Protein Solution Viscosity Control in Ultrafiltration

Valgulahuste viskoossuse kontrollimine on ülioluline biofarmatseutilise tootmise ultrafiltreerimise kontsentreerimisprotsesside optimeerimiseks. Valgulahuste suurenenud viskoossus – eriti kõrge valgukontsentratsiooni korral – mõjutab otseselt membraani jõudlust, protsessi efektiivsust ja ultrafiltreerimise valgukontsentratsiooni rakenduste ökonoomsust. Lahuse viskoossus suureneb koos valgusisaldusega antikehade klastrite moodustumise ja elektrostaatiliste interaktsioonide tõttu, mis suurendavad voolutakistust ja rõhulangust ultrafiltreerimismembraanil. Selle tulemuseks on väiksem permeaadi voog ja pikem tööaeg, eriti ristvoolufiltreerimise (TFF) protsessides.

Transmembraanne rõhk (TMP), mis on ultrafiltratsiooni liikumapanev jõud, on tihedalt seotud viskoossusega. Tavapärasest transmembraansest rõhuvahemikust väljaspool töötamine kiirendab membraani saastumist ja süvendab kontsentratsiooni polarisatsiooni – valkude kogunemist membraani lähedale, mis pidevalt suurendab lokaalset viskoossust. Nii kontsentratsiooni polarisatsioon kui ka membraani saastumine põhjustavad ultrafiltratsioonimembraani jõudluse halvenemist ja võivad kontrollimata jätmise korral lühendada membraani eluiga. Eksperimentaalsed uuringud näitavad, et membraani saastumine ja kontsentratsiooni polarisatsioon ultrafiltratsioonil on märgatavamad kõrgemate TMP väärtuste ja viskoossemate söötmete korral, mistõttu on TMP reaalajas juhtimine hädavajalik läbilaskevõime maksimeerimiseks ja puhastamise sageduse minimeerimiseks.

Ultrafiltreerimise kontsentratsiooni optimeerimine nõuab integreeritud strateegiaid:

Valgulahuse viskoossuse mõõtmineRegulaarsed viskoossuse hindamised – kasutadesrea viskosimeetrid—aitavad ennustada filtreerimiskiirusi ja ennetada protsessi kitsaskohti, toetades kiireid protsesside muudatusi.
Sööda konditsioneeriminepH, ioontugevuse ja temperatuuri reguleerimine võib vähendada viskoossust ja saastumist. Näiteks naatriumioonide lisamine suurendab valkude vahelist hüdratsioonitõmbumist, vähendades agregatsiooni ja saastumist, samas kui kaltsiumiioonid soodustavad valkude sildumist ja saastumist.
Abiainete kasutamineViskoossust vähendavate abiainete lisamine ülimalt kontsentreeritud valgulahustesse parandab membraani läbilaskvust ja vähendab transmembraanset rõhku ultrafiltreerimisel, suurendades üldist efektiivsust.
Täiustatud voolurežiimidRistvoolukiiruse suurendamine, vahelduva ristvoolu kasutamine või õhujoa sissepritse lõhub saastavaid kihte. Need meetodid aitavad säilitada permeaadi voogu ja vähendada membraanide vahetamise sagedust, minimeerides ladestuste teket.
Membraanide valik ja puhastamineKeemiliselt vastupidavate membraanide (nt SiC või termosalientsed hübriidid) valimine ja membraanide puhastamise sageduse optimeerimine sobivate protokollidega (nt naatriumhüpokloriti puhastamine) on membraanide eluea pikendamiseks ja tegevuskulude vähendamiseks üliolulised.

Üldiselt on efektiivne viskoossuse kontroll ja TMP haldamine eduka ultrafiltreerimise kontsentreerimisfaasi toimimise nurgakiviks, mõjutades otseselt toote saagist, membraanide puhastamise sagedust ja kallite membraaniseadmete pikaealisust.

Valgulahuse viskoossuse mõistmine ultrafiltreerimisel

1.1. Milline on valgulahuste viskoossus?

Viskoossus kirjeldab vedeliku voolavustakistust; valgulahustes näitab see, kui palju molekulaarne hõõrdumine liikumist takistab. Viskoossuse SI-ühik on paskal-sekund (Pa·s), kuid bioloogiliste vedelike puhul kasutatakse tavaliselt sentipoise (cP). Viskoossus mõjutab otseselt seda, kui kergesti saab valgulahuseid tootmise ajal pumbata või filtreerida, ning mõjutab ravimite kohaletoimetamist, eriti suure kontsentratsiooniga bioterapeutikumide puhul.

Valgu kontsentratsioon on domineeriv viskoossust mõjutav tegur. Valgu taseme tõustes suurenevad molekulidevahelised interaktsioonid ja kitsenemine, mis põhjustab viskoossuse suurenemist, sageli mittelineaarselt. Teatud lävendi ületamisel pärsivad valgudevahelised interaktsioonid lahuses difusiooni veelgi. Näiteks farmaatsiatoodetes kasutatavad kontsentreeritud monoklonaalsete antikehade lahused saavutavad sageli viskoossuse taseme, mis raskendab subkutaanset süstimist või piirab töötlemiskiirust.

Kontsentreeritud valgulahuste viskoossust ennustavad mudelid hõlmavad nüüd molekulaarset geomeetriat ja agregatsioonikalduvusi. Valgu morfoloogia – olgu see siis piklik, kerajas või agregatsioonile kalduv – mõjutab oluliselt viskoossust suurtes kontsentratsioonides. Hiljutised edusammud mikrofluidika hindamises võimaldavad täpset viskoossuse mõõtmist minimaalsete proovimahtude korral, hõlbustades uute valgupreparaatide kiiret skriinimist.

1.2. Kuidas viskoossus ultrafiltreerimise ajal muutub

Ultrafiltreerimise ajal akumuleerib kontsentratsiooni polarisatsioon kiiresti valke membraani ja lahuse piirpinnale. See tekitab järske lokaalseid kontsentratsioonigradiendid ja suurendab viskoossust membraani lähedal. Suurem viskoossus selles piirkonnas takistab massiülekannet ja vähendab permeaadi voogu.

Kontsentratsiooni polarisatsioon erineb membraani saastumisest. Polarisatsioon on dünaamiline ja pöörduv, toimudes minutite jooksul filtreerimise edenedes. Võrdluseks, saastumine tekib aja jooksul ja hõlmab sageli pöördumatut sadestumist või keemilist muundumist membraani pinnal. Täpne diagnostika võimaldab kontsentratsiooni polarisatsioonikihi reaalajas jälgimist, paljastades selle tundlikkuse ristvoolukiiruse ja transmembraanse rõhu suhtes. Näiteks kiiruse suurendamine või transmembraanse rõhu (TMP) vähendamine aitab viskoosset piirkihti häirida, taastades voolu.

Tööparameetrid mõjutavad otseselt viskoossuse käitumist:

Transmembraanne rõhk (TMP)Kõrgem TMP intensiivistab polarisatsiooni, suurendades lokaalset viskoossust ja vähendades voogu.
Ristvoolu kiirusSuurem kiirus piirab akumuleerumist, vähendades viskoossust membraani lähedal.
Membraanide puhastamise sagedusSagedane puhastamine vähendab pikaajalist kogunemist ja leevendab viskoossusest tingitud jõudluse kadu.

Ultrafiltreerimise kontsentreerimisfaasid peavad neid parameetreid optimeerima, et minimeerida kahjulikke viskoossuse mõjusid ja säilitada läbilaskevõime.

1.3. Valgulahuse omadused, mis mõjutavad viskoossust

Molekulaarmassjakompositsioonmääravad peamiselt viskoossuse. Suuremad ja keerukamad valgud või agregaadid annavad takistatud liikumise ja tugevamate molekulidevaheliste jõudude tõttu suurema viskoossuse. Valkude kuju moduleerib voolu veelgi – piklikud või agregatsioonile kalduvad ahelad põhjustavad suuremat takistust kui kompaktsed globulaarsed valgud.

pHmõjutab kriitiliselt valgu laengut ja lahustuvust. Lahuse pH reguleerimine valgu isoelektrilise punkti lähedale minimeerib netolaengu, vähendab valgu-valgu tõukumist ja alandab ajutiselt viskoossust, hõlbustades filtreerimist. Näiteks ultrafiltreerimise teostamine BSA või IgG isoelektrilise punkti lähedal võib märkimisväärselt suurendada permeaadi voogu ja eraldamise selektiivsust.

Ioontugevusmõjutab viskoossust, muutes valkude ümber olevat elektrilist kaksikkihti. Suurem ioontugevus varjab elektrostaatilisi interaktsioone, soodustades valkude ülekannet läbi membraanide, aga suurendades ka agregatsiooni ja vastavate viskoossuse hüpete riski. Ülekande efektiivsuse ja selektiivsuse vaheline kompromiss sõltub sageli soola kontsentratsioonide ja puhvri koostise peenhäälestamisest.

Viskoossuse vähendamiseks saab kasutada väikesemolekulaarseid lisandeid, näiteks arginiinvesinikkloriidi või guanidiini. Need ained häirivad hüdrofoobseid või elektrostaatilisi külgetõmbeid, vähendavad agregatsiooni ja parandavad lahuse voolavusomadusi. Temperatuur toimib täiendava kontrollmuutujana; madalamad temperatuurid suurendavad viskoossust, samas kui täiendav kuumutamine sageli vähendab seda.

Valgulahuse viskoossuse mõõtmisel tuleks arvestada:

Molekulaarmassi jaotused
Lahuse koostis (soolad, abiained, lisandid)
pH ja puhversüsteemi valik
Ioontugevuse seadistus

Need tegurid on kriitilise tähtsusega ultrafiltratsioonimembraani jõudluse optimeerimiseks ja järjepidevuse tagamiseks kontsentreerimisfaaside ja TFF-protsesside vahel.

Ultrafiltreerimise valgu kontsentreerimise alused

Ultrafiltratsiooni kontsentreerimisfaasi põhimõtted

Ultrafiltreerimise teel valgu kontsentreerimine toimib transmembraanse rõhu (TMP) rakendamise teel poolläbilaskvale membraanile, mis juhib lahusti ja väikesed lahustunud ained läbi, hoides samal ajal kinni valgud ja suuremad molekulid. Protsess kasutab molekulmassi suurusel põhinevat selektiivset permeatsiooni, kusjuures membraani molekulmassi piirväärtus (MWCO) määrab läbilaskvate molekulide maksimaalse suuruse. MWCO-d ületavad valgud kogunevad retentaadi poolele, suurendades nende kontsentratsiooni permeaadi eemaldamisel.

Ultrafiltreerimise kontsentreerimisfaasi eesmärk on valgulahuse mahu vähendamine ja rikastamine. Filtreerimise edenedes valgulahuse viskoossus tavaliselt tõuseb, mõjutades voolu ja TMP nõudeid. Peitunud valgud võivad omavahel ja membraaniga suhelda, muutes reaalse protsessi keerulisemaks kui lihtne suuruseraldusmeetod. Elektrostaatilised interaktsioonid, valkude agregatsioon ja lahuse omadused, nagu pH ja ioontugevus, mõjutavad peetumis- ja eraldustulemusi. Mõnel juhul domineerib advektiivne transport difusiooni üle, eriti suuremate pooridega membraanide puhul, mis raskendab ainult MWCO valikul põhinevaid ootusi [vt uuringu kokkuvõtet].

Ristvoolu filtreerimise (TFF) selgitus

Ristvoolufiltreerimine, mida nimetatakse ka tangentsiaalvoolufiltreerimiseks (TFF), suunab valgulahuse membraani pinnale tangentsiaalselt. See lähenemisviis erineb tupikfiltreerimisest, kus vool on membraaniga risti, lükates osakesed otse filtrile ja filtrisse.

Peamised erinevused ja mõjud:

Saastumiskontroll:TFF vähendab valgu- ja osakeste kihtide kogunemist ehk koogi moodustumist, pühkides pidevalt membraanilt potentsiaalseid saasteaineid eemale. Selle tulemuseks on stabiilsem permeaadi voog ja lihtsam hooldus.
Valkude säilitamine:TFF toetab kontsentratsiooni polarisatsiooni – membraani lähedale kinnipeetud molekulide kihi – paremat haldamist, mis kontrollimatul juhul võib vähendada eraldumise selektiivsust ja suurendada saastumist. Dünaamiline vool TFF-is leevendab seda mõju, aidates säilitada kõrget valgupeetust ja eraldumise efektiivsust.
Voo stabiilsus:TFF võimaldab pikemaid tööperioode ühtlase voolu juures, suurendades efektiivsust protsessides, kus kasutatakse kõrge valgusisaldusega või osakesterikkaid söötmeid. Seevastu tupikfiltreerimine takistab kiiresti saastumist, vähendab läbilaskevõimet ja nõuab sagedast puhastamist.

Täiustatud TFF-i variandid, näiteks vahelduv tangentsiaalne vool (ATF), häirivad saastumist ja koogi moodustumist veelgi, muutes perioodiliselt tangentsiaalseid kiirusi, pikendades filtri eluiga ja parandades valgu läbilaskevõimet [vt uuringu kokkuvõtet]. Nii klassikalistes kui ka täiustatud TFF-i seadistustes tuleb tööseadistusi – näiteks TMP, ristvoolukiirus ja puhastussagedus – kohandada konkreetse valgusüsteemi, membraanitüübi ja sihtkontsentratsiooniga, et optimeerida jõudlust ja minimeerida saastumist.

Transmembraanne rõhk (TMP) ultrafiltratsioonis

3.1. Mis on transmembraanne rõhk?

Transmembraanne rõhk (TMP) on rõhuerinevus filtreerimismembraanil, mis suunab lahusti söötmispoolelt permeaadi poolele. TMP on ultrafiltreerimisel eraldusprotsessi peamine jõud, mis võimaldab lahustil läbida membraani, hoides samal ajal kinni valke ja teisi makromolekule.

TMP valem:

Lihtne erinevus: TMP = P_feed − P_permeate
Inseneri meetod: TMP = [(P_feed + P_retentate)/2] − P_permeate
Siin on P_feed sisselaskerõhk, P_retentate on retentaadi poole väljundrõhk ja P_permeate on permeaadi poole rõhk. Retentaadi (või kontsentraadi) rõhu lisamine annab membraani pinnal täpsema väärtuse, võttes arvesse voolutakistuse ja saastumise põhjustatud rõhugradiente.
Söötmisrõhk ja voolukiirus
Retentaadi rõhk (vajadusel)
Permeaadirõhk (sageli atmosfäärirõhk)
Membraani takistus
TMP varieerub membraanitüübi, süsteemi konstruktsiooni ja protsessitingimuste lõikes.

Muutujate juhtimine:

3.2. TMP ja ultrafiltratsiooniprotsess

TMP-l on ultrafiltreerimisel valgu kontsentreerimisel keskne roll, juhtides valgulahuseid läbi membraani. Rõhk peab olema piisavalt kõrge, et ületada membraani ja kogunenud materjali takistus, kuid mitte nii kõrge, et see kiirendaks saastumist.

Lahuse viskoossuse ja valgu kontsentratsiooni mõju

Valgulahuste viskoossus:Suurem viskoossus suurendab voolutakistust, mis nõuab sama permeaadivoo säilitamiseks kõrgemat temperatuuri (TMP). Näiteks glütserooli lisamine söödale või kontsentreeritud valkudega töötamine suurendab viskoossust ja seega ka vajalikku töötemperatuuri (TMP).
Valgu kontsentratsioon:Kontsentratsiooni suurenedes ultrafiltreerimise kontsentreerimisfaasis tõuseb lahuse viskoossus, TMP suureneb ja membraani saastumise või kontsentratsiooni polariseerumise oht kasvab.
Darcy seadus:TMP, permeaadi voog (J) ja viskoossus (μ) on omavahel seotud valemiga TMP = J × μ × R_m (membraani takistus). Suure viskoossusega valgulahuste puhul on TMP hoolikas reguleerimine tõhusa ultrafiltreerimise jaoks ülioluline.

Näited:

Tihedate antikehade lahuste ultrafiltreerimine nõuab TMP hoolikat haldamist, et neutraliseerida viskoossuse tõusu.
PEGüleerimine või muud valgu modifikatsioonid muudavad interaktsiooni membraaniga, mõjutades soovitud voolu jaoks vajalikku TMP-d.

3.3. Temperatuurilise planeerimise (TMP) jälgimine ja optimeerimine

TMP säilitamine piiresnormaalne transmembraanne rõhuvahemikon ülioluline ultrafiltratsioonimembraani stabiilse jõudluse ja toote kvaliteedi jaoks. Aja jooksul, kui ultrafiltratsioon edeneb, võivad kontsentratsiooni polariseerumine ja saastumine põhjustada TMP tõusu, mõnikord kiiresti.

Jälgimistavad:

Reaalajas jälgimine:TMP-d jälgitakse sisselaskeava, retentaadi ja permeaadi kaudurõhuandurid.
Ramani spektroskoopia:Kasutatakse valgu ja abiainete kontsentratsioonide mitteinvasiivseks jälgimiseks, hõlbustades adaptiivset TMP kontrolli ultrafiltratsiooni ja diafiltratsiooni ajal.
Täiustatud juhtimine:Laiendatud Kalmani filtrid (EKF) suudavad töödelda andurite andmeid, reguleerides automaatselt temperatuuri tõusu (TMP), et vältida liigset saastumist.
Seadke esialgne TMP normi piiresse:Mitte liiga madal, et vähendada voogu, ja mitte liiga kõrge, et vältida kiiret saastumist.
Reguleerige TMP-d viskoossuse suurenedes:Ultrafiltreerimise kontsentreerimisfaasi ajal tõstke TMP-d järk-järgult ainult vastavalt vajadusele.
Kontrollige söötmevoogu ja pH-d:Söötmisvoo suurendamine või TMP vähendamine leevendab kontsentratsiooni polariseerumist ja saastumist.
Membraanide puhastamine ja vahetamine:Kõrgemad TMP-d on seotud sagedasema puhastamise ja membraani lühema elueaga.

Optimeerimisstrateegiad:

Näited:

Valgu töötlemisliinide korrosioonist tingitud saastumine suurendab TMP-d ja vähendab voolu, mistõttu on normaalse töö taastamiseks vaja membraani puhastada või välja vahetada.
Ensümaatiline eeltöötlus (nt pektinaasi lisamine) võib alandada TMP-d ja pikendada membraani eluiga kõrge viskoossusega rapsivalgu ultrafiltreerimise ajal.

3.4. TMP TFF-süsteemides

Tangentsiaalse (põiki) voolu filtreerimise (TFF) puhul suunatakse toitelahus üle membraani, mitte otse läbi selle, mõjutades oluliselt TMP dünaamikat.

TMP reguleerimine ja tasakaal

TFF transmembraanne rõhk (TFF TMP):Seda juhitakse nii söötmisvoolukiiruse kui ka pumba rõhu reguleerimise teel, et vältida liigset TMP-d ja maksimeerida permeaadi voogu.
Optimeerivad parameetrid:Suurenev söötmisvool vähendab valkude lokaalset sadestumist, stabiliseerib TMP-d ja vähendab membraanide saastumist.
Arvutuslik modelleerimine:CFD-mudelid ennustavad ja optimeerivad TFF TMP-d maksimaalse toote saagise, puhtuse ja saagise saavutamiseks – see on eriti oluline selliste protsesside puhul nagu mRNA või rakuvälise vesiikulite eraldamine.

Näited:

Bioprotsessis annab optimaalne TFF TMP >70% mRNA taastumise ilma lagunemiseta, edestades ultratsentrifuugimismeetodeid.
Matemaatilistel mudelitel ja andurite tagasisidel põhinev adaptiivne TMP-juhtimine vähendab membraanide vahetamise sagedust ja pikendab membraanide eluiga saastumise vähendamise kaudu.

Peamised järeldused:

TMP transmembraanset rõhku tuleb TFF-is aktiivselt hallata, et säilitada protsessi efektiivsust, voolu ja membraani tervist.
Süstemaatiline TMP optimeerimine vähendab tegevuskulusid, toetab kõrge puhtusastmega toote saamist ja pikendab membraanide eluiga valgu ultrafiltreerimisel ja sellega seotud protsessides.

Jälgige ja mõõtke kõrgeid valgukontsentratsioone

Saastumismehhanismid ja nende seos viskoossusega

Peamised saastumisrajad valgu ultrafiltreerimisel

Valgu ultrafiltratsiooni mõjutavad mitmed erinevad saastumisrajad:

Korrosioonist tingitud saastumine:Tekib siis, kui membraanipindadele kogunevad korrosiooniproduktid – tavaliselt raudoksiidid. Need vähendavad voolu ja neid on tavaliste keemiliste puhastusvahenditega raske eemaldada. Korrosioonist tingitud saastumine põhjustab membraani jõudluse püsivat langust ja suurendab membraanide vahetamise sagedust aja jooksul. Selle mõju on eriti tugev PVDF- ja PES-membraanide puhul, mida kasutatakse veetöötluses ja valgurakendustes.

Orgaaniline saastumine:Peamiselt indutseeritud valkude, näiteks veise seerumi albumiini (BSA), poolt ja võib intensiivistuda teiste orgaaniliste ainete, näiteks polüsahhariidide (nt naatriumalginaat) juuresolekul. Mehhanismide hulka kuuluvad adsorptsioon membraanipooridele, pooride ummistumine ja koogikihi moodustumine. Sünergistlikud efektid tekivad mitme orgaanilise komponendi olemasolul, kusjuures segatud saastumissüsteemides esineb tugevam saastumine kui ühe valguga söötades.

Kontsentratsiooni polarisatsioon:Ultrafiltratsiooni edenedes kogunevad peetunud valgud membraani pinna lähedale, suurendades lokaalset kontsentratsiooni ja viskoossust. See loob polarisatsioonikihi, mis suurendab saastumise kalduvust ja vähendab voolu. Protsess kiireneb ultrafiltratsiooni kontsentreerimisfaasi edenedes, mida otseselt mõjutavad transmembraanne rõhk ja vooludünaamika.

Kolloidne ja segatud saasteaine saastumine:Kolloidne aine (nt ränidioksiid, anorgaanilised mineraalid) võib valkudega interakteeruda, moodustades keerulisi agregaatkihte, mis süvendavad membraanide saastumist. Näiteks kolloidse ränidioksiidi olemasolu vähendab märkimisväärselt voolukiirust, eriti kui see on kombineeritud orgaanilise ainega või optimaalsest madalama pH korral.

Lahuse viskoossuse mõju saastumise tekkele

Valgulahuste viskoossus mõjutab tugevalt saastumiskineetikat ja membraani tihenemist:

Kiirendatud saastumine:Valgulahuse suurem viskoossus suurendab vastupidavust lahustunud ainete tagasitranspordile, soodustades kiiremat koogikihi moodustumist. See suurendab transmembraanset rõhku (TMP), kiirendades membraani tihenemist ja saastumist.

Lahuse koostise mõjud:Valgu tüüp muudab viskoossust; globulaarsed valgud (nt BSA) ja pikendatud valgud käituvad voolavuse ja polarisatsiooni osas erinevalt. Selliste ühendite nagu polüsahhariidide või glütserooli lisamine suurendab oluliselt viskoossust, soodustades saastumist. Lisandid ja valkude agregatsioon suurtes kontsentratsioonides suurendavad veelgi membraanide ummistumise kiirust, vähendades otseselt nii voolavust kui ka membraanide eluiga.

Operatiivsed tagajärjed:Suurem viskoossus nõuab ristvoolu filtreerimisprotsessides filtreerimiskiiruse säilitamiseks suuremat TMP-d. Pikaajaline kokkupuude kõrge TMP-ga soodustab pöördumatut saastumist, mis sageli nõuab sagedasemat membraanide puhastamist või varasemat membraanide vahetamist.

Sööda omaduste roll

Sööda omadused – nimelt valgu omadused ja vee keemiline koostis – määravad saastumise raskusastme:

Valgu suurus ja jaotus:Suurematel või agregeerunud valkudel on suurem kalduvus põhjustada pooride ummistumist ja koogi teket, mis suurendab viskoossust ja tihenemise kalduvust ultrafiltreerimise teel valgu kontsentreerimise ajal.

pH:Kõrgenenud pH suurendab elektrostaatilist tõukumist, takistades valkude agregatsiooni membraani lähedal ja vähendades seeläbi saastumist. Seevastu happeline keskkond vähendab tõukumist, eriti kolloidse ränidioksiidi puhul, süvendades membraani saastumist ja vähendades voolukiirust.

Temperatuur:Madalamad protsessitemperatuurid vähendavad üldiselt kineetilist energiat, mis võib aeglustada saastumise kiirust, aga suurendada ka lahuse viskoossust. Kõrged temperatuurid kiirendavad saastumist, aga võivad ka parandada puhastamise efektiivsust.

Kolloidne/anorgaaniline aine:Kolloidse ränidioksiidi või metallide olemasolu süvendab saastumist, eriti happelistes tingimustes. Ränidioksiidi osakesed suurendavad lahuse koguviskoossust ja ummistavad füüsiliselt poorid, muutes ultrafiltreerimise kontsentreerimise vähem efektiivseks ning vähendades membraani eluiga ja jõudlust.

Ioonne koostis:Teatud ioonsete liikide (Na⁺, Zn²⁺, K⁺) lisamine võib saastumist vähendada, muutes valkude ja membraanide vahelisi elektrostaatilisi ja hüdratsioonijõude. Siiski soodustavad sellised ioonid nagu Ca²⁺ sageli agregatsiooni ja suurendavad saastumise potentsiaali.

Näited:

Ristvoolufiltreerimise ajal väheneb suure molekulmassiga valkude ja kõrge viskoossusega söötme voog kiiresti, mis suurendab puhastamise ja asendamise vajadust.
Kui toitevesi sisaldab kolloidset ränidioksiidi ja on hapustatud, intensiivistub ränidioksiidi agregatsioon ja sadestumine, suurendades oluliselt saastumise määra ja vähendades membraani jõudlust.

Kokkuvõttes on lahuse viskoossuse, saastumistüüpide ja söötmisomaduste vahelise koosmõju mõistmine oluline ultrafiltreerimise kontsentratsiooni optimeerimiseks, membraani saastumise vähendamiseks ja membraani eluea maksimeerimiseks.

Kontsentratsiooni polarisatsioon ja selle juhtimine

Mis on kontsentratsiooni polarisatsioon?

Kontsentratsioonipolarisatsioon on kinnipeetud lahustunud aine (näiteks valkude) lokaliseeritud akumuleerumine membraani/lahuse piirpinnal ultrafiltreerimise ajal. Valgulahuste kontekstis, kui vedelik voolab vastu poolläbilaskvat membraani, kipuvad membraani poolt tagasilükatud valgud kuhjuma õhukesesse piirkihti pinna lähedale. See kogunemine põhjustab järsu kontsentratsioonigradiendi: kõrge valgukontsentratsioon otse membraani juures, palju madalam põhilahuses. See nähtus on pöörduv ja seda juhivad hüdrodünaamilised jõud. See erineb membraani saastumisest, mis hõlmab püsivamat sadestumist või adsorptsiooni membraani sees või pinnal.

Kuidas kontsentratsiooni polarisatsioon süvendab viskoossust ja saastumist

Membraani pinnal moodustab valkude pidev akumuleerumine piirkihi, mis suurendab lokaalset lahustunud aine kontsentratsiooni. Sellel on kaks olulist mõju:

Viskoossuse lokaliseeritud suurenemine:Kui valgu kontsentratsioon membraani lähedal tõuseb, suureneb ka valgulahuse viskoossus selles mikropiirkonnas. Suurenenud viskoossus takistab lahustunud aine tagasitransporti membraanist eemale, järsemaks muutes kontsentratsioonigradienti veelgi ja luues tagasisideahela, mis suurendab voolutakistust. Selle tulemuseks on permeaadi voolu vähenemine ja jätkuva filtreerimise suurem energiavajadus.

Membraanide saastumise hõlbustamine:Membraani lähedal olev kõrge valgukontsentratsioon suurendab valkude agregatsiooni ja mõnes süsteemis geelikihi moodustumise tõenäosust. See kiht ummistab membraanipoore ja võimendab veelgi voolutakistust. Sellised tingimused on küpsed pöördumatu saastumise tekkeks, kus valguagregaadid ja lisandid seonduvad füüsikaliselt või keemiliselt membraanimaatriksiga.

Eksperimentaalne pildistamine (nt elektronmikroskoopia) kinnitab nanosuuruses valguklastrite kiiret aglomeratsiooni membraanil, mis võivad kasvada märkimisväärseteks ladestusteks, kui töötingimusi ei hallata piisavalt.

Kontsentratsiooni polariseerumise minimeerimise strateegiad

Kontsentratsiooni polarisatsiooni haldamine ultrafiltratsiooni valgu kontsentreerimisel või põikivoolu filtreerimisel nõuab kahte lähenemisviisi: hüdrodünaamika reguleerimist ja tööparameetrite häälestamist.

Ristvoolu kiiruse optimeerimine:
Ristvoolukiiruse suurendamine suurendab tangentsiaalset voolu üle membraani, soodustades nihkejõudu ja õhendades kontsentratsiooni piirkihti. Jõulisem nihkejõud eemaldab membraani pinnalt akumuleerunud valgud, vähendades nii polarisatsiooni kui ka saastumise ohtu. Näiteks staatiliste segistite kasutamine või gaasipritsimine lõhustab lahustunud aine kihti, parandades oluliselt permeaadi voogu ja efektiivsust põikivoolu filtreerimisprotsessis.

Tööparameetrite muutmine:

Transmembraanne rõhk (TMP):TMP on rõhuerinevus membraanil ja ultrafiltreerimise liikumapanev jõud. TMP kõrgemale tõstmine filtreerimise kiirendamiseks võib aga anda tagasilöögi, intensiivistades kontsentratsiooni polarisatsiooni. Normaalse transmembraanse rõhuvahemiku järgimine – mitte ületades valgu ultrafiltreerimiseks seatud piire – aitab vältida liigset lahustunud aine kogunemist ja sellega seotud lokaalse viskoossuse suurenemist.

Nihkekiirus:Nihkekiirus, mis sõltub ristvoolu kiirusest ja kanali konstruktsioonist, mängib lahustunud aine transpordi dünaamikas keskset rolli. Suur nihkekiirus hoiab polarisatsioonikihi õhukese ja liikuva, võimaldades membraani lähedal asuva lahustunud ainega vaese piirkonna sagedast uuenemist. Nihkekiiruse suurendamine vähendab valkude akumuleerumisaega ja minimeerib viskoossuse tõusu liidesel.

Söötme omadused:Sissetuleva valgulahuse omaduste reguleerimine – näiteks valgulahuse viskoossuse vähendamine, agregaatide sisalduse vähendamine või pH ja ioontugevuse kontrollimine – aitab vähendada kontsentratsiooni polarisatsiooni ulatust ja mõju. Sööda eeltöötlus ja koostise muutused võivad parandada ultrafiltratsioonimembraani jõudlust ja pikendada membraani eluiga, vähendades membraani puhastamise sagedust.

Rakendusnäide:
Tehas, mis kasutab monoklonaalsete antikehade kontsentreerimiseks tangentsiaalvoolufiltratsiooni (TFF), rakendab hoolikalt optimeeritud ristvoolukiirusi ja hoiab TMP-d rangelt piiratud vahemikus. Nii minimeerivad operaatorid kontsentratsiooni polarisatsiooni ja membraanide saastumist, vähendades nii membraanide vahetamise sagedust kui ka puhastustsükleid – vähendades otseselt tegevuskulusid ja parandades toote saagist.

Nende muutujate asjakohane reguleerimine ja jälgimine – sealhulgas valgu lahuse viskoossuse mõõtmine reaalajas – on ülioluline ultrafiltreerimise kontsentratsiooni jõudluse optimeerimiseks ja valgu töötlemisel kontsentratsiooni polarisatsiooniga seotud kahjulike mõjude leevendamiseks.

Ultrafiltratsiooni optimeerimine suure viskoossusega valgulahuste jaoks

6.1. Parimad tegevustavad

Optimaalse ultrafiltreerimise jõudluse säilitamine kõrge viskoossusega valgulahustega nõuab õrna tasakaalu transmembraanse rõhu (TMP), valgu kontsentratsiooni ja lahuse viskoossuse vahel. TMP – rõhu erinevus membraanil – mõjutab otseselt ultrafiltreerimise valgu kontsentratsiooni kiirust ja membraani saastumise astet. Viskoossete lahuste, näiteks monoklonaalsete antikehade või kõrge kontsentratsiooniga seerumivalkude töötlemisel võib TMP liigne suurenemine esialgu suurendada voolu, kuid see kiirendab kiiresti ka saastumist ja valgu kogunemist membraani pinnale. See viib kahjustatud ja ebastabiilse filtreerimisprotsessini, mida kinnitavad pildiuuringud, mis näitavad tihedate valgukihtide moodustumist kõrgendatud TMP ja valgu kontsentratsioonide korral üle 200 mg/ml.

Optimaalne lähenemisviis hõlmab süsteemi käitamist kriitilise TMP lähedal, kuid mitte üle selle. Sel hetkel on tootlikkus maksimaalne, kuid pöördumatu saastumise oht jääb minimaalseks. Väga kõrge viskoossuse korral soovitavad hiljutised uuringud TMP vähendamist ja samaaegset söötmisvoolu suurendamist (ristvoolu filtreerimine), et aidata leevendada kontsentratsiooni polarisatsiooni ja valgu sadestumist. Näiteks Fc-fusioonvalgu kontsentratsiooni uuringud näitavad, et madalamad TMP sätted aitavad säilitada stabiilset voogu, vähendades samal ajal toote kadu.

Valgu kontsentratsiooni järkjärguline ja metoodiline suurendamine ultrafiltreerimise ajal on ülioluline. Järsud kontsentreerimisetapid võivad lahuse liiga kiiresti kõrge viskoossusega režiimi sundida, suurendades nii agregatsiooniriski kui ka saastumise raskust. Selle asemel võimaldab valgu taseme järkjärguline tõstmine paralleelselt reguleerida protsessiparameetreid, nagu TMP, ristvoolukiirus ja pH, aidates säilitada süsteemi stabiilsust. Ensüüm-ultrafiltreerimise juhtumiuuringud kinnitavad, et madalama töörõhu hoidmine nendes faasides tagab kontsentratsiooni kontrollitud suurenemise, minimeerides voolu langust ja kaitstes samal ajal toote terviklikkust.

6.2. Membraanide vahetamise sagedus ja hooldus

Membraanide vahetamise sagedus ultrafiltreerimisel on tihedalt seotud saastumise ja väheneva voolu indikaatoritega. Selle asemel, et tugineda eluea lõpu indikaatorina ainult suhtelisele voolu vähenemisele, on osutunud usaldusväärsemaks jälgida spetsiifilist saastumiskindlust – kvantitatiivset mõõtu, mis esindab akumuleerunud materjali tekitatud takistust –, eriti segavalkude või valgu-polüsahhariidide söötmete puhul, kus saastumine võib toimuda kiiremini ja tõsisemalt.

Samuti on kriitilise tähtsusega jälgida täiendavaid saastumisnäitajaid. Nähtavad märgid pinna ladestumisest, ebaühtlane permeaadi vool või TMP püsiv suurenemine (vaatamata puhastamisele) on kõik hoiatusmärgid membraani rikkele eelnevast edasijõudnud saastumisest. Sellised meetodid nagu modifitseeritud saastumisindeksi (MFI-UF) jälgimine ja selle korreleerimine membraani jõudlusega võimaldavad asendamise ennustavat ajastamist, mitte reaktiivseid muudatusi, minimeerides seeläbi seisakuid ja kontrollides hoolduskulusid.

Membraani terviklikkust kahjustab lisaks orgaanilise saasteaine kogunemisele ka korrosioon, eriti äärmusliku pH või kõrge soolasisalduse korral toimuvate protsesside puhul. Nii korrosiooni kui ka saasteainete ladestumise ohjamiseks tuleks kehtestada regulaarsed kontrollid ja keemilise puhastuse protseduurid. Kui täheldatakse korrosiooniga seotud saastumist, tuleb membraanide puhastamise sagedust ja vahetamise intervalle kohandada, et tagada membraani püsiv eluiga ja ultrafiltratsioonimembraani ühtlane jõudlus. Põhjalik ja plaanipärane hooldus on oluline nende probleemide mõju leevendamiseks ja efektiivse töö pikendamiseks.

6.3. Protsessi juhtimine ja viskoossuse mõõtmine tootmisliinil

Valgulahuse viskoossuse täpne ja reaalajas mõõtmine on ultrafiltreerimise protsessi juhtimiseks hädavajalik, eriti kontsentratsioonide ja viskoossuse suurenedes. Sisseehitatud viskoossuse mõõtmise süsteemid pakuvad pidevat jälgimist, võimaldades kohest tagasisidet ja süsteemi parameetrite dünaamilist kohandamist.

Tärkava tehnoloogia on muutnud valgu lahuse viskoossuse mõõtmise maastikku:

Ramani spektroskoopia Kalmani filtreerimisegaReaalajas Ramani analüüs koos laiendatud Kalmani filtritega võimaldab valgu kontsentratsiooni ja puhvri koostise usaldusväärset jälgimist. See lähenemisviis suurendab tundlikkust ja täpsust, toetades ultrafiltratsiooni kontsentreerimise ja diafiltratsiooni protsesside automatiseerimist.

Automatiseeritud kinemaatiline kapillaarviskosimeetriaArvutinägemist kasutav tehnoloogia mõõdab automaatselt lahuse viskoossust, kõrvaldades käsitsi tehtud vead ja pakkudes korduvat, multipleksitud seiret mitme protsessivoo ulatuses. See on valideeritud nii standardsete kui ka keeruliste valgupreparaatide jaoks ja vähendab sekkumist ultrafiltreerimise kontsentreerimise faasis.

Mikrofluidse reoloogia seadmedMikrofluidsüsteemid pakuvad detailseid ja pidevaid reoloogilisi profiile isegi mitte-Newtoni, kõrge viskoossusega valgulahuste puhul. Need on eriti väärtuslikud farmaatsiatootmises, toetades protsessianalüütilise tehnoloogia (PAT) strateegiaid ja integreerimist tagasisideahelatega.

Nende tööriistade abil protsessi juhtimine võimaldab rakendada tagasisideahelaid TMP, etteandekiiruse või ristvoolukiiruse reaalajas reguleerimiseks vastusena viskoossuse muutustele. Näiteks kui inline-sensor tuvastab viskoossuse järsu tõusu (kontsentratsiooni suurenemise või agregatsiooni tõttu), saab TMP-d automaatselt vähendada või ristvoolukiirust suurendada, et piirata kontsentratsiooni polarisatsiooni teket ultrafiltreerimisel. See lähenemisviis mitte ainult ei pikenda membraani eluiga, vaid toetab ka ühtlast tootekvaliteeti, juhtides dünaamiliselt valgulahuste viskoossust mõjutavaid tegureid.

Kõige sobivama viskoossuse jälgimise tehnoloogia valik sõltub ultrafiltratsiooni rakenduse erinõuetest, sealhulgas eeldatavast viskoossuse vahemikust, valgu formuleerimise keerukusest, integreerimisvajadustest ja maksumusest. Need reaalajas jälgimise ja dünaamilise protsessi juhtimise edusammud on oluliselt parandanud ultrafiltratsiooni optimeerimise võimet kõrge viskoossusega valgulahuste jaoks, tagades nii töö stabiilsuse kui ka kõrge tootesaagise.

Valgu ultrafiltreerimise tõrkeotsing ja levinud probleemid

7.1. Sümptomid, põhjused ja abinõud

Suurenenud transmembraanne rõhk

Transmembraanse rõhu (TMP) tõus ultrafiltratsiooni ajal näitab membraani läbiva takistuse kasvu. Transmembraanse rõhu mõju ultrafiltratsioonile on otsene: normaalne transmembraanse rõhu vahemik sõltub tavaliselt protsessist, kuid püsiv suurenemine väärib uurimist. Esile kerkivad kaks levinud põhjust:

Valgulahuse suurem viskoossus:Valgulahuste viskoossuse suurenedes – tavaliselt kõrge ultrafiltratsioonivalgu kontsentratsiooni korral – tõuseb vooluks vajalik rõhk. See on märgatav lõppkontsentratsiooni ja diafiltratsiooni etappides, kus lahused on kõige viskoossemad.
Membraani saastumine:Saasteained, näiteks valguagregaadid või polüsahhariidide ja valkude segud, võivad membraanipooridele kleepuda või neid blokeerida, mille tulemuseks on kiire TMP tõus.

Abinõud:

Madalam TMP ja suurem söödavoogTMP vähendamine ja söötmiskiiruse suurendamine vähendab kontsentratsiooni polarisatsiooni ja geelikihi moodustumist, soodustades stabiilset voogu.
Regulaarne membraanide puhastamineMembraanide optimaalse puhastamise sageduse määramine kogunenud saasteainete eemaldamiseks. Pärast puhastamist jälgida efektiivsust valgulahuse viskoossuse mõõtmisega.
Vananevate membraanide vahetamineMembraani sagedasem vahetamine võib olla vajalik, kui puhastamine on ebapiisav või membraani eluiga on saavutatud.

Langev voolukiirus: diagnostiline puu

Ultrafiltreerimise kontsentreerimisfaasi ajal voolavuse pidev vähenemine viitab tootlikkuse probleemidele. Järgige seda diagnostilist lähenemisviisi:

Jälgige TMP-d ja viskoossust:Kui mõlemad on suurenenud, kontrollige saastumise või geelikihi olemasolu.
Kontrollige sööda koostist ja pH-d:Siinsed nihked võivad muuta valgulahuste viskoossust ja soodustada saastumist.
Membraani toimivuse hindamine:Permeaadi voolu vähenemine vaatamata puhastamisele viitab võimalikule membraanikahjustusele või pöördumatule saastumisele.

Lahendused:

Optimeerige söötme temperatuuri, pH-d ja ioontugevust, et vähendada ultrafiltreerimisel saastumist ja kontsentratsiooni polariseerumist.
Geelikihtide katkestamiseks ja voolu taastamiseks kasutage pinnaga modifitseeritud või pöörlevaid membraanmooduleid.
Tehke rutiinne valgulahuse viskoossuse mõõtmine, et ennetada voolu mõjutavaid muutusi.

Kiire saastumise või geelikihi moodustumine

Kiire geelikihi moodustumine tuleneb membraani pinnal esinevast liigsest kontsentratsiooni polarisatsioonist. Transversaalse voolu filtreerimise (TFF) transmembraanne rõhk on eriti vastuvõtlik kõrge viskoossuse või kõrge valgusisaldusega söötmistingimustes.

Leevendusstrateegiad:

Valkude sidumise ja kinnitumise minimeerimiseks kandke peale hüdrofiilseid, negatiivselt laetud membraanpindu (nt polüvinülideenfluoriidi [PVDF] membraane).
Enne ultrafiltreerimist töödelda sööta koagulatsiooni või elektrokoagulatsiooni abil, et eemaldada tugevalt saastavad ained.
Kookihi paksuse vähendamiseks ja geelikihi moodustumise aeglustamiseks integreerige põikivoolu filtreerimisprotsessi mehaanilised seadmed, näiteks pöörlevad moodulid.

7.2. Sööda varieeruvusega kohanemine

Valgu ultrafiltratsioonisüsteemid peavad kohanema söödavalgu omaduste või koostise varieeruvusega. Valgulahuste viskoossust mõjutavad tegurid – näiteks puhverkoostis, valgu kontsentratsioon ja agregatsioonikalduvus – võivad muuta süsteemi käitumist.

Reageerimisstrateegiad

Viskoossuse ja koostise jälgimine reaalajas:Juurutage liinisiseseid analüütilisi andureid (Ramani spektroskoopia + Kalmani filtreerimine) söötmise muutuste kiireks tuvastamiseks, ületades seeläbi traditsioonilisi UV- või IR-meetodeid.
Adaptiivne protsessijuhtimine:Parameetrite sätete muutmine (voolukiirus, TMP, membraani valik) vastusena tuvastatud muutustele. Näiteks võib suurenenud valgulahuse viskoossus vajada madalamat TMP-d ja suurt nihkekiirust.
Membraani valik:Kasutage membraane, mille pooride suurus ja pinnakeemia on optimeeritud vooluomaduste jaoks, tasakaalustades valgupeetust ja voogu.
Sööda eeltöötlus:Kui sööda omaduste järsud muutused soodustavad saastumist, tuleks enne ultrafiltreerimist rakendada koagulatsiooni- või filtreerimisetappe.

Näited:

Bioprotsessis peaksid puhverlülitid või antikehade agregaatide muutused käivitama TMP ja voolu reguleerimise juhtimissüsteemi kaudu.
Kromatograafiaga seotud ultrafiltratsiooni puhul saavad adaptiivsed segamis-täisarvude optimeerimise algoritmid minimeerida varieeruvust ja vähendada tegevuskulusid, säilitades samal ajal ultrafiltratsioonimembraani jõudluse.

Valgulahuse viskoossuse mõõtmise rutiinne jälgimine ja kohene kohandamine protsessitingimustega aitab optimeerida ultrafiltratsiooni kontsentratsiooni, säilitada läbilaskevõimet ning minimeerida membraanide saastumist ja kontsentratsiooni polarisatsiooni.

Korduma kippuvad küsimused

8.1. Milline on valgulahuste ultrafiltreerimisel transmembraanse rõhu normaalne vahemik?

Ultrafiltreerimise valgukontsentratsiooni süsteemide normaalne transmembraanse rõhu (TMP) vahemik sõltub membraani tüübist, mooduli konstruktsioonist ja söötmise omadustest. Enamiku valgu ultrafiltreerimise protsesside puhul hoitakse TMP-d tavaliselt vahemikus 1 kuni 3 baari (15–45 psi). TMP väärtused üle 0,2 MPa (umbes 29 psi) võivad põhjustada membraani kahjustumise, kiire saastumise ja membraani eluea lühenemise ohtu. Biomeditsiini- ja bioprotsesside rakendustes ei tohiks soovitatav TMP üldiselt ületada 0,8 baari (~12 psi), et vältida membraani purunemist. Selliste protsesside nagu ristvoolufiltreerimine puhul tagab selle TMP vahemiku piires püsimine nii saagise kui ka valgu terviklikkuse.

8.2. Kuidas mõjutab valgulahuste viskoossus ultrafiltratsiooni jõudlust?

Valgulahuse viskoossus mõjutab otseselt ultrafiltreerimise kontsentreerimise tulemuslikkust. Kõrge viskoossus suurendab voolutakistust ja tõstab TMP-d, mille tulemuseks on permeaadi voolu vähenemine ja membraani kiire saastumine. See efekt on väljendunud monoklonaalsete antikehade või Fc-fusioonvalkude puhul kõrge kontsentratsiooni korral, kus viskoossus suureneb valkude omavaheliste interaktsioonide ja laenguefektide tõttu. Viskoossuse haldamine ja optimeerimine abiainete või ensümaatiliste töötlustega parandab voolu, vähendab saastumist ja võimaldab ultrafiltreerimise kontsentreerimise faasis saavutada kõrgemaid kontsentratsioone. Valgulahuse viskoossuse mõõtmise jälgimine on tõhusa töötlemise säilitamiseks kriitilise tähtsusega.

8.3. Mis on kontsentratsiooni polarisatsioon ja miks on see transfraktoorse fraktsioneerimise puhul oluline?

Kontsentratsiooni polarisatsioon ultrafiltreerimisel on valkude kogunemine membraani pinnale, mis põhjustab gradiendi põhilahuse ja membraani vahelise liidese vahel. Ristvoolufiltreerimisel viib see lokaalse viskoossuse suurenemiseni ja potentsiaalselt pöörduva voolu languseni. Kui seda ei kontrollita, võib see soodustada membraani saastumist ja vähendada süsteemi efektiivsust. Kontsentratsiooni polarisatsiooni käsitlemine ultrafiltreerimisel hõlmab ristvoolukiiruste, temperatuuri penetratsiooni (TMP) ja membraani valiku optimeerimist, et säilitada õhuke polarisatsioonikiht. Täpne kontroll hoiab läbilaskevõime kõrge ja saastumise riski madala.

8.4. Kuidas ma otsustan, millal oma ultrafiltratsioonimembraani vahetada?

Vahetage ultrafiltratsioonimembraan välja, kui märkate läbilaskevõime (voo) märkimisväärset langust, TMP püsivat suurenemist, mida tavaline puhastamine ei lahenda, või nähtavat saastumist, mis püsib pärast puhastamist. Lisaindikaatorite hulka kuuluvad selektiivsuse kadu (sihtvalkude ootuspärane hülgamine) ja võimetus saavutada jõudlusspetsifikatsioone. Membraanide vahetamise sageduse jälgimine regulaarse voo ja selektiivsuse testimisega on aluseks membraani eluea maksimeerimisele valgulahuse ultrafiltratsiooni kontsentreerimise protsessides.

8.5. Milliseid tööparameetreid saan reguleerida, et minimeerida valgu saastumist transfusioonifiltris?

Põikvoolu filtreerimisel valgu saastumise minimeerimise peamised tööparameetrid on järgmised:

Säilitage piisav ristvoolukiirus, et vähendada lokaalset valgu kogunemist ja hallata kontsentratsiooni polarisatsiooni.
Kasutage soovitatavas TMP vahemikus, tavaliselt 3–5 psi (0,2–0,35 baari), et vältida toote liigset lekkimist ja membraani kahjustumist.
Pöördumatu saastumise vältimiseks rakendage regulaarseid membraanipuhastusprotokolle.
Jälgige ja vajadusel eeltöödelge söötmislahust viskoossuse kontrollimiseks (näiteks ensümaatiliste töötluste, näiteks pektinaasi abil).
Valige sihtvalgu suuruse ja protsessi eesmärkide saavutamiseks sobivad membraanimaterjalid ja pooride suurused (MWCO).

Hüdrotsükloni eelfiltreerimise või ensümaatilise eeltöötluse integreerimine võib parandada süsteemi jõudlust, eriti kõrge viskoossusega söötmete puhul. Jälgige söötme koostist tähelepanelikult ja reguleerige sätteid dünaamiliselt, et minimeerida membraani saastumist ja optimeerida ultrafiltreerimise kontsentreerimisfaasi.