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고밀도 미생물 발효 및 균주 스크리닝 중 단백질 및 펩타이드와 같은 계면활성제의 축적은 공격적인 통기 및 고속 교반과 결합되어 빈번하게 과도한 거품을 생성합니다. 관리되지 않으면 거품이 용기 상단으로 상승하여 거품 넘침, 배기 필터 막힘, 부피 손실 및 심각한 오염 위험을 초래할 수 있습니다.

기존의 소포제 접근 방식은 수동 검사 또는 연속적이고 고정된 속도의 화학 물질 투여에 크게 의존합니다. 그러나 화학적 소포제를 과다 투여하면 배지의 표면 장력이 변경되고 부피 질량 전달 계수($K_L a$)가 감소하며 세포 독성을 유발할 수 있으며 하류 정제를 복잡하게 만듭니다. 따라서 장비 선택 시 벤치탑 생물 반응기의 요구 기반 투여 능력(거품이 있을 때만 소포제 주입)을 평가하는 것이 중요합니다.

현대의 자동화된 생물 반응기는 전도성 센서 하드웨어와 제어 소프트웨어를 통합하여 반응성이 뛰어난 폐쇄 루프 소포제 관리를 제공합니다.

• 실시간 거품 신호 감지: 전도성 기반 거품 프로브를 활용하여 시스템은 거품이 전극 끝에 닿으면 즉시 시각적 거품 신호 표시기를 트리거합니다.
• 주기 및 작업 시간 펄스 제어: 제어 소프트웨어는 "주기" 및 "작업 시간" 매개변수를 사용하여 소포제 연동 펌프를 정밀하게 매개변수화할 수 있습니다. 예를 들어, 10초 주기와 3초 작업 시간을 사용하면 펌프는 활성 거품 신호 동안 주기당 3초만 작동하고 나머지 7초 동안은 유휴 상태를 유지하여 화학 물질 과다 투여를 방지합니다.
• 펌프 보정 및 누계 추적: 시간당 무게 펌프 보정 알고리즘(보정 속도)과 함께 시스템은 실시간으로 누적 소포제 소비량(소포제 개수/총계)을 계산하고 기록하여 공정 규모 확대를 위한 정량적 지표를 설정합니다.

고밀도 발효 및 상류 바이오 공정 개발을 위한 실험실 생물 반응기를 선택할 때 공정 엔지니어는 다음 평가 기준을 검토해야 합니다.

1. 듀얼 제어 모드(자동 및 수동): 예상치 못한 거품 급증을 처리하기 위해 자동 센서 기반 폐쇄 루프 실행(자동) 및 강제 수동 재정의(수동)를 모두 지원하는지 확인합니다.
2. 펄스 투여 로직: 기질 억제 또는 배지 희석을 방지하기 위해 투여 펌프가 제어 주기 및 활성 실행 시간(작업 시간)을 독립적으로 조정할 수 있는지 확인합니다.
3. 추적성 및 투여 정확도: QbD(Quality by Design) 추적성 표준을 충족하기 위해 소프트웨어가 펌프 유량 보정(g/min)을 지원하고 데이터 보고서 및 기록 추세 곡선 전반에 걸쳐 누적 첨가 중량을 기록하는지 확인합니다.