Kontrollü şartlar altında, mikroorganizmaları veya hücreleri büyütmek için gerekli fiziksel ve kimyasal ortamın sağlandığı cihazlardır. Genellikle paslanmaz çelikten yapılan silindir şeklindedirler [1].
Biyoreaktörde gerçekleşen işlemler aerobik ya da anaerobik olabilmektedir. Hücrelerin büyümesi için biyoreaktör kullanılırken, bakteriler ile gerçekleştirilen tepkimelerde fermentörler olarak adlandırılan biyoreaktörler kullanılır [2].
Bir biyokimyasal reaksiyonun gerçekleşebilmesi için ortamın uygun sıcaklık, pH, nem, oksijen konsantrasyonu, hücre büyümesi gibi gerekli parametrelerinin reaktörler ile sağlanması ve buna bağlı olarak prosesin tasarlanması, koşulların kontrol edilebilir olması biyoreaktörün önemli bir özelliğidir. Bu nedenle reaktörler kozmetikten gıdaya, ilaç üretiminden doku mühendisliğine kadar birçok alanda kullanılmaktadır [2,3,4].
Şekil 1. Endüstriyel Biyoreaktör [2]
Çalışma prensibine göre reaktörler kesikli, kesikli beslemeli (yarı-kesikli) ve sürekli olarak sınıflandırılmaktadır.
Kesikli Reaktör
Reaktöre ilk beslemenin yapılmasının ardından reaksiyon tamamlanana kadar herhangi bir girdi veya çıktı olmaması prensibine dayanan reaktörlerdir. Reaktöre beslenen akım uzun süre reaktör içerisinde kalarak yüksek dönüşüm sağlanmaktadır [2,5].
Kesikli reaktörler; küçük ölçekli işlemlerde, tamamen geliştirilememiş proseslerin denenmesinde, yüksek maliyetli ürünlerin imalatında ve sürekli prosesler ile üretimin zor gerçekleştiği durumlarda tercih edilmektedir. Ancak yüksek işçilik maliyeti, bir yüklemeden diğer yüklemeye ürün değişikliklerinin olması ve büyük ölçekli proseslerde kullanımının zor olması nedeniyle dezavantajları da mevcuttur [5].
Sürekli Reaktör
Kararlı halde çalışan biyoreaktörlerdir. Biyoreaktör ortamına sürekli olarak besleme yapılmaktadır. Sürekli besleme akımının gönderilmesi büyük ölçekli proseslerde bu reaktörlerin tercih edilmesine imkan sağlamaktadır. Ancak sürekli besleme yapılması ile uzun süre bu reaksiyonun devam etmesi reaktör içerisinde kontaminasyon olasılığını da arttırabilmektedir [2].
Kesikli beslemeli (yarı-kesikli) Reaktör
Yarı-kesikli reaktörlerde sisteme hammadde girişi sürekli olarak sağlandığında ürün kesikli olarak alınır. Ham madde kesikli olarak sisteme alınırsa da ürün sürekli elde edilir [6].
Genellikle sıvı faz tepkimelerinde tercih edilmektedir. Besleme hızı, sıcaklık ve substratlardan birinin düşük konsantrasyonlarda kullanılmasıyla istenmeyen yan reaksiyonların oluşumunun kontrolü veya engellenmesi sağlanır. Gaz moleküllerinin bir sıvı içinden kabarcıklar şeklinde geçtiği iki faz içeren reaksiyonlarda da kullanılabilmektedir. Mekanizması ve tasarımı kesikli veya sürekli reaktöre benzemektedir [5,6].
Reaktör Donanımı
İç donanımında; reaktör içerisinde karışmayı sağlayan bıçak şeklinde tasarlanan karıştırıcılar bulunmaktadır. Bu karıştırıcıların oluşturduğu akışı yönlendiren yapılar ise baffledır. Baffle biyoreaktör duvarına paralel olarak yerleştirilir. Reakör karıştırıcılarının bağlı olduğu bir şaft vardır. Şaft karıştırıcıların hareketine olanak sağlamaktadır.
Reaktör dış donanımında ise; reaktörün korunmasını sağlayan ceketler vardır. Karışım hızının ayarlanması için hız ayarlayıcısı kullanılır. Isıtma ve soğutma ceketleri olarak adlandırılan, reaktör iç ortamının reaksiyona uygun sıcaklığı ayarlanmasını sağlayan yapılara bağlantılar bulunur. Reaktörün altında valf olarak adlandırılan bir kapakçık bulunmaktadır. Reaktör sisteminin tüm bu işleyişini sağlayan ana birim ise motordur [7].
Şekil 2. Reaktör donanımı [7]
Kaynakça:
Bioreactors. 13 Ocak 2021 tarihinde “https://www.engr.colostate.edu/CBE101/topics/bioreactors.html” adresinden erişildi.
WHAT ARE BIOREACTORS?. 13 Ocak 2021 tarihinde “https://www.spectacinternational.com/blog/what-are-bioreactors/” adresinden erişildi.
Wang, S.-J., & Zhong, J.-J. (2007). Bioreactor Engineering. Bioprocessing for Value-Added Products from Renewable Resources, 131–161. doi:10.1016/b978-044452114-9/50007-
Mustafa, M. G., Khan, M. G. M., Nguyen, D., & Iqbal, S. (2018). Techniques in Biotechnology. Omics Technologies and Bio-Engineering, 233–249. doi:10.1016/b978-0-12-815870-8.00013-9
Fogler, S. (2010). Temel Kimyasal Tepkime Mühendisliği. (Çev. S. Basan). Çorum: Hitit Üniversitesi. (Orijinal yayın tarihi, 2006, Gazi Kitabevi)
Sinnott, R. K., & Towler, G. (2009). Chemical Engineering Design. (5th ed.). Burlington: Elsevier Science. ISBN 978075068551
KİMYA TEKNOLOJİSİ-REAKTÖR KULLANMA. (2012). Ankara. 13 Ocak 2021 tarihinde “http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/moduller_pdf/Reakt%C3%B6r%20Kullanma.pdf” adresinden erişildi.