Nachwachsende Rohstoffe in der Wikipedia, Band 1

Bioreaktor 273
Geschichte
(siehe Hauptartikel Biotechnologie)
Da auch Braukessel in Brauereien technisch zu den Bioreaktoren
zählen, kann man das Erscheinen der ersten Bioreaktoren mit dem
Erscheinen der ersten Brauereien vor ungefähr 5500 Jahren
gleichsetzen. Auch die seit Jahrtausenden verbreiteten Vorrichtungen
zur Herstellung verschiedener Milchprodukte mit Hilfe von Bakterien
oder Enzymen können als Bioreaktoren bezeichnet werden.
Mit der Weiterentwicklung der Biotechnologie, vor allem durch
wesentliche Fortschritte in der Mikrobiologie im 19. Jahrhundert und
der Genetik, Molekularbiologie und Gentechnik ab Mitte des 20.
Jahrhunderts konnten immer mehr Anwendungsmöglichkeiten, z. B. in
der chemischen Industrie und im Bereich der Pharmazeutik entwickelt
werden. In vielen biotechnologischen Verfahren kommen dabei
Bioreaktoren zum Einsatz.
Betriebsparameter
Ein Bioreaktor hat vor allem den Zweck, möglichst hohe
Produktausbeuten zu liefern. Das wird insbesondere durch Schaffung
Gärbottiche zur Bierherstellung sind ebenfalls
Bioreaktoren
optimaler Bedingungen für den jeweils verwendeten Organismus erreicht. Dieser ist an verschiedene Parameter, die
in seinem natürlichen Lebensraum herrschen, angepasst. Wichtig sind z. B. die Art und Konzentration der
Nährstoffe, die Temperatur, der Sauerstoffgehalt der pH-Wert etc.. Meist ist zudem ein Rührwerk oder eine andere
Einrichtung notwendig, um für eine gleichmäßige Einstellung dieser Parameter im Reaktor zu sorgen. Neben den
Ansprüchen der Organismen müssen auch andere technische, organisatorische und ökonomische Faktoren
berücksichtigt werden, die die Wahl der Betriebsparameter beeinflussen. Beispiele sind die Vermeidung der
Schaumbildung und die Wahl entweder einer kontinuierlichen oder einer Batch-Betriebsweise.
Mit Hilfe von Sonden bzw. Sensoren werden diese Parameter direkt im Nährmedium oder der Abluft gemessen. [5]
Über diese Parameter ist zudem meist der Verlauf eines Fermentationsansatzes beurteilbar, z. B. über die Zelldichte,
die über die Extinktion (optische Dichte) ermittelt werden kann oder durch Messung der Konzentration einer
charakteristischen chemischen Verbindung. [6]
Zu Beginn einer Fermentation wird das Nährmedium mit einem Inokulum aus einer Vorkultivierung des
verwendeten Organismuses angeimpft. Die aus dem Fermentationsprozess gewonnene Suspension (Brühe) wird
beim Downstream Processing aufbereitet.
Nährstoffversorgung
Mit dem Nährmedium müssen den Organismen alle für das Wachstum benötigten Nährstoffe zur Verfügung gestellt
werden. Dazu gehören die in größeren Mengen benötigten Hauptnährelemente (Makronährelemente), wie z. B.
Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor. Auch verschiedene Spurenelemente (Mikronährelemente) werden benötigt. Je
nach Organismus sind weitere Verbindungen notwendig, die nicht selbst synthetisiert werden können (Vitamine,
essentielle Aminosäuren, etc.). Auch eine energieliefernde Verbindung, wie z. B. häufig der Zucker Glucose, sind
notwendig (außer bei phototrophen Organismen).