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Prozess der Fermentation

Bioreaktor

Bioreaktoren, die auch Fermenter genannt werden, gibt es in den unterschiedlichsten Ausführungen und Größen. Das Fassungsvermögen reicht dabei von wenigen Millilitern bis hin zu einigen Tausend Litern in Großanlagen. Im Laborbereich arbeitet man meist mit Reaktoren bis zu 10 Litern, die aus Glas oder Edelstahl bestehen.

In Bioreaktoren werden die Zellen unter gut kontrollierbaren und optimalen Wachstumsbedingungen gezüchtet. Man spricht dann auch von Kultivieren und entsprechend von einer Zellkultur.

Bei den Wachstumsbedingungen kommt es neben der Zusammensetzung des Nährmediums vor allem auf die Temperatur und den pH-Wert im Reaktor an. Für jeden Stamm gibt es ein Optimum, bei dem er am besten wächst. Für E. coli sind das zum Beispiel 37 °C und pH-Werte um 7, für S. cerevisiae 28 °C und pH-Werte um 5.

Abb.1
S. cerevisiae

S. cerevisiae fühlt sich bei 28 °C und pH 5 wohl.

Abb.2
E. coli

E. coli fühlt sich bei 37 °C und pH 7 wohl.

Ein weiterer wichtiger Parameter ist der zur Verfügung stehende Sauerstoff, der im Reaktor als Gelöstsauerstoff gemessen wird. Es gibt Mikroorganismen, die nur mit Sauerstoff wachsen können, welche, die mit und ohne wachsen und solche, die sich nur unter Sauerstoffausschluss vermehren. Je nach Sauerstoffbedarf werden die Mikroorganismen dann als aerob, fakultativ anaerob oder obligat anaerob bezeichnet (siehe Tabelle).

Tab.1
Bezeichnung von Mikroorganismen nach ihrem Sauerstoffbedarf
SauerstoffbedarfBezeichnung des Mikroorganismus als
unbedingt nötigaerob
kann, muss aber nichtfakultativ anaerob
Wachstum nur ohneobligat anaerob

Entsprechend bezeichnet man auch die Prozessführung bei der Fermentation als aerob (Begasung mit Sauerstoff) oder anaerob (Begasung mit Stickstoff). Hefen sind zum Beispiel fakultativ anaerob, die Ethanol-Produktion beim Bierbrauen ist ein anaerober Prozess.

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