بیوراکتور | Bioreactor

بیوراکتور | فرمانتور | خرید بیوراکتور | فروش بیوراکتور | قیمت بیوراکتور | خرید بیوراکتور | خرید بیوراکتور | خرید بیوراکتور | خرید بیوراکتور | خرید بیوراکتور | خرید بیوراکتور | خرید بیوراکتور | خرید بیوراکتور | خرید | فرمانتور | فرمانتور | فرمانتور | فرمانتور  | فرمانتور  | فرمانتور  | فرمانتور  | فرمانتور | فرمانتور | فرمانتور | فرمانتور | فروش بیوراکتور | فروش | فروش | فروش | فروش | فروش بیوراکتور | فروش | فروش | فروش | قیمت | قیمت بیوراکتور | قیمت | قیمت | قیمت | قیمت بیوراکتور | قیمت | قیمت | قیمت | فرمانتور 

بیوراکتور

مراحل عملیاتی در یک فرایند زیستی

یک فرآیند بیولوژیکی عمدتا از سه مرحله برای تبدیل مواد اولیه به محصول نهایی تشکیل شده است: فرآیند بالادستی، واکنش زیستی وفرآیند پایین دستی

ماده اولیه می تواند منشأ بیولوژیکی یا غیر بیولوژیکی داشته باشد. ابتدا به فرم مناسب تری برای پردازش تبدیل می شود. این کار در یک مرحله پردازش بالادستی انجام می شود که شامل هیدرولیز شیمیایی، آماده سازی محیط مایع، جداسازی ذرات ، تصفیه هوا و بسیاری دیگر از عملیات آماده سازی است.پس از مرحله پردازش بالادست، خوراک حاصل به یک یا چند مرحله Bioreaction منتقل می شود. راکتورهای بیوشیمیایی یا راکتورهای زیستی پایه مرحله واکنش زیستی را تشکیل می دهند. این مرحله به طور عمده شامل سه عملیات است، یعنی تولید زیست توده، سنتز متابولیت و بیوترانسفورماتور.سرانجام، مواد تولید شده در راکتور بیولوژیکی باید در بخش پایین دست بیشتر پردازش شوند تا به شکل مفیدتری تبدیل شوند. فرآیند پایین دستی عمدتا شامل عملیات جداسازی فیزیکی است که شامل جداسازی مایع جامد، جذب، استخراج مایع، تقطیر، خشک کردن و غیره است.

بیوراکتور

بیوراکتور به هر دستگاه یا سیستم تولیدی گفته می شود که از یک محیط فعال بیولوژیکی پشتیبانی کند. این دستگاه ظرفی است که در آن یک فرآیند شیمیایی انجام می شود که شامل ارگانیسم ها یا مواد فعال بیوشیمیایی مشتق شده از چنین موجوداتی است. این فرآیند می تواند هوازی یا بی هوازی باشد. این رآکتورهای زیستی معمولاً استوانه ای هستند، اندازه آنها از لیتر تا متر مکعب متغیر است و غالباً از فولاد ضد زنگ ساخته شده اند. این دستگاه ها برای استفاده در مهندسی بافت یا مهندسی بیوشیمی / زیست فرآیند در حال تولید هستند. بر اساس نحوه عملکرد، یک راکتور زیستی ممکن است به عنوان بچ، فد بچ یا کشت مداوم طبقه بندی شود.

ارگانیسم هایی که در راکتورهای زیستی رشد می کنند ممکن است در محیط مایع غوطه ور شوند یا به سطح یک ماده جامد متصل شوند. محیط کشت های ممکن است به حالت تعلیق درآیند یا بی حرکت شوند. راکتورهای زیستی تعلیق می توانند از تنوع بیشتری از ارگانیسم ها استفاده کنند، زیرا به سطوح اتصال خاصی نیازی نیست و می توانند در مقیاس بسیار بزرگتری از محیط کشت بی حرکت عمل کنند. با این حال، در یک فرآیند به طور مداوم، ارگانیسم ها با پساب از راکتور خارج می شوند. بی حرکتی اصطلاحی کلی است که طیف گسترده ای از روش ها را برای پیوست یا گیر انداختن سلول یا ذرات توصیف می کند. اساساً می توان آن را برای همه انواع تجزیه بیولوژیکی از جمله آنزیم ها، اندامک های سلول، سلول های حیوانی و گیاهی اعمال کرد. بی حرکتی برای فرایندهایی که به طور مداوم انجام می شوند مفید است، زیرا ارگانیسم ها با پساب راکتور حذف نمی شوند، اما در مقیاس محدود هستند زیرا میکروب ها فقط در سطوح ظرف وجود دارند.

طراحی بیوراکتور

طراحی این دستگاه یک کار مهندسی نسبتاً پیچیده است که در رشته مهندسی بیوشیمی / فرآیند بیولوژیک مورد مطالعه قرار می گیرد. در شرایط مطلوب، میکروارگانیسم ها یا سلول ها قادرند عملکرد دلخواه خود را با تولید محدود ناخالصی ها انجام دهند. شرایط محیطی درون راکتور زیستی مانند دما، غلظت مواد مغذی،PH  و گازهای محلول (به ویژه اکسیژن برای تخمیرهای هوازی) بر رشد و بهره وری موجودات زنده تأثیر می گذارد. دمای محیط تخمیر توسط جاکت خنک کننده، سیم پیچ یا هر دو حفظ می شود. به ویژه تخمیرهای گرمازا ممکن است نیاز به استفاده از مبدل های حرارتی خارجی داشته باشد. مواد مغذی ممکن است همانند سیستم تغذیه ای دسته ای به طور مداوم به تخمیر اضافه شوند یا در ابتدای تخمیر ممکن است به داخل راکتور شارژ شوند. PH محیط بسته به تخمیر با مقادیر کمی اسید یا باز اندازه گیری و تنظیم می شود. برای تخمیرهای هوازی (و برخی بی هوازی) باید گازهای واکنش دهنده (به ویژه اکسیژن) به تخمیر اضافه شوند. از آنجا که اکسیژن در آب نسبتاً نامحلول است (اساس تقریباً تمام محیط های تخمیر)، باید هوا (یا اکسیژن خالص) به طور مداوم اضافه شود. عملکرد حباب های در حال افزایش به مخلوط کردن تخمیر کمک می کند و همچنین گازهای زاید مانند دی اکسید کربن را خارج می کند. در عمل، راکتورهای زیستی اغلب تحت فشار قرار می گیرند. این باعث حل شدن اکسیژن در آب می شود. در یک فرآیند هوازی، انتقال اکسیژن بهینه گاهی مرحله محدود کننده سرعت است. انتقال اکسیژن معمولاً با همزنی انجام می شود، که برای مخلوط کردن مواد مغذی و همگن نگه داشتن تخمیر نیز مورد نیاز است. همزن های پراکنده کننده گاز برای از بین بردن حباب های هوا و گردش آنها در سراسر مخزن استفاده می شود.

پرکردن کامل مخزن می تواند به کارایی کلی راکتور زیستی، به ویژه مبدل های حرارتی آسیب برساند. برای جلوگیری از آن، راکتور زیستی باید به راحتی تمیز شود. سطوح داخلی به طور معمول از فولاد ضد زنگ برای تمیز کردن و تمیز کردن آسان استفاده می شود. به طور معمول راکتورهای زیستی بین دسته ها تمیز می شوند، یا به گونه ای طراحی شده اند که هنگام کار مداوم، تا حد ممکن رسوب را کاهش دهند. انتقال گرما بخش مهمی از طراحی بیوراکتور است. ظروف کوچک را می توان با ژاکت خنک کننده خنک کرد، اما ظروف بزرگتر ممکن است به سیم پیچ یا مبدل حرارتی خارجی نیاز داشته باشند

مشخصات فنی بیوراکتور

یک راکتور زیستی معمولی از قسمتهای زیر تشکیل شده است:

همزن: برای مخلوط کردن محتویات راکتور استفاده می شود که سلول ها را در شرایط یکنواخت مناسب برای انتقال بهتر مواد مغذی و اکسیژن به محصول (های) مورد نظر نگه می دارد.

Baffle: برای شکستن تشکیل گرداب در مخزن استفاده می شود، که معمولاً بسیار نامطلوب است زیرا مرکز ثقل سیستم را تغییر می دهد و انرژی اضافی مصرف می کند.

اسپارژر:  در فرآیند پرورش هوازی، هدف اسپارژر تأمین اکسیژن کافی به سلول های در حال رشد است.

جکت: منطقه حلقوی را برای گردش دمای ثابت آب فراهم می کند که دمای بیوراکتور را در یک مقدار ثابت نگه می دارد.

انواع بیوراکتور

بیوراکتورهای همزن مداوم (Continuous Stirred Tank Bioreactors)

یک راکتور همزن پیوسته متشکل از یک ظرف استوانه ای با شافت مرکزی با موتور است که از یک یا چند همزن (پروانه) پشتیبانی می کند. شافت در پایین بیوراکتور نصب شده است. تعداد پروانه ها متغیر است و به اندازه راکتور بیولوژیکی یعنی نسبت ارتفاع به قطر بستگی دارد که به آن نسبت ابعادی گفته می شود. نسبت ابعاد بیوراکتور مخزن همزن مداوم معمولاً بین ۳-۵ است. با این حال، برای کاربردهای کشت سلول های حیوانی، نسبت ابعاد کمتر از ۲ است.

در راکتورهای همزن دار، هوا از طریق دستگاهی به نام Sparger تحت فشار به محیط کشت اضافه می شود. اسپارگر ممکن است یک حلقه با سوراخ های زیاد یا یک لوله با یک روزنه باشد. اسپارگر بهمراه پروانه (همزن) سیستم توزیع گاز بهتری را در داخل رگ امکان پذیر می کند.

حباب های تولید شده توسط اسپارگر توسط پروانه به کوچکتر تقسیم می شوند و در محیط پخش می شوند. این امکان ایجاد یک محیط یکنواخت و همگن در سراسر راکتور زیستی را فراهم می کند.

مزایای STR ها نسبت به انواع دیگر بیوراکتورها:

شامل انتقال گاز کارآمد به سلولهای در حال رشد، اختلاط خوب محتویات و شرایط کار انعطاف پذیر، علاوه بر این تجاری بودن راکتورهای زیستی است.

بیوراکتورهای ستون حباب (Bubble Column Bioreactors)

در این نوع دستگاه ها، هوا یا گاز از طریق لوله ها یا صفحات سوراخ دار یا اسپارگرهای میکرو متخلخل فلزی در پایه ستون وارد می شود. سرعت جریان هوا / گاز بر عوامل عملکرد – انتقال O_۲، مخلوط کردن تأثیر می گذارد. بیوراکتورهای ستون حباب ممکن است برای بهبود عملکرد با صفحات سوراخ دار مجهز شوند. ظرف مورد استفاده برای راکتورهای زیستی ستون حباب معمولاً استوانه ای با نسبت ابعاد ۴-۶ (یعنی نسبت ارتفاع به قطر) است.

بیوراکتورهای ایر لیفت (Airlift Bioreactors)

در بیوراکتورهای ایرلیفت، محیط مخزن با استفاده از یک بافل یا لوله کشش به دو منطقه به هم پیوسته تقسیم می شود. در یکی از دو منطقه ای که به یک بالابر اشاره می شود، هوا / گاز پمپ می شود. منطقه دیگری که هیچ گازی دریافت نمی کند.این دستگاه از نظر طراحی ساده، دارای حجم و گردش با نرخ ثابت برای تخمیر هستند. این راکتورها می توانند متناسب با نیازهای تخمیرهای مختلف اصلاح شوند. به طور کلی، راکتورهای زیستی بالابر هوا نسبت به ستون های حبابی کارآمدتر هستند، به ویژه برای سوسپانسیون های متراکم تر از میکروارگانیسم ها. دلیل اصلی آن این است که در این راکتورهای زیستی، مخلوط کردن محتویات در مقایسه با ستون های حباب بهتر است.راکتورهای زیستی Airlift معمولاً برای فناوری پردازش بیولوژیک هوازی استفاده می شود. آن ها با پمپاژ جریان مایع کنترل شده در سیستم بازیافت را تضمین می کنند. به دلیل کارایی بالا، راکتورهای زیستی ایرلیفت بعضاً ترجیح داده می شوند. به عنوان مثال در تولید تولید متانول، تصفیه فاضلاب، تولید پروتئین تک سلولی این نوع بیوراکتورها استفاده می شوند. به طور کلی، عملکرد بیورکتورهای ایرلیفت به پمپاژ  هوا و گردش مایع بستگی دارد.

راکتورهای زیستی ایرلیفت دو مرحله ای (Two-Stage Airlift Bioreactors)

راکتورهای زیستی ایرلیفت دو مرحله ای برای تشکیل محصولات وابسته به دما استفاده می شوند. سلول های در حال رشد از یک راکتور زیستی (که در دمای ۳۰ درجه سانتی گراد نگهداری می شود) به یک راکتور دیگر (در دمای ۴۲ درجه سانتیگراد) پمپ می شوند. راکتور دو مرحله ای ایرلیفت به این دلیل ضرورت دارد که بالا بردن سریع دما از ۳۰ درجه سانتی گراد به ۴۲ درجه سانتی گراد در همان مخزن بسیار دشوار است. هر یک از راکتورهای زیستی مجهز به شیرآلات است و آن ها توسط یک لوله انتقال و پمپ به یکدیگر متصل می شوند  سلول ها در اولین راکتور بیولوژیکی رشد می کنند و بقیه فرآیند در راکتور دوم انجام می شود.

بیوراکتور های برج (Tower Bioreactors)

یک تخمیر کننده چرخه فشار با ابعاد بزرگ یک راکتور بیولوژیکی برج را تشکیل می دهد. فشار هیدرواستاتیک بالایی که در پایین راکتور ایجاد می شود، حلالیت O_۲ را در محیط افزایش می دهد. در بالای رایزر، (با قسمت بالایی منبسط شده) فشار را کاهش می دهد و دفع CO_۲ را آسان می کند. مزیت موجود در راکتور بیولوژیکی برج این است که ظرفیت هوادهی بالایی دارد بدون داشتن قطعات متحرک.

بیوراکتور های بستر سیال ( Fluidized Bed Bioreactors)

این دستگاه بستر سیال قابل مقایسه با نوع ستون حباب است، به جز اینکه موقعیت بالایی برای کاهش سرعت مایع منبسط شده است. طراحی راکتورهای زیستی سیال شده به گونه ای است که در هنگام خروج مایع، مواد جامد در راکتور حفظ می شوند. این رآکتورهای زیستی برای استفاده در انجام واکنش هایی شامل بیوکاتالیست های معلق مایع مانند آنزیم های بی حرکت، سلولهای بی حرکت و لخته های میکروبی مناسب هستند.

برای عملکرد کارآمد بسترهای سیال، از گاز صرفه جویی می شود و یک بستر سیال جامد گاز مایع مناسب ایجاد می شود. همچنین لازم است اطمینان حاصل شود که ذرات جامد معلق خیلی سبک یا بیش از حد متراکم نیستند (ممکن است ذرات خیلی سبک شناور باشند در حالیکه ذرات متراکم در پایین قرار می گیرند)، و آنها در حالت معلق خوبی هستند. بازیافت مایع برای حفظ تماس مداوم بین محتوای واکنش و بیوکاتالیست مهم است. این امکان بهره وری خوب از پردازش زیستی را فراهم می کند.

بیوراکتور های پک بد (Packed Bed Bioreactors)

بستری از ذرات جامد، با بیوکاتالیست ها در داخل یا درون ماتریس جامدات، بسته بندی شده در یک ستون یک راکتور پک بد بسته بندی شده را تشکیل می دهد. جامدات مورد استفاده ممکن است ژل های متخلخل یا غیر متخلخل باشند و ماهیتاً فشرده یا سفت و سخت باشند. یک آبگوشت مغذی به طور مداوم بر روی بیوکاتالیست بی حرکت جریان می یابد. محصولات بدست آمده در راکتور بستر بسته بندی شده در مایعات آزاد و خارج می شوند. در حالی که جریان سیال می تواند به سمت بالا یا پایین باشد، جریان پایین تحت نیروی جاذبه ترجیح داده می شود.غلظت عناصر غذایی (و بنابراین محصولات تشکیل شده) را می توان با افزایش سرعت جریان آب مغذی افزایش داد. به دلیل اختلاط ضعیف، کنترل PH راکتورهای زیستی پک بد با افزودن اسید یا قلیا بسیار دشوار است. با این حال، این رآکتورهای زیستی برای فناوری پردازش زیستی شامل واکنش های مهار شده از محصول ترجیح داده می شوند. بیوراکتورهای پک بد تا حد قابل توجهی اجازه تجمع محصولات را نمی دهند.

فتوبیوراکتور

بیوراکتور نوری (PBR) یک راکتور بیولوژیکی است که شامل برخی از انواع منبع نور (که ممکن است نور خورشید طبیعی یا نور مصنوعی باشد) است. تقریباً هر ظرف شفاف را می توان PBR نامید، اما این اصطلاح بیشتر در تعریف یک سیستم بسته، در مقابل مخزن ذخیره سازی باز یا حوضچه استفاده می شود. راکتورهای نوری برای رشد ارگانیسم های کوچک فوتوتروفیک مانند سیانوباکتریوم، جلبک ها یا گیاهان خزه استفاده می شود. این موجودات از طریق فتوسنتز از نور به عنوان منبع انرژی خود استفاده می کنند و نیازی به قند یا چربی به عنوان منبع انرژی ندارند. در نتیجه، خطر آلودگی با ارگانیسم های دیگر مانند باکتری ها یا قارچ ها در واکنش گرهای نوری کمتر از راکتورهای زیستی موجودات هتروتروف است.

با استفاده از راکتورهای زیستی فرآیندهای اصلی تصفیه را انجام می دهد. در بعضی از این سیستم ها، یک محیط بی اثر شیمیایی با سطح بسیار بالا به عنوان بستری برای رشد فیلم بیولوژیکی فراهم شده است. در این فرایندها، تقاضای اکسیژن بیوشیمیایی مایع (BOD) به اندازه کافی کاهش می یابد تا آب آلوده برای استفاده مجدد مناسب باشد. بیوسیدها را می توان برای فرآوری بیشتر جمع آوری کرد، یا خشک کرد و به عنوان کود استفاده کرد. یک نسخه بسیار ساده از راکتور بیولوژیکی فاضلاب، مخزن سپتیک است که به وسیله آن فاضلاب درجا باقی می ماند، با یا بدون محیط اضافی برای نگهداری باکتری ها. در این نمونه، لجن زیستی خود میزبان اصلی باکتری ها است.

بیوراکتور برای سلول های خاص

بسیاری از سلول ها و بافت ها، به خصوص سلول های پستانداران ، برای رشد باید سطح یا حمایت ساختاری دیگری داشته باشند و محیط های آشفته اغلب برای این نوع سلول ها و بافت ها مخرب هستند. ارگانیسم های پیچیده تر به محیط رشد بسیار تخصصی نیز نیاز دارند. وقتی هدف کشت مقدار بیشتری سلول برای اهداف تولید درمانی است، این یک چالش است و در مقایسه با راکتورهای زیستی صنعتی که برای رشد سیستم های بیان پروتئین مانند مخمر و باکتری مورد استفاده قرار می گیرند، یک طراحی متفاوت متفاوت لازم است.

بسیاری از گروه های تحقیقاتی در تلاش برای بازسازی ساختارهای بافتی مانند اندام مانند در شرایط In Vitro، راکتورهای زیستی جدیدی برای رشد بافت ها و سلول های تخصصی روی داربست ساختاری ایجاد کرده اند. از جمله این موارد، راکتورهای زیستی بافتی هستند که می توانند بافت قلب، بافت عضلانی اسکلتی،  رباط ها، مدل های بافت سرطانی و دیگر بافت ها را رشد دهند. در حال حاضر، مقیاس سازی تولید این بیوراکتورهای تخصصی برای مصارف صنعتی همچنان چالش برانگیز است و یک حوزه فعال تحقیقاتی است.

مدل های ریاضی به عنوان ابزاری مهم در کاربردهای مختلف راکتورهای زیستی از جمله تصفیه فاضلاب عمل می کنند. این مدل ها برای برنامه ریزی استراتژی های کنترل فرآیند کارآمد و پیش بینی عملکرد آینده مفید هستند. علاوه بر این، این مدل ها در زمینه های آموزشی و پژوهشی مفید هستند.راکتورهای زیستی معمولاً در صنایعی مورد استفاده قرار می گیرند که مربوط به مواد غذایی، نوشیدنی ها و داروسازی هستند. پردازش مواد بیولوژیکی با استفاده از عوامل بیولوژیکی مانند سلول ها، آنزیم ها یا آنتی بادی ها ستون های اصلی مهندسی بیوشیمی هستند.

منابع :

https://www.shaalaa.com/question-bank-solutions/name-most-commonly-used-bioreactor-describe-its-working-principles-biotech_19611

https://www.engr.colostate.edu/CBE101/topics/bioreactors.html

https://www.sciencedirect.com/topics/immunology-and-microbiology/bioreactor

https://www.biologydiscussion.com/biotechnology/bioprocess-technology/bioreactors-types-6-types-of-bioreactors-used-in-bioprocess-technology/10090

اوج آزما پلاست ارائه دهنده انواع بیوراکتور یا فرمانتور است. جهت کسب اطلاعات بیشتر از قیمت و خرید با ما تماس بگیرید (اینجا کلیک کنید).