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Lexikon der Biochemie: Bioreaktor

Bioreaktor, Fermenter, ein Apparat zur reproduzierbaren und kontrollierten Durchführung von Stoffumwandlungen mit Mikroorganismen (Bakterien, Hefen, Pilze, Algen), pflanzlichen und tierischen Zellen sowie deren Enzymen. Die Konstruktion (Abb.) und Betriebsweise des B. muss gewährleisten, dass neben optimalen Kulturbedingungen (Temperatur, pH-Wert, Nährstoffkonzentration u.a.) eine Quantifizierung der ablaufenden Prozesse und gegebenenfalls eine Maßstabsübertragung möglich ist. An den B. werden zahlreiche Anforderungen gestellt: homogene Durchmischung aller Reaktanden im B., gute Sauerstoffeintragungsraten, Wärmeabführung, Vermeidung von Schaumbildung und von mechanischen Schädigungen des Biokatalysators, Messbarkeit der Prozessparameter und Schlüsselkomponenten, Steuerbarkeit des Prozesses u.a. Hinsichtlich der letztgenannten Aspekte unterscheidet man zwischen physikalischen (Temperatur, Druck, Viskosität, Trübung als Maß für die Biomasse/Wachstum u.a.), chemischen (insbesondere pH-Wert, pO2, pCO2, Konzentration von Substraten und Produkten) und biologischen bzw. biochemischen (z.B. Biomasse, NADH-, DNA-, RNA- und Proteingehalt) Parametern, die "on-line" (direkt im B., u.a. Erfordernis sterilisierbarer Messfühler) oder "off-line" (Probenentnahme mit nachfolgender Messung) bestimmt werden können.
Für die Kultivierung genetisch rekombinanter Organismen ergeben sich aus gesetzlichen Vorschriften (Gentechnik-Gesetz) besondere konstruktive Maßnahmen. Die B. können nach der Art des Energieeintrages (z.B. Rührreaktor, Tauchstrahlreaktor, Blasensäule) oder nach den Phasenverhältnissen eingeteilt werden (homogene und heterogene B.). Die Reaktorgrößen liegen beim Laborfermenter bis zu einigen Litern, im Pilotmaßstab bis zu einigen m3 und bei der Gewinnung von Einzellerprotein sowie zur Abwasserreinigung zwischen 1.000 und 10.000 m3.



Bioreaktor. Schematische Darstellung eines Fermenters.

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