bioreattore

Bioreattore

i suoi componenti

I bioreattori sono grandi contenitori in acciaio inossidabile di forma cilindrica, dive i processi fermentativi sono effettuati in coltura sommersa, cioè con biocatalizzatori in sosensione o in soluzione

che tipi di terreni di coltura si utilizzano?

I terreni di coltura possono essere:

• sintetici: utilizzati in laboratorio e contengono materie prime pure
• complessi: impiegati in microbiologia industriale e contengono materie prime grezze che richiedono pretrattamenti

Fonti di carbonio: CO2, carboidrati in forma pura (lattosio o glucosio) o grezza (derivano da diverse fonti come melasse, cellulosa)Fonti di azoto: composti inorganici (sali di ammonio), composti organici (aminoacidi e proteine, urea), materie prime grezze (es. acqua di macerazione del mais).

Fonti di vitamine: ingredienti delle materie prime grezze utilizzate. Possono essere integrate con altre sorgenti ( estratto di lievito). Minerali: dall’acqua di fonte e dalle materie prime grezze impiegate. Se necessario, si possono aggiungere sali di calcio, fosforo, potassio, cloro, magnesio. Agenti antischiuma: sostanze ad azione tensioattiva che riducono la tensione superficiale, limitando la formazione di schiuma. Si impiegano oli naturali e sintetici.

Sistemi tampone per la correzione del pH: carbonato di calcio (se acido) o fosfati (se alcalino). Precursori: sono incorporati dai microrganismi e andranno a formare parti della molecola che il microrganismo è chiamato a produrre; la resa è altamente potenziata Acqua: importante per il calcolo dei volumi necessari alla preparazione dei terreni di coltura, la conduzione degli impianti, le sue caratteristiche e composizione in oligoelementi.

quali sono le fasi di preparazione dell'inoculo?

In ogni processo biotecnologico intervengono due componenti fondamentali:

• la materia prima che costituisce il substrato
• i biocatalizzatori con cui esso è inoculato

Il ceppo microbico deve rispettare alcune caratteristiche:

• facilità di coltivazione e manipolazione
• assenza di qualsiasi carattere di patogenicità
• alta velocità di riproduzione
• elevata capacità produttiva
• stabilità genetica

le fasi dei processi di produzione biotecnologica

continui, a lotti, semicontinui, standardizzazione dei processi

La coltura discontinua prevede il progressivo scale-up dell’inoculo iniziale fino alla semina nel reattore di produzione, il mantenimento della coltura per un tempo prefissato e calcolato per la massima resa produttiva, l’interruzione del processo e il recupero dei prodotti.

I processi in continuo consentono lo studio cinetico dello sviluppo cellulare e sono condotti rifornendo il sistema di sostanze nutritive così da mantenere costante il volume della biomassa. In un sistema semicontinuo il terreno di coltura è introdotto prima in quantità limitata e poi con un flusso costante senza che venga scaricato materiale. Segue lo svuotamento totale o parziale.

standardizzazione dei processi

Consiste nel confinare una cellula o un enzima in superficie o all’interno di un supporto solido o semisolido per bloccarne la mobilità, senza interferire con la sua attività metabolica o catalitica.

L’immobilizzazione è una tecnica che permette di disporre di biocatalizzatori con elevata stabilità e di facile impiego.

Si utilizzano tecniche diverse, basate su metodi sia chimici che fisici, a seconda che si tratti di cellule o enzimi.

recupero dei prodotti

Al termine di un processo mediato da microrganismi si deve procedere alla separazione della biomassa dal brodo di coltura residuo per centrifugazione o per filtrazione.

• Obiettivo recupero di metaboliti: è la biomassa a essere eliminata, per procedere poi alla separazione e purificazione dal filtrato colturale (se si tratta di metaboliti endocellulari occorre rompere degli involucri cellulari).

• Obiettivo recupero della biomassa: rimane come prodotto residuo da eliminare il terreno di coltura esaurito, con separazione e lavaggio.

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