발효

발효란 미생물이나 효소가 유기물질을 분해하면서 산, 알코올, 가스 또는 향료와 같은 대사 산물을 생성하는 생화학적 변환 과정을 의미합니다. 발효는 식품, 제약 및 생명공학 분야에서 제품을 보존하거나 정제하거나 특정 활성 성분 및 향료를 생성하기 위해 활용됩니다. 전형적인 발효 공정으로는 요구르트, 김치, 맥주, 와인, 식초, 효소 또는 의약품 활성 성분의 제조가 있습니다.

물질적 관점에서 미생물은 주로 혐기성 또는 미호기성 조건에서 고에너지 기질(예: 당류)을 전환합니다. 크게 단순화된 발효 반응(젖산 발효)은 예를 들어 다음과 같이 나타낼 수 있습니다:

C₆H₁₂O₆ → 2 · C₃H₆O₃

포도당은 젖산으로 전환되며, 이 과정에서 미생물 내에서 ATP 형태의 에너지가 이용 가능해집니다. 알코올 발효 시 일반적으로 사용되는 총합 화학식은 다음과 같습니다:

C₆H₁₂O₆ → 2 · C₂H₅OH + 2 · CO₂

여기서 포도당이 에탄올과 이산화탄소로 전환됩니다.

기술적으로 발효는 주로 생물반응기나 발효조에서 이루어집니다. 중요한 공정 변수로는 온도, pH 값, 산소 공급(공기 공급 또는 비공기 공급/적은 공기 공급), 교반 강도, 영양소 조성 및 기간이 있습니다. 미생물 성장의 동역학은 종종 다음과 같은 단순화된 관계식으로 설명됩니다:

μ = (1/X) · (dX/dt)

• μ: 특정 성장률
• X: 바이오매스 농도
• t: 시간 시간

제품 형성은 유사한 대차대조표 접근법으로 고려될 수 있으며, 예를 들어:

r_P = (dP/dt)

• r_P: 제품의 생성률
• P: 제품 농도

혼합기 및 공정 용기에서 발효 공정을 위해서는 미생물, 기질 및 추가된 가스(해당 시)의 균일한 분포가 결정적입니다. 효과적인 교반은 온도와 pH 값이 균일하게 유지되고, 영양분이 잘 분배되며, 발효기의 모든 지점에서 반응 조건이 가능한 한 유사하도록 합니다. 이는 재현 가능한 제품 품질, 정의된 풍미 프로필 및 일정한 수율을 지원합니다.

발효는 공정 목표에 따라 배치, 피드배치 또는 연속 공정으로 수행될 수 있습니다. 배치 발효에서는 한 번에 배치를 준비하여 원하는 전환율에 도달할 때까지 진행합니다. 피드배치 공정에서는 발효 중 기질 공급을 정밀하게 제어하여 원치 않는 부반응(예: 과도한 당 농도로 인한)을 방지할 수 있습니다. Amixon® 장치는 발효 공정에 매우 적합합니다. 이에 대한 자세한 내용은 블로그 게시물 "amixon 발효기 반응기에서의 발효"에서 설명하고 있습니다.