生物発酵工学における品質管理

グルコース含有量をオンラインでモニタリングしてリアルタイムで供給し、発酵プロセスのスムーズな完了を保証します。

生物発酵工学は現代の生物医薬品工学の重要な要素の 1 つであり、微生物の増殖プロセスを通じて目的の生化学生成物を取得します。微生物の増殖プロセスには、適応期、対数期、定常期、死滅期の 4 つの段階があります。定常期では、大量の代謝産物が蓄積します。この時期は、ほとんどの反応で生成物が収穫される時期でもあります。この段階を超えて死滅段階に入ると、微生物細胞の活性と生成物の純度の両方が大きな影響を受けます。生物学的反応は複雑であるため、発酵プロセスの再現性は低く、品質管理は困難です。実験室からパイロットスケール、パイロットスケールから大規模生産へとプロセスがスケールアップするにつれて、反応異常が発生しやすくなります。発酵工学をスケールアップする場合、発酵反応を固定相で長期間維持することが最も懸念される問題です。

発酵中に微生物株が活発で安定した増殖期を確実に維持するには、グルコースなどの必要なエネルギー代謝産物の含有量を維持することが重要です。オンライン分光法を使用して発酵ブロス中のグルコース含有量をリアルタイムで監視することは、バイオ発酵プロセスを制御するための適切な技術的アプローチです。グルコース濃度の変化を補充の基準として利用し、微生物株の状態を判断します。含有量が設定した閾値を下回った場合、モニタリング結果に基づいて速やかに補充を行うことができ、バイオ発酵の品質と効率が大幅に向上します。下図のように、小さな発酵槽から側枝を引きます。分光プローブは、循環プールを通じてリアルタイムの発酵液信号を取得し、最終的には発酵液中のグルコース濃度を 3 パーセントまで検出することができます。

一方、オフラインでの発酵液のサンプリングや臨床検査を工程管理に使用している場合、検出結果が遅れて補充の最適なタイミングを逃してしまう可能性があります。さらに、サンプリングプロセスは、外来細菌による汚染など、発酵システムに影響を与える可能性があります。