فرمانتور چیست؟

فرمانتور یا بیوراکتور یک دستگاه است که برای رشد و تولید محصولات زیستی توسط میکروارگانیسم‌ها مانند باکتری‌ها، مخمرها، و جلبک‌ها استفاده می‌شود. فرمانتورها معمولاً ظروف بزرگی هستند که از فولاد ضد زنگ یا سایر مواد مقاوم در برابر خوردگی ساخته می‌شوند. آنها مجهز به تجهیزاتی هستند که شرایط رشد میکروارگانیسم‌ها را کنترل می‌کنند، از جمله دما، pH، غلظت اکسیژن، و ترکیبات غذایی. در واقع فرمانتور دستگاهی است که شرایط بهینه را برای رشد میکرو ارگانیسم‌ها مثل قارچ و باکتری و مخمر فراهم می‌کند. میکروارگانیسم‌ها در این شرایط خاص، بهتر و بیش‌تر رشد و فعالیت خواهند کرد.

کاربردهای فرمانتور:

فرمانتورها در طیف گسترده‌ای از صنایع کاربرد دارند، از جمله:

• تولید داروها، مانند آنتی بیوتیک‌ها، هورمون‌ها، و واکسن‌ها
• تولید مواد غذایی و نوشیدنی‌ها، مانند پنیر، نان، و آبجو
• تصفیه فاضلاب و پساب‌های صنعتی
• تولید سوخت‌های زیستی، مانند اتانول و بیودیزل

صنایع تخمیری، بیوتکنولوژی، پروژه های تحقیقاتی تکنولوژی انزیمی، تولید پروتئین‌های نوترکیب، متابولیت های اولیه و ثانویه، تکنولوژی کلونینگ ژن ها و نانو- تولید سرم. از دیگر کاربرد های فرمانتور: فرآیندهای تخمیری ناپیوسته، اسیدهای آمینه ،پروتئین های دارویی ،تولید فرآورده های زیستی در مقیاس کم مراکز تحقیقاتی بیوتکنولوژی و کشت بافت،سلول های گیاهی و تکنولوژی DNA نوترکیب و…می توان نام برد.

انواع مختلفی از فرمانتورها وجود دارد که بر اساس عواملی مانند شکل، اندازه، و تجهیزات مورد استفاده برای کنترل شرایط رشد طبقه‌بندی می‌شوند. برخی از انواع رایج فرمانتورها عبارتند از:

• فرمانتورهای همزن دار: این فرمانتورها مجهز به یک همزن هستند که برای اختلاط مواد داخل ظرف استفاده می‌شود.
• فرمانتورهای نوری: این فرمانتورها برای کشت میکروارگانیسم‌هایی که به نور نیاز دارند، مانند جلبک‌ها استفاده می‌شوند.
• فرمانتورهای تصفیه‌ای: این فرمانتورها برای تصفیه فاضلاب و پساب‌های صنعتی استفاده می‌شوند.

فرمانتورها ابزارهای مهمی در بیوتکنولوژی هستند که به تولید محصولات زیستی مورد نیاز در بسیاری از صنایع کمک می‌کنند.

فرمانتور همزن دار ( Stirred-Tank Reactor ) :

این نوع بیوراکتور به طور گسترده ای در صنعت استفاده می شود که با عبارت STR به صورت مخفف نشان می دهند. از دو کلمه Strrid-Tank bioreactor و Strrid-Tank Reactor می توانند به جای همدیگر استفاده کرد و مرز قابل تشخیصی بین آن ها وجود ندارد برای همین عبارت STR هم می تواند دلالت بر Strrid-Tank Bioreactor داشته باشد.
از این بیوراکتور ها برای مایع های ویسکوز، آبکی ، کشت های با جریان هوای کم و حجم بزرگ بکار می رود. این نوع به ویژه برای تخمیرهایی که ریسه های قارچی فراوان در آن شرکت دارند و برای تولید بیوپلیمیرهایی که چسبناکی بالایی ایجاد می کنند، کاربرد دارد.

مزایای فرمانتور همزن دار:

• کنترل دما: فرمانتور همزن‌دار دارای سیستم کنترل دما است که دمای محیط کشت را در محدوده مطلوب نگه می‌دارد. این امر برای رشد و تکثیر سلول‌ها ضروری است.
• محیط یکنواخت: همزن موجود در فرمانتور همزن‌دار باعث می‌شود که محیط کشت به طور یکنواخت مخلوط شود. این امر به توزیع یکنواخت مواد مغذی و اکسیژن در محیط کشت کمک می‌کند.
• دسترسی آسان به محیط دو فازی: فرمانتور همزن‌دار دارای یک سیستم خروجی است که امکان دسترسی آسان به محیط دو فازی (گاز-مایع) را فراهم می‌کند. این امر برای برداشت محصول یا انجام آزمایشات ضروری است.
• هزینه مناسب: فرمانتور همزن‌دار نسبت به سایر انواع فرمانتورها هزینه کمتری دارد.
• بررسی آزمایشگاهی تا مقیاس پایلوت
• مناسب برای سیالات با گرانروی بالا

معایب فرمانتور همزن دار:

• آسیب به سلول‌ها: همزن موجود در فرمانتور همزن‌دار می‌تواند به سلول‌ها آسیب برساند. این آسیب به دلیل نیروی برشی ایجاد شده توسط همزن است. در نتیجه این فرمانتور تنش برشی و مکانیکی بالایی برای سلول های ایجاد می کند
• ایجاد حالت فومی: همزن موجود در فرمانتور همزن‌دار می‌تواند باعث ایجاد حالت فومی در محیط کشت شود. این امر می‌تواند بر عملکرد فرمانتور تأثیر منفی بگذارد. در نتیجه آن مجبور به استفاده از عوامل ضد کف هستیم.
• هزینه بالای مربوط به خنک کردن

بخش های اصلی یک فرمانتور همزن دار شامل موارد زیر است:

• مخزن تخمیر: مخزن تخمیر بخش اصلی فرمانتور است که محیط کشت در آن قرار می گیرد. این مخزن معمولاً از جنس فولاد ضد زنگ ساخته می شود تا در برابر خوردگی مقاومت کند. حجم مخزن تخمیر بسته به کاربرد فرمانتور متفاوت است.

• سیستم هوادهی: سیستم هوادهی برای تأمین اکسیژن مورد نیاز برای رشد میکروارگانیسم ها ضروری است. این سیستم معمولاً شامل یک پمپ هوا، یک اسپارژر و یک فیلتر است.

• سیستم همزدن: سیستم همزدن برای مخلوط کردن یکنواخت محیط کشت و توزیع مواد مغذی و اکسیژن در سراسر محیط کشت ضروری است. این سیستم معمولاً شامل یک پروانه یا میکسر است.

• سیستم های کنترل: سیستم های کنترل برای کنترل پارامترهای مختلف فرمانتور، مانند دما، pH، فشار و سطح محیط کشت ضروری هستند.

• تجهیزات جانبی: تجهیزات جانبی فرمانتور شامل شیرآلات، اتصالات، پورت های نمونه برداری و سیستم های تمیز کردن و استریل کردن هستند.

نقش هر یک از بخش های فرمانتور به شرح زیر است:

• مخزن تخمیر: مخزن تخمیر محیط کشت را در خود نگه می دارد و شرایط رشد میکروارگانیسم ها را فراهم می کند.

• سیستم هوادهی: سیستم هوادهی اکسیژن مورد نیاز برای رشد میکروارگانیسم ها را تأمین می کند.

• سیستم همزدن: سیستم همزدن محیط کشت را به طور یکنواخت مخلوط می کند و مواد مغذی و اکسیژن را در سراسر محیط کشت توزیع می کند.

• سیستم های کنترل: سیستم های کنترل پارامترهای مختلف فرمانتور را کنترل می کنند تا رشد میکروارگانیسم ها در شرایط مطلوب انجام شود.

• تجهیزات جانبی: تجهیزات جانبی فرمانتور برای انجام عملیات مختلف، مانند نمونه برداری، تمیز کردن و استریل کردن، ضروری هستند.

اجزای اصلی فرمانتور:

ظرف کشت پمپ هالوازم جانبی ظرف کشت شامل لوله هوادهیاسپارژرلوله های نمونه برداریموتور و همزنکندانسورسنسور دماسنسور سطح پورت های افزودنیسیستم کنترلی سیرکولاتوربرنامه کنترلی تحت نرم افزار

با بیوراکتور می‌توان پارامترهای دما و فوم ،دور موتور،مقدار اکسیژن و پ هاش را مدام کنترل کرد فرمانتورها و بیوراکتورها برای کشت سلولهای جانوری و گیاهی هم استفاده می‌شوند. تامین اکسیژن و چرخش آن در محیط کشت از طریق اسپارژر ( sparger ) در فرایندهای هوازی و نیز یک غلظت محیط کشت و یک ترموستات برای تنظیم دما محیط کشت فراهم می شود.

اسپارژر چیست؟

اسپارژر در فرمانتور همزن دار وظیفه تزریق هوا به محیط کشت را بر عهده دارد. هوا یکی از مواد مغذی ضروری برای رشد میکروارگانیسم ها است. اسپارژر هوا را به صورت قطرات ریز به محیط کشت پاشش می کند. این قطرات ریز سطح تماس هوا با محیط کشت را افزایش می دهد و باعث می شود که اکسیژن بیشتری در دسترس میکروارگانیسم ها قرار گیرد.

اسپارژر همچنین باعث ایجاد جریان در محیط کشت می شود. این جریان به مخلوط شدن یکنواخت محیط کشت و توزیع مواد مغذی و اکسیژن در سراسر محیط کشت کمک می کند. اسپارژر ها انواع مختلفی دارند. انتخاب نوع اسپارژر مناسب به عوامل مختلفی، مانند نوع میکروارگانیسم، حجم محیط کشت و فشار هوا بستگی دارد. در فرمانتور های همزن دار، اسپارژر معمولاً در پایین مخزن تخمیر قرار می گیرد. این امر باعث می شود که قطرات ریز هوا به طور یکنواخت در سراسر محیط کشت پخش شوند.

نقش اسپارژر در فرمانتور همزن دار به شرح زیر است:

• تأمین اکسیژن مورد نیاز برای رشد میکروارگانیسم ها
• افزایش سطح تماس هوا با محیط کشت
• ایجاد جریان در محیط کشت

اسپارژر ها از اجزای مهم فرمانتور های همزن دار هستند و نقش مهمی در رشد و تکثیر میکروارگانیسم ها دارند.