동물 혈장 및 혈액 세포 처리 기술
"모든 성분의 효율적 활용"이라는 핵심 개념을 중심으로 개발된 동물 혈장 및 혈구 가공 기술은 동물의 혈액(주로 돼지, 소, 양)을 항응고, 분리 및 정제, 건조 및 성형 등의 공정을 통해 혈장 단백질 분말, 혈구 분말, 헴과 같은 고부가가치 제품으로 전환합니다. 이 과정 전반에 걸쳐 영양 성분의 파괴를 방지하기 위해 엄격한 위생 및 온도 관리가 요구됩니다. 자세한 공정은 다음과 같습니다.
I. 전처리 단계: 혈액 채취 및 항응고
이 단계는 후속 처리의 기초가 되며, 핵심 목표는 혈액 응고를 방지하고 불순물을 제거하는 것입니다.
1. 혈액 채취
동물을 도축한 후 1시간 이내에 혈액을 채취하기 위해 특수 혈액 채취 장비(예: 자동 혈액 채취 시스템)를 사용하여 자연적인 응고를 방지합니다. 채취 과정에서 항응고제를 동시에 첨가해야 하는데, 일반적으로 사용되는 항응고제는 구연산나트륨(총 혈액량의 0.8%~1.2% 첨가)이고, EDTA는 총 혈액량의 0.3%~0.5% 첨가합니다. 항응고제가 고르게 분포되도록 파이프라인을 통해 혼합물을 교반합니다.
채취한 혈액은 머리카락이나 조직 파편과 같은 기계적 불순물을 제거하여 후속 분리 장비의 막힘을 방지하기 위해 80~100 메쉬 필터를 통과시켜 여과해야 합니다.
2. 저온 임시 보관
항응고 처리된 혈액은 즉시 2~8°C의 저온 저장 탱크로 옮겨 최대 24시간 동안 임시 보관합니다. 이는 미생물 증식과 효소 가수분해 반응을 늦추고 혈장 단백질의 활성을 보존하는 데 도움이 됩니다.
II. 핵심 분리 단계: 혈장과 혈구 분리
혈장과 혈구의 효율적인 분리는 원심력을 이용하여 이루어지며, 이는 공정의 핵심 요소입니다. 일반적으로 사용되는 장비로는 관형 원심분리기 또는 디스크형 원심분리기가 있습니다.
1. 원심분리
저온의 혈액이 원심분리기에 주입됩니다.
관형 원심분리기의 경우 회전 속도는 15,000~20,000rpm이고 원심력은 12,000~15,000G입니다.
디스크 원심분리기의 경우 회전 속도는 6,000~8,000rpm이고 원심력은 3,000~5,000G입니다.
고속 원심분리 시:
밀도가 높은 혈액 세포(적혈구, 백혈구, 혈소판)는 원심분리기의 내벽으로 밀려나 고체층을 형성하고 슬래그 배출구를 통해 배출됩니다.
밀도가 낮은 혈장(알부민, 면역글로불린, 피브리노겐 함유)은 중앙에 남아 오버플로우 포트를 통해 지속적으로 배출되어 다음 처리 단계로 이동합니다.
분리 후 순도 검사가 필요합니다. 혈장 내 혈구 잔류율은 0.5% 이하(육안으로 보이는 붉은 침전물이 없어야 함)여야 하며, 혈구 내 혈장 혼입률은 5% 이하이어야 두 물질 간의 교차 오염이 발생하지 않습니다.
2. 분할 경로 임시 저장소
분리된 혈장은 3~5°C의 멸균 저장 탱크로 옮겨집니다. 혈구의 경우, 혈구와 생리식염수의 비율이 1:1이 되도록 0.9% 생리식염수를 첨가하여 세척합니다. 잔류 혈장을 제거하고 단백질 손실을 줄이기 위해 원심분리(회전 속도: 12,000rpm)를 다시 수행하여 "깨끗한 혈구"를 얻습니다.
III. 플라즈마 처리 하위 공정: 액체 플라즈마에서 완제품까지
혈장은 주로 혈장 단백질 분말로 가공되며, 일부 고급 수요의 경우 면역글로불린을 추가로 정제합니다. 이 과정은 2단계("농축 → 건조") 또는 3단계("정제 → 건조")로 구성됩니다.
1. 기존 공정: 혈장 단백질 분말 생산
(1) 진공 농축
액체 플라즈마를 이중 효과 진공 농축기(진공도: -0.092 MPa ~ -0.095 MPa, 온도: 50~55°C)로 주입한다. 저온 증발법을 이용하여 수분을 제거함으로써 플라즈마의 고형분 함량을 6~8%에서 25~30%로 높이고, 고온으로 인한 단백질 변성(예: 알부민의 변성 온도는 약 60°C)을 방지한다.
농축 과정 중에는 고형분 함량을 실시간으로 모니터링해야 하며(굴절계를 사용), 기준에 부합하면 다음 단계로 진행해야 합니다.
(2) 분무 건조
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)를 통해 플라즈마는 미세한 액적을 형성하고, 이 액적들은 뜨거운 공기와 빠르게 접촉하여 즉시 분말로 건조됩니다.
건조된 혈장 단백질 분말을 실온으로 냉각한 후 100메쉬 필터를 통과시켜 응집물을 제거합니다. 최종 제품은 수분 함량이 5% 이하이고 단백질 함량이 75% 이상(국가 표준 GB/T 25166-2010 준수)이며, 사료 첨가제 또는 식품 단백질 강화제로 사용할 수 있습니다.
2. 고급 공정: 면역글로불린 정제
(1) 염석 침전
액체 혈장에 황산암모늄(농도: 40~45%)을 첨가하고, pH를 4.8~5.2로 조절하여(등전점 침전법) 면역글로불린을 침전시킨다. 2~3시간 방치 후, 원심분리(회전 속도: 8,000rpm)하여 침전물을 수집한다.
(2) 투석 및 담수화
침전물을 0.02 mol/L 인산염 완충액에 용해시킨 후 투석 백(분자량 차단: 10,000 Da)으로 옮겨 완충액에서 24시간 동안 투석하여 잔류 황산암모늄을 제거함으로써 조면역글로불린을 얻는다.
( 3) 동결건조
미가공 생성물을 동결건조기(진공도: ≤ 10 Pa, -40°C에서 4시간 동안 예비 동결 후 25°C로 가열하여 12시간 동안 승화 건조)로 옮깁니다. 이 과정을 통해 고온으로 인한 면역 활성 파괴를 방지할 수 있습니다. 최종 생성물은 90% 이상의 면역글로불린 순도를 가지며 생의학 분야에 사용됩니다.
IV. 혈구 처리 하위 공정: 정제된 혈구에서 완제품까지
혈구는 주로 혈구 분말로 가공되거나 헴 추출에 사용됩니다. 전자는 공정이 간단한 반면, 후자는 부가가치가 더 높습니다.
1. 기존 공정: 혈구 분말 생산
(1) 효소 가수분해 (선택 사항)
혈구 분말의 용해도를 향상시키기 위해 정제된 혈구에 프로테아제(예: 중성 프로테아제, 0.3%-0.5% 첨가)를 첨가한다. 효소 가수분해는 50-55°C, pH 7.0에서 2-3시간 동안 수행하여 거대 분자인 헤모글로빈을 저분자 펩타이드로 분해한다. 효소 가수분해 후, 90°C의 뜨거운 물에 10분 동안 처리하여 효소를 불활성화시킨다.
(2) 분무 건조
효소 가수분해된 혈구(또는 가수분해되지 않은 깨끗한 혈구)를 직접 분무 건조합니다(플라즈마 건조와 동일한 조건: 유입 공기 온도 170-190°C, 배출 공기 온도 75-80°C). 건조된 혈구 분말은 수분 함량이 6% 이하, 단백질 함량이 80% 이상이며 철분 함량이 높습니다(철분 함량 ≥ 20mg/100g). 사료용 철분 보충제 또는 식품 색소 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 조절하면 헤모글로빈이 변성되어 침전됩니다.
(2) 원심분리 수집 및 정제
변성된 헤모글로빈을 원심분리(회전 속도: 10,000 rpm)하여 침전물을 얻습니다. 침전물을 아세톤으로 2~3회 세척하여(침전물 대 아세톤 비율: 1:5) 지방과 불순물을 제거하고 조헴을 얻습니다. 이후 실리카겔 크로마토그래피 컬럼을 이용한 컬럼 크로마토그래피를 통해 순도 95% 이상의 헴 결정을 분리하여 의약품(항빈혈제) 또는 식품 첨가물(천연 색소)에 사용합니다.
V. 주요 관리점
1. 위생 관리
모든 장비(혈액 채취 파이프라인, 원심분리기, 건조탑)는 미생물 오염을 방지하기 위해 121°C의 고압 증기로 30분간 멸균하거나 75% 알코올로 닦아 소독해야 합니다(완제품의 총 세균 수 ≤ 1,000 cfu/g, 대장균 미검출).
2. 온도 조절
저온 처리 공정이 전 과정에 걸쳐 유지됩니다. 혈액 임시 보관은 2~8°C, 농축은 50~55°C, 건조 배출 공기 온도는 85°C 이하로 유지됩니다. 이는 단백질 변성 및 영양소 손실(예: 면역글로불린 활성 유지율 80% 이상)을 방지합니다.
3. 습도 조절
완제품은 건조 후 신속하게 진공 알루미늄 호일 백에 포장하여 혈장 단백질 분말의 수분 함량이 5% 이하, 혈구 분말의 수분 함량이 6% 이하가 되도록 해야 합니다. 이는 수분 흡수 및 응집을 방지하고 유통기한(상온에서 6~12개월)을 연장하는 데 도움이 됩니다.
