미생물 배양·발효 분야의 나노버블 적용

산소 공급이 생산성을 제한하는 호기성 배양 공정에서는 산소 나노버블로 미생물의 생육 환경을 개선하고 생산성을 높이는 방안을 검토할 수 있습니다.

호기성 미생물은 증식과 대사 과정에서 산소를 소비합니다. 산소 전달 속도가 미생물의 산소 소비량을 따라가지 못하면 증식과 목표 생산물의 생성이 제한될 수 있습니다.

나노버블 시스템은 이러한 산소 공급 환경을 개선하는 데 활용할 수 있습니다. 실제 효과는 용존산소 변화뿐 아니라 미생물 성장률, 생산물 수율, 산소 공급량을 비교해 평가하는 것이 좋으며, 아너테크의 미생물 배양·발효 적용은 현재 '검증' 단계입니다.

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아닙니다. 배양·발효 공정은 미생물의 특성과 생산 목적에 따라 필요한 기체가 다르므로, 공정에 맞는 기체를 선택하는 것이 중요합니다.

호기성 미생물 배양에서는 산소 공급이 중요하지만, 혐기성 발효에서는 산소 공급이 오히려 공정에 불리할 수 있습니다. 일부 미세조류 배양에서는 이산화탄소 공급이 중요한 역할을 합니다.

아너테크는 배양 대상과 공정 목적에 따라 적합한 기체와 시스템 구성을 검토합니다. 필요한 경우 기존 배양 방식과 비교해 기체 전달 성능과 생산성 변화를 평가할 수 있습니다.

나노버블을 만드는 과정의 압력 변화와 전단력은 배양 대상에 따라 영향을 줄 수 있으므로, 미생물의 특성에 맞는 공급 방식이 중요합니다.

나노버블 시스템은 일반적으로 펌프와 기체 혼합 장치를 사용합니다. 배양액을 직접 순환시키는 경우에는 대상 미생물이나 세포가 기계적 영향을 받을 수 있습니다.

특히 전단력에 민감한 세포 배양에서는 배양액을 나노버블 시스템에 직접 통과시키기보다, 공급수를 미리 처리하거나 별도의 기체 공급 경로를 구성하는 방식이 적합할 수 있습니다. 아너테크는 배양 대상과 운전 조건을 확인해 적합한 연결 방식을 검토합니다.

대부분의 경우 기존 발효조와 통기·교반 설비를 유지하면서 나노버블 시스템을 추가하는 방식으로 적용을 검토할 수 있습니다.

나노버블 시스템은 배양액의 기체 전달을 보강하는 역할을 합니다. 반면 기존 교반기는 온도와 영양분의 균일한 분포, 침전 방지 등 여러 기능을 수행하므로 이러한 역할도 함께 고려해야 합니다.

배양 대상이 기계적 영향을 견딜 수 있으면 순환 배관을 활용하고, 민감한 배양 대상에는 공급수의 사전 기체 처리 등 다른 연결 방식을 검토합니다. 기존 설비의 운전 조건을 확인하면 공정 변경을 최소화하는 방향으로 시스템을 구성할 수 있습니다.

위생적인 접액부 구성이 필요한 배양·발효 공정에는 HTV를 우선 추천하며, 상업 규모 도입 전 소규모 비교 시험도 검토할 수 있습니다.

HTV는 내부 모듈에 스테인리스(All SUS)를 적용한 제품군으로, 위생 관리와 설비 재질이 중요한 공정에 적합한 후보입니다. 다만 이것만으로 무균 운전이나 멸균(SIP) 대응이 보장되는 것은 아니므로, 공정의 세척·멸균 요구 사항과 배양액의 특성을 함께 확인합니다.

소규모 시험에서는 연구용 나노버블 시스템으로 용존산소, 산소 전달 성능, 미생물 성장률, 생산물 수율을 기존 운전 조건과 비교할 수 있습니다. 아너테크는 시험 목적과 대상 미생물, 배양액의 점도와 특성, 사용 기체를 확인해 적합한 시험 방법과 상업용 시스템 구성을 검토합니다.

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