Ферментери, Або біореактори, є камери, у яких в рідкій або на твердому середовищі вирощують мікроорганізми. Процес, який відбувається в ферментере, називається ферментацією. Термін ферментація спочатку застосовувався тільки доанаеробним процесам, проте зараз він використовується більш широко і включає всі процеси, як аеробні, так і анаеробні. На рис. 12.16 зображено типовий ферментер. Це досить складне технічне спорудження, тому необхідно витратити деякий час для вивчення його пристрою. Не забувайте також про проблеми, що виникають при розширенні масштабів виробництва, які були перераховані в попередньому розділі. Вміст ферментерів під час роботи, як правило, тим або іншим способомперемішується. Наприклад, при виробництві білка одноклітинних прутіна компанією IC1 перемішування досягається за допомогою повітря, що подається з високою швидкістю з дна посудини.
Продуктом є або самі клітини (біомаса), або якийсь корисний клітинний метаболіт. Всі операції повинні проводитися у стерильних умовах, щоб уникнути забруднення культури. Крім того, необхідно забезпечити можливість підтримання в стерильномустан всіх вступних і вивідних отворів ферментера. Ферментер і середу стерилізують перед використанням разом або окремо. Вихідні культури організму, який повинен використовуватися в процесі ферментації, зберігають в неактивній формі (наприклад, в замороженому стані). Пробу активують, нарощують в достатньому обсязі з використанням асептичних методів (нарощування) і потім додають в ферментер (інокуляція). В ферментере організм росте і розмножується, використовуючи поживне середовище.
Зазвичай ферментер виготовляють з високоякісної нержавіючої сталі, так що він не схильний до корозії і не виділяє в середовище токсичні солі металів. Все використовуване обладнання, матеріали і повітря повинні бути стерильними. Обладнання стерилізують парою під тиском. Пара повинна мати доступ до всіх поверхонь, які в свою чергу повинні бути гладкими і відполірованими, наскільки це можливо, і не мати тріщин і нерівностей, в яких можуть накопичуватися мікроорганізми. Середовище стерилізують перед інокуляцією, пропускаючи пар через систему охолодження. Повітря стерилізують шляхом фільтрації.
З міркувань безпеки повітря, яке виходить з ферментера, Теж потрібно стерилізувати, хоча б для того, щоб уникнути розповсюдження мікроорганізмів, сконструйованих методами генної інженерії. Якщо мікроорганізми будуть постійно потрапляти в повітря - екологічна катастрофа буде страшніше, ніж якщо все одноразово заведуть свої автомобілі б.у. і не будуть вимикати їх протягом року. Тому ферментери в обов'язковому порядку необхідно піддавати чищенню.
Існують два основних типи ферментації, періодична ферментація (Або закрита система) і безперервне культінірованіе (або відкрита система). При періодичної ферментації, всі необхідні інгредієнти вносяться до початку процесу; в ході культивування поживні речовини не додаються і параметри ферментації не змінюються. Саме тому процес називається закритою системою. Коли утворюється достатня кількість продукту, процес зупиняють. Потім вміст ферментера вивантажують, виділяють продукт, викидають використані мікроорганізми, чистять ферментер і завантажують його для нового культивування.
Безперервне культивування являє собою тривалу, довгострокову операцію, що займає багато тижнів, в ході якої поживні речовини додають в середу в міру їх витрачання, а надлишок культури відбирають. Незважаючи на те, що така ситуація найбільш близька до природних умов, таким, наприклад, як в кишечнику, безперервне культивування має обмежене застосування. Приміром, компанія 1CI використала цей підхід для виробництва білка одноклітинних прутіна (pruteeri) з бактерії Methylophilus methylotrophus (розд. 12.12.3). Ферментер працював безперервно протягом 100 днів і продуктивність досягала 150 тонн на день.
Безперервне культивування поки не знаходить широкого застосування, проте в даний час все більш популярним стає періодичне культивування з додаванням субстрату, яке являє собою компроміс між двома системами. Використання періодичного культивування з додаванням субстрату робить процес більш контрольованим в порівнянні з періодичним культивуванням. Період росту подовжується за рахунок того, що поживні речовини додаються в низьких концентраціях в процесі ферментації, а не вносяться всі відразу на початку процесу. Одним з переваг методу є можливість регулювання швидкості росту, яку можна порівнювати зі швидкістю подачі кисню. Цей процес звичайно використовується у виробництві дріжджових клітин для пекарної промисловості. Якщо до дріжджовим клітинам додають занадто багато цукру, вони починають дихати анаеробно і утворюють замість біомаси спирт. Періодичне культивування з додаванням субстрату використовується також у виробництві пеніциліну.