生物反應器，製程的核心
簡單來說，生物反應器是進行生物製程的容器。生物反應器配備簡單的手動控制或更複雜的全自動 PLC 控制。一般而言，生物反應器製程是批次製程，從開始到收穫的時間稱為一個活動。
大多數的生物反應器都需要供應氣體和養分，以培養細菌、酵母或細胞，才能進行所需的生物合成。這些添加劑通常會在幾天到幾週的時間內持續添加。流量控制器在生物反應器的過程控制中扮演非常重要的角色。無論是細菌或細胞培養的體積流量差異都很大。
含細胞培養物的程序在收穫前可能需要長達三或四周的時間，而含細菌培養物的程序通常只需持續幾天。
要在這段時間內穩定地進行製程是一項挑戰，因此，準確地配給氣體和養分是非常重要的。不論是細菌或細胞培養物的體積流量差異都很大。添加劑的定量是在無菌條件下進行，以防止任何可能與微生物或細胞培養物競爭的無用細菌污染。
簡而言之，可靠性 和再現性 是生物反應器製程的關鍵，尤其是對於流量控制而言。
生物反應器製程示意圖概述
圖中顯示了細菌培養物在生物反應器中的理想生長曲線
使用流量控制器為生物反應器通氣
常用於生物反應器曝氣的氣體有空氣、O2（氧氣）、N2（氮氣）和 CO2（二氧化碳）。N2 用於校準氧氣感應器 (pO2)，並在製程開始時降低生物反應器中的 O2 含量。細菌或細胞數量越多，對 O2 的需求就越大。CO2 用於調節液相中的酸度 (pH)。生物反應器通常是透過檢查懸浮液中的氧分壓 pO2 和 pH 來控制。
細胞攝取氧氣和所有其他物質都是在液相中發揮作用。因此，氧氣必須存在於液體中。為了確保這一點，我們嘗試以盡可能小的氣泡加入氧氣（可能是空氣的一部分）。攪拌液體有助於分散和擴散所添加的氧氣。
生物反應器的歷史
在第二次世界大戰期間，當他們發現使用盤尼西林治療受傷士兵的優點時，便開始研究並首次生產微生物產生的藥物物質。當時，他們發現在微生物製程中使用細菌比較傳統的化學合成更有優勢。在化學合成過程中，會產生許多副產品，有些副產品的比例甚至遠大於所需物質本身。
然而，在生物合成中，目標物質的產量要高得多。此外，這種合成通常提供較簡單的分離方法。此外，細菌與人類或動物細胞一樣，都能合成傳統化學合併難以或甚至無法合成的特定物質。
在過去 20 年中，強大的細菌菌株分離程序和其他基因技術方法讓我們能夠製造、分離和繁殖菌株，以達到其開發目的：特別、選擇性和有效地合成目標物質。在大多數情況下，這些合成是在所謂的生物反應器中進行的；
生物反應器應用
生物反應器應用
食品和飲料行業
生物反應器用於食品和飲料的發酵生產。以優酪乳為例。這是牛奶在生物反應器中發酵而產生的產品。酸乳酪的培養物是乳酸菌。或者啤酒...... 在啤酒釀造過程中，酵母細胞用於將糖轉化為酒精。兩個生物反應器應用的例子。微生物在食品生產中的應用由來已久，但自 20 世紀下半葉以來，生物科技大受歡迎的原因為何？
藥物開發與生產
生物科技在藥物開發和製造以及幹細胞的繁殖方面越來越重要。兩者都用於醫療。在設計和製造藥物活性成分時，上市時間、降低成本和穩定的產品品質非常重要。因此，生物反應器的可靠性以及從小型到大型生物反應器擴展製程的可能性是非常重要的。
生物基化學品和塑料
生物技術應用的其他例子還有生物基化學品和塑料。研究人員正在研究可再生塑料，這種塑料是在酵素和微生物的幫助下，由有機材料製成的。生物基塑膠已經有許多吸引人的例子，例如玩具、汽車零件和 PET 瓶的替代品。生物化學生產的一個具體例子是利用微藻和陽光來轉換 CO2。
永續能源
向可持續能源的轉換是促進生物反應器使用的另一個動力。生物甲烷、生物乙醇和生物柴油等形式的沼氣和生物燃料在我們的家庭、工業和運輸能源供應中日益普及。這種氣體或燃料是由有機物質（如糞便、污泥、有機廢物、草、玉米、甘蔗）發酵產生的。溫度保持在 38-40 ° C 並持續攪拌的發酵槽實際上是一個生物反應器。
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