Temperiersysteme für autoklavierbare Fermenter

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Für die Temperaturkontrolle autoklavierbarer Fermenterkessel wird üblicherweise ein Doppelmantel eingesetzt, der in einen Heizkreislauf integriert ist, oder es wird eine elektrische Heizmatte um den einwandigen Glaskessel gelegt, in Kombination mit einem Kühlfinger im Reaktorraum.

Beide Systeme haben ihre Vor- und Nachteile.

Doppelmantelgefäss mit Heizkreislauf

Ein gläsernes Doppelmantelgefäss erlaubt durch die grosse Wärmeaustauschfläche einen schonenden Wärmeübergang; steile Temperaturgradienten, die sich ungünstig auf die kultivierten Organismen auswirken können, werden vermieden. Gleichzeitig bleibt die volle Einsicht in den Reaktor durch die unverdeckte doppelte Glaswand erhalten.

Wird allerdings der Doppelwand-Kessel zusammen mit dem Medium autoklaviert (Vollsterilisation), sind lange Aufheiz- und Abkühlzeiten im Autoklaven in Kauf zu nehmen, die zu einer oft nicht mehr tolerierbaren Veränderung der chemischen Beschaffenheit des Nährmediums führen können.

Ein autoklavierbares Reaktorgefäss mit Doppelmantel eignet sich also vor allem für Zellkulturanwendungen, die einerseits ein besonders schonendes Aufheizen und Abkühlen erfordern und anderseits meist leer im Autoklaven sterilisiert werden, da die Nährmedien für Zellkultur in aller Regel überhaupt keine thermische Sterilisation ertragen.

Einwandgefäss mit Heizmatte und Kühlfinger

Ein Glasgefäss ohne Doppelmantel, das mit Heizmatte und Kühlfinger temperiert wird, lässt sich zusammen mit dem Medium in deutlich kürzerer Zeit im Autoklaven sterilisieren, die Qualität des Mediums wird deutlich weniger beeinträchtigt. Diese Variante ist auch am kostengünstigsten. Andererseits ergibt sich durch die Anwendung einer Heizmatte in Kombination mit Kühlfinger eine kleinere Austauschfläche für Heizen und insbesondere Kühlen und damit ein weniger schonender Wärmeübergang. Weiterhin beeinträchtigt die elektrische Heizmatte die Einsicht in den gläsernen Reaktor erheblich.

Einwandgefäss mit hohlen Strombrechern als Wärmetauscher und Heizkreislauf

Bioengineering AG bietet noch eine dritte Lösung für autoklavierbare Glasfermenter an, die verschiedene Vorteile speziell für die Kultivierung von Mikroorganismen kombiniert. Dabei wird ein Glasgefäss ohne Doppelmantel mit hohlen, durchströmten Strombrechern ausgerüstet, die mit dem Heizkreislauf der Steuersäule verbunden sind. Das einwandige Gefäss ermöglicht kurze Aufheiz- und Abkühlzeiten bei der Vollsterilisation im Autoklaven. Die hohlen Strombrecher im Inneren des Kessels liefern einen gleichmässig auf eine grosse Oberfläche verteilten Wärmeübergang, das Aufheizen und besonders das Abkühlen und Einregeln bei einer neuen Temperatur benötigt deutlich weniger Zeit als bei den anderen Lösungen. Dies einerseits, weil eine gute Wärmeübertragung durch die insgesamt grosse Oberfläche der Stahlwand aller vier Strombrecher gegeben ist und anderseits, weil das Gesamtvolumen des Heizkreislaufs wesentlich kleiner ist als bei der Doppelwandlösung. Gleichzeitig bleibt auch die volle Durchsicht über die Glaswand in den Reaktorkessel erhalten, unbehindert durch einen Heizmantel.

Diese Lösung ohne Heizmantel aber mit hohlen, Heiz- resp. Kühlwasser -durchströmten Strombrechern hat sich als bestes System für mikrobielle Anwendungen bewährt, bei denen das Medium zusammen mit dem Fermenter im Autoklaven sterilisiert werden soll.

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