Baltymų tirpalų klampumo kontrolė yra gyvybiškai svarbi siekiant optimizuoti ultrafiltracijos koncentravimo procesus biofarmacijos gamyboje. Padidėjęs baltymų tirpalų klampumas, ypač esant didelėms baltymų koncentracijoms, tiesiogiai veikia membranos veikimą, proceso efektyvumą ir ekonomiškumą ultrafiltracijos baltymų koncentravimo procesuose. Tirpalo klampumas didėja didėjant baltymų kiekiui dėl antikūnų sankaupų ir elektrostatinės sąveikos, o tai padidina srauto pasipriešinimą ir slėgio kritimą per ultrafiltracijos membraną. Dėl to sumažėja permeato srautai ir pailgėja veikimo laikas, ypač skersinio srauto filtravimo (TFF) procesuose.
Transmembraninis slėgis (TMP), ultrafiltracijos varomoji jėga, yra glaudžiai susijęs su klampumu. Veikimas už įprasto transmembraninio slėgio diapazono ribų pagreitina membranos užsiteršimą ir padidina koncentracijos poliarizaciją – baltymų kaupimąsi šalia membranos, kuris nuolat didina vietinį klampumą. Tiek koncentracijos poliarizacija, tiek membranos užsiteršimas sumažina ultrafiltracijos membranos veikimą ir, jei nekontroliuojama, gali sutrumpinti membranos tarnavimo laiką. Eksperimentiniai darbai rodo, kad membranos užsiteršimas ir koncentracijos poliarizacija ultrafiltracijos metu yra ryškesni esant didesnėms TMP vertėms ir klampesniems tiekiamiems mišiniams, todėl TMP valdymas realiuoju laiku yra būtinas siekiant maksimaliai padidinti pralaidumą ir sumažinti valymo dažnumą.
Ultrafiltracijos koncentracijos optimizavimui reikalingos integruotos strategijos:
- Baltymų tirpalo klampumo matavimasReguliarus klampumo vertinimas – naudojantlinijiniai viskozimetrai—padėti numatyti filtravimo greitį ir numatyti proceso kliūtis, palaikant greitus proceso pakeitimus.
- Pašarų kondicionavimasReguliuojant pH, joninę stiprybę ir temperatūrą, galima sumažinti klampumą ir užsiteršimą. Pavyzdžiui, natrio jonų pridėjimas sustiprina hidratacijos stūmą tarp baltymų, sumažindamas agregaciją ir užsiteršimą, o kalcio jonai linkę skatinti baltymų tiltelių sudarymą ir užsiteršimą.
- Pagalbinių medžiagų naudojimasĮ labai koncentruotus baltymų tirpalus įtraukus klampumą mažinančias pagalbines medžiagas, pagerėja membranos pralaidumas ir sumažėja transmembraninis slėgis ultrafiltracijos metu, taip padidinant bendrą efektyvumą.
- Pažangūs srauto režimaiDidinant kryžminio srauto greitį, naudojant kintamą kryžminį srautą arba oro srovės įpurškimą, suardomi užsiteršimo sluoksniai. Šie metodai padeda palaikyti permeato srautą ir sumažinti membranų keitimo dažnumą, sumažinant nuosėdų susidarymą.
- Membranų pasirinkimas ir valymasChemiškai atsparių membranų (pvz., SiC arba termoizoliacinių hibridų) pasirinkimas ir membranų valymo dažnumo optimizavimas taikant tinkamus protokolus (pvz., valymas natrio hipochloritu) yra labai svarbūs norint pailginti membranų tarnavimo laiką ir sumažinti eksploatavimo išlaidas.
Apskritai, efektyvi klampumo kontrolė ir TMP valdymas yra sėkmingo ultrafiltracijos koncentravimo fazės veikimo pagrindas, tiesiogiai veikiantis produkto išeigą, membranų valymo dažnumą ir brangių membranų ilgaamžiškumą.
Baltymų tirpalo klampumo supratimas ultrafiltracijos metu
1.1. Koks yra baltymų tirpalų klampumas?
Klampumas apibūdina skysčio pasipriešinimą tekėjimui; baltymų tirpaluose jis rodo, kiek molekulinė trintis trukdo judėjimui. Klampumo SI vienetas yra paskalio sekundė (Pa·s), tačiau biologiniams skysčiams dažniausiai naudojamas centipoisas (cP). Klampumas tiesiogiai veikia tai, kaip lengvai baltymų tirpalus galima pumpuoti arba filtruoti gamybos metu, ir vaistų tiekimą, ypač didelės koncentracijos bioterapinių preparatų atveju.
Baltymų koncentracija yra pagrindinis klampumą veikiantis veiksnys. Didėjant baltymų kiekiui, didėja tarpmolekulinė sąveika ir susigrūdimas, todėl klampumas kyla, dažnai netiesiškai. Viršijus tam tikrą ribą, baltymų sąveika dar labiau slopina difuziją tirpale. Pavyzdžiui, koncentruoti monokloninių antikūnų tirpalai, naudojami farmacijoje, dažnai pasiekia klampumo lygį, kuris apsunkina poodinę injekciją arba riboja apdorojimo greitį.
Modeliai, prognozuojantys koncentruotų baltymų tirpalų klampumą, dabar apima molekulinę geometriją ir agregacijos tendencijas. Baltymų morfologija – pailga, rutuliška ar linkusi agreguotis – reikšmingai veikia klampumą esant didelėms koncentracijoms. Naujausi mikrofluidinio vertinimo pasiekimai leidžia tiksliai išmatuoti klampumą iš minimalių mėginių tūrių, todėl lengviau greitai atrinkti naujas baltymų formules.
1.2. Kaip klampumas kinta ultrafiltracijos metu
Ultrafiltracijos metu koncentracijos poliarizacija greitai kaupia baltymus membranos ir tirpalo sąsajoje. Tai sukuria staigius vietinius koncentracijos gradientus ir padidina klampumą šalia membranos. Padidėjęs klampumas šioje srityje trukdo masės perdavimui ir sumažina permeato srautą.
Koncentracijos poliarizacija skiriasi nuo membranos užsiteršimo. Poliarizacija yra dinamiška ir grįžtama, atsirandanti per kelias minutes, filtravimui vykstant. Palyginimui, užsiteršimas vystosi laikui bėgant ir dažnai apima negrįžtamą nusėdimą arba cheminį virsmą membranos paviršiuje. Tiksli diagnostika leidžia realiuoju laiku stebėti koncentracijos poliarizacijos sluoksnį, atskleidžiant jo jautrumą kryžminio srauto greičiui ir transmembraniniam slėgiui. Pavyzdžiui, padidinus greitį arba sumažinus transmembraninį slėgį (TMP), galima sutrikdyti klampų ribinį sluoksnį, atkuriant srautą.
Veikimo parametrai tiesiogiai veikia klampumo elgseną:
- Transmembraninis slėgis (TMP)Didesnis TMP sustiprina poliarizaciją, padidindamas vietinį klampumą ir sumažindamas srautą.
- Kryžminio srauto greitisPadidėjęs greitis riboja kaupimąsi, mažindamas klampumą šalia membranos.
- Membranų valymo dažnisDažnas valymas sumažina ilgalaikį apnašų kaupimąsi ir sušvelnina dėl klampumo atsirandantį našumo praradimą.
Ultrafiltracijos koncentracijos fazės turi optimizuoti šiuos parametrus, kad būtų sumažintas neigiamas klampumo poveikis ir palaikomas pralaidumas.
1.3. Baltymų tirpalo savybės, turinčios įtakos klampumui
Molekulinė masėirkompozicijadaugiausia lemia klampumą. Didesni, sudėtingesni baltymai arba agregatai pasižymi didesniu klampumu dėl trukdomo judėjimo ir didesnių tarpmolekulinių jėgų. Baltymų forma dar labiau moduliuoja tekėjimą – pailgos arba linkusios agreguotis grandinės sukelia didesnį pasipriešinimą nei kompaktiški kamuoliniai baltymai.
pHkritiškai veikia baltymo krūvį ir tirpumą. Tirpalo pH reguliavimas arti baltymo izoelektrinio taško sumažina grynąjį krūvį, sumažina baltymų tarpusavio stūmą ir laikinai sumažina klampumą, taip palengvindamas filtravimą. Pavyzdžiui, ultrafiltracijos vykdymas arti BSA arba IgG izoelektrinio taško gali žymiai padidinti permeato srautą ir atskyrimo selektyvumą.
Joninis stiprumasveikia klampumą, keisdamas elektrinį dvigubą sluoksnį aplink baltymus. Padidėjęs joninis stiprumas blokuoja elektrostatines sąveikas, skatindamas baltymų perdavimą per membranas, bet taip pat padidindamas agregacijos ir atitinkamų klampumo šuolių riziką. Kompromisas tarp perdavimo efektyvumo ir selektyvumo dažnai priklauso nuo tikslios druskos koncentracijos ir buferio sudėties reguliavimo.
Klampumui sumažinti gali būti naudojami mažos molekulės priedai, tokie kaip arginino hidrochloridas arba guanidinas. Šie agentai sutrikdo hidrofobinius arba elektrostatinius traukos mechanizmus, sumažina agregaciją ir pagerina tirpalo tekėjimo savybes. Temperatūra yra papildomas valdymo kintamasis; žemesnė temperatūra padidina klampumą, o papildoma šiluma dažnai jį sumažina.
Matuojant baltymų tirpalo klampumą, reikėtų atsižvelgti į:
- Molekulinės masės pasiskirstymas
- Tirpalo sudėtis (druskos, pagalbinės medžiagos, priedai)
- pH ir buferinės sistemos pasirinkimas
- Joninio stiprumo nustatymas
Šie veiksniai yra labai svarbūs optimizuojant ultrafiltracijos membranos veikimą ir užtikrinant nuoseklumą skirtingose koncentracijos fazėse ir TFF procesuose.
Ultrafiltracijos baltymų koncentracijos pagrindai
Ultrafiltracijos koncentracijos fazės principai
Ultrafiltracijos baltymų koncentravimas vyksta taikant transmembraninį slėgį (TMP) per pusiau pralaidžią membraną, praleidžiant tirpiklį ir mažas ištirpusias medžiagas, tuo pačiu sulaikant baltymus ir didesnes molekules. Procesas išnaudoja selektyvų prasiskverbimą, pagrįstą molekulių dydžiu, o membranos molekulinės masės riba (MWCO) apibrėžia maksimalų praleidžiamų molekulių dydį. Baltymai, viršijantys MWCO, kaupiasi retentato pusėje, todėl jų koncentracija didėja, kai permeatas pašalinamas.
Ultrafiltracijos koncentravimo fazės tikslas – sumažinti baltymų tirpalo tūrį ir praturtinti jį. Filtravimui tęsiantis, baltymų tirpalo klampumas paprastai didėja, o tai daro įtaką srauto ir TMP reikalavimams. Sulaikyti baltymai gali sąveikauti tarpusavyje ir su membrana, todėl realaus pasaulio procesas yra sudėtingesnis nei paprastas dydžio išskyrimas. Elektrostatinė sąveika, baltymų agregacija ir tirpalo savybės, tokios kaip pH ir joninė stiprybė, turi įtakos sulaikymo ir atskyrimo rezultatams. Kai kuriais atvejais advekcinė pernaša dominuoja prieš difuziją, ypač membranose su didesnėmis poromis, todėl sudėtingėja lūkesčiai, pagrįsti vien tik MWCO pasirinkimu [žr. tyrimo santrauką].
Skersinio srauto filtravimo (TFF) paaiškinimas
Skersinio srauto filtravimas, dar vadinamas tangentiniu srauto filtravimu (TFF), baltymų tirpalą nukreipia tangentiškai per membranos paviršių. Šis metodas skiriasi nuo aklavietės filtravimo, kai srautas yra statmenas membranai, stumdamas daleles tiesiai ant filtro ir į jį.
Pagrindiniai skirtumai ir poveikis:
- Užsiteršimo kontrolė:TFF sumažina baltymų ir dalelių sluoksnių kaupimąsi, vadinamą pyrago formavimusi, nuolat nuvalydamas galimus teršalus nuo membranos. Dėl to permeato srautas yra stabilesnis ir ją lengviau prižiūrėti.
- Baltymų sulaikymas:TFF padeda geriau valdyti koncentracijos poliarizaciją – sulaikytų molekulių sluoksnį prie membranos, – kuri, jei nekontroliuojama, gali sumažinti atskyrimo selektyvumą ir padidinti užsiteršimą. Dinaminis srautas TFF sušvelnina šį poveikį, padėdamas išlaikyti aukštą baltymų sulaikymą ir atskyrimo efektyvumą.
- Srauto stabilumas:TFF leidžia ilgiau veikti esant pastoviam srautui, padidinant efektyvumą procesuose, kuriuose naudojamas daug baltymų arba dalelių turintis pašaras. Priešingai, aklavietės filtravimas greitai sutrinka dėl užsiteršimo, sumažėja našumas ir reikia dažnai valyti.
Pažangūs TFF variantai, tokie kaip kintamasis tangentinis srautas (ATF), dar labiau sutrikdo užsiteršimą ir pyrago susidarymą periodiškai keisdami tangentinius greičius, pailgindami filtro tarnavimo laiką ir pagerindami baltymų pralaidumą [žr. tyrimo santrauką]. Tiek klasikinėse, tiek pažangiose TFF sistemose veikimo nustatymai, tokie kaip TMP, kryžminio srauto greitis ir valymo dažnis, turi būti pritaikyti konkrečiai baltymų sistemai, membranos tipui ir tikslinei koncentracijai, siekiant optimizuoti našumą ir sumažinti užsiteršimą.
Transmembraninis slėgis (TMP) ultrafiltracijos metu
3.1. Kas yra transmembraninis slėgis?
Transmembraninis slėgis (TSS) – tai slėgio skirtumas filtravimo membranoje, dėl kurio tirpiklis juda iš padavimo pusės į permeato pusę. TSS yra pagrindinė ultrafiltracijos atskyrimo proceso jėga, leidžianti tirpikliui praeiti pro membraną, kartu sulaikant baltymus ir kitas makromolekules.
TMP formulė:
- Paprastas skirtumas: TMP = P_patiekimo_medžiaga − P_permeato_medžiaga
- Inžinerinis metodas: TMP = [(P_patiekiamas vanduo + P_retentatas)/2] − P_permeatas
Čia P_feed yra įleidimo slėgis, P_retentate yra išleidimo slėgis retentato pusėje, o P_permeate yra permeato pusės slėgis. Įtraukus retentato (arba koncentrato) slėgį, gaunama tikslesnė vertė išilgai membranos paviršiaus, atsižvelgiant į slėgio gradientus, kuriuos sukelia srauto pasipriešinimas ir užsiteršimas. - Tiekimo slėgis ir srauto greitis
- Retentato slėgis (jei taikoma)
- Prasiskverbimo slėgis (dažnai atmosferinis)
- Membranos varža
TMP skiriasi priklausomai nuo membranos tipo, sistemos konstrukcijos ir proceso sąlygų.
Valdymo kintamieji:
3.2. TMP ir ultrafiltracijos procesas
TMP atlieka pagrindinį vaidmenį ultrafiltracijos baltymų koncentracijoje, varydamas baltymų tirpalus per membraną. Slėgis turi būti pakankamai didelis, kad įveiktų membranos ir susikaupusios medžiagos pasipriešinimą, bet ne toks didelis, kad paspartintų užsiteršimą.
Tirpalo klampumo ir baltymų koncentracijos įtaka
- Baltymų tirpalų klampumas:Didesnis klampumas padidina srauto pasipriešinimą, todėl norint išlaikyti tą patį permeato srautą, reikia didesnio temperatūros pokyčio (TMP). Pavyzdžiui, į pašarą įpylus glicerolio arba dirbant su koncentruotais baltymais, padidėja klampumas ir atitinkamai reikalingas darbinis temperatūros pokytis (TMP).
- Baltymų koncentracija:Didėjant koncentracijai ultrafiltracijos koncentravimo fazės metu, didėja tirpalo klampumas, padidėja TMP ir padidėja membranos užsiteršimo arba koncentracijos poliarizacijos rizika.
- Darcy dėsnis:TMP, permeato srautas (J) ir klampumas (μ) yra susiję per formulę TMP = J × μ × R_m (membranos varža). Didelės klampos baltymų tirpalams kruopštus TMP reguliavimas yra labai svarbus efektyviai ultrafiltracijai.
Pavyzdžiai:
- Tankių antikūnų tirpalų ultrafiltracijai reikalingas kruopštus TMP valdymas, kad būtų neutralizuotas didėjantis klampumas.
- PEGilinimas ar kitos baltymų modifikacijos keičia sąveiką su membrana, paveikdamos TMP, reikalingą norimam srautui.
3.3. TMP stebėjimas ir optimizavimas
TMP palaikymasNormalus transmembraninis slėgio diapazonasyra labai svarbus stabiliam ultrafiltracijos membranos veikimui ir produkto kokybei. Laikui bėgant, ultrafiltracijai vykstant, koncentracijos poliarizacija ir užsiteršimas gali lemti TMP padidėjimą, kartais greitai.
Stebėsenos praktika:
- Stebėjimas realiuoju laiku:TMP stebimas per įleidimo angą, retentatą ir permeatąslėgio davikliai.
- Ramano spektroskopija:Naudojamas neinvaziniam baltymų ir pagalbinių medžiagų koncentracijų stebėjimui, palengvinant adaptyvią TMP kontrolę ultrafiltracijos ir diafiltracijos metu.
- Išplėstinė kontrolė:Išplėstiniai Kalmano filtrai (EKF) gali apdoroti jutiklių duomenis, automatiškai reguliuodami TMP, kad būtų išvengta per didelio užterštumo.
- Nustatykite pradinį TMP normos ribose:Ne per žemas, kad sumažėtų srautas, ir ne per aukštas, kad būtų išvengta greito užsiteršimo.
- Koreguokite TMP, kai klampumas didėja:Ultrafiltracijos koncentravimo fazės metu TMP palaipsniui didinkite tik pagal poreikį.
- Kontroliuokite pašarų srautą ir pH:Padidinus pašarų srautą arba sumažinus TMP, sumažėja koncentracijos poliarizacija ir užsiteršimas.
- Membranų valymas ir keitimas:Didesnis TMP siejamas su dažnesniu valymu ir trumpesniu membranos tarnavimo laiku.
Optimizavimo strategijos:
Pavyzdžiai:
- Dėl korozijos susidarymo baltymų perdirbimo linijose padidėja TMP ir sumažėja srautas, todėl norint atkurti normalų veikimą, reikia išvalyti arba pakeisti membraną.
- Fermentinis išankstinis apdorojimas (pvz., pektinazės pridėjimas) gali sumažinti TMP ir pailginti membranos tarnavimo laiką didelio klampumo rapsų baltymų ultrafiltracijos metu.
3.4. TMP TFF sistemose
Tangentinio (skersinio) srauto filtravimas (TFF) veikia nukreipdamas tiekiamą tirpalą per membraną, o ne tiesiai per ją, ir tai daro didelę įtaką TMP dinamikai.
TMP reguliavimas ir pusiausvyra
- TFF transmembraninis slėgis (TFF TMP):Valdoma kontroliuojant tiek padavimo srautą, tiek siurblio slėgį, siekiant išvengti per didelio TMP, tuo pačiu maksimaliai padidinant permeato srautą.
- Optimizavimo parametrai:Didėjantis pašarų srautas sumažina vietinį baltymų nusėdimą, stabilizuoja TMP ir sumažina membranų užsiteršimą.
- Skaičiavimo modeliavimas:CFD modeliai prognozuoja ir optimizuoja TFF TMP, kad būtų pasiektas maksimalus produkto išgavimas, grynumas ir išeiga – tai ypač svarbu tokiems procesams kaip mRNR ar tarpląstelinių pūslelių išskyrimas.
Pavyzdžiai:
- Bioapdorojimo procese optimalus TFF TMP duoda >70 % mRNR atgavimą be degradacijos, pranokstantis ultracentrifugavimo metodus.
- Adaptyvus TMP valdymas, pagrįstas matematiniais modeliais ir jutiklių grįžtamuoju ryšiu, sumažina membranų keitimo dažnumą ir pailgina membranų tarnavimo laiką, mažindamas užsiteršimą.
Svarbiausios išvados:
- TMP transmembraninis slėgis TFF sistemoje turi būti aktyviai valdomas, siekiant palaikyti proceso efektyvumą, srautą ir membranos būklę.
- Sistemingas TMP optimizavimas sumažina eksploatavimo sąnaudas, padeda išgauti labai gryną produktą ir pailgina membranos tarnavimo laiką baltymų ultrafiltracijoje ir susijusiuose procesuose.
Užsiteršimo mechanizmai ir jų ryšys su klampumu
Pagrindiniai baltymų ultrafiltracijos užterštumo keliai
Baltymų ultrafiltraciją veikia keli skirtingi užsiteršimo keliai:
Korozinis užterštumas:Atsiranda, kai ant membranų paviršių kaupiasi korozijos produktai – paprastai geležies oksidai. Jie sumažina srautą ir juos sunku pašalinti standartinėmis cheminėmis valymo priemonėmis. Korozinis užsiteršimas lemia nuolatinį membranos veikimo praradimą ir laikui bėgant padidina membranos keitimo dažnumą. Jo poveikis ypač didelis naudojant PVDF ir PES membranas vandens valymo ir baltymų gamybos srityse.
Organinės kilmės užterštumas:Daugiausia sukelia baltymai, tokie kaip galvijų serumo albuminas (BSA), ir gali sustiprėti esant kitoms organinėms medžiagoms, tokioms kaip polisacharidai (pvz., natrio alginatas). Mechanizmai apima adsorbciją ant membranos porų, porų užsikimšimą ir pyrago sluoksnio susidarymą. Sinerginis poveikis pasireiškia, kai yra keli organiniai komponentai, o mišrių užterštumo sistemų užsiteršimas yra sunkesnis nei vieno baltymo pašarų.
Koncentracijos poliarizacija:Ultrafiltracijai tęsiantis, sulaikyti baltymai kaupiasi šalia membranos paviršiaus, didindami vietinę koncentraciją ir klampumą. Tai sukuria poliarizacijos sluoksnį, kuris padidina užsiteršimo polinkį ir sumažina srautą. Procesas greitėja ultrafiltracijos koncentracijos fazei įsibėgėjant, o tam tiesiogiai įtakos turi transmembraninis slėgis ir srauto dinamika.
Koloidinis ir mišrus užterštumas:Koloidinės medžiagos (pvz., silicio dioksidas, neorganiniai mineralai) gali sąveikauti su baltymais, sudarydamos sudėtingus agregatų sluoksnius, kurie padidina membranų užsiterštumą. Pavyzdžiui, koloidinio silicio dioksido buvimas žymiai sumažina srauto greitį, ypač kai jis derinamas su organinėmis medžiagomis arba esant neoptimalioms pH sąlygoms.
Tirpalo klampumo įtaka užsiteršimo vystymuisi
Baltymų tirpalų klampumas daro didelę įtaką užsiteršimo kinetikai ir membranos sutankinimui:
Pagreitintas užsiteršimas:Didesnis baltymų tirpalo klampumas padidina atsparumą sulaikytų ištirpusių medžiagų atgaliniam pernašai, todėl greičiau susidaro torto sluoksnis. Tai padidina transmembraninį slėgį (TMP), pagreitindamas membranos sutankinimą ir užsiteršimą.
Tirpalo sudėties poveikis:Baltymų tipas keičia klampumą; globuliniai baltymai (pvz., BSA) ir prailginti baltymai skirtingai elgiasi srauto ir poliarizacijos atžvilgiu. Pridėjus tokių junginių kaip polisacharidai ar glicerolis, žymiai padidėja klampumas, o tai skatina užsiteršimą. Didelės koncentracijos priedai ir baltymų agregacija dar labiau padidina membranų užsikimšimo greitį, tiesiogiai sumažindami tiek srautą, tiek membranų tarnavimo laiką.
Veiklos pasekmės:Didesnis klampumas reikalauja didesnio TMP, kad būtų palaikomas filtravimo greitis skersinio srauto filtravimo procesuose. Ilgalaikis didelio TMP poveikis skatina negrįžtamą užsiteršimą, todėl dažnai reikia dažniau valyti membranas arba jas keisti anksčiau.
Pašarų savybių vaidmuo
Pašarų savybės, būtent baltymų savybės ir vandens cheminė sudėtis, lemia užterštumo sunkumą:
Baltymų dydis ir pasiskirstymas:Didesni arba agregatų turintys baltymai labiau linkę užsikimšti poras ir kauptis nuosėdoms, todėl padidėja klampumas ir sutankėjimo tendencijos ultrafiltracijos metu koncentruojant baltymus.
pH:Padidėjęs pH padidina elektrostatinę stūmą, neleisdamas baltymams agreguotis šalia membranos ir taip sumažindamas užsiteršimą. Priešingai, rūgštinė aplinka sumažina stūmą, ypač koloidinio silicio dioksido, todėl pablogėja membranos užsiteršimas ir sumažėja srauto greitis.
Temperatūra:Žemesnė proceso temperatūra paprastai sumažina kinetinę energiją, o tai gali sulėtinti užsiteršimo greitį, bet kartu padidinti tirpalo klampumą. Aukšta temperatūra pagreitina užsiteršimą, bet taip pat gali padidinti valymo efektyvumą.
Koloidinė / neorganinė medžiaga:Koloidinio silicio dioksido arba metalų buvimas sustiprina užsiteršimą, ypač rūgštinėje aplinkoje. Silicio dioksido dalelės padidina bendrą tirpalo klampumą ir fiziškai užkemša poras, todėl ultrafiltracijos koncentracija tampa mažiau efektyvi ir sutrumpėja bendras membranos tarnavimo laikas bei našumas.
Joninė sudėtis:Pridėjus tam tikrų joninių junginių (Na⁺, Zn²⁺, K⁺), galima sumažinti užsiteršimą, modifikuojant elektrostatines ir hidratacijos jėgas tarp baltymų ir membranų. Tačiau tokie jonai kaip Ca²⁺ dažnai skatina agregaciją ir padidina užsiteršimo potencialą.
Pavyzdžiai:
- Skersinio srauto filtravimo metu pašaruose, kuriuose gausu didelės molekulinės masės baltymų ir yra padidėjęs klampumas, srautas greitai mažėja, todėl valymo ir keitimo procedūros pailgėja.
- Kai maitinamajame vandenyje yra koloidinio silicio dioksido ir jis parūgštinamas, suintensyvėja silicio dioksido agregacija ir nusėdimas, todėl labai padidėja užsiteršimo greitis ir sumažėja membranos veikimas.
Apibendrinant galima teigti, kad norint optimizuoti ultrafiltracijos koncentraciją, sumažinti membranų užsiterštumą ir pailginti membranų tarnavimo laiką, būtina suprasti tirpalo klampumo, užterštumo tipų ir tiekiamo mišinio savybių sąveiką.
Koncentracijos poliarizacija ir jos valdymas
Kas yra koncentracijos poliarizacija?
Koncentracijos poliarizacija – tai lokalizuotas sulaikytų ištirpusių medžiagų, tokių kaip baltymai, kaupimasis membranos ir tirpalo sąsajoje ultrafiltracijos metu. Baltymų tirpalų kontekste, skysčiui tekant pusiau pralaidžios membranos link, membranos atmesti baltymai linkę kauptis ploname sluoksnyje greta paviršiaus. Dėl šio kaupimosi susidaro staigus koncentracijos gradientas: didelė baltymų koncentracija prie pat membranos, daug mažesnė tūriniame tirpale. Šis reiškinys yra grįžtamas ir valdomas hidrodinaminių jėgų. Jis skiriasi nuo membranos užsiteršimo, kai nusėdimas arba adsorbcija membranos viduje arba ant jos yra nuolatinė.
Kaip koncentracijos poliarizacija padidina klampumą ir užsiteršimą
Membranos paviršiuje nuolat kaupiantis baltymams susidaro ribinis sluoksnis, kuris padidina vietinę ištirpusių medžiagų koncentraciją. Tai turi du reikšmingus efektus:
Lokalinis klampumo padidėjimas:Didėjant baltymų koncentracijai šalia membranos, didėja ir baltymų tirpalo klampumas šioje mikrosrityje. Padidėjęs klampumas trukdo ištirpusios medžiagos atgaliniam transportavimui nuo membranos, dar labiau padidindamas koncentracijos gradientą ir sukurdamas grįžtamąjį ryšį su didėjančiu pasipriešinimu srautui. Dėl to sumažėja permeato srautas ir padidėja energijos poreikis tolesniam filtravimui.
Membraninio užsiteršimo palengvinimas:Didelė baltymų koncentracija šalia membranos padidina baltymų agregacijos tikimybę, o kai kuriose sistemose – gelio sluoksnio susidarymą. Šis sluoksnis užkemša membranos poras ir dar labiau padidina pasipriešinimą tekėjimui. Tokios sąlygos yra palankios negrįžtamam užsiteršimui, kai baltymų agregatai ir priemaišos fiziškai arba chemiškai jungiasi prie membranos matricos.
Eksperimentiniai vaizdiniai tyrimai (pvz., elektroninė mikroskopija) patvirtina greitą nano dydžio baltymų sankaupų aglomeraciją membranoje, kurios gali išaugti į reikšmingas sankaupas, jei netinkamai valdomi veikimo nustatymai.
Strategijos koncentracijos poliarizacijai sumažinti
Koncentracijos poliarizacijos valdymas ultrafiltracijos baltymų koncentracijos arba skersinio srauto filtravimo metu reikalauja dvejopo požiūrio: hidrodinamikos reguliavimo ir veikimo parametrų derinimo.
Kryžminio srauto greičio optimizavimas:
Didinant kryžminio srauto greitį, padidėja tangentinis srautas per membraną, skatinamas šlyties poveikis ir plonėja koncentracijos ribinis sluoksnis. Didesnė šlyties jėga pašalina susikaupusius baltymus nuo membranos paviršiaus, sumažindama poliarizaciją ir užsiteršimo riziką. Pavyzdžiui, naudojant statinius maišytuvus arba įvedant dujų tiekimą, suardomas ištirpusios medžiagos sluoksnis, o tai žymiai pagerina permeato srautą ir skersinio srauto filtravimo proceso efektyvumą.
Veikimo parametrų keitimas:
Transmembraninis slėgis (TMP):TMP yra slėgio skirtumas membranoje ir ultrafiltracijos varomoji jėga. Tačiau didesnis TMP siekiant pagreitinti filtravimą gali sukelti priešingą poveikį, nes sustiprėja koncentracijos poliarizacija. Laikantis įprasto transmembraninio slėgio diapazono – neviršijant baltymų ultrafiltracijai nustatytų ribų, – padedama išvengti per didelio ištirpusių medžiagų kaupimosi ir su tuo susijusio vietinio klampumo padidėjimo.
Šlyties greitis:Šlyties greitis, priklausantis nuo kryžminio srauto greičio ir kanalo konstrukcijos, vaidina pagrindinį vaidmenį tirpinių pernašos dinamikoje. Didelė šlyties jėga išlaiko poliarizacijos sluoksnį ploną ir judrų, todėl tirpinių neturinti sritis prie membranos gali dažnai atsinaujinti. Didesnis šlyties greitis sutrumpina baltymų kaupimosi laiką ir sumažina klampumo padidėjimą sąsajoje.
Pašarų ypatybės:Įeinančio baltymų tirpalo savybių reguliavimas, pavyzdžiui, baltymų tirpalo klampumo mažinimas, agregatų kiekio mažinimas arba pH ir joninės stiprybės kontrolė, gali padėti sumažinti koncentracijos poliarizacijos mastą ir poveikį. Pašarų išankstinis apdorojimas ir sudėties pakeitimai gali pagerinti ultrafiltracijos membranos veikimą ir pailginti membranos tarnavimo laiką, sumažinant membranos valymo dažnumą.
Taikymo pavyzdys:
Gamykloje, kurioje monokloniniams antikūnams koncentruoti naudojamas tangentinio srauto filtravimas (TFF), kruopščiai optimizuoti kryžminio srauto greičiai palaiko TMP griežtai nustatytose ribose. Taip operatoriai sumažina koncentracijos poliarizaciją ir membranų užsiteršimą, sumažindami tiek membranų keitimo dažnumą, tiek valymo ciklus – taip tiesiogiai sumažindami eksploatavimo sąnaudas ir padidindami produkto išeigą.
Tinkamas šių kintamųjų koregavimas ir stebėjimas, įskaitant baltymų tirpalo klampumo matavimą realiuoju laiku, yra esminiai veiksniai, siekiant optimizuoti ultrafiltracijos koncentracijos našumą ir sušvelninti neigiamą poveikį, susijusį su koncentracijos poliarizacija baltymų apdorojimo metu.
Ultrafiltracijos optimizavimas didelio klampumo baltymų tirpalams
6.1. Geriausia veiklos praktika
Norint išlaikyti optimalų ultrafiltracijos našumą naudojant didelio klampumo baltymų tirpalus, reikia subtilios pusiausvyros tarp transmembraninio slėgio (TMP), baltymų koncentracijos ir tirpalo klampumo. TMP – slėgio skirtumas membranoje – tiesiogiai veikia ultrafiltracijos baltymų koncentracijos greitį ir membranos užsiterštumo laipsnį. Apdorojant klampius tirpalus, tokius kaip monokloniniai antikūnai arba didelės koncentracijos serumo baltymai, bet koks per didelis TMP padidėjimas iš pradžių gali padidinti srautą, tačiau jis taip pat greitai pagreitina užsiteršimą ir baltymų kaupimąsi membranos paviršiuje. Dėl to filtravimo procesas tampa nestabilus ir sutrikęs, ką patvirtina vaizdiniai tyrimai, rodantys, kad esant padidintam TMP ir baltymų koncentracijai, viršijančiai 200 mg/ml, susidaro tankūs baltymų sluoksniai.
Optimalus metodas apima sistemos veikimą arti kritinio TMP, bet neviršijant jo. Šiuo metu našumas yra maksimalus, tačiau negrįžtamo užsiteršimo rizika išlieka minimali. Naujausi duomenys rodo, kad esant labai dideliam klampumui, reikia sumažinti TMP ir tuo pačiu metu padidinti padavimo srautą (skersinio srauto filtravimas), kad būtų sumažinta koncentracijos poliarizacija ir baltymų nusėdimas. Pavyzdžiui, Fc-susiliejusio baltymo koncentracijos tyrimai rodo, kad mažesni TMP nustatymai padeda išlaikyti stabilų srautą, kartu sumažinant produkto nuostolius.
Labai svarbu laipsniškai ir metodiškai didinti baltymų koncentraciją ultrafiltracijos metu. Staigūs koncentravimo etapai gali per greitai priversti tirpalą pereiti į didelio klampumo režimą, padidindami agregacijos riziką ir užsiteršimo sunkumą. Vietoj to, laipsniškas baltymų kiekio didinimas leidžia lygiagrečiai reguliuoti tokius proceso parametrus kaip TMP, kryžminio srauto greitis ir pH, padedant išlaikyti sistemos stabilumą. Fermentų ultrafiltracijos atvejų tyrimai patvirtina, kad palaikant žemesnį darbinį slėgį šių fazių metu užtikrinamas kontroliuojamas koncentracijos padidėjimas, sumažinant srauto sumažėjimą ir kartu apsaugant produkto vientisumą.
6.2. Membranos keitimo dažnumas ir priežiūra
Membranų keitimo dažnumas ultrafiltracijos metu yra glaudžiai susijęs su užsiteršimo ir mažėjančio srauto rodikliais. Užuot vien pasikliavus santykiniu srauto sumažėjimu kaip gyvavimo ciklo pabaigos rodikliu, patikimesnis pasirodė esąs specifinio atsparumo užsiteršimui stebėjimas – kiekybinis matas, rodantis susikaupusios medžiagos sukeltą atsparumą, – ypač mišrių baltymų arba baltymų ir polisacharidų pašaruose, kur užsiteršimas gali įvykti greičiau ir smarkiau.
Taip pat labai svarbu stebėti papildomus užterštumo indikatorius. Matomi paviršiaus nusėdimo požymiai, netolygus permeato srautas arba nuolatinis TMP padidėjimas (nepaisant valymo) yra įspėjamieji signalai apie pažangų užterštumą, kuris yra prieš membranos gedimą. Tokie metodai kaip modifikuoto užterštumo indekso (MFI-UF) stebėjimas ir jo koreliacija su membranos veikimu leidžia numatyti pakeitimo, o ne reagavimo į pokyčius, planavimą, taip sumažinant prastovas ir kontroliuojant priežiūros išlaidas.
Membranos vientisumą pažeidžia ne tik organinių teršalų kaupimasis, bet ir korozija, ypač procesuose, vykstančiuose esant itin dideliam pH arba didelei druskos koncentracijai. Siekiant valdyti koroziją ir teršalų nusėdimą, reikia reguliariai tikrinti ir atlikti cheminio valymo procedūras. Pastebėjus su korozija susijusį užterštumą, membranos valymo dažnumą ir keitimo intervalus reikia pakoreguoti, kad būtų užtikrintas ilgalaikis membranos tarnavimo laikas ir nuoseklus ultrafiltracijos membranos veikimas. Kruopšti, planinė priežiūra yra būtina norint sušvelninti šių problemų poveikį ir pailginti efektyvų veikimą.
6.3. Proceso valdymas ir klampumo matavimas linijoje
Tikslus baltymų tirpalo klampumo matavimas realiuoju laiku yra būtinas ultrafiltracijos proceso valdymui, ypač didėjant koncentracijoms ir klampumui. Integruotos klampumo matavimo sistemos užtikrina nuolatinį stebėjimą, leidžia gauti tiesioginį grįžtamąjį ryšį ir dinamiškai koreguoti sistemos parametrus.
Naujos technologijos pakeitė baltymų tirpalų klampumo matavimo aplinką:
Ramano spektroskopija su Kalmano filtravimuRealaus laiko Ramano analizė, palaikoma išplėstinių Kalmano filtrų, leidžia tiksliai sekti baltymų koncentraciją ir buferio sudėtį. Šis metodas padidina jautrumą ir tikslumą, palaikydamas ultrafiltracijos koncentracijos ir diafiltracijos procesų automatizavimą.
Automatinė kinematinė kapiliarinė viskozimetrijaNaudodama kompiuterinę regą, ši technologija automatiškai matuoja tirpalo klampumą, pašalindama rankinio įvedimo klaidas ir užtikrindama pasikartojantį, multipleksuotą stebėjimą keliuose proceso srautuose. Ji patvirtinta tiek standartinėms, tiek sudėtingoms baltymų formulėms ir sumažina intervenciją ultrafiltracijos koncentravimo fazės metu.
Mikrofluidinės reologijos prietaisaiMikrofluidinės sistemos užtikrina išsamius, ištisinius reologinius profilius net ir neniutoniniams, didelio klampumo baltymų tirpalams. Tai ypač vertinga farmacijos gamyboje, palaikant procesų analizės technologijų (PAT) strategijas ir integraciją su grįžtamojo ryšio kilpomis.
Šių įrankių naudojimas procesų valdyme leidžia įdiegti grįžtamojo ryšio kilpas, skirtas TMP, padavimo greičio arba skersinio srauto greičio reguliavimui realiuoju laiku, reaguojant į klampos pokyčius. Pavyzdžiui, jei vidinis jutiklis aptinka staigų klampos padidėjimą (dėl koncentracijos padidėjimo arba agregacijos), TMP gali būti automatiškai sumažintas arba skersinio srauto greitis padidintas, siekiant apriboti koncentracijos poliarizacijos atsiradimą ultrafiltracijos metu. Šis metodas ne tik pailgina membranos tarnavimo laiką, bet ir palaiko nuoseklią produkto kokybę, dinamiškai valdant veiksnius, turinčius įtakos baltymų tirpalų klampumui.
Tinkamiausios klampumo stebėjimo technologijos pasirinkimas priklauso nuo konkrečių ultrafiltracijos taikymo reikalavimų, įskaitant numatomą klampumo diapazoną, baltymų formulavimo sudėtingumą, integravimo poreikius ir kainą. Šie realiuoju laiku vykdomo stebėjimo ir dinaminio procesų valdymo pasiekimai žymiai pagerino galimybę optimizuoti ultrafiltraciją didelio klampumo baltymų tirpalams, užtikrinant tiek veikimo stabilumą, tiek didelę produkto išeigą.
Trikčių šalinimas ir dažniausios baltymų ultrafiltracijos problemos
7.1. Simptomai, priežastys ir gydymo priemonės
Padidėjęs transmembraninis slėgis
Padidėjęs transmembraninis slėgis (SMP) ultrafiltracijos metu rodo didėjantį pasipriešinimą membranoje. Transmembraninio slėgio poveikis ultrafiltracijai yra tiesioginis: normalus transmembraninio slėgio diapazonas paprastai priklauso nuo proceso, tačiau ilgalaikis padidėjimas reikalauja tyrimo. Išskiriamos dvi dažniausios priežastys:
- Didesnis baltymų tirpalo klampumas:Didėjant baltymų tirpalų klampumui – dažniausiai esant didelei ultrafiltracijos baltymų koncentracijai – didėja srautui reikalingas slėgis. Tai ypač pastebima galutinės koncentracijos ir diafiltracijos etapuose, kur tirpalai yra klampiausi.
- Membranos užsiteršimas:Užterštumo priemonės, tokios kaip baltymų agregatai arba polisacharidų ir baltymų mišiniai, gali prilipti prie membranos porų arba jas užblokuoti, todėl greitai padidėja TMP.
Gydymo priemonės:
- Mažesnis TMP ir didesnis pašarų srautasTMP sumažinimas ir padavimo greičio didinimas sumažina koncentracijos poliarizaciją ir gelio sluoksnio susidarymą, skatindamas stabilų srautą.
- Reguliarus membranų valymasNustatykite optimalų membranos valymo dažnumą, kad pašalintumėte susikaupusius teršalus. Stebėkite efektyvumą matuodami baltymų tirpalo klampumą po valymo.
- Pakeiskite senstančias membranasJei valymo nepakanka arba pasibaigia membranos tarnavimo laikas, membraną gali tekti keisti dažniau.
Mažėjantis srauto greitis: diagnostinis medis
Nuolatinis srauto sumažėjimas ultrafiltracijos koncentracijos fazės metu rodo produktyvumo problemas. Taikykite šį diagnostinį metodą:
- Stebėkite TMP ir klampumą:Jei abiejų kiekis padidėjo, patikrinkite, ar nėra užsiteršimo ar gelio sluoksnio.
- Patikrinkite pašaro sudėtį ir pH:Čia esantys poslinkiai gali pakeisti baltymų tirpalų klampumą ir skatinti užsiteršimą.
- Įvertinkite membranos veikimą:Permeato srauto sumažėjimas nepaisant valymo rodo galimą membranos pažeidimą arba negrįžtamą užsiteršimą.
Sprendimai:
- Optimizuokite pašarų temperatūrą, pH ir joninę stiprybę, kad ultrafiltracijos metu sumažėtų užsiteršimas ir koncentracijos poliarizacija.
- Naudokite paviršiaus modifikuotus arba besisukančius membraninius modulius, kad suardytumėte gelio sluoksnius ir atkurtumėte srautą.
- Atlikite įprastinius baltymų tirpalo klampumo matavimus, kad numatytumėte pokyčius, kurie turi įtakos tekėjimui.
Greitas užsiteršimas arba gelio sluoksnio susidarymas
Greitas gelio sluoksnio susidarymas atsiranda dėl per didelės koncentracijos poliarizacijos membranos paviršiuje. Skersinio srauto filtravimo (TFF) transmembraninis slėgis yra ypač jautrus esant didelio klampumo arba didelio baltymų kiekio tiekimui.
Švelninimo strategijos:
- Užtepkite hidrofilinius, neigiamai įkrautus membraninius paviršius (pvz., polivinilidenfluorido [PVDF] membranas), kad sumažintumėte baltymų prisijungimą ir prisitvirtinimą.
- Prieš ultrafiltraciją pašarus apdorokite koaguliacijos arba elektrokoaguliacijos būdu, kad pašalintumėte stipriai užsiteršiančias medžiagas.
- Integruokite mechaninius įrenginius, tokius kaip besisukantys moduliai, į skersinio srauto filtravimo procesą, kad sumažintumėte pyrago sluoksnio storį ir sulėtintumėte gelio sluoksnio susidarymą.
7.2. Prisitaikymas prie pašarų kintamumo
Baltymų ultrafiltracijos sistemos turi prisitaikyti prie pašarinių baltymų savybių ar sudėties kintamumo. Baltymų tirpalų klampumą įtakojantys veiksniai, tokie kaip buferio sudėtis, baltymų koncentracija ir agregacijos polinkis, gali pakeisti sistemos elgseną.
Reagavimo strategijos
- Klampos ir sudėties stebėjimas realiuoju laiku:Įdiekite integruotus analitinius jutiklius (Ramano spektroskopija + Kalmano filtravimas), kad greitai aptiktumėte padavimo pokyčius, pranokdami senesnius UV arba IR metodus.
- Adaptyvus proceso valdymas:Koreguokite parametrų nustatymus (srauto greitis, TMP, membranos parinkimas) reaguojant į aptiktus pokyčius. Pavyzdžiui, padidėjęs baltymų tirpalo klampumas gali pareikalauti mažesnio TMP ir didelio šlyties greičio.
- Membranos pasirinkimas:Naudokite membranas, kurių porų dydis ir paviršiaus cheminė sudėtis yra optimizuoti dabartiniams tiekimo rezultatams, subalansuojant baltymų sulaikymą ir srautą.
- Pašarų išankstinis apdorojimas:Jei staigūs pašarų sudėties pokyčiai skatina užsiteršimą, prieš ultrafiltraciją įdiekite koaguliacijos arba filtravimo etapus.
Pavyzdžiai:
- Bioprocesuose buferio jungikliai arba antikūnų agregatų pokyčiai turėtų sukelti TMP ir srauto reguliavimą per valdymo sistemą.
- Chromatografijos būdu susietai ultrafiltracijai adaptyvūs maišymo sveikųjų skaičių optimizavimo algoritmai gali sumažinti kintamumą ir sumažinti eksploatavimo sąnaudas, išlaikant ultrafiltracijos membranos našumą.
Įprastas baltymų tirpalo klampumo matavimo stebėjimas ir neatidėliotinas koregavimas prie proceso sąlygų padeda optimizuoti ultrafiltracijos koncentraciją, palaikyti pralaidumą ir sumažinti membranų užsiteršimą bei koncentracijos poliarizaciją.
Dažnai užduodami klausimai
8.1. Koks yra normalus transmembraninio slėgio diapazonas atliekant baltymų tirpalų ultrafiltraciją?
Įprastas transmembraninio slėgio (TMP) diapazonas ultrafiltracijos baltymų koncentracijos sistemose priklauso nuo membranos tipo, modulio konstrukcijos ir padavimo charakteristikų. Daugumai baltymų ultrafiltracijos procesų TMP paprastai palaikomas nuo 1 iki 3 barų (15–45 psi). TMP vertės, didesnės nei 0,2 MPa (apie 29 psi), gali pažeisti membraną, greitai užsiteršti ir sutrumpinti jos tarnavimo laiką. Biomedicinos ir bioprocesų srityse rekomenduojamas TMP paprastai neturėtų viršyti 0,8 baro (apie 12 psi), kad būtų išvengta membranos plyšimo. Tokiuose procesuose kaip skersinio srauto filtravimas, laikantis šio TMP diapazono, užtikrinamas ir išeiga, ir baltymų vientisumas.
8.2. Kaip baltymų tirpalų klampumas veikia ultrafiltracijos našumą?
Baltymų tirpalo klampumas tiesiogiai veikia ultrafiltracijos koncentravimo efektyvumą. Didelis klampumas padidina srauto pasipriešinimą ir pakelia TMP, dėl ko sumažėja permeato srautas ir greitas membranos užsiteršimas. Šis poveikis ryškus naudojant dideles monokloninių antikūnų arba Fc-sulieto baltymo koncentracijas, kai klampumas padidėja dėl baltymų sąveikos ir krūvio efektų. Klampumo valdymas ir optimizavimas naudojant pagalbines medžiagas arba fermentinį apdorojimą pagerina srautą, sumažina užsiteršimą ir leidžia pasiekti didesnes koncentracijas ultrafiltracijos koncentravimo fazės metu. Baltymų tirpalo klampumo matavimo stebėjimas yra labai svarbus norint palaikyti efektyvų procesą.
8.3. Kas yra koncentracijos poliarizacija ir kodėl ji svarbi transliacinėje frekvencinėje medžiagoje (TFF)?
Koncentracijos poliarizacija ultrafiltracijos metu yra baltymų kaupimasis membranos paviršiuje, dėl kurio atsiranda gradientas tarp bendro tirpalo ir membranos sąsajos. Skersinio srauto filtravimo metu tai padidina vietinį klampumą ir gali sukelti grįžtamą srauto sumažėjimą. Jei tai nekontroliuojama, tai gali paskatinti membranos užsiteršimą ir sumažinti sistemos efektyvumą. Koncentracijos poliarizacijos sprendimas ultrafiltracijos metu apima kryžminio srauto greičio, TMP ir membranos parinkimo optimizavimą, siekiant išlaikyti ploną poliarizacijos sluoksnį. Tikslus valdymas užtikrina didelį pralaidumą ir mažą užsiteršimo riziką.
8.4. Kaip nuspręsti, kada keisti ultrafiltracijos membraną?
Pakeiskite ultrafiltracijos membraną, kai pastebite ryškų pralaidumo (srauto) sumažėjimą, nuolatinį TMP padidėjimą, kurio nepavyksta pašalinti standartiniu valymu, arba matomą užterštumą, kuris lieka po valymo. Papildomi rodikliai yra selektyvumo praradimas (nesugebėjimas atmesti tikslinių baltymų, kaip tikėtasi), ir nesugebėjimas pasiekti našumo specifikacijų. Membranos keitimo dažnumo stebėjimas, reguliariai atliekant srauto ir selektyvumo bandymus, yra pagrindas maksimaliai pailginti membranos tarnavimo laiką baltymų tirpalo ultrafiltracijos koncentravimo procesuose.
8.5. Kokius veikimo parametrus galiu reguliuoti, kad TFF kuo mažiau užsiterštų baltymais?
Pagrindiniai veikimo parametrai, skirti sumažinti baltymų užterštumą skersinio srauto filtravimo metu, yra šie:
- Palaikykite tinkamą kryžminio srauto greitį, kad sumažintumėte vietinį baltymų kaupimąsi ir valdytumėte koncentracijos poliarizaciją.
- Kad išvengtumėte per didelio produkto nuotėkio ir membranos pažeidimų, naudokite rekomenduojamą TMP diapazoną, paprastai 3–5 psi (0,2–0,35 baro).
- Reguliariai taikykite membranų valymo protokolus, kad sumažintumėte negrįžtamą užsiteršimą.
- Stebėkite ir, jei reikia, iš anksto apdorokite pašarų tirpalą, kad kontroliuotumėte klampumą (pavyzdžiui, naudodami fermentinius apdorojimus, tokius kaip pektinazė).
- Pasirinkite membranų medžiagas ir porų dydžius (MWCO), tinkamus tikslinio baltymo dydžiui ir proceso tikslams.
Integruotas hidrociklono išankstinis filtravimas arba fermentinis išankstinis apdorojimas gali pagerinti sistemos našumą, ypač naudojant didelio klampumo pašarus. Atidžiai stebėkite pašaro sudėtį ir dinamiškai reguliuokite nustatymus, kad sumažintumėte membranos užsiteršimą ir optimizuotumėte ultrafiltracijos koncentravimo fazę.
Įrašo laikas: 2025 m. lapkričio 3 d.
