انواع بیوراکتور ها
بیوراکتورها دستگاههایی هستند که محیط لازم و قابل کنترل جهت انجام فرآیندهای زیستی و یا فرآیندهای وابسته به عوامل زیستی را فراهم میکنند. با توجه به نوع فرآیندها، مواد زیستی و میکروارگانیسمهای درگیر و همچنین موارد کنترلی، بیوراکتور ها دارای انواع مختلفی هستند، در این مقاله به بررسی انواع تخصصی این تجهیزات میپردازیم.
اجزا بیوراکتورها
طراحی بیوراکتورها با توجه به کاربرد و هدفی که دارند، متفاوت است، اما به طور کلی یک دستگاه استاندارد دارای اجزای کلیدی زیر میباشد:
- مخزن: بدنه دستگاه که در دو جنس شیشه بوروسیلیکات و استیل ضد زنگ ساخته میشود. مدل شیشهای مناسب مقیاسهای آزمایشگاهی بوده و نوع استیل ضدزنگ برای مقیاسهای صنعتی مناسب است.
- همزن: در تمامی این دستگاهها باید محیط مخزن، که کشت در آن صورت میگیرد، از لحاظ پخش مواد مغذی و اکسیژن یکسان و یکنواخت باشد، همچنین باید از تهنشین شدن سلولها جلوگیری کرد. این اعمال توسط همزن انجام میشود.
- هوادهی: این سیستم بوسیله یک اسپارژر هوای استریل و یا گازهای مشخص مانند اکسیژن را به صورت حبابهای بسیار کوچک وارد محیط میکند.
- پروبها و حسگرها: در چنین محیطی لازم است که تمامی پارامترها به صورت مداوم اندازهگیری شوند، لذا حسگرها و پروبهای دستگاهها به صورت مداوم در حال اندازهگیری و پایش پارامترهای مختلف هستند.
- کنترلر: مغز دستگاه است. این مغز متفکر دادهها را از حسگرها دریافت کرده و جهت اعمال تغییرات لازم به عملگرها فرمان میدهد.
- ورودی و خروجی: محل ورود مواد مغذی، اسید و باز، و محل خروج محصول نهایی و نمونهگیری هستند، که باید کاملا استریل باشند.
انواع تخصصی بیوراکتورها
انواع تخصصی بیوراکتورها عبارتند از:
- بیوراکتور همزن دار
- بیوراکتور حبابی
- بیوراکتور ایرلیفت
- بیوراکتور غشایی
در ادامه به بررسی هر یک از این مدلها خواهیم پرداخت.
بیوراکتور همزندار
این مدل از معمولترین و پرکاربردترین نمونههای بیوراکتورها است. همانطور که از نام آن مشخص است، این دستگاه دارای همزن است. تفاوت همزن آن با سایر مدلها در مکانیکی بودن آن میباشد. در واقع بیوراکتور همزندار، دارای یک همزن بزرگ مکانیکی جهت مخلوط کردن محیط کشت میباشد.
کاربرد بیوراکتور همزندار
با توجه به اختلاط خوبی که این دستگاه برای کشت هوازی و بیهوازی انواع میکروارگانیسمها فراهم میکند، در صنایع داروسازی و به طور خاص در تولید واکسنها و آنتیبیوتیکها استفاده میشود.
علاوه بر این، از این مدل میتوان جهت تولید انواع آنزیمها و آمینو اسیدها در صنایع غذایی بهره برد. این مدل برای سیستمهای تخمیری که دارای تعداد بسیاری ریسههای قارچی هستند، استفاده میشود.
از سویی دیگر گفته میشود با توجه به شرایطی که در مخزن این دستگاه میتوان فراهم آورد، برای تولید بایوپلیمرهایی که دارای خاصیت چسبندگی هستند به کار میرود. به بیان دیگر کشتهایی با حجم بالا و جریان هوای اندک در این مدلها انجام میشود.
بیوراکتور حبابی
بیوراکتور حبابی یا در اصطلاح بیوراکتور ستون حباب، اختلاط را از طریق حباب گاز انجام میدهد. این ساختار اگرچه ساده است، برای گازهای درگیر در واکنش مناسب بوده و سبب کم بودن راندمان اختلاط میشود.
کاربرد بیوراکتور حبابی
این مدل عموما در صنایع تصفیه فاضلاب و پسابها استفاده میشود. در واقع در این دستگاه باکتریها فاضلاب خام را تجزیه میکنند. اکسیژن لازم در دستگاه از طریق هوادهی به مخزن تزریق میشود و سبب افزایش سرعت تجزیه میگردد.
در صنایع بیوتکنولوژی و آزمایشگاهی از این مدل جهت کشت و تولید میکروجلبکها بهره میبرند.
بیوراکتور ایرلیفت
این مدل در دسته بیوراکتورهای پنوماتیک قرار میگیرد. در این نوع فرآیند سوسپانسیون سلولی و یا اختلاط از طریق وارد کردن هوا و یا یک نوع گاز از انواع گازهای استریل به فضای کشت انجام میشود. این عمل سبب میشود، میان بخشهای مختلف راکتور یک اختلاف چگالی ایجاد گردد. این اختلاف چگالی باعث ایجاد الگوی چرخشی منظم و ملایم در فضای سیال میشود. این الگوی چرخشی نیز خود سبب ایجاد محیطی همگن و یکنواختی در توزیع مواد مغذی از جمله اکسیژن لازم برای میکروارگانیسمها میشود.
بخش تزریق گاز در این مدل بخش اصلی است، که به آن ناحیه رایزر میگویند. با توجه به وجود گاز در این بخش، چگالی سیال کمتر از سایر قسمتها میباشد. در این قسمت از دستگاه حبابهای گاز حرکتی رو به بالا دارند.
قسمتی وجود دارد که به آن داون کامر یا پایین آمدن میگویند، در این بخش در واقع سیال ابتدا به بالای راکتور رسیده و ضمن آزادسازی گاز، در جهت پایین شروع به حرکت میکند. در این قسمت گاز کمتری وجود دارد و در نتیجه چگالی سیال کمتر است.
در قسمت فوقانی راکتور فضایی برای جدا کردن حبابهای گاز از سیال وجود دارد، به این قسمت جداکننده گاز میگویند. این عمل مانع کف کردن زیاد و خروج مایع از دستگاه میشود.
کاربرد بیوراکتور ایرلیفت
این مدل در دسته پرکاربردترینها قرار میگیرند و در صنایع مختلفی چون صنایع غذایی و تخمیری، صنایع کشاورزی، کشت سلولهای گیاهی، صنایع داروسازی و همچنین در تصفیه فاضلاب به کار میروند.
بیوراکتور غشایی
در سلولها و میکروارگانیسمها، غشا بخش جدا کننده زیست توده است. به بیان سادهتر محیط داخل هر سلول توسط یک غشا زیستی از بیرون جدا میشود. در بیوراکتور غشایی فناوری جداسازی غشا در ترکیب با واکنش بیولوژیک انجام میگیرد. به همین دلیل این نوع راکتور را غشایی مینامند.
این غشا در واقع نوعی فیلتر است و بر حسب نوع مورد استفاده، این بیوراکتورها دارای انواع مختلفی هستند. از جمله کاربردیترین فیلترها در این تجهیزات میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون هستند.
در واقع این مدل یک سیستم ترکیبی از یک واحد جداساز و یک بیوراکتور میباشد. محصول توسط غشا از محیط کشت جدا میشود. یعنی سلولها توسط این غشا داخل راکتور نگهداری میشوند، این امر سبب افزایش غلظت سلولی و بهبود راندمان فرآیند میشود.
کاربردهای بیوراکتور غشایی
با توجه به توضیحات فوق مشخص است که این تجهیزات میتوانند در انواعی از صنایع از جمله جداسازی محصولات، صنایع کشت سلولی و صنعت تصفیه فاضلاب استفاده شوند.
کاربرد اصلی این تجهیزات در نمونههای پیشرفته تصفیه فاضلاب و پسابها است.
جمعبندی
با توجه به کاربرد مورد نظر، هزینهها و فضای کاری میتوانید از میان انواع بیوراکتورها بهترین را انتخاب نموده و در شرکت زیست فرآیند صنعت صبا سفارش خود را ثبت کنید. همچنین چنانچه برای انتخاب بهتر نیازمند مشاوره هستید، کارشناسان زیست فرآیند صنعت صبا آماده ارائه بهترین مشاورهها هستند.
