میکروبیولوژی صنعتیyهمراه با فناوری بیوتکنولوژی و تولید دارویی به شدت به فن آوری های تخمیر و بیوپسینگ بستگی دارد. یک تصور نادرست در مورد تخمیر کننده ها و بیوراکتورها وجود دارد ، اما هر دو دستگاه دارای عناصر ساختاری مختلف و اهداف عملیاتی و کاربردهای صنعتی هستند. متخصصان خبره که در زمینه بیوپسینگ کار می کنند ، نیاز به درک این تمایزها دارند.
در این مقاله به بررسی تفاوتهای اساسی بین تخمیر و بیوراکتورها می پردازد ، ضمن توصیف تعاریف ، انواع ، اصول عملیاتی و کاربردهای آنها. این برای دانشجویان ، محققان و پزشکان صنعتی در زمینه بیوتکنولوژی در نظر گرفته شده است.
تعریف تخمیر و بیوراکتور
تخمیر:
تخمیر کننده ها کشتی های پیشرفته ای هستند که برای تخمیر میکروبی طراحی شده اند و میکروارگانیسم ها را قادر می سازد تا در شرایط کنترل شده ، بسترهای آلی را به محصولات مورد نظر تبدیل کنند. هدف اصلی تخمیر در تخمیر الکل و همچنین اسید آنتی بیوتیک و آلی و تولید متابولیت میکروبی وجود دارد.
بیوراکتور:
A بیوراکتور به عنوان یک سیستم همه جانبه تعریف می شود که به عنوان محیطی برای حمایت از فعل و انفعالات بیولوژیکی بین آنزیم ها و سلولهای زنده عمل می کند. بیوراکتور عملیات بیوشیمیایی مختلف بین کشت سلولی و مهندسی بافت و فرآیندهای آنزیمی را امکان پذیر می کند. بخش های صنعت تولید مانند داروسازی به همراه کشاورزی و سوخت های زیستی نیاز به استفاده از آنها دارند.
خوب ، تعاریف تخمیر کننده ها و بیوراکتورها همانطور که در بالا روشن است ، اما آیا می دانید تفاوت های کلیدی چیست؟ بیایید نگاهی به دنبال آن بیندازیم.
Fermentor vs Bioreactor: تفاوت های کلیدی و برنامه های کاربردی
دامنه استفاده:
- این تخمیر به عنوان یک ظرف تخصصی عمل می کند که باعث می شود میکروارگانیسم برای تولید الکل و آنتی بیوتیک در کنار محصولات مختلف دیگر تولید شود.
- با پارامترهای کنترل شده مانند دما و pH و اکسیژن یک بیوراکتور اجازه می دهد فرآیندهای بیولوژیکی مختلفی از جمله کشت سلول تخمیر به همراه واکنش آنزیم برای ادامه کار.
نوع موجودات بیولوژیکی مورد استفاده:
تخمیر کننده های خاص از رشد میکروبی باکتریها و سویه های مخمر و قارچ در طی فرآیندهای تخمیر پشتیبانی می کنند.
بیوراکتورها عملاً از تمام موجودات بیولوژیکی که از سلولهای گیاهی به سلول های حیوانی و همچنین آنزیم ها برای فرآیندهای بیوشیمیایی متنوع استفاده می شوند ، پشتیبانی می کنند.
نوع فرآیند:
- عملکرد تخمیر کننده ها به همراه بیوراکتورها از هر دو تنظیمات اکسیژن هوازی و محیط های بی هوازی اکسیژن بر اساس فرآیند بیولوژیکی انتخاب شده پشتیبانی می کند.
- تطبیق پذیری بیوراکتورها افزایش می یابد زیرا آنها با سیستم های سلولی بی حرکت کار می کنند که سلول ها یا آنزیم ها را قادر می سازد در نقاط خاص برای استفاده پایدار لنگر شوند.
محصولات نهایی:
- تولید بیولوژیکی اتانول به همراه اسیدهای آلی و آنتی بیوتیک ها و ویتامین ها در تخمیر کننده ها صورت می گیرد.
- آنتی بادی های مونوکلونال و همچنین واکسن ها به آنزیم ها و پروتئین های نوترکیب و سوخت های زیستی در بین سایر خروجی های تولیدی دیگر از بیوراکتورها می پیوندند.
مکانیسم های کنترل:
- تخمیر کنندگان عوامل عملیاتی حیاتی pH و دما را در کنار سطح اکسیژن و شرایط اختلاط به منظور بهینه سازی رشد میکروبیولوژیکی و راندمان تولید حفظ می کنند.
- بیوراکتورها دارای مکانیسم های کنترل به روز شده برای نظارت بر سطح اکسیژن محلول در حین مدیریت استرس برشی و ارائه ردیابی فعالیت متابولیک در زمان واقعی هستند که منجر به افزایش کارایی فرآیند می شود.
تغییرات طراحی:
- کشتی های تولیدی که معمولاً به عنوان تخمیر شناخته می شوند دارای اشکال استوانه ای هستند که سیستم های اختصاصی برای ارتقاء رشد میکروبی را از طریق عملکرد آشفتگی و هوادهی ادغام می کنند.
- طرح های مختلف بیوراکتورها شامل تانک و هواپیمای هم زده و هوایی و بستر بسته بندی شده به همراه فوتوبیوراکتورها بر اساس الزامات کاربردهای آنها است.
اصل کارتخمیر کننده ها و بیوراکتورها
اصل کار تخمیر
یک تخمیر بر اساس متابولیسم میکروبی عمل می کند. این محیط بهینه را برای رشد میکروب ها و تولید متابولیت ها فراهم می کند. اجزای اساسی یک تخمیر شامل موارد زیر است:
- سیستم آشفتگی:حتی مخلوط کردن مواد مغذی و میکروارگانیسم ها را تضمین می کند.
- سیستم هوادهی:اکسیژن را در فرآیندهای هوازی تأمین می کند.
- کنترل دما:دمای مورد نیاز را برای فعالیت باکتریولوژیکی حفظ می کند.
- کنترل pH:اسیدیته یا قلیایی بودن را کنترل می کند.
- کنترل کف:با استفاده از عوامل ضد فوم از کف غیرقانونی جلوگیری می کند.
فرآیند تخمیر از طریق عملیات های مختلفی انجام می شود که شامل روش دسته ای و دسته تغذیه و حالت مداوم بر اساس مشخصات تولید است. بهره برداری از باکتری ها ، مخمرها و قارچ ها به یک بستر خاص نیاز دارند که در طی فرایند به عنوان منبع رژیم غذایی آنها عمل می کند. میکروارگانیسم ها از طریق فعالیت های متابولیک خود بستر را تجزیه می کنند تا متابولیت های مفیدی را ایجاد کنند که شامل اتانول به همراه اسیدهای آلی و آنتی بیوتیک ها و ویتامین ها است. هنگامی که تخمیر برآورده می شود ، کارگران تولید مرحله هدف خود را قبل از انجام مراحل تصفیه و پردازش برای تولید محصولات صنعتی مانند داروسازی و محصولات غذایی و سوخت های زیستی با دقت به دست می آورند.
اصل کار بیوراکتور
بیوراکتور یک محیط اندازه گیری شده برای فرآیندهای بیولوژیکی فراهم می کند. این شامل سیستم های نظارت پیشرفته برای کنترل پارامترهایی مانند:
- سطح اکسیژن حل شده (DO):بهترین در دسترس بودن اکسیژن برای فرهنگ های هوایی را تضمین می کند.
- کنترل استرس برشی:زنده ماندن سلول ، به ویژه در کشت سلول های حیوانی را حفظ می کند.
- تحویل مغذی:تغذیه دقیقی را برای حفظ رشد و تولید فراهم می کند.
- حذف زباله:فرآورده های سمی را که ممکن است مانع رشد سلول شود ، از بین می برد.
- بیوراکتورها از انواع مختلف فرهنگ پشتیبانی می کنند ، از جمله:
- فرهنگ تعلیق:سلول ها آزادانه در محیط معلق هستند.
- فرهنگ پایبندی:سلول ها بر روی یک پشتیبانی جامد یا داربست رشد می کنند.
- سیستم های بی حرکت:سلول ها یا آنزیم ها برای پردازش مداوم در یک ماتریس ثابت می شوند.
انواع تخمیر و بیوراکتورها
انواع تخمیر
- تخمیر دسته ای:میکروارگانیسم ها در یک سیستم بسته با مقدار ثابت مواد مغذی رشد می کنند.
- تخمیر کننده دسته فدرال:مواد مغذی برای طولانی شدن فرآیند تخمیر در مراحل اضافه می شوند.
- تخمیر مداوم:ورودی مداوم بستر و حذف محصول برای تولید پایدار.
- تخمیر غوطه ور:میکروارگانیسم ها در یک محیط مایع رشد می کنند.
- تخمیر کننده حالت جامد:میکروارگانیسم ها بر روی یک بستر جامد با حداقل آب آزاد رشد می کنند.
انواع بیوراکتورها
- Bioreactor-Tank-Tank:از یک پروانه برای برادری و انتقال اکسیژن استفاده می کند.
- Bioreactor Airlift:از جریان گاز برای گردش مایعات و تقویت اختلاط استفاده می کند.
- بیوراکتور بستر بسته بندی شده:سلولهای بی حرکت یا آنزیم ها را برای آزمایش بیولوژیکی نگه دارید.
- عکس بیوراکتور:از نور برای حمایت از باکتری های فتوسنتزی مانند جلبک استفاده می کند.
- بیوراکتور موج:یک سیستم بیوراکتور یکبار مصرف برای کشت سلول های حیوانی استفاده می شود.
کاربردهای صنعتیتخمیر کننده ها و بیوراکتورها
برنامه های تخمیر کننده
- تولید کنندگان در کارخانه های تولیدی و تقطیر برای نهایی کردن تولید شراب آبجو و ارواح به تخمیر مخمر نیاز دارند.
- استرپتومایسین به همراه پنی سیلین با استفاده از روشهای تخمیر میکروارگانیسم در مقیاس جرم تولید می شود.
- تولید اسید آلی: از تولید اسید لاکتیک ، اسید سیتریک و اسید استیک برای مواد غذایی ، داروهای و مواد آرایشی پشتیبانی می کند.
- فرایند تولید شامل ویتامین B12 و ریبوفلاوین به همراه آمیلاز و پروتئاز است که به عنوان مکمل و مواد صنعتی خدمت می کنند.
- تخمیر باکتریایی لاکتوز باعث تولید ماست در کنار پنیر و کفیر و همچنین پروبیوتیک می شود.
- تصفیه فاضلاب شامل تخریب میکروارگانیسم آلاینده ها برای کاهش آلاینده های آب مناسب برای دفع یا استفاده مجدد است.
کاربردهای بیوراکتورها
- تولید بیو دارویی از این سیستم برای انجام تولید مقیاس شده هر دو آنتی بادی مونوکلونال و پروتئین های درمانی با واکسن استفاده می کند.
- رشد سلولهای زنده به دلیل پیشرفتهای مهندسی بافت که از این مواد استفاده می کند ، در محیط های کنترل شده صورت می گیرد.
- از طریق فرآیند انسولین و هورمون رشد تولید کنندگان می توانند مقادیر قابل توجهی از این محصولات دارویی و آنزیم های بیوتکنولوژی تولید کنند.
- از طریق فرآیند انسولین و هورمون رشد تولید کنندگان می توانند مقادیر قابل توجهی از این محصولات دارویی و آنزیم های بیوتکنولوژی تولید کنند.
- رویکرد زیست محیطی زیست محیطی هنگام تصفیه فاضلاب و مناطق بیوژمتر ، آلاینده ها را به همراه سموم تجزیه می کند.
- تجهیزات بیوتکنولوژی به تنظیمات تحقیقات صنعتی اجازه می دهد تا توسعه پایدار کشتهای باکتریایی ، مخمر و سلول های گیاهی اصلاح شده ژنتیکی را حفظ کنند.
افکار نهایی
برنامه ها و ویژگی های عملیاتی تخمیر کننده ها و بیوراکتورها با وجود اهمیت آنها در زمینه بیوتکنولوژی ، تمایزهای عمده ای را نشان می دهد. یک تخمیر در تخمیر میکروبی تخصص دارد اما بیوراکتورها از فعالیتهای بیولوژیکی متعدد از عملیات کشت سلولی تا فرآیندهای واکنش آنزیمی پشتیبانی می کنند.
اگر مشتاق کاوش بیشتر هستید ، با تیم تخصصی ما تماس بگیرید. کارآیی ، حرفه ای ، کیفیت و خدمات برچسب Smarts Rich Smarts خواهد بود
منابع و منابع
Eppendorf. (ND).بیوراکتورها و تخمیر ها: ابزارهای قدرتمندی برای حل و فصل تنگناهای کشت(کاغذ سفید 021). برگرفته ازhttps://www.eppendorf.com/product-media/doc/en/806599/Fermentors-Bioreactors_White-Paper_021_Stirred-tank-bioreactors_Bioreactors-Fermentors-Powerful-Tools-Resolving-Cultivation-Bottlenecks.pdf
راه حل های Fermex. (ND).تفاوت بین بیوراکتور و تخمیر چیست؟برگرفته از
https://www.fermex.in/faqs/what-is-the-difference-between-bioreactor-and-fermenter/
LinkedIn (ND).Bioreactors vs Fermenters: درک تفاوت ها و برنامه ها.برگرفته ازhttps://www.linkedin.com/pulse/bioreactors-vs-fermenters-understanding-differences-applications-xza7c/
نمایش اسلاید (ND).بیوراکتورها یا تخمیر.برگرفته از
https://www.slideshare.net/slideshow/bioreactors-or-fermenters/126099644
tecnic (ND).تفاوت بین یک تخمیر و بیوراکتور.برگرفته از
https://www.tecnic.eu/difference-between-a-fermenter-and-a-bioreactor/
