工業発酵とバイオプロセシング

工業発酵とバイオプロセシングは、微生物培養を大規模なバイオリアクターで実施し、安価な原材料から幅広い製品を製造するものです。

Definition

工業発酵とバイオプロセシングとは、製品を製造するために微生物またはその構成要素を制御された大規模な培養で増殖させること、およびそれらの製品が製造・回収されるプロセスを工学的に設計することです。

Scope

このトピックでは、バイオリアクターの設計と操作、一次代謝産物と二次代謝産物の区別、バッチ、流加、連続プロセス、菌株の選択と改良、通気、温度、pHなどの条件制御、および製品の下流回収と精製について扱います。微生物培養を生理学的原理に基づいた工学分野として扱います。

Core questions

• 微生物は工業規模でどのように培養されるのか？
• 一次代謝産物と二次代謝産物の生産を区別するものは何か？
• 収量を最大化するためにバイオリアクターの条件はどのように制御されるのか？
• 発酵から製品はどのように回収されるのか？

Key concepts

• バイオリアクターの設計と操作
• 一次代謝産物と二次代謝産物
• バッチ、流加、連続発酵
• 菌株の選択と改良
• 下流工程

Mechanisms

バイオリアクター内では、栄養供給、酸素、温度、pHなどの条件が、増殖と製品形成を促進するように制御されます。一次代謝産物は活発な増殖中に蓄積するのに対し、多くの抗生物質のような二次代謝産物は、通常、増殖が鈍化した後に生産されます。基質の流加添加を含むプロセス戦略は収量を最適化し、下流工程は培養液から製品を分離・精製します。

Clinical relevance

工業発酵は、抗生物質、酵素、有機酸、アミノ酸、ビタミン、組換えタンパク質を大規模に生産しており、バイオプロセシングの原理は、多くの医薬品、食品、工業用化学品の製造を支えています。

History

大規模な微生物プロセスは、20世紀に伝統的な発酵技術から科学に基づいた産業へと発展しました。工業用アセトン-ブタノール発酵や、戦時中のペニシリン生産のスケールアップといった画期的な出来事が、現代のバイオプロセシングの手法を確立しました。

Key figures

• Louis Pasteur
• Chaim Weizmann

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

二次代謝産物とは何か？

二次代謝産物とは、微生物の増殖には必須ではないが、通常、活発な増殖が鈍化した後に作られる微生物産物です。多くの抗生物質は二次代謝産物であり、そのため発酵におけるその生産は、培養の後期段階でピークに達することが多いです。