생물 공정 : 특성, 유형, 장점 및 단계 - 생물학 - 2026

생물 공정은 , (그 중에서도 효소 소기관) 이들 세포, 또는 다른 구성 요소를 살아있는 용도는 산업 또는 인간의 존재의 효과에 대한 원하는 제품으로 획득을 달성하는 특정 방법이다. 바이오 프로세스를 통해 기존의 생산 방식보다 더 높은 품질로 최적의 환경 조건에서 이미 알려진 제품을 얻을 수 있습니다.

같은 방식으로, 바이오 프로세스는 특정 프로세스 (인슐린과 같은 의학적 치료에 사용되는 효소 또는 단백질)의 효율성을 향상시키기 위해 사용되거나 인간이 직접 소비 할 수있는 유전자 변형 유기체를 얻을 수 있습니다. 인간.

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사회와 기술은 다른 영역에서 바이오 프로세스를 사용하여 더 나은 새로운 기술로 이어질 수 있습니다. 식품 제조, 개선 유도, 의약품 생성, 다양한 유형의 오염 제어 및 지구 온난화 제어와 같은 다양한 분야에 적용 할 수 있습니다.

현재 업계의 다양한 바이오 프로세스가 긍정적 인 영향을 받았고 성장을 촉진하기 위해 수백만 달러의 투자가 이루어졌습니다.

형질

생명 공학 과학에서 생물 공정은 특정 부가가치의 물질을 제품으로 생성하는 특정 생물학적 개체를 사용하는 프로세스입니다.

즉, 세포, 미생물 또는 세포 부분을 사용하여 연구자가 원하는 제품을 생산할 수 있으며, 이는 일부 분야에 적용될 수 있습니다.

또한 생물 재료를 시작으로 농업, 식품 및 의약품 생산, 화학 물질 생성 등과 관련된 다양한 제품의 제조를위한 장비를 설계하고 개발하려는 생물 공정 공학이 있습니다.

생물 공정 공학의 존재 덕분에 생명 공학은 사회에 이익이 될 수 있습니다.

생물 공정의 목표

생물 공정 개발에 참여하는 생물 학자와 엔지니어는 다음을 허용하기 때문에이 기술의 구현을 촉진하려고합니다.

-바이오 프로세스를 통해 상당한 가치의 화학 물질을 생성 할 수 있습니다. 그러나 일반적으로 생산되는 수량은 다소 적습니다.

-바이오 프로세스는 이전에 분리 된 미생물의 활성을 사용하여 기존 경로로 이미 얻은 제품의 합성 또는 변형을 허용합니다. 이들은 아미노산 또는 기타 유기 물질, 식품 등이 될 수 있습니다.

-알코올과 같은 상당한 양의 물질의 변형. 이러한 절차에는 종종 가치가 거의없는 물질이 포함됩니다.

-유기체 또는 이들의 일부를 사용하여 잔류 물 및 독성 폐기물을 분해하여 쉽게 재활용 할 수있는 물질로 변환 할 수 있습니다. 이러한 공정은 금속의 집중과 천연 광산의 착취와 함께 광산 산업과도 관련이 있습니다.

바이오 프로세스 적용의 장단점

-이점

바이오 프로세스의 존재는 다음과 같이 물질 처리를위한 에너지 절약을 포함하여 일련의 뛰어난 이점을 제공합니다.

근로자를위한 친근한 조건

대부분의 바이오 프로세스는 단백질 특성의 촉매 인 효소를 사용합니다. 이들은 살아있는 유기체가 저항하는 것과 유사한 온도, 산성도 및 압력에서 작동합니다. 이러한 이유로 프로세스는 "친화적 인"조건에서 발생합니다.

대조적으로, 전통적인 공정에서 사용되는 화학 촉매가 작동하는 극한의 온도와 압력에서. 에너지를 절약하는 것 외에도 인간 친화적 인 환경에서 작업하면 절차가 더 안전 해지고 프로세스가 더 쉬워집니다.

이 사실의 또 다른 결과는 효소 반응의 산물이 독성 폐기물이 아니기 때문에 환경 영향의 감소입니다. 표준 방법론에 의해 생성되는 폐기물과는 대조적입니다.

제조 단지는 더 작고 단순하며 상당히 유연하므로 대규모 자본 투자가 필요하지 않습니다.

-단점

바이오 프로세스에는 많은 장점이 있지만, 적용된 방법론에는 다음과 같은 약점이 있습니다.

오염

가장 중요한 것 중 하나는 생물학적 시스템 작업의 본질적인 결과 인 오염에 대한 민감성입니다. 이러한 이유로 매우 통제 된 무균 조건에서 작업해야합니다.

작물이 오염되면 미생물, 촉매제 또는 얻은 제품이 파괴되거나 기능이 상실되어 산업에 상당한 손실을 입힐 수 있습니다.

대규모 작물 생산

또 다른 문제는 노동 유기체의 조작과 관련이 있습니다. 일반적으로 유전학 및 분자 생물학 실험실은 배양 및 최적의 개발이 더 쉬운 소규모 미생물과 함께 작업합니다.

그러나이 과정을 미생물의 대량 배양으로 외삽하는 것은 일련의 장애물을 제기합니다.

방법 론적으로 미생물의 대규모 생산은 복잡하고 올바른 방법으로 이루어지지 않으면 시스템의 유전 적 불안정성과 성장하는 유기체의 이질성으로 이어질 수 있습니다.

생산자는 해당 물질의 생산을 극대화하기 위해 균질 한 작물을 가지려고합니다. 그러나 모든 생물학적 시스템에서 발견되는 가변성을 제어하는 ​​것은 대규모 문제입니다.

결론적으로, 산업용 미생물 생산은 단순히 실험실에서 수행되는 생산량을 늘리기위한 것이 아닙니다. 이러한 규모의 변화에는 일련의 결점이 있기 때문입니다.

종류

인간에게 관심있는 물질을 생산하기위한 미생물 또는 기타 생물학적 개체의 사용은 매우 다양합니다. 생산 과정에서 폐기물 화합물을 미생물에서 분리하여 정제하여 사용할 수 있습니다.

마찬가지로, 직접 생산에 유전 공학 도구를 적용하여 유기체를 변형시킬 수 있습니다. 이 방법론은 얻을 수있는 제품의 다양한 가능성을 열어줍니다.

다른 경우에는 관심 대상이되는 유전자 변형 유기체 (그리고 그것으로 생산 될 수있는 것은 아님) 일 수 있습니다.

생물 공정의 단계

용어 "바이오 프로세스"는 매우 이질적이고 다양한 일련의 기술을 포함하기 때문에 그 단계를 포함하기가 어렵습니다.

-인슐린 생산 단계

실험실에서 변형 유기체로 작업하는 경우 첫 번째 단계는 변형입니다. 특정 방법론을 설명하기 위해 인슐린, 성장 호르몬 또는 기타 일반적인 제품과 같은 제품의 전형적인 재조합 DNA 제조를 설명합니다.

유전 적 조작

제품을 시장에 출시하려면 숙주 유기체를 유 전적으로 조작해야합니다. 이 경우 유기체는 일반적으로 대장균이고 복제 된 DNA는 동물 DNA가됩니다. 이 맥락에서 "복제 된"DNA는 우리가 전체 유기체를 복제하고 싶다는 의미가 아니라 단순히 관심있는 유전자의 단편 일뿐입니다.

인슐린을 생산하려면 해당 단백질 생산에 필요한 정보가있는 DNA 세그먼트를 식별해야합니다.

식별 후, 관심 부분을 절단하여 대장균 박테리아에 삽입합니다. 즉, 박테리아는 소규모 생산 공장의 역할을하고 연구원은 유전자를 삽입하여 "지시"를 제공합니다.

이것은 유전 공학의 단계로, 소규모로 분자 생물 학자 또는 전문 생화학자가 수행합니다. 이 단계에서는 micropipettes, microcentrifuges, 제한 효소 및 전기 영동 젤을 만드는 장비와 같은 기본적인 실험실 장비가 필요합니다.

바이오 프로세스를 이해하기 위해서는 클로닝이 의미하는 모든 세부 사항을 이해할 필요가 없습니다. 중요한 것은 원하는 제품의 발현 수준이 최적이어야하고 제품의 안정성도 적절해야한다는 것을 이해하는 것입니다.

정량화

클로닝 과정 후 다음 단계는 이전 단계에서 재조합 세포의 성장과 특성을 측정하는 것입니다. 이를 위해서는 미생물학 및 역학에 대한 기술이 있어야합니다.

최대 생산을 보장하기 위해 온도, 배지 구성 및 pH와 같은 모든 환경 변수가 최적이라는 점을 고려해야합니다. 이 단계에서는 세포 성장률, 특정 생산성 및 제품과 같은 일부 매개 변수가 정량화됩니다.

규모 증가

원하는 물질을 생산하는 방법론이 표준화 된 후 생산 규모가 증가하고 1 ~ 2 리터의 배양액이 생물 반응기에서 준비됩니다.

여기에서 온도와 pH 조건은 계속 유지되어야합니다. 배양에 필요한 산소 농도에 특별한주의를 기울여야합니다.

결과적으로 연구자들은 생산 규모를 점점 더 늘려 최대 1,000 리터에이를 수 있습니다 (양은 원하는 제품에 따라 다름).

-발효 단계

앞서 언급했듯이 바이오 프로세스는 매우 광범위하며 모두 이전 섹션에서 설명한 단계를 포함하지는 않습니다. 예를 들어, 생물학적 공정의 콘크리트 및 고전적인 예에서 발효. 이 미생물에는 곰팡이 및 박테리아와 같은 미생물이 사용됩니다.

미생물은 성장에 사용할 탄수화물이있는 배지에서 성장합니다. 이런 식으로 그들이 생산하는 폐기물은 산업적 가치를 지닌 것입니다. 그중에는 알코올, 젖산 등이 있습니다.

관심 물질이 미생물에 의해 생성되면 농축 및 정제됩니다. 이 바이오 프로세스를 사용하여 인간이 섭취 할 수있는 무한한 음식 (빵, 요구르트) 및 음료 (맥주, 와인 등)를 만듭니다.

참고 문헌

1. Cragnolini, A. (1987). 과학 및 기술 정책 문제 : 1986 년 6 월 2-6 일 마드리드에서 열린 제 2 차 Jorge Sabato Ibero-American 과학 및 기술 정책 세미나 자료 및 세션. 편집 CSIC-CSIC Press.
2. Duque, JP (2010). 생명 공학 Netbiblo.
3. Doran, PM (1995). 생물 공정 공학 원리. 엘스 비어.
4. 국립 연구위원회. (1992). 생명 공학의 활용 : 생물 공정 공학. National Academies Press.
5. Najafpour, G. (2015). 생화학 공학 및 생명 공학. 엘스 비어.