Ферментеры – это ключевое оборудование в биотехнологии, фармацевтике, пищевой промышленности и других отраслях. Они предназначены для культивирования микроорганизмов, клеток растений и животных с целью получения биомассы, ферментов, антибиотиков, вакцин и других ценных продуктов.
В этой статье мы рассмотрим:
Что это такое и как он работает
Основные виды
Способы их использования в биотехнологии
Перспективы развития технологии
1. Что такое ферментер и принцип его работы
Это герметичная емкость, оснащенная системами контроля и регулирования параметров культивирования: температуры, pH, концентрации кислорода, перемешивания и др.
Основные компоненты:
Емкость (сосуд) – из нержавеющей стали или стекла, выдерживает стерильные условия.
Система аэрации – подает кислород для аэробных процессов.
Мешалка – обеспечивает равномерное распределение питательных веществ.
Датчики контроля – pH-метр, термодатчик, сенсоры уровня O? и CO?.
Система охлаждения/нагрева – поддерживает оптимальную температуру.
Пеногаситель – предотвращает образование избыточной пены.
Принцип работы:
Подготовка среды – загрузка питательного субстрата.
Стерилизация – обработка паром или химическими методами.
Инокуляция – внесение микроорганизмов или клеточной культуры.
Культивирование – поддержание оптимальных условий для роста.
Сбор продукта – выделение целевых веществ после завершения процесса.
2. Виды ферментеров и их особенности
Ферментеры классифицируют по различным критериям: принципу работы, типу культивируемых организмов, конструкции.
2.1. По типу аэрации и перемешивания
1. Периодические (Batch)
Процесс идет в закрытой системе без добавления новых компонентов.
Пример: производство пива, йогуртов, антибиотиков.
2. Непрерывные (Continuous)
Питательная среда подается постоянно, а продукт выводится в режиме реального времени.
Используются в крупнотоннажном производстве (например, биотопливо).
3. Периодические с подпиткой (Fed-Batch)
Питательные вещества добавляются порционно для продления фазы роста.
Применяются при производстве рекомбинантных белков.
2.2. По конструкции
1. Мешалковые
Оснащены лопастными или турбинными мешалками.
Подходят для вязких сред.
2. Барботажные (пузырьковые)
Кислород подается через барботер (без мешалки).
Используются для чувствительных к сдвиговым нагрузкам культур.
3. Пленочные
Микроорганизмы растут на поверхности пленки.
Применяются в производстве уксуса и ферментов.
4. Мембранные
Позволяют разделять продукт и биомассу в процессе культивирования.
Эффективны для получения высокоочищенных препаратов.
2.3. По типу культивируемых организмов
Бактериальные – для прокариот (E. coli, Bacillus).
Дрожжевые – для производства этанола, кормового белка.
Грибковые – для антибиотиков (пенициллин).
Клеточные – для культивирования клеток млекопитающих (вакцины, моноклональные антитела).
3. Применение в биотехнологии
3.1. Фармацевтика
Производство антибиотиков (пенициллин, стрептомицин).
Получение вакцин (например, против гепатита B).
Синтез рекомбинантных белков (инсулин, интерферон).
3.2. Пищевая промышленность
Кисломолочные продукты (йогурт, кефир).
Сыры (использование заквасочных культур).
Пивоварение и виноделие.
3.3. Производство биотоплива
Биоэтанол из дрожжей.
Биогаз (метан) в анаэробных реакторах.
3.4. Экология
Очистка сточных вод с помощью бактерий.
Утилизация органических отходов.
3.5. Сельское хозяйство
Производство кормовых добавок (пробиотики).
Получение биоудобрений.
4. Перспективы развития технологий
Автоматизация и AI – интеллектуальные системы контроля.
Одноразовые (disposable) – снижение риска контаминации.
Микро- и нанобиореакторы – для исследований и малых производств.
Синтетическая биология – создание генетически модифицированных штаммов с повышенной продуктивностью.
Заключение
Это оборудование – основа современной биотехнологии, позволяющая получать ценные продукты с высокой эффективностью. Разнообразие конструкций и режимов работы делает их незаменимыми в медицине, пищепроме, энергетике и экологии. С развитием технологий их роль будет только возрастать.
