Nachwachsende Rohstoffe in der Wikipedia, Band 1

Bioreaktor 274
Temperatur
Organismen haben ein Temperaturoptimum, bei dem sie sich optimal vermehren. Ein Überschreiten dieser
Temperatur kann jedoch zu irreversiblen Schädigungen durch Denaturierung der Proteine führen. Die
Temperaturregelung wird durch Heiz- und Kühlkreisläufe realisiert. Beim Anfahren des Reaktors wird der gesamte
Reaktorinhalt auf Betriebstemperatur geheizt. Teilweise erzeugen die kultivierten Organismen soviel Wärme, dass
nur noch der Kühlkreislauf aktiv sein braucht. In den Kühlkreisläufen kann jeweils ein Wärmetauscher integriert sein
oder das energietragende Medium wird direkt eingespeist. Als Wärmeaustauschflächen zum Reaktionsraum stehen
hierbei meist nur die doppelte Behälterwand, in seltenen Fällen auch eingebaute Kühlregister, zur Verfügung.
Sauerstoffgehalt
Fermentationsansätze können, je nach Organismus und Produkt, aerob (sauerstoffbenötigend bzw. -tolerierend) oder
anaerob durchgeführt werden. Sauerstoff ist schlecht wasserlöslich, so dass eine ausreichende Versorgung schwierig
ist. Die Sauerstofflöslichkeit in einem Fermentationsmedium mit einer Temperatur von 37 °C liegt beispielsweise bei
3–5 mg/L.Der Sauerstoffpartialdruckes kann durch verschiedene Methoden reguliert werden:
• Veränderung des Gasdurchsatzes,
• Veränderung der Rührerdrehzahl,
• Veränderung der Rührwerkzeuggeometrie,
• Veränderung der Gasgemischzusammensetzung,
• Veränderung des Kopfdruckes (hierbei wird jedoch auch die Löslichkeit von anderen Gasen, zum Beispiel
Kohlendioxid, erhöht).
Durch starkes Einblasen von Gas oder zu hohe Rührerdrehzahlen wird jedoch auch die störende Schaumbildung
erhöht.
Bei obligat anaeroben Organismen dagegen ist eine Sauerstoffzufuhr zu vermeiden, da er toxisch wirken kann. Bei
anaeroben Ansätzen mit fakultativ anaeroben Organismen würde eine Sauerstoffzufuhr ungewünschte aerobe
Reaktionen ermöglichen, welche die Prozessausbeute verringern könnten.
pH-Wert
Die kultivierten Organismen besitzen meist eine begrenzte pH-Toleranzbereich mit einem pH-Optimum. Der
pH-Wert kann mit automatisch an einen pH-Sensor gekoppelten Pumpen kontrolliert werden, die je nach Bedarf zum
Ansäuern zum Beispiel Phosphorsäure (H 3 PO 4 ), Salzsäure (HCl) oder zum erhöhen des pH-Werts zum Beispiel
Natronlauge (NaOH) ins Nährmedium pumpen. In bestimmten Fällen kann der pH-Wert auch über die Rate der
Fütterung mit Substrat erreicht werden.
Homogenisierung
Die meisten Bioreaktoren verfügen über eine Rühreinrichttung, wie z. B. ein Rührwerk oder eine Gaseinblasung,
durch die das Medium umgewälzt wird. Das sorgt für eine homogene Einstellung verschiedener Parameter im
gesamten Reaktor und damit für einen gleichmäßigeren Prozessablauf.
Schaumbildung
(siehe auch Artikel Entschäumer)
Problematisch ist häufig die Schaumentwicklung durch das Rühren, was die Abluftfilter verstopfen und die die
kultivierten Zellen mechanisch belasten kann. Chemische Entschäumer (Antischaummitteln) wirken über die
Verringerung der Oberflächenspannung. Negativ ist die Beeinflussung des Gastransports und die schlechte
Abtrennbarkeit aus der Reaktionslösung beim Downstream Processing (Produktaufbereitung).