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攪拌槽型バイオリアクターの設計・操作条件最適化とスケールアップ

攪拌槽型バイオリアクターの設計・操作条件最適化とスケールアップ

～反応式や具体的な計算例を交えたスケールアップの基礎、トラブルの事例・対策 / 操作条件の最適化で検討すべき、滅菌・洗浄作業でのポイントやコンタミネーション対策～
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開催日

  • 2023年9月11日(月) 10時00分 ～ 17時00分

プログラム

第1部 撹拌槽型バイオリアクターの設計・操作条件最適化とスケールアップ

(2023年9月11日 10:00〜14:00) ※途中昼食の休憩を挟みます

　バイオリアクターとして最も広く使用されている撹拌槽型バイオリアクターについて解りやすく解説します。撹拌槽型バイオリアクターの基本知識から実際の設計法とスケールアップ手法について具体的な計算例を示しながら解説します。バイオプロセスの強化の観点から省エネルギーと最適化についても解説致します。また、撹拌槽型バイオリアクターのトラブルとその解決方法についても解説致します。実際の設計、スケールアップ、最適化の計算に即役立てることが出来る情報が得られます。

  1. バイオリアクターの基礎
    1. バイオリアクターの目的
    2. バイオリアクターの実例
  2. 生体触媒の反応速度
    1. 酵素反応の反応速度
    2. 微生物反応の反応速度
  3. バイオリアクターの操作
    1. バイオリアクターの操作方式
    2. 回分操作
    3. 反復回分操作
    4. 流加培養
    5. 連続操作
    6. 灌流操作 (リサイクル流のあるケモスタット)
  4. 撹拌槽型バイオリアクターの設計
    1. 撹拌槽型バイオリアクター設計パラメーター
    2. 撹拌所要動力
    3. 混合時間
    4. 吐出流と循環流
    5. 通気と気体分散
    6. 設計パラメーター
    7. 設計計算
  5. 撹拌槽型バイオリアクターのスケールアップ
    1. 撹拌槽型バイオリアクタースケールアップのパラメーター
    2. 相似則
    3. スケールアップ計算
    4. CFD (数値流体力学) による流動解析の利用
  6. 撹拌槽型バイオリアクターのトラブル解決
    1. トラブルを解決する戦略
    2. 高粘度/非ニュートン流体培養液の混合
    3. 泡沫層の形成
  7. サスティナブル撹拌槽型バイオリアクター
    1. 省エネルギー
    2. 低コスト化
    3. 最適化
    4. シングルユースバイオリアクター
    • 質疑応答

第2部 攪拌槽型バイオリアクターの滅菌・洗浄の留意点と汚染トラブル対応

(2023年9月11日 14:15〜15:45)

　微生物または細胞を培養するためのバイオリアクターにおいて、プロセスに接触する機器および配管の洗浄・滅菌は、要である。また、バイオリアクターの安定的な運用および雑菌汚染防止のためには、メンテナンスが非常に重要である。
　本講演では、「攪拌槽型バイオリアクターの滅菌・洗浄の留意点と汚染トラブル対応」と題して、安定的な運用を実現するための設計及びメンテナンスについて言及する。

  • 洗浄 (CIP) とは
  • CIPの設計思想
  • 滅菌 (SIP) とは
  • SIPの設計思想
  • 具体的な設計例 (ASMEBPEを含む)
    • タンク
    • 配管
    • バルブ
    • 計装部品
  • 安定的な運用
  • バリデーション
  • 質疑応答

第3部 高度な培養方法の検討手順や考え方・ノウハウ

(2023年9月11日 16:00〜17:00)

　微生物による物質生産においてフラスコスケール以下の小スケールで培地や培養条件を探索した後、通気攪拌槽でpHや溶存酸素をモニター・制御して、より効率的な培養条件を決定する。通気攪拌槽による培養は手間がかかるため、小スケール実験のように手数を稼ぐことができない。培養工学の教科書には、物質収支に基づく数理モデル等が紹介されているが、どのような手順で考えていけばよいか、具体的に何を検討すればよいかについて、体系的に解説されることは少ない。
　高度な培養方法を提案し、高効率・高収率培養を達成するには職人的な経験が必要な分野であるが、本講座では、演者の経験例に基づき、検討の各ステップについて解説し、培養をうまくするためのコツやこだわりについても紹介したい。

  1. 微生物の特性を把握するための小スケール培養
    • フラスコ培養等の小スケール培養では、培養温度の検討、初発pHの影響、培地成分による影響等を調査する。
      それぞれの最適値 (適正値) が予測されるが、通気攪拌槽での培養は状況が大きく異なる。
      小スケール培養から何を読み解くべきか?について解説する。
  2. 基本培養パラメーターを抑えるための回分培養
    • 小スケールで十分なデータが得られれば、次に通気攪拌槽で回分培養の検討をすることが多い。
      ここで、何を検討すればよいのか?中和剤は何を使用すればよいのか?消泡剤は?
      通気攪拌槽でないと達成できない条件が培養に与える影響や流加培養に繋がる基本パラメーターの調査方法について概説する。
  3. 微生物特性と基本培養パラメーターに基づく流加培養設計
    • 流加培養によりさらに生産性を向上したい場面で何をすればよいのか?
      初期培地は?流加培地の組成は?どの流加培養法を採用すればよいのか?等を議論する。
  4. 論文には記載しない予備的検討手法
    • 論文には書かない (書けない) 予備的検討方法等を紹介します。
    • 質疑応答
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