동물 혈장 및 혈액 세포 처리 기술

동물 혈장 및 혈액 세포 처리 기술

"모든 성분의 효율적 활용"이라는 핵심 개념을 기반으로, 동물 혈장 및 혈액 세포 가공 기술은 동물 혈액(주로 돼지, 소, 양의 혈액)을 항응고, 분리 정제, 건조 및 성형 등의 공정을 거쳐 혈장 단백질 분말, 혈액 세포 분말, 헴과 같은 고부가가치 제품으로 전환합니다. 전 공정에서 영양 성분의 파괴를 방지하기 위해 엄격한 위생 및 온도 관리가 필수적입니다. 자세한 공정은 다음과 같습니다.

I. 전처리 단계: 혈액 채취 및 항응고제 투여

이 단계는 이후 처리 과정의 기초가 되며, 핵심 목표는 혈액 응고를 방지하고 불순물을 제거하는 것입니다.

1. 혈액 채취

동물 도축 후 1시간 이내에 혈액을 채취하기 위해 특수 채혈 장비(예: 자동 채혈 시스템)를 사용하여 자연 응고를 방지합니다. 채혈 중에는 항응고제를 동시에 첨가해야 합니다. 구연산나트륨(일반적으로 사용되며, 총 혈액량의 0.8~1.2% 첨가) 또는 EDTA(총 혈액량의 0.3~0.5% 첨가)를 사용합니다. 혼합물은 파이프라인을 통해 교반하여 항응고제가 균일하게 분포되도록 합니다.

수집된 혈액은 머리카락이나 조직 파편과 같은 기계적 불순물을 제거하기 위해 80~100메시 필터로 걸러내야 하며, 이를 통해 후속 분리 장비가 막히는 것을 방지할 수 있습니다.

2. 저온 임시 보관

항응고 처리된 혈액은 즉시 2~8°C의 저온 저장 탱크로 옮겨져 임시 보관되며, 최대 보관 시간은 24시간을 넘지 않습니다. 이를 통해 미생물의 번식과 효소 가수분해 반응을 늦추고 혈장 단백질의 활성을 보존합니다.

II. 핵심 분리 단계: 혈장과 혈액 세포의 분리

혈장과 혈액 세포의 효율적인 분리는 원심력을 이용하여 이루어지며, 원심력은 이 과정의 핵심 요소입니다. 일반적인 장비로는 관형 원심분리기 또는 디스크형 원심분리기가 있습니다.

1. 원심분리

저온의 혈액을 원심분리기로 펌핑합니다.

관형 원심분리기의 경우: 회전 속도는 15,000-20,000 rpm이고, 원심력은 12,000-15,000 G입니다.

디스크 원심분리기의 경우: 회전 속도는 6,000-8,000rpm이고, 원심력은 3,000-5,000G입니다.

고속 원심분리 시:

고밀도의 혈액세포(적혈구, 백혈구, 혈소판)는 원심분리기 내벽으로 밀려나가 고체층을 형성하고 슬래그 배출구를 통해 배출됩니다.

밀도가 낮은 혈장(알부민, 면역글로불린, 피브리노겐 함유)은 중앙에 남아 있으며, 오버플로우 포트를 통해 지속적으로 배출되어 후속 처리 단계로 들어갑니다.

분리 후에는 순도 테스트가 필요합니다. 혈장 내 혈액 세포의 잔류율은 ≤ 0.5%(육안으로 붉은 침전물이 보이지 않음)이어야 하며, 혈액 세포 내 혈장 유입율은 ≤ 5%이어야 두 세포 간에 교차 오염이 발생하지 않음을 보장합니다.

2. 분할 경로 임시 저장소

분리된 혈장은 3~5°C의 멸균 저장 탱크로 옮깁니다. 혈액 세포의 경우, 세척을 위해 혈액 세포 대 생리식염수 비율이 1:1이 되도록 0.9% 생리식염수를 첨가합니다. 잔류 혈장을 제거하기 위해 원심분리(회전 속도: 12,000 rpm)를 다시 수행하여 "깨끗한 혈액 세포"를 얻고 단백질 손실을 줄입니다.

III. 플라즈마 처리 하위 공정: 액체 플라즈마에서 완제품까지

혈장은 주로 혈장 단백질 분말로 가공되며, 일부 고급 요구 사항에는 면역글로불린을 추가 정제하는 공정이 사용됩니다. 이 공정은 두 단계("농축 → 건조") 또는 세 단계("정제 → 건조")로 구성됩니다.

1. 기존 공정: 혈장 단백질 분말 생산

(1) 진공농축

액체 플라즈마는 이중 효과 진공 농축기(진공도: -0.092 MPa ~ -0.095 MPa, 온도: 50~55°C)로 펌핑됩니다. 저온 증발을 통해 수분을 제거하여 플라즈마의 고형분 함량을 6~8%에서 25~30%로 높이고 고온으로 인한 단백질 변성을 방지합니다(예: 알부민의 변성 온도는 약 60°C).

농축하는 동안 고형분 함량을 실시간으로 모니터링해야 하며(굴절계를 사용), 표준을 충족하면 다음 단계로 진행됩니다.

(2) 분무건조

농축된 플라즈마는 원심 분무 건조탑(입구 공기 온도: 180~200°C, 출구 공기 온도: 80~85°C)으로 공급됩니다. 고압 분무(분무기 회전 속도: 20,000~25,000 rpm) 과정에서 플라즈마는 작은 물방울을 형성하고, 이 물방울은 뜨거운 공기와 빠르게 접촉하여 즉시 분말로 건조됩니다.

건조된 혈장 단백질 분말을 실온으로 냉각하고 100메시 필터로 체질하여 응집물을 제거합니다. 최종 제품의 수분 함량은 ≤ 5%, 단백질 함량은 ≥ 75%(국가 표준 GB/T 25166-2010 준수)이며, 사료 첨가제 또는 식품 단백질 강화제로 사용할 수 있습니다.

2. 하이엔드 공정: 면역글로불린 정제

(1) 염석 침전

액체 혈장에 황산암모늄(농도: 40~45%)을 첨가하고, 등전점 침전법을 이용하여 pH를 4.8~5.2로 조절하여 면역글로불린을 침전시킨다. 2~3시간 방치 후, 원심분리(회전 속도: 8,000 rpm)하여 침전물을 수집한다.

(2) 투석 및 담수화

침전물을 0.02 mol/L 인산 완충액에 녹인 후 투석백(분자량 한계값: 10,000 Da)으로 옮긴 후 완충액에서 24시간 투석하여 잔류 황산암모늄을 제거하여 조면역글로불린을 얻습니다.

( 3) 동결건조

조생성물을 동결건조기(진공도: ≤ 10 Pa, -40°C에서 4시간 예비 동결 후 25°C로 가열하여 12시간 승화 건조)로 옮깁니다. 이는 고온으로 인한 면역 활성 파괴를 방지하기 위한 것입니다. 최종 생성물은 90% 이상의 면역글로불린 순도를 가지며 생물의학 분야에 사용됩니다.

IV. 혈액세포 처리 하위 공정: 깨끗한 혈액세포에서 완제품까지

혈액 세포는 주로 혈액 세포 분말로 가공되거나 헴 추출에 사용되는데, 전자는 공정이 간단하고, 후자는 부가가치가 더 높습니다.

1. 기존 공정: 혈액 세포 분말 생산

(1) 효소 가수분해(선택 사항)

혈액 세포 분말의 용해도를 높이기 위해, 깨끗한 혈액 세포에 프로테아제(예: 중성 프로테아제, 0.3~0.5% 첨가)를 첨가합니다. 효소 가수분해는 50~55°C, pH 7.0에서 2~3시간 동안 수행하여 거대분자 헤모글로빈을 저분자 펩타이드로 분해합니다. 효소 가수분해 후, 90°C의 뜨거운 물에 10분간 담가 효소를 불활성화합니다.

(2) 분무건조

효소 가수분해된 혈액 세포(또는 가수분해되지 않은 깨끗한 혈액 세포)를 직접 분무 건조합니다(조건은 플라즈마 건조와 동일: 입구 공기 온도 170~190°C, 출구 공기 온도 75~80°C). 건조된 혈액 세포 분말은 수분 함량이 ≤ 6%, 단백질 함량이 ≥ 80%이며, 철분이 풍부합니다(철 함량 ≥ 20mg/100g). 사료용 철분 보충제 또는 식품 색소의 원료로 사용할 수 있습니다.

2. 고급 공정: 헴 추출

(1) 용혈 및 산성화

혈액 세포를 세척하기 위해 탈이온수(혈구 부피의 3배)를 첨가하고, 혼합물을 30분 동안 교반하여 용혈(적혈구 막을 파괴하여 헤모글로빈을 방출)을 유도합니다. 그런 다음 묽은 염산을 첨가하여 pH를 2.0~2.5로 조절하여 헤모글로빈을 변성시키고 침전시킵니다.

(2) 원심분리 수집 및 정제

변성된 헤모글로빈을 원심분리(회전 속도: 10,000 rpm)하여 침전물을 수집합니다. 침전물을 아세톤(침전물:아세톤 비율: 1:5)으로 2~3회 세척하여 지방과 불순물을 제거하여 조헴(crude heme)을 얻습니다. 컬럼 크로마토그래피(실리카겔 크로마토그래피 컬럼 사용)를 통해 추가 분리하여 순도 95% 이상의 헴 결정을 얻습니다. 이 결정은 의약품(항빈혈제) 또는 식품 첨가물(천연 색소)에 사용됩니다.

V. 주요 통제 지점

1. 위생 관리

모든 장비(혈액 채취 파이프라인, 원심분리기, 건조탑)는 미생물 오염을 방지하기 위해 121°C에서 고압 증기로 30분간 살균하거나 75% 알코올로 닦아서 소독해야 합니다(완제품의 총 세균 수 ≤ 1,000 cfu/g, 대장균 미검출).

2. 온도 조절

저온 처리는 공정 전반에 걸쳐 유지됩니다. 혈액은 2~8°C에서 임시 보관하고, 농축은 50~55°C에서 진행하며, 건조 출구 공기 온도는 ≤ 85°C입니다. 이를 통해 단백질 변성 및 영양소 손실(예: 면역글로불린 활성 유지율 ≥ 80%)을 방지합니다.

3. 습기 조절

완제품은 건조 후 진공 알루미늄 호일 백을 사용하여 신속하게 포장하여 혈장 단백질 분말의 수분 함량이 ≤ 5%, 혈액 세포 분말의 수분 함량이 ≤ 6%가 되도록 해야 합니다. 이를 통해 수분 흡수 및 응집을 방지하고 유통기한(실온에서 6~12개월)을 연장할 수 있습니다.

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