Bioreaktorer

Bioteknologi A · STX · A-niveau · Industriel bioteknologi

🧫 Bioreaktorer

Bioreaktor = beholder hvor mikroorganismer eller celler dyrkes under kontrollerede forhold til at producere et ønsket produkt (insulin, antibiotika, øl, ethanol, biogas).

Hovedtyper:

1.

Stirret tank-reaktor (CSTR) — den mest almindelige. Cylindrisk tank med propel/turbiner der omrører. Iltning gennem bobler fra bunden. Volumen 1 L (lab) - 100.000 L (industri).

2.

Boblesøjle-reaktor — luft pumpes op gennem tank. Bruges når omrøring vil ødelægge celler (filamentøse svampe).

3.

Plug flow-reaktor — kontinuert tilstrømning.

4.

Fluidiseret leje — celler immobiliseret.

5.

Membrane-bioreaktor — separation via membran.

Kontrollerede parametre:

• (a) Temperatur — typisk 30-37 °C.
• (b) pH — sensor + pumpe. Holdes ofte 6,5-7,5.
• (c) Iltning (DO) — sensor + lufttilførsel/omrøring. Kritisk for aerobe processer.
• (d) Omrøring — propeller (typisk 100-500 rpm).
• (e) Substrat-tilførsel — fed-batch eller kontinuert.
• (f) Skum-kontrol — anti-skum-middel.

Drifts-modeller: Batch — alt tilsat fra start, høst hele volumen.

Fed-batch — substrat tilsættes løbende.

Kontinuert — input + output samtidig.

Klassiske produkter:

1.

Insulin (Novo Nordisk) — gærceller eller E. coli, ~20.000 L bioreaktorer.

2.

Penicillin (oprindeligt Pfizer 1942) — Penicillium-svamp, sekundær metabolit.

3.

Antibiotika — Streptomyces.

4.

Bioethanol — gær, USA + Brasilien (mais/sukkerrør).

5.

Citronsyre — Aspergillus niger.

6. Vacciner — celledyrkning (Vero-celler, æg eller suspensionskulturer) til produktion af virus-antigener eller mRNA-lipid-nanopartikler.

Læringsmål

• Forklare fermentering (klassisk + industriel)
• Beskrive bioreaktorers funktion
• Skelne 1./2./3. generations bioethanol
• Forklare bioremediering (bakterier til olierensning)
• Anvende enzymer i industrien (Novozymes, vaskemidler, fødevarer)

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar, hvilke parametre (temperatur, pH, ilttilførsel) der skal styres i en bioreaktor
• Beskriv, hvordan en bioreaktor kan optimeres til at give størst muligt udbytte
• Diskutér, hvilke udfordringer der kan være ved at skalere en proces op fra laboratorium til industriel bioreaktor

Eksperiment-forslag

• Lav en oversigtstabel over bioreaktor-typer (CSTR, boblesøjle, plug flow, fluidiseret leje, membran) og match hver type med et passende produkt (insulin, øl, biogas, immobiliserede celler).
• Tegn et kontrolskema for en CSTR med de 6 kontrollerede parametre (temperatur, pH, iltning, omrøring, substrat-tilførsel, skum-kontrol), og forklar hvad der sker, hvis pH-sensoren svigter.
• Sammenlign batch-, fed-batch- og kontinuert drift — hvilken driftsform vil I vælge til insulinproduktion, og hvorfor?

Brobygning

Ét af de klassiske bioreaktor-produkter er bioethanol, fremstillet ved gær-fermentering i industriel skala — næste emne er 'Bioethanol og biobrændstoffer'.