Fermentacja

Fermentacja to procesy przemian biochemicznych, w których mikroorganizmy lub enzymy rozkładają substraty organiczne, tworząc produkty przemiany materii, takie jak kwasy, alkohole, gazy lub substancje aromatyczne. Fermentacja jest wykorzystywana w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i biotechnologicznym do konserwowania i uszlachetniania produktów lub do celowego wytwarzania substancji czynnych i aromatycznych. Typowymi procesami fermentacyjnymi są produkcja jogurtu, kiszonej kapusty, piwa, wina, octu, enzymów lub substancji czynnych farmaceutycznych.

Z punktu widzenia materiałowego mikroorganizmy przekształcają substraty bogate w energię (np. cukier) w warunkach głównie beztlenowych lub mikroaerobowych. Bardzo uproszczoną reakcję fermentacji (fermentację mlekową) można przedstawić na przykład w następujący sposób:

C₆H₁₂O₆ → 2 · C₃H₆O₃

Glukoza przekształca się w kwas mlekowy, w wyniku czego w mikroorganizmie powstaje energia w postaci ATP. W przypadku fermentacji alkoholowej powszechnie stosowany wzór sumaryczny brzmi:

C₆H₁₂O₆ → 2 · C₂H₅OH + 2 · CO₂

W tym procesie glukoza przekształcana jest w etanol i dwutlenek węgla.

Z technicznego punktu widzenia fermentacja odbywa się zazwyczaj w bioreaktorach lub zbiornikach fermentacyjnych. Istotnymi parametrami procesu są temperatura, wartość pH, dopływ tlenu (napowietrzanie lub brak napowietrzania lub niewielkie napowietrzanie), intensywność mieszania, skład składników odżywczych i czas trwania. Kinetykę wzrostu mikroorganizmów często opisuje się za pomocą następującego uproszczonego wzoru:

μ = (1/X) · (dX/dt)

• μ: specyficzna stopa wzrostu
• X: Stężenie biomasy
• t: czas czas

Tworzenie produktu można rozpatrywać przy użyciu podobnych metod bilansowych, na przykład:

r_P = (dP/dt)

• r_P: tempo edukacji produktu
• P: Stężenie produktu

W mieszalnikach i zbiornikach procesowych dla procesów fermentacyjnych kluczowe znaczenie ma równomierne rozprowadzenie mikroorganizmów, substratu i ewentualnie dodanych gazów. Skuteczne mieszanie zapewnia utrzymanie stałej temperatury i wartości pH, dobre rozprowadzenie składników odżywczych oraz jak najbardziej zbliżone warunki reakcji we wszystkich punktach fermentatora. Sprzyja to powtarzalnej jakości produktów, określonym właściwościom smakowym i stałej wydajności.

W zależności od celu procesu fermentacja może być prowadzona jako proces wsadowy, fed-batch lub ciągły. W przypadku fermentacji wsadowej przygotowuje się partię i prowadzi ją do pożądanego stopnia przemiany. W procesie fed-batch można precyzyjnie kontrolować dopływ substratu podczas fermentacji, aby uniknąć niepożądanych reakcji ubocznych (np. spowodowanych zbyt wysokim stężeniem cukru). Urządzenia Amixon® doskonale nadają się do procesów fermentacyjnych. Wyjaśnia to wpis na blogu „Fermentacja w reaktorze fermentacyjnym amixon”.