본문내용
1. 동결건조의 이해
1.1. 동결건조의 개념과 정의
동결건조는 건조의 한 종류로, 액체 상태의 물질을 동결시키고 그 물질의 수증기 압력을 낮춤으로써 얼음이 직접 기체로 승화되는 현상을 이용하는 기술이다. 이 방식을 통해 건조된 제품은 열로 인한 손상을 최소화할 수 있으며 수분 함량이 낮아 장기 보관이 가능하다. 동결건조는 주로 열에 민감한 물질이나 빠른 재수화가 필요한 제품에 사용되며, 가벼운 다공성 구조로 인해 수분 흡수가 쉬운 특징이 있다. 동결건조의 핵심은 낮은 압력 하에서 얼음이 직접 기체로 승화되는 원리를 활용하는 것이다. 이를 통해 제품의 형태와 품질을 잘 유지하면서 장기 보관이 가능하다. 또한 동결건조 제품은 빠른 재수화가 가능하여 즉시 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
1.2. 동결건조의 장단점
동결건조는 열에 민감한 물질의 손상을 최소화하고 비활성화할 수 있다. 또한 수분의 침투가 용이하고 부서지기 쉬운 구조를 가져 정밀하고 깨끗한 충진이 가능하며 빠르고 완전한 재수화가 가능하다. 그러나 동결건조 장비가 다른 건조 방법에 비해 3배 이상 비싸고 2-3배 이상 높은 에너지 비용이 든다. 또한 저온에서 건조가 이루어져 건조 속도가 매우 느리며, 다공성 구조로 인해 지방질의 산화가 일어나기 쉽고 건조 후 부서지기 쉽다는 단점이 있다. 이처럼 동결건조는 열에 민감한 물질의 보존에 효과적이지만 고비용의 단점이 있어 이를 고려해야 한다.
1.3. 동결건조의 주요 용도
동결건조는 열에 민감한 물질의 손상을 최소화하고 비활성화할 수 있다. 또한 수분의 침투가 용이하고 부스러지기 쉬운 구조를 형성하여 정밀하고 깨끗한 충진이 가능하다. 더불어 빠르고 완벽한 재수화가 가능하다. 따라서 불안정하거나 열에 민감한 제품, 초소의 소립자가 필요한 제품, 정밀한 충진이 필요한 제품, 빠르고 완전한 재수화가 필요한 제품, 비싼 제품 등에 주로 활용된다. 특히 의약품과 백신, 식품 및 농산물, 기능성 화장품 등의 분야에서 많이 활용되고 있다.
2. 동결건조의 발달과 역사
2.1. 동결건조의 초기 발견과 활용
동결건조는 때때로 물질들이 매우 건조한 대기에서 얼려진 상태로 유지된다면 자연에서도 획득될 수 있다. 그러나 만약 멸균 환경이 각별히 필요할 경우에는 건조한 공기를 계속적으로 공급하기는 어렵다. 실제로 진공 하에서 process를 진행하여 증기의 부분압을 낮추는 것이 편리하다.
동결건조는 1909년 단백질을 보호하는 방법으로 처음 보고되었다. 얼려진 샘플들로부터 승화하는 수증기의 흡수를 위해 화학적인 건조제를 이용하였으나 후에 기계적인 Ice trap이 값비싼 건조제 대신 사용되었다. 이러한 동결 건조 공정은 2차 세계대전동안 혈액의 혈장을 보호하기 위해 처음 산업적으로 이용되었다. 그 후에 1970년대 세계적으로 천연두 박멸을 위한 캠페인에 힘입어 가장 널리 알려진 계기가 되었다. 많은 백신들은 작은 원심분리기 형태의 동결건조기에서 건조되었다.
2.2. 동결건조 기술의 발전
동결건조는 1909년 단백질을 보호하는 방법으로 처음 보고되었다. 얼려진 샘플들로부터 승화하는 수증기의 흡수를 위해 화학적인 건조제를 이용하였으나 후에 기계적인 Ice trap이 값비싼 건조제 대신 사용되었다. 이러한 동결 건조 공정은 2차 세계대전 동안 혈액의 혈장을 보호하기 위해 처음 산업적으로 이용되었고, 1940년 처음 대규모 설비가 소개되었다. 그 후에 1970년대 세계적으로 천연두 박멸을 위한 캠페인에 힘입어 가장 널리 알려진 계기가 되었으며, 많은 백신들이 작은 원심분리기 형태의 동결건조기에서 건조되었다. 1970년에서 1980년 사이에 동결건조의 공정은 완성되어 보다 넓고 다양한 생산물들 즉 진단시약, 호르몬, 간 추출물, 비타민, 항생제들과 혈액 등에 적용되어졌다. 1980년대 새로운 항생제, 항암제, 그리고 r-DNA 발효 생산물을 위한 대규모 설비의 사용은 정교한 조절시스템과 자동화된 제품 취급에 대한 필요를 불러 일으켰으며, 항암제들의 일부는 극도의 독성으로 인해 작동자의 안전성을 저해할 우려가 있어 정교한 자동 정화 시스템이 개발되었다. 시스템에서는 GMP를 위한 제규정에 벗어나지 않는 장비로 개선되어 1990년대 생산 공정의 Validation은 동결 건조기까지 포함되어 확장되었다.
2.3. 동결건조의 산업적 응용
동결건조 기술은 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다. 특히 의약품과 백신, 식품 및 농산물, 기능성 화장품 등의 제조 공정에서...
