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  1. 2016.11.26 [실험] Fermentation

 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.


 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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