ニュース - 医薬品発酵プロセス

発酵モニタリングとプロセス制御は、微生物にとって最適な生育・発酵環境を作り出すことを意味します。これにより、安定した効率、収量、そして一貫した製品品質が維持されます。pH、溶存酸素、温度、基質濃度、粘度といった主要なパラメータは、製薬工場における品質と効率を決定づける重要な要素であり、プロセスラインには厳格な要件が課せられています。

発酵液の粘度と濃度モニタリングの必要性

濃度と粘度はどちらも、微生物の増殖、細胞密度、そして培養液の組成を示す動的な指標であり、物質移動、酸素利用能、栄養塩分布といった重要な要素に深く影響を及ぼします。綿密な発酵モニタリングとプロセス制御がなければ、濃度と粘度の変動は発酵環境の繊細なバランスを崩し、収量の低下、製品品質のばらつき、そしてコストのかかる非効率性につながる可能性があります。

発酵プロセスを継続的にオンラインで監視することで、リアルタイムのデータが得られ、オペレーターは栄養剤の投入量やエアレーション量などのパラメータを迅速かつ正確に調整できます。また、遅延や時間のかかる手作業によるサンプリングによる悪影響を排除します。

ペニシリウム発酵プロセスの概要

医薬品発酵は、細菌や真菌などの微生物を慎重に培養して抗生物質、ワクチン、酵素などの重要なバイオ製品を生成する、微生物学と工学の高度なプロジェクトです。

ペニシリウム発酵プロセスは、シードタンクでの接種菌調製から始まります。その後、大型深型発酵槽内の栄養強化培地を用いたフェドバッチ発酵に移行し、回収・精製のための下流設備も備えています。発酵液の濃度と粘度は、インラインプロセスセンサー、内部モデルコントローラー、自動化システムを用いて継続的に監視・制御され、収量の向上と汚染防止に役立っています。

ペニシリン生産のためのバッチ発酵におけるペニシリウム・クリソゲナムの特性

糸状菌であるペニシリウム・クリソゲナムは、ペニシリンの工業生産に最適な微生物です。発酵プロセスにおけるその挙動は非常に複雑で、最終製品の効率と収率に直接影響を及ぼします。その特性を理解することは、効果的なプロセス制御に不可欠です。

発酵中、粘度と濃度は密接に関連しており、一方の変化は他方に直接影響を及ぼします。この関係は、微生物の増殖から製品の収量まで、あらゆるものに影響を与えるため、プロセス制御において非常に重要な要素です。

粘度の変化

発酵液の粘度は、流動抵抗の尺度です。粘度は一定ではなく、通常、発酵サイクルを通していくつかの要因によって変化します。

微生物の濃度は、その成長とバイオマスの増殖に伴って増加します。微生物が物理的に存在するだけで、密集した細胞ネットワークが形成され、発酵液の粘度が大幅に上昇します。

細胞溶解は発酵の終盤に起こります。細胞がストレスを受けると微生物が溶解し、DNAやタンパク質などの細胞内成分が放出されます。これらの大きな分子は、培養液の粘度を大幅に高めることもあります。

濃度の変化

細菌の増殖に伴い、細胞密度が高まり培養液が密集し、細胞間の相互作用が増加するため、濃度は変動します。もちろん、糖や栄養素などの基質の初期濃度は、微生物のその後の増殖に明らかな影響を与えます。

分泌されたタンパク質と多糖類は連続発酵中に蓄積され、溶解または懸濁した固形物の濃度増加に寄与します。

関係の影響

粘度と濃度の密接な関係は、発酵プロセスに大きな影響を与えます。濃度の上昇による粘度の上昇は、次のような影響を及ぼします。

物質移動の阻害: 粘度が高いと、酸素などの必須ガスを気泡から培養液に移動させることが難しくなり、微生物の増殖能力が制限されます。

混合効率の低下：濃厚なブロスは、効果的に混合するためにより多くのエネルギーを必要とします。その結果、栄養分が枯渇し、老廃物が蓄積する停滞領域が生じ、生産性に悪影響を与える不均一な環境が生じます。

下流処理への影響: 粘度の高い培養液は、製品回収段階でのろ過、遠心分離、精製が難しくなり、プロセス全体の効率が低下し、コストが高くなります。

したがって、粘度と濃度をリアルタイムで監視することは、最適な状態を維持し、一貫した製品品質を確保し、収量を最大化するために不可欠です。

インライン粘度モニタリングの用途

発酵プロセスにおけるオンラインモニタリングの変革的可能性は、ペニシリンなどの抗生物質製造において特に顕著です。リアルタイムの粘度追跡により、オペレーターは微生物の増殖と培養液の粘稠度を測定でき、供給戦略、通気、撹拌を正確に調整できます。

自動化プロセス技術は、潜在的な異常、汚染、泡の発生を事前に警告し、生産事故を未然に防ぎます。さらに、研究室から産業用バイオリアクターへの拡張性も実現します。

Lonnmeter インライン粘度測定ソリューション

主な機能と技術仕様

インラインサニタリー粘度計と医薬品密度計医薬品アプリケーションにおける発酵監視およびプロセス制御用に設計されています。特殊な機械設計により、細菌の蓄積、定期的なメンテナンス、さらには交換の可能性を低減します。

これらインライン自動化機器リアルタイムの粘度と密度測定を提供し、バイオリアクター内の培養液の状態を一定に保ちます。インラインサニタリー粘度計は、10～10,000,000 cPの粘度範囲に対応し、耐熱性は350℃に達します。

高度な振動または共鳴ベースのセンサーを搭載したこれらの機器は、動的な条件でも正確な読み取りが可能で、自動制御用の PLC および DCS システムとシームレスに統合できるため、ペニシリンの発酵プロセスに最適です。

従来のオフライン方式に対する利点

Lonnmeterのインライン粘度測定装置は、従来のオフライン方式を凌駕します。高度なプロセス自動化ツールにより、即時のプロセス調整が可能になり、サンプリングエラーを排除します。

非ニュートン流体培養液の取り扱いにおける精度は、複雑な流体を扱う際にしばしば問題となるオフラインツールを凌駕します。衛生的な設計により、製薬現場で極めて重要な汚染リスクを最小限に抑え、自動データ収集により人為的ミスを削減することで、発酵プロセスのオンラインモニタリングにおける優れた信頼性を確保します。