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Erfahren Sie mehr über Fermentationsprozesse in der Bioprozesstechnik und wie Sie peristaltische Pumpen für Bioreaktoren auswählen
Die Fermentierung ist ein sehr präziser und empfindlicher Prozess, insbesondere hinsichtlich der Handhabung und Förderung der beteiligten Substanzen. Für eine erfolgreiche Fermentierung müssen die beteiligten Geräte und Komponenten die folgenden Anforderungen erfüllen:
Wie bereits erwähnt, ist ein Bioreaktor das Herzstück biologischer Prozesse, da dort alle mikrobiologischen und biochemischen Reaktionen stattfinden. Genauer gesagt ist er ein Behälter, der darauf ausgelegt ist, eine effektive Umgebung für Enzyme oder Gesamtzellen zur Umwandlung von biochemischen Stoffen in Produkte zu bieten.
In Bezug auf Bioreaktoren bedeutet dies, eine ausreichende Gasversorgung sicherzustellen, den richtigen pH-Wert und die richtige Temperatur aufrechtzuerhalten und Nährstoffe, Säuren, Basen, Antischaummittel oder Sauerstoff bereitzustellen, um das Wachstum erfolgreich aufrechtzuerhalten. Um all diese Funktionen zu erfüllen, muss eine geeignete Pumpentechnologie eingesetzt werden.
Bioprozessingenieure müssen bei der Auswahl der richtigen Pumpe die folgenden Faktoren berücksichtigen:
Da höhere Viskositäten von Flüssigkeiten zur Einwirkung stärkerer Kräfte auf eine Pumpe führen, muss die Pumpe robust genug sein und zudem mit einem Motor ausgestattet sein, der das korrekte Schleppmoment bietet.
Einige Flüssigkeiten sind sehr empfindlich gegenüber einwirkenden Scherkräften. Deshalb sollte die richtige Pumpe eine sanfte Pumpenbewegung bieten, die die Flüssigkeitskomponenten nicht ändert (d. h. eine Zerstörung der Zellen in der Flüssigkeit aufgrund von hohen Scherkräften).
Da eine sterile Umgebung ein wichtiger Faktor für den Erfolg aseptischer Fermentierung ist, sollte der Kontakt organischer Stoffe mit Hardwarekomponenten nur auf jene Teile beschränkt werden, die die höchsten Hygienestandards erfüllen.
Die genaue und präzise Förderung der organischen Flüssigkeit zum Bioreaktor ist ein wichtiger Aspekt des Fermentierungsprozesses. Die erreichbare Genauigkeit und Präzision hängen zu großen Teilen von der Pumpentechnologie ab. Um die bestmögliche Genauigkeit und Präzision zu erreichen, können die Kalibrierung und Nutzung von Sensoren dabei helfen, die inhärenten Einschränkungen bestimmter Pumpentechnologien zu überwinden.
Die wichtigste Rolle der Pumpen bei der Fermentierung ist die Regelung der vielen kritischen Stoffe, die in den Reaktor strömen. Dazu zählen die Messung und Kontrolle der PH-Werte, die Zufuhr der Nährstoffe, die Messung des Drucks und die Verhinderung einer Schaumbildung.
Nährstoff-Förderpumpe (1)
Während eines Bioprozesses verbrauchen Mikroorganismen normalerweise eine Vielzahl von Nährstoffen, einschließlich Wasser oder hochviskose Glukoselösungen, die über die Pumpe zugeführt werden. Zudem ist es notwendig, verschiedene Zufuhrprofile bereitzustellen, damit Pumpen die Flüssigkeitsversorgung exponentiell steigern können, was bei einem Bioreaktor erforderlich sein kann.
Säure- und Basenpumpen (2, 3)
Die Zufuhr von Säure oder Basen ist manchmal notwendig, um die gewünschte Umgebung im Bioreaktor beizubehalten. Das wird normalerweise über die Ermittlung des pH-Werts im Gerät angezeigt. Die Stoffe werden dem Kulturgefäß über Schläuche und Pumpen hinzugefügt, doch deren Konzentration muss genau erreicht werden.
Entschäumungspumpe (4)
Schaum ist normalerweise eine unerwünschte Nebenwirkung der Fermentierung in Bioreaktoren, da er den Gasfluss stören kann. In diesem Fall werden Pumpen zur Steuerung der Schaumbildung eingesetzt und führen gegebenenfalls Entschäumer zu.
Angesichts der Anforderungen in Bioreaktoren sind Schlauchpumpen die ideale Pumpentechnologie. Sie heben sich durch ihre Fähigkeit hervor, Flüssigkeiten präzise und sanft zuzuführen, selbst bei hohen Viskositäten, und die Integrität jeder Flüssigkeit beizubehalten. Zudem kommen bei Schlauchpumpen nur die Schläuche mit dem Medium in Kontakt, wodurch ein hoher Hygienestandard ganz einfach über die Verwendung hochwertiger Schläuche beibehalten werden kann.
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