초록 ▼

발효공정 기술은 생명공학 제품생산을 위한 발효 과정에서 생물체의 기본적인 본능(생명유지 및 증식)을 바탕으로 우리가 원하는 생산물의 생산성을 극대화함으로써 가장 경제적으로 생산하고자 하는 공정 및 기술을 개발하는 것이다. 현재 개발되어 있는 대부분의 발효공정 시스템의 경우 경험에 의존하여 개발된 공정으로 체계적인 공정개발의 접근 방법이 필요하다.
현재까지 개발된 체계적인 발효공정 개발 접근방법은 실험실 규모에서 실험을 통하여 얻은 수치를 모델을 만들고 이를 분석하여 최적화 하는 기법 등이다. 그러나, 이러한 접근방법은 발효공정

발효공정 기술은 생명공학 제품생산을 위한 발효 과정에서 생물체의 기본적인 본능(생명유지 및 증식)을 바탕으로 우리가 원하는 생산물의 생산성을 극대화함으로써 가장 경제적으로 생산하고자 하는 공정 및 기술을 개발하는 것이다. 현재 개발되어 있는 대부분의 발효공정 시스템의 경우 경험에 의존하여 개발된 공정으로 체계적인 공정개발의 접근 방법이 필요하다.
현재까지 개발된 체계적인 발효공정 개발 접근방법은 실험실 규모에서 실험을 통하여 얻은 수치를 모델을 만들고 이를 분석하여 최적화 하는 기법 등이다. 그러나, 이러한 접근방법은 발효공정에서 측정되는 수많은 환경변수들을 고려한 것이아니라, 단편적인 한 변수만을 고려하여 발효공정을 개발한 경우가 대부분이다.
이러한 발효공정 개발방법을 다른 대상시스템의 공정개발에 이용할 경우 발효공정 개발을 처음부터 다시 해야 하므로 물질적 시간적 낭비가 심하다. 국내 생명공학 산업의 경쟁력 제고를 위해서는 생명공학 제품의 개발시간을 단축시키는 노력이 중요하고 이를 달성하기 위하여 지능화 발효공정 시스템을 개발하였다.
발효공정 최적화와 관련된 연구를 통하여 최적화제어 알골리즘을 개발하였으며 이를 컴퓨터를 이용하여 재현하였다. 이를 토대로 본 연구를 통하여 개발된 지능화 발효공정 시스템을 이용하여 biopolymer를 생산하는 공정의 개발에 응용하여 생산성을 향상 시킬 수 있었다.
본 연구에서는 발효공정 기술을 더욱 고도화ㆍ전문화ㆍ체계화하여 지능화 발효시스템을 개발함으로써, 발효공정 기술분야에 있어 국제 경쟁력을 확보하고 이를 산업계로 확산시킴으로써 생물산업의 경쟁력을 증진시킬 수 있을 것이다. 또한, 향후 청정생산공정 개발등에 자동화 개념을 도입함으로써 더욱 우수한 효과를 발휘할 것이다.

Abstract ▼

The Fermentation process is essential for the production of biotechnology products and is to be developed to maximize the productivity using natural behavior of microorganism. The most of currently developed fermentation process was developed by experts' experiences and/or the trial and error approa

The Fermentation process is essential for the production of biotechnology products and is to be developed to maximize the productivity using natural behavior of microorganism. The most of currently developed fermentation process was developed by experts' experiences and/or the trial and error approaches. To develop more efficient fermentation process, it is necessary to develop systematically using experience and experimental data.
The procedures to develop fermentation process are to model a experimental system with acquired experimental data and to optimize a developed model system. We have developed the computer integrated fermentation process and optimization algorithm considering environmental factors.
Since a developed fermentation process from one system can not be used to the other fermentation process with different microorganism and products, it was time and money consuming process to develop an optimized system. Therefore, the intellectual fermentation system development was proposed in this research to minimize biotechnology products development period and to maximize the productivity.
In this research, the advanced, specialized, and systematic fermentation process technology has been developed. The novel fermentation system and optimal control program was developed from this research, and it will increase the competitiveness of national biotechnology industry.

목차 Contents

• 1. 서 론...8
• 2. 연구결과...10
• 1) 지능화 발효시스템 개발...10
• 가. Computer Integrated system 개발...11
• 나. 기존 발효기의 제어 시스템...11
• 다. 기존 발효기의 제어공정에의 응용...12
• 라. 자동제어를 하기 위한 구성요소...13
• 마. Experimental Examples...17
• 바. Conclusion...19
• 2) 개발된 지능화 발효시스템의 프로그램 개발...20
• 가. 시스템의 구성...20
• 나. 다양한 지능제어 시스템개발...21
• 3) 발효공정의 최적화 체계구축...26
• 가. 발효 최적화 기법개발...26
• 나. L-proline 생산 최적화 기법개발...33
• 4) Inferential Control Algorithm을 이용한 Curlan의 생산 최적화...40
• 가. 연구배경...40
• 나. 재료 및 방법...41
• 다. 실험결과...42
• 5) 적용사례...47
• 가. Analysis and Effect of Oxygen Transfer Rate on Biopolymer Production with Computer Integrated Fermentation System...47
• 나. Feedback Control of Dilution Rate with Optical Density Measurement...52
• 다. Stirred tank reactor 과 bubble column reactor에서의 CSTR공정...56
• 라. Development of continuous curdlan production process with multi stage fermentation system...60
• 마. Feedback Control을 이용한 C. militaris의 균사체 및 biopolymer 생산 최적화...75
• 3. 결론 및 기대효과...81
• 4. 기대효과...83
• 5. 인용문헌 (Literature Cited)...84