tipus de bioreactors
- Bioreactor de tanc agitat:Utilitza un impulsor per a la fraternització i la transferència d’oxigen.
- Bioreactor aeri:Utilitza el flux de gas per circular líquid i millorar la barreja.
- Bioreactor de llit envasat:Mantingueu cèl·lules immobilitzades o enzims per bioprocessament.
- Foto-bioreactor:Utilitza llum per suportar bacteris fotosintètics com les algues.
- Bioreactor d'ona:Un sistema de bioreactor d’un sol ús usat per al cultiu de cèl·lules animals.
Aplicacions industrialsde fermentadors i bioreactors
Aplicacions de fermentadors
- Els fabricants de cerveseries i destil·leries requereixen fermentació de llevats per finalitzar la producció de vi i esperits de cervesa.
- La streptomicina juntament amb la penicil·lina es produeix a escala de massa mitjançant mètodes de fermentació de microorganisme.
- Producció d’àcid orgànic: dóna suport a la producció d’àcid làctic, àcid cítric i àcid acètic per aliments, farmacèutics i cosmètics.
- El procés de producció inclou vitamina B12 i riboflavina juntament amb amilasa i proteasa que serveixen de suplements i ingredients industrials.
- La fermentació bacteriana de la lactosa permet la producció de iogurt al costat del formatge i el kefir, així com els probiòtics.
- El tractament de les aigües residuals implica la degradació del microorganisme dels contaminants per reduir els contaminants de l’aigua adequats per a l’eliminació o la reailització.
Aplicacions de Bioreactors
- La producció biofarmacèutica utilitza aquest sistema per realitzar la fabricació reduïda tant d’anticossos monoclonals com de proteïnes terapèutiques amb vacunes.
- El creixement de les cèl·lules vives es produeix en entorns controlats a causa dels avenços d’enginyeria de teixits que utilitzen aquests materials.
- A través del procés, la insulina i els fabricants d’hormones de creixement poden produir quantitats importants d’aquests productes farmacèutics i enzims de biotecnologia.
- A través del procés, la insulina i els fabricants d’hormones de creixement poden produir quantitats importants d’aquests productes farmacèutics i enzims de biotecnologia.
- L’enfocament del bioprocess ambiental descompon els contaminants juntament amb les toxines mentre tracta les zones d’aigües residuals i de bioremediació.
- L’equip de biotecnologia permet als entorns de recerca industrial mantenir un desenvolupament sostenible de cultius bacterians, de llevats i de cèl·lules vegetals modificades genèticament.
Pensaments finals
Les aplicacions i les característiques operatives dels fermentadors i els bioreactors demostren distincions importants malgrat la seva importància per al camp de la biotecnologia. Un fermentador està especialitzat en la fermentació microbiana, però els bioreactors proporcionen suport a múltiples activitats biològiques des de les operacions de cultiu cel·lular fins a processos de reacció enzimàtics.
Si teniu ganes d’explorar més, us convidem a contactar amb el nostre equip especialitzat. L’eficiència, la professionalitat, la qualitat i el servei seran l’etiqueta de Xi’an Rich Smarts
Referències i recursos
Eppendorf. (nd).Bioreactors & Fermentors: eines potents per resoldre els colls d'ampolla de cultiu(Llibre blanc 021). Recuperat dehttps://www.eppendorf.com/product-media/doc/en/806599/ferment-bioreActor
Solucions Fermex. (nd).Quina diferència hi ha entre el bioreactor i el fermentador?Recuperat de
https://www.fermex.in/faqs/what-is-the-difference-between-bioreactor-and-fermenter/
LinkedIn. (nd).Bioreactors vs Fermenters: Comprensió de diferències i aplicacions.Recuperat dehttps://www.linkedin.com/pulse/bioreactors-vs-fermenters-undenting-differences-applications-xza7c/
Diapositives. (nd).Bioreactors o fermentadors.Recuperat de
https://www.slideshare.net/slideshow/bioreactors-or-fermenters/126099644
Tecnic. (nd).Diferència entre un fermentador i un bioreactor.Recuperat de
https://www.tecnic.eu/difference-between-a-fermenter-and-a-bioreactor/
