산업용 생체 반응기 는 무엇 인가? 원칙, 종류 및 응용 방법

핵심 질문에 답합니다.산업용 바이오 반응기는 무엇이며, 어떻게 생산 규모에서 생물학적 반응을 유지하는가?산업용 생체 반응기는 미생물 (박테리아, 효모, 곰팡이), 포유류 세포,또는 식물 세포를 이용해서, 백신, 효소, 항체, 유기산 및 바이오 연료. 고온과 압력에서 작동하는 화학 반응기와는 달리 바이오 반응기는 온도 (20°C~40°C,대기 압력 2바르까지) 하지만 엄격한 무성 조건이 필요합니다., 정확한 산소 공급, 그리고 세포의 생존성과 생산성을 유지하기 위해 영양소 구성, pH, 절단 스트레스에 대한 신중한 통제.

1산업용 바이오 반응기의 기본 작동 원칙

·** 아세프틱 디자인 및 살균 **생체 반응기는 영양소를 생산하는 유기체와 경쟁하거나 독소를 생산하는 원치 않는 미생물에 의한 오염을 방지해야합니다.접종 전에 용기를 30분 동안 121°C에서 증기 (SIP) 로 살균합니다. (SAL 10−3) 를 달성합니다.모든 침투 (기동 셰프트, 센서, 샘플 포트) 는 이중 기계적 밀폐 또는 증기 차단 연결을 사용합니다. 공기 공급은 0.2 μm 절대 필터를 통해 필터링됩니다.그리고 모든 파이프가 오염 물질이 숨어있을 수있는 죽은 다리가없는 위생 클램프 피팅 (ASME BPE) 을 사용합니다..

·산소 전달 및 kLa에어로브 미생물은 대사를 위해 용해된 산소를 필요로 합니다. 산소 전달 속도 (OTR = kLa × (C* − C)) 는 산소 흡수 속도 (OUR = qO2 × X,여기서 qO2는 특수한 흡수율이고 X는 세포 밀도입니다)산업용 혼합 탱크 바이오 반응기는 100~400 rpm의 Rushton 터빈 임플러를 사용하여 분당 액체 부피 당 공기 부피 0.5~2vm (분당 액체 부피 당 공기 부피) 로 kLa 값 50~300 h-1을 달성합니다.불충분한 kLa는 세포 밀도와 생산성을 제한합니다.

·**열 생산 및 제거 **미생물 대사 작용은 생산된 바이오매스 1 그램당 5 ∼20 kJ의 열을 발생시킨다. 세포 밀도 50g/L (干重) 에서 0.3 h−1의 성장률과 함께 열 발생률은 10 ∼40 kW/m3이다.이 열은 외부 자켓에 의해 제거됩니다 (<5m3 원자로의 경우), 반 파이프 코일 (550m3) 또는 내부 냉각 바프 (> 50m3). 온도 조절 정확도 ± 0.5°C가 필수적입니다.2~3°C의 오차는 세포 성장률을 50% 감소시키거나 스트레스 반응을 유발할 수 있기 때문에.

2산업용 바이오 반응기의 주요 유형

·** 스티어드 탱크 바이오 반응기 (STR) **산업 표준: 실린더 모양의 용기 (50 L ~ 50 m3) 로 바닥 또는 상단에 장착 된 조동기, 다단계 Rushton 또는 축적 임플러, 공기 스파거 및 냉각 자켓 또는 코일.탁월한 혼합 및 산소 전달 (kLa 50~300 h−1)항생제 (펜실린, 세팔로스포린), 효소, 재조합 단백질 (인슐린, 항체) 및 유기산 (시트릭, 젖산) 에 사용됩니다.스테인레스 스틸 316L 구조물, 내부가 전기화 (Ra < 0).8μm) 가 GMP를 준수하기 위해

·*항공연구소 바이오리렉터*높이 (H/D > 6) 인 기기 및 하향 섹션으로 나뉘어있는 기기. 기기에 분출 된 공기는 기계적 조동없이 순환을 주도하는 밀도 차이를 만듭니다.STR보다 낮은 절단 스트레스 (1050 s−1) 및 더 간단한 설계 (아침 밀폐가 없습니다) 를 달성합니다.. 산소 전달은 낮은 (kLa 20 ∼80 h−1), 세포 밀도를 제한합니다. 식물 세포 배양, 섬유 균류 및 절단 민감 미생물에 5 ∼ 500 m3의 부피에서 사용됩니다.

·**사진생물 반응기**광합성 미생물 (미세조류, 시아노박테리아) 에게 빛을 공급하도록 설계된 투명한 용기 (글라스 튜브 또는 평면 패널). 빛 강도 (5,000·20,000 럭스), 파장 (400·700 nm),광합성 효율을 최적화하기 위해 빛/어둠 사이클이 제어됩니다.. 1 5g/m2/day의 바이오매스 생산성을 달성합니다. 영양제품 (아스타잔틴, 오메가-3), 바이오 연료 및 1 100 m3의 용량에서 CO2 포착에 사용됩니다.

산업용 바이오 반응기 유형 비교 행렬

자주 묻는 질문 (FAQ)

생체 반응기와 화학 반응기의 차이점은 무엇일까요?

바이오 반응기는 살아있는 세포를 촉매로 사용하여 생물학적 반응을 지원하며, 엄격한 불균형 요구 사항과 함께 온화한 조건 (20°C, 대기압 근처) 에서 작동합니다.화학 반응기는 화학 촉매를 사용하여 화학 반응을 지원합니다 (또는 촉매가 없습니다), 더 넓은 온도 범위 (-50 ~ 800 °C) 와 압력 (1 ∼3,500 바) 에서 비결성 요구 사항 없이 작동합니다.그리고 절단 관리화학 반응기는 열/물질 전달, 압력 억제 및 반응 운동에 초점을 맞추고 있습니다.

kLa는 무엇이며 왜 바이오 반응기 설계에서 중요한가?

kLa (volumetric oxygen transfer coefficient) 는 바이오 반응기가 가스 거품에서 액체 단계로 산소를 얼마나 효율적으로 전달하는지 측정하는 핵심 매개 변수입니다.최대 세포 밀도를 결정합니다.: OTR (kLa × 추진력) 이 OUR (세포 산소 수요) 보다 작으면, 배양은 산소 제한이 되고 성장이 멈춥니다. 전형적인 kLa 값: 실험실 규모의 STR (100~500 h−1), 산업용 STR (50~300 h−1),항공선 (20 ∼ 80 h−1)

산업용 생체 반응기는 어떻게 살균되나요?

표준 방법은 121°C에서 30분 동안 깨끗한 증기를 사용하여 증기 (SIP) 를 사용하여 10−3의 불균형 보장 수준을 달성합니다. (1,000개 단위당 1개의 오염 물질의 생존 확률).열에 민감한 매체용, 필터 살균 (0,2 μm 절대 필터레이션) 이 사용됩니다.큰 바이오 반응기 (> 5m3) 는 모든 표면에 열이 침투하는 것을 보장하기 위해 긴 살균 시간 또는 분분 살균 (타인달화) 을 요구할 수 있습니다.SIP 후, 용기는 재 오염을 방지하기 위해 살균 된 필터 공기로 긍정적인 압력 아래 유지됩니다.

산업용 바이오 반응기에 도달할 수 있는 최대 세포 밀도는 무엇입니까?

식량 대량 미생물 발효 (E. coli, 효모) 에서 산소 농축 공기 및 최적화된 영양으로 건조량 50~150g/L의 세포 밀도를 달성 할 수 있습니다.유충 세포 배양을 통해 세포 유지를 하는 분비, 밀도는 50~200 × 106 세포/mL가 가능합니다. 홀라섬유 원자로에서는 세포는 1~5 × 108 세포/mL에 도달 할 수 있습니다. 실용적인 한도는 산소 전달, 열 제거 및 부산물 (CO2,락테이트, 암모늄) 축적.