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제약 및 식품 산업에서 널리 사용되는 발효 공정은 정의된 환경 조건에 따라 확인된 미생물(주로 박테리아)을 침지 배양 단종 재배로 배양해야 합니다. 인큐베이션 여건은 개체 성장(바이오매스)에 최적의 조건을 제공하여 대상 미생물의 생산성을 극대화하도록 설계되었습니다. 생성물은 생활성 대사체 또는 재조합 단백질입니다.

인큐베이션 주기 동안 영양분 에너지원(예: 포도당)이 첨가되며, 에너지원이 소모됨에 따라 바이오매스와 최종 생성물이 증가합니다.

발효기 설계 및 제어

인큐베이션 제어에는 여러 가지 매개변수에 대한 정확한 제어가 필요합니다. 기본적으로 중요한 변수는 온도 pH, DO2 또는 산화/환원 반응, 교반, 압력, 거품 제어, 보조 주입 또는 이러한 제어 요소들을 결합한 것입니다.

이러한 매개변수와 기타 변수의 제어가 목적에 맞게 특수 설계되고 수율 및 생산 요건에 따라 다양한 작업 용량을 처리하는 발효 반응조에서 대부분 수행됩니다. 실험실 규모의 반응조 용량은 10리터 이하인 반면, 생산 라인의 반응조는 수천 리터의 용량에 달합니다.

가장 작은 장치는 전기 히터 한 개를 포함하며, 튜브 연동식 펌프를 통해 플라스크로부터 원료(예: 영양분, pH 조절 시약)를 공급할 수 있습니다. 대형 반응조에는 온수나 냉수를 이용하여 온도를 조절하고 스팀 주입을 통해 간접 멸균 작업을 수행하는 중요한 재킷이 있습니다. 많은 수의 원료가 필요한 환경에서는 각 원료를 별도의 가압 탱크에 넣고 밸브의 ‘추진 펌프’ 정렬을 통해 공급할 수 있습니다.

실제 발효 공정은 인큐베이션 단계로 알려져 있으며, 이는 배치 주기의 일부분에 지나지 않습니다. 전체 발효 주기에는 다음과 같은 단계가 포함됩니다(반응조 설계에 따라 다름).

  • 직접 스팀 처리를 통한 빈(공백) 반응조 및 파이프 멸균
  • 주입
  • 기준 매체 충전
  • 반응조 재킷에 주입된 스팀을 이용하여 간접 멸균
  • 냉각 및 재킷 배수
  • 사전 접종 – 제어 상태의 반응조 환경
  • 접종 – 소량의 단종 재배 샘플 주입
  • 인큐베이션 – 발효 공정 자체
  • 수확 – 제거되어 추출 공정이 준비된 생성물

작은 발효기 여러 개를 가동하는 R&D 및 임상 시험 환경은 배양 또는 인큐베이션 조건이라는 측면에서 특정 발효 공정의 특성을 예측하기가 불가능한 환경입니다. 생산 설비에서 각각의 인큐베이션 프로파일이 정확히 정의된 다양한 생성물을 처리할 수 있어야 합니다.

따라서 제어 시스템은 정확하고 반복 가능한 방식으로 유연하게 발효 환경을 제어할 수 있어야 하며, 다음과 같은 기능을 포함합니다.

  • 셋포인트 프로파일 프로그래밍을 사용한 정확한 루프 제어
  • 매개변수화가 간편한 레서피 관리 시스템
  • 반응조 멸균 공정 및 복잡해진 제어 전략의 순차적 제어
  • 발효 시스템에서 분석 및 증거 자료용 온라인 데이터 수집
  • 선명한 그래프와 매개변수에 제어된 액세스를 제공하는 로컬 작업자 디스플레이

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