информация

Анализ всего процесса от штаммов бактерий до капсул/порошков/напитков

1、 Обзор процесса
Цель: стабильно получать ≥ 1 × 10¹¹ КОЕ/г активного сухого пробиотического порошка или его производных (капсул, таблеток, саше, ферментированных напитков) в системе cGMP/ISO 22000. Вся фабрика по функциям разделена на 6 основных модулей:
① Банк штаммов → ② расширение посевной культуры → ③ основная ферментация → ④ концентрирование после сбора → ⑤ сушка и инкапсуляция → ⑥ формование и упаковка.
Типичная производственная мощность: лиофилизированный бактериальный порошок 500–2000 кг/партия или жидкий ферментированный напиток 5–20 т/партия, с гибким переключением.

2、 Основные этапы процесса и оборудование
1. Реанимация штаммов и культивирование посевной культуры
- Микробиологическая коллекция: пробирка с глицерином при -80 ℃ → размораживание при 2–8 ℃ → колба-шейкер 10 мл → колба-шейкер 100 мл → мешалочный танк 5 л (Sartorius Biostat Aplus или аналог).
- Ключевые параметры: pH 6,2–6,5 (онлайн-подпитка 30% NaOH), температура 37 ℃ (±0,2 ℃), анаэробное покрытие N₂ (избыточное давление 0,05 бар), растворённый кислород < 0,5 ppm.
- Цикл наращивания: 12–16 часов, OD600 = 6–8 часов, затем перенос в танк.

2. Основная ферментация (параллельное соединение 8 × ферментеров по 10 000 л)
- Корпус танка: 316L, электрополировка, Ra ≤ 0,4 мкм, соотношение высоты к диаметру 2,5:1, двухслойная шестилопастная турбина Руштона + частотное регулирование скорости 50–250 об/мин.
- CIP/SIP: чистый пар при 135 ℃ в течение 30 минут; сверху танка установлен стерилизационный дыхательный фильтр из PTFE 0,22 мкм.
- Онлайн-мониторинг: ПО BioPAT MFCS 4 регистрирует pH, температуру, растворённый кислород и пену (пеногаситель 0,1% v/v).
- Показатель сбора бактерий: живые бактерии ≥ 1 × 10⁹ КОЕ/мл, общий период ферментации 18–24 часа.

3. Сбор и концентрирование
- Непрерывное центрифугирование: тарельчатая центрифуга 8000 g, низкотемпературный сбор при 4 ℃, степень извлечения >95%.
-Мембранное концентрирование: для концентрирования бактериальной суспензии в 10–15 раз и замены культуральной среды на криопротектор используется тангенциальная фильтрация (TFF) через полые волокна с размером пор 0,2 мкм (10% обезжиренного молока + 8% трегалозы + 2% аскорбата натрия).

4. Сушка и инкапсуляция
4.1 Лиофильная сушка
-Модель: Dara Lyo LyoBiotic batch freeze dryer, полка 20 м², холодная ловушка -55 ℃, предельный вакуум 0,05 мбар.
-Режим: предварительное замораживание при -40 ℃ в течение 2 часов → основная сушка при -10 ℃/0,1 мбар в течение 12 часов → вторичная сушка при 25 ℃/0,05 мбар в течение 4 часов.
-Содержание влаги в порошке ≤ 3%, а сохранность живых бактерий составляет 80–90%.

4.2 Инкапсуляция в псевдоожиженном слое (опционально)
-Машина для нижнего напыления Wurster, двухслойное покрытие из HPMC/инсектного клея/липидов, повышает устойчивость к желудочной кислоте в 1000 раз.

5. Приготовление и упаковка
-Сухое прямое прессование: ротационный таблеточный пресс 55 кН, масса таблетки 500 мг, твердость 80–100 Н.
-Наполнение капсул: полностью автоматическая капсульная машина NJP-800, дозировка 250–500 мг, отклонение дозировки ±3%.
-Пакетики-стики: порошковая упаковочная машина с четырехсторонней герметизацией, 60 пакетов/мин, заполнение азотом, остаточный кислород <1%.
-Линия ферментированных напитков: UHT 95 ℃/30 с → асептический танк → инокуляция при 30 ℃ → ферментация 4 часа до pH 4,2 → асептический холодный розлив в ПЭТ-бутылки по 125 мл, при этом количество жизнеспособных бактерий ≥ 1 × 10⁸ КОЕ/мл.

3. Системы автоматизации и контроля качества
-Центральная система DCS+MES: отслеживание партий, электронная подпись, аудит-трекинг (21 CFR Part 11).
-Лаборатория ОК:
-Подсчет живых бактерий: анаэробный рабочий бокс, 37 ℃, 48 ч, метод разливного посева;
-Быстрое определение: проточная цитометрия позволяет определить долю живых/мертвых бактерий в течение 15 минут;
-Стабильность: ускоренные испытания при 40 ℃/75% RH в течение 3 месяцев, снижение числа жизнеспособных бактерий <1 log.
-Контроль перекрестного загрязнения: физическая изоляция штаммов бактерий, независимая система кондиционирования, трехступенчатая раздевалка + тамбур.

4. Примеры инженерных коммуникаций и производственных мощностей
-Пар: 1,5 т/ч при 6 бар, генератор чистого пара для SIP;
-Ледяная вода: этиленгликоль -5 ℃, 40 м³/ч, используется для поддержания постоянной температуры в ферментационных танках;
-Сжатый воздух: безмасляный 0,8 МПа, фильтрация со стерилизацией через 0,01 мкм;
-Годовая производственная мощность: 200 тонн лиофилизированного бактериального порошка (или 30 000 тонн ферментированных напитков), коэффициент загрузки оборудования 75%.

V. Заключение
Линия по производству пробиотиков построена на принципах «модульности, гибкости и цифровизации» и может выпускать три категории высокоактивного лиофилизированного порошка для применения человеком, микробные препараты для кормов животных и ферментированные функциональные напитки — всего сотни SKU. Срок окупаемости инвестиций (IRR) составляет около 3,8 года, что создает надежную платформу для выхода на мировой рынок пробиотиков стоимостью в миллиарды долларов.