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 Fermentation이란 발효를 말하는데, 제가 다룰 fermentation은 미생물에 의한 유기물의 분해 및 변화하는 현상이 아닌 미생물에 의한 recombinant protein의 생산을 말합니다.

 Fermentation을 하기 위해 필요한 준비물은 발효를 하기위한 Fermentor, 미생물이 자라는데 필요한 환경을 충족시켜주기위해 필요한 temperature · pH · D.O probe, pH변화에 의한 cell lysis를 막기위한 NaOH · HCl과 같은 산염기, air를 주입하기 위한 compressor 혹은 pure oxygen등이 필요합니다.


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 제가 설명할 발효는 small scale인데, 보통 jar fermentor를 많이 사용합니다. 여기서 jar란, sample이 들어가는 유리병을 뜻합니다.


Jar는 보통 이렇게 생겼는데 또 많은 부분으로 구분됩니다. 먼저 jar의 외형을 이루고 있는 원통형의 유리를 jacket이라고 하는데 이 jacket은 구조에 따라 single, double등 여러 종류가 있습니다. 보통 single jacket은 바닥부분에 히터가 있어 온도를 조절해 주고, double jacket은 유리가 2겹으로 되있고 그 사이에 원하는 온도의 물이 들어가 온도를 조절 해줍니다.

 또 jar의 가운데 들어가는 impeller라는 기구가 있는데 이 impeller의 축을 shaft, 아래 부분에서 회전하며 교반을 시켜주는 turbine, 위에서 생기는 거품을 쳐서 없애주는 form breaker로 구성되어 있습니다.

 여기서 turbine을 회전시키는 방식에 따라 top driven, bottom driven으로 나눌 수 있는데, top driven은 모터가 위쪽에 달려있고 이 모터와 impeller가 연결되어 있어, 바로 돌려주는 방식입니다. 그에 비해 bottom driven은 모터가 아래쪽에 있고, 자석이 달려있어 자석이 회전하면 그에따라 impeller도 회전하고 그 힘에의해 교반되는 형식입니다. top driven은 모터와 바로 연결되기 때문에 그 부분에서 contamination이 일어날 수 있다고 하는데, bottom driven은 분리가 되어있기 때문에 contamination이 적은편입니다. 하지만 cell concentration이 높아지면 아무래도 바로 연결된 top driven이 힘이 좋기 때문에 교반에 유리합니다.

 또 jar안에 위치하면서 교반시 부딪쳐 aeration이 잘 일어나게 해주는 baffle이 존재하고, air가 들어갈 수 있는 구명인 sparger가 있는데, 이는 구멍이 미세할 수록 micro bubble을 잘 만들어 주기 때문에, aeration에 좋습니다.


 Fermentor의 뚜껑은 여러 port와 condenser로 구성되어 있습니다. port는 sample의 접종을 위한 inoculation port, 여러 probe들이 위치하는 probe port, sampling시 sample을 꺼낼 수 있는 sample port, NaoH · HCl · feeding solution 등이 들어갈 때 필요한 feeding port등이 있고, condenser는 안에 냉각수가 돌아 jar안에서 증발하는 H2O를 잡아 다시 밑으로 떨어지게 해주는 기능을 가지고 있습니다.


 Fermentor에는 air를주입하기 위한 air port가 있는데, 여기서 air가 들어갈 때 contamination이 될 수 있어 filter를 사용합니다. filter는 membrane방식과 depth방식이 있는데, membrane방식은 균일한 구멍이 뚫려있는 막으로 된 filter로, 균이 침투할 수 없을 정도의 작은 size의 구멍을 선택하여 그 filter를 지나는 공기를 제균해 주는 방식이고 depth방식은 filter가 겹쳐져있을때 생긴 구멍으로만 지나 갈 수 있는 방식입니다.


 Air가 들어갈때의 단위를 vvm이라고 하는데, volume/volume/minute 이라고 합니다. 1분간 1L에 몇L 만큼의 air가 들어가는지를 나타내는 단위입니다.

 또 모터가 돌아가는 속도를 나타내는 단위는 rpm으로, revolution per minute의 약자입니다. 이는 1분동안 몇바퀴의 회전이 되고 있는지 나타내는 표시가 됩니다.



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Posted by 안양_박건영

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