Bioreaktoren

Bioreaktoren sind Behälter, die zur Durchführung biotechnologischer Prozesse, zum Beispiel in der Lebensmitteltechnologie (Herstellung von Vitaminen oder Citronensäure), in der Produktion von Bier oder Käse oder in der Pharmazie (Züchtung von Antibiotika oder Produktion von Insulin) angewendet werden. Auch im Umweltschutz und in der Abwasseraufbereitung kommen Bioreaktoren vielfältig zum Einsatz.
Je nach ihrem Anwendungsgebiet unterscheiden sich Bioreaktoren zum Teil erheblich voneinander. Sie können eine Größe von wenigen Millilitern bis hin zu mehreren Tausend Kubikmetern haben.

In einem Bioreaktor werden speziell herangezüchtete Mikroorganismen, Zellen oder kleine Pflanzen in einem dafür geeigneten Nährmedium kultiviert. Dieser Prozess soll unter möglichst optimalen Bedingungen und ohne Störungen ablaufen.
Das Ziel ist es, Zellen, Teile von ihnen oder Stoffwechselendprodukte zu gewinnen. In jedem Bioreaktor werden die drei Phasen fest, flüssig und gasförmig verarbeitet. Fest ist dabei die Biomasse, flüssig das Nährmedium und gasförmig zum Beispiel die Luft, Sauerstoff, Kohlendioxid oder Stickstoff.

Die Anforderungen an Bioreaktoren sind vielfältig. Biologische Prozesse müssen sich immer in klar definierten und abgegrenzten Systemen, wie zum Beispiel einzelnen Zellen, abspielen. Aus diesem Grunde unterscheiden sich die Bioreaktoren auch grundsätzlich von chemischen Reaktoren.

Die Temperatur im Reaktor muss sich in ganz klar definierten und festen Grenzen bewegen, wenn sie zu hoch ist, führt dies meistens zum Absterben der Zellen, ist sie zu niedrig, kann kein Zellwachstum stattfinden.
Die Flussraten für Gase und gelöste Nährstoffe werden auf die Erfordernisse der Mikroorganismen eingestellt, so können die Produkte in einer optimalen Geschwindigkeit gebildet werden. Sehr wichtig ist es, die Schaumbildung in einem Bioreaktor zu kontrollieren, da ein Überschäumen unbedingt vermieden werden muss.

Stabil gehalten werden müssen außerdem der pH-Wert der verwendeten Nährlösungen sowie die Konzentration von Sauerstoff und Kohlendioxid. Das Gleiche trifft für den Zustand der der Ausgangs- und Endprodukte zu.
In biochemischen Prozessen muss ständig auf die die Konzentration der DNA, der RNA und der Proteine geachtet werden. In jedem Falle gilt, dass die verwendeten Produkte nicht durch Fremdkörper in ihrer Qualität beeinträchtigt werden dürfen.

Die gewünschte Diagnostik in Bioreaktoren kann online und offline erfolgen. Online heißt, dass die Messparameter laufend verfolgt werden, ohne den Prozess zu unterbrechen.
Die offline-Diagnostik ist durch ein- oder mehrmaliges Unterbrechen gekennzeichnet. Hierbei werden jeweils Proben entnommen.