Protein Solution Viscosity Control in Ultrafiltration

Riadenie viskozity proteínových roztokov je nevyhnutné pre optimalizáciu procesov ultrafiltračnej koncentrácie v biofarmaceutickej výrobe. Zvýšená viskozita proteínových roztokov – najmä pri vysokých koncentráciách proteínov – priamo ovplyvňuje výkon membrány, účinnosť procesu a ekonomiku aplikácií ultrafiltračnej koncentrácie proteínov. Viskozita roztoku sa zvyšuje s obsahom proteínov v dôsledku zhlukovania protilátok a elektrostatických interakcií, ktoré zvyšujú odpor voči prúdeniu a pokles tlaku cez ultrafiltračnú membránu. To vedie k nižším tokom permeátu a dlhším prevádzkovým časom, najmä v procesoch priečnej filtrácie (TFF).

Transmembránový tlak (TMP), hnacia sila ultrafiltrácie, je úzko spojený s viskozitou. Prevádzka mimo normálneho rozsahu transmembránového tlaku urýchľuje znečistenie membrány a zhoršuje koncentračnú polarizáciu – hromadenie bielkovín v blízkosti membrány, ktoré neustále zvyšuje lokálnu viskozitu. Koncentračná polarizácia aj znečistenie membrány vedú k zníženému výkonu ultrafiltračnej membrány a, ak sa nekontrolujú, môžu skrátiť životnosť membrány. Experimentálna práca ukazuje, že znečistenie membrány a koncentračná polarizácia pri ultrafiltrácii sú výraznejšie pri vyšších hodnotách TMP a pri viskóznejších vstupoch, čo robí riadenie TMP v reálnom čase nevyhnutným pre maximalizáciu priepustnosti a minimalizáciu frekvencie čistenia.

Optimalizácia koncentrácie ultrafiltrácie si vyžaduje integrované stratégie:

Meranie viskozity proteínového roztokuPravidelné hodnotenie viskozity – pomocouv rade viskozimetre—pomáhajú predpovedať rýchlosti filtrácie a predvídať úzke miesta v procese, čo podporuje rýchle úpravy procesov.
Kondicionovanie krmivaÚpravou pH, iónovej sily a teploty sa môže znížiť viskozita a znížiť zanášanie. Napríklad pridanie sodných iónov zvyšuje hydratačnú odpudivosť medzi proteínmi, čím zmierňuje agregáciu a zanášanie, zatiaľ čo vápenaté ióny majú tendenciu podporovať premosťovanie a zanášanie proteínov.
Použitie pomocných látokPridanie pomocných látok znižujúcich viskozitu do vysoko koncentrovaných proteínových roztokov zlepšuje priepustnosť membrány a znižuje transmembránový tlak pri ultrafiltrácii, čím sa zvyšuje celková účinnosť.
Pokročilé režimy prúdeniaZvýšenie rýchlosti priečneho prúdenia, použitie striedavého priečneho prúdenia alebo použitie vstrekovania vzduchového prúdu narúša vrstvy znečistenia. Tieto techniky pomáhajú udržiavať tok permeátu a znižujú frekvenciu výmeny membrán minimalizáciou tvorby usadenín.
Výber a čistenie membrányVýber chemicky odolných membrán (napr. SiC alebo termosalientné hybridy) a optimalizácia frekvencie čistenia membrán pomocou vhodných protokolov (napr. čistenie chlórnanom sodným) sú kľúčové pre predĺženie životnosti membrán a zníženie prevádzkových nákladov.

Celkovo je účinná kontrola viskozity a riadenie TMP základom úspešného výkonu ultrafiltračnej koncentračnej fázy, pričom priamo ovplyvňuje výťažnosť produktu, frekvenciu čistenia membrán a životnosť drahých membránových aktív.

Pochopenie viskozity proteínového roztoku pri ultrafiltrácii

1.1. Aká je viskozita proteínových roztokov?

Viskozita opisuje odpor tekutiny voči prúdeniu; v roztokoch bielkovín udáva, do akej miery molekulárne trenie bráni pohybu. Jednotkou SI pre viskozitu je Pascal-sekunda (Pa·s), ale pre biologické tekutiny sa bežne používa centipoise (cP). Viskozita priamo ovplyvňuje, ako ľahko sa dajú roztoky bielkovín čerpať alebo filtrovať počas výroby, a ovplyvňuje dodávanie liekov, najmä pri vysoko koncentrovaných bioterapeutikách.

Koncentrácia bielkovín je dominantným faktorom ovplyvňujúcim viskozitu. S rastúcou hladinou bielkovín sa zvyšujú intermolekulárne interakcie a zhlukovanie, čo spôsobuje stúpanie viskozity, často nelineárne. Nad určitou prahovou hodnotou interakcie proteín-proteín ďalej potláčajú difúziu v roztoku. Napríklad koncentrované roztoky monoklonálnych protilátok používané vo farmaceutických výrobkoch často dosahujú úrovne viskozity, ktoré sťažujú subkutánnu injekciu alebo obmedzujú rýchlosť spracovania.

Modely predpovedajúce viskozitu v koncentrovaných proteínových roztokoch teraz zahŕňajú molekulárnu geometriu a tendencie k agregácii. Morfológia proteínu – či už je predĺžená, guľovitá alebo náchylná k agregácii – významne ovplyvňuje viskozitu pri vysokých koncentráciách. Nedávny pokrok v mikrofluidickom hodnotení umožňuje presné meranie viskozity z minimálnych objemov vzoriek, čo uľahčuje rýchly skríning nových proteínových formulácií.

1.2. Ako sa mení viskozita počas ultrafiltrácie

Počas ultrafiltrácie koncentračná polarizácia rýchlo akumuluje proteíny na rozhraní membrána-roztok. To vytvára strmé lokálne koncentračné gradienty a zvyšuje viskozitu v blízkosti membrány. Zvýšená viskozita v tejto oblasti bráni prenosu hmoty a znižuje tok permeátu.

Koncentračná polarizácia sa líši od membránového znečistenia. Polarizácia je dynamická a reverzibilná, dochádza k nej v priebehu niekoľkých minút s postupujúcou filtráciou. Naproti tomu znečistenie sa vyvíja v priebehu času a často zahŕňa ireverzibilné usadzovanie alebo chemickú transformáciu na povrchu membrány. Presná diagnostika umožňuje sledovanie vrstvy koncentračnej polarizácie v reálnom čase a odhaľuje jej citlivosť na rýchlosť priečneho prúdenia a transmembránový tlak. Napríklad zvýšenie rýchlosti alebo zníženie transmembránového tlaku (TMP) pomáha narušiť viskóznu hraničnú vrstvu a obnoviť tok.

Prevádzkové parametre priamo ovplyvňujú správanie sa viskozity:

Transmembránový tlak (TMP)Vyššia teplota topenia (TMP) zintenzívňuje polarizáciu, zvyšuje lokálnu viskozitu a znižuje tok.
Rýchlosť priečneho prúdeniaZvýšená rýchlosť obmedzuje akumuláciu a zmierňuje viskozitu v blízkosti membrány.
Frekvencia čistenia membránČasté čistenie znižuje dlhodobé hromadenie a zmierňuje stratu výkonu spôsobenú viskozitou.

Fázy ultrafiltračnej koncentrácie musia optimalizovať tieto parametre, aby sa minimalizovali nepriaznivé účinky na viskozitu a udržala sa priepustnosť.

1.3. Vlastnosti proteínového roztoku ovplyvňujúce viskozitu

Molekulová hmotnosťazloženiehlavne určujú viskozitu. Väčšie, komplexnejšie proteíny alebo agregáty majú vyššiu viskozitu v dôsledku sťaženého pohybu a výraznejších medzimolekulárnych síl. Tvar proteínov ďalej moduluje tok – predĺžené alebo k agregácii náchylné reťazce spôsobujú väčší odpor ako kompaktné globulárne proteíny.

pHkriticky ovplyvňuje náboj a rozpustnosť proteínu. Úprava pH roztoku v blízkosti izoelektrického bodu proteínu minimalizuje čistý náboj, znižuje odpudzovanie proteínov a dočasne znižuje viskozitu, čo uľahčuje filtráciu. Napríklad, prevádzka ultrafiltrácie v blízkosti izoelektrického bodu BSA alebo IgG môže výrazne zvýšiť tok permeátu a selektivitu separácie.

Iónová silaovplyvňuje viskozitu zmenou elektrickej dvojitej vrstvy okolo proteínov. Zvýšená iónová sila blokuje elektrostatické interakcie, čím podporuje prenos proteínov cez membrány, ale zároveň zvyšuje riziko agregácie a zodpovedajúcich nárastov viskozity. Kompromis medzi účinnosťou prenosu a selektivitou často závisí od jemného doladenia koncentrácií solí a zloženia pufrov.

Na zmiernenie viskozity možno použiť malé molekulárne prísady – ako napríklad arginín hydrochlorid alebo guanidín. Tieto činidlá narúšajú hydrofóbne alebo elektrostatické príťažlivosti, znižujú agregáciu a zlepšujú tokové vlastnosti roztoku. Teplota slúži ako ďalšia riadiaca premenná; nižšie teploty zvyšujú viskozitu, zatiaľ čo ďalšie teplo ju často znižuje.

Meranie viskozity proteínového roztoku by malo zohľadniť:

Distribúcia molekulových hmotností
Zloženie roztoku (soli, pomocné látky, prísady)
Výber pH a pufrovacieho systému
Nastavenie iónovej sily

Tieto faktory sú kľúčové pre optimalizáciu výkonu ultrafiltračnej membrány a zabezpečenie konzistentnosti naprieč fázami koncentrácie a procesmi TFF.

Základy ultrafiltračnej koncentrácie proteínov

Princípy ultrafiltračnej koncentračnej fázy

Ultrafiltračná koncentrácia proteínov funguje tak, že cez polopriepustnú membránu pôsobí transmembránový tlak (TMP), ktorý preháňa rozpúšťadlo a malé rozpustené látky, pričom proteíny a väčšie molekuly zadržiava. Proces využíva selektívnu permeáciu na základe veľkosti molekuly, pričom maximálnu veľkosť prechádzajúcich molekúl definuje medzná hodnota molekulovej hmotnosti membrány (MWCO). Bielkoviny presahujúce MWCO sa hromadia na strane retentátu, čím sa ich koncentrácia zvyšuje s odvádzaním permeátu.

Fáza ultrafiltračnej koncentrácie sa zameriava na redukciu objemu a obohatenie proteínového roztoku. S postupujúcou filtráciou sa viskozita proteínového roztoku zvyčajne zvyšuje, čo ovplyvňuje požiadavky na tok a TMP. Zadržané proteíny môžu interagovať navzájom a s membránou, čím sa proces v reálnom svete stáva zložitejším ako jednoduché vylúčenie podľa veľkosti. Elektrostatické interakcie, agregácia proteínov a charakteristiky roztoku, ako je pH a iónová sila, ovplyvňujú výsledky retencie a separácie. V niektorých prípadoch advektívny transport dominuje nad difúziou, najmä v membránach s väčšími pórmi, čo komplikuje očakávania založené výlučne na výbere MWCO [pozri súhrn výskumu].

Vysvetlenie priečnej filtrácie (TFF)

Priečna filtrácia, nazývaná aj tangenciálna filtrácia (TFF), vedie proteínový roztok tangenciálne cez povrch membrány. Tento prístup je v kontraste s filtráciou s koncom filtra, kde je prúdenie kolmé na membránu a tlačí častice priamo na filter a doň.

Kľúčové rozdiely a vplyvy:

Kontrola znečistenia:TFF znižuje hromadenie vrstiev bielkovín a častíc, známe ako tvorba koláča, tým, že z membrány neustále odstraňuje potenciálne nečistoty. Výsledkom je stabilnejší tok permeátu a jednoduchšia údržba.
Retencia bielkovín:TFF podporuje lepšie riadenie koncentračnej polarizácie – vrstvy zadržaných molekúl v blízkosti membrány – ktorá, ak nie je kontrolovaná, môže znížiť selektivitu separácie a zvýšiť znečistenie. Dynamický tok v TFF tento efekt zmierňuje a pomáha udržiavať vysokú retenciu bielkovín a účinnosť separácie.
Stabilita toku:TFF umožňuje dlhšie prevádzkové obdobia pri konzistentnom toku, čím zvyšuje účinnosť v procesoch s vysokobielkovinovými alebo na častice bohatými vstupnými surovinami. Naopak, filtrácia v slepých uličkách je rýchlo brzdená znečistením, znižuje priepustnosť a vyžaduje si časté čistenie.

Pokročilé varianty TFF, ako napríklad striedavý tangenciálny tok (ATF), ďalej narúšajú znečistenie a tvorbu koláča periodickým obracaním alebo zmenou tangenciálnych rýchlostí, čím predlžujú životnosť filtra a zlepšujú priepustnosť proteínov [pozri súhrn výskumu]. V klasických aj pokročilých nastaveniach TFF musia byť prevádzkové nastavenia – ako je TMP, rýchlosť priečneho toku a frekvencia čistenia – prispôsobené špecifickému proteínovému systému, typu membrány a cieľovej koncentrácii, aby sa optimalizoval výkon a minimalizovalo znečistenie.

Transmembránový tlak (TMP) pri ultrafiltrácii

3.1. Čo je transmembránový tlak?

Transmembránový tlak (TMP) je tlakový rozdiel na filtračnej membráne, ktorý tlačí rozpúšťadlo zo vstupnej strany smerom k permeátu. TMP je hlavnou silou separačného procesu pri ultrafiltrácii, ktorá umožňuje rozpúšťadlu prejsť cez membránu a zároveň zachovať proteíny a iné makromolekuly.

Vzorec TMP:

Jednoduchý rozdiel: TMP = P_prívod − P_permeát
Inžinierska metóda: TMP = [(P_prívod + P_retentát)/2] − P_permeát
Tu je P_feed vstupný tlak, P_retentát výstupný tlak na strane retentátu a P_permeát je tlak na strane permeátu. Zahrnutie tlaku retentátu (alebo koncentrátu) poskytuje presnejšiu hodnotu pozdĺž povrchu membrány, pričom zohľadňuje tlakové gradienty spôsobené odporom prúdenia a znečistením.
Tlak prívodu a prietok
Tlak retentátu (ak je to relevantné)
Tlak permeátu (často atmosférický)
Odolnosť membrány
TMP sa líši v závislosti od typu membrány, konštrukcie systému a procesných podmienok.

Riadiace premenné:

3.2. TMP a ultrafiltračný proces

TMP zohráva ústrednú úlohu v koncentrácii proteínov ultrafiltráciou, pričom poháňa proteínové roztoky cez membránu. Tlak musí byť dostatočne vysoký, aby prekonal odpor membrány a akýkoľvek nahromadený materiál, ale nie taký vysoký, aby urýchlil znečistenie.

Vplyv viskozity roztoku a koncentrácie bielkovín

Viskozita proteínových roztokov:Vyššia viskozita zvyšuje odpor prúdenia, čo si vyžaduje vyššiu teplotu topenia (TMP) na udržanie rovnakého toku permeátu. Napríklad pridanie glycerolu do vstupného materiálu alebo práca s koncentrovanými proteínmi zvyšuje viskozitu, a tým aj požadovanú prevádzkovú teplotu topenia (TMP).
Koncentrácia bielkovín:S rastúcou koncentráciou počas fázy ultrafiltračnej koncentrácie sa zvyšuje viskozita roztoku, zvyšuje sa teplota membrány (TMP) a rastie riziko znečistenia membrány alebo polarizácie koncentrácie.
Darcyho zákon:TMP, tok permeátu (J) a viskozita (μ) súvisia pomocou TMP = J × μ × R_m (membránový odpor). Pre roztoky proteínov s vysokou viskozitou je starostlivé nastavenie TMP nevyhnutné pre efektívnu ultrafiltráciu.

Príklady:

Ultrafiltrácia hustých roztokov protilátok vyžaduje starostlivé riadenie TMP, aby sa zabránilo rastúcej viskozite.
PEGylácia alebo iné modifikácie proteínov menia interakciu s membránou, čo ovplyvňuje TMP potrebný pre požadovaný tok.

3.3. Monitorovanie a optimalizácia TMP

Udržiavanie TMP v rámcinormálny rozsah transmembránového tlakuje kľúčový pre stabilný výkon ultrafiltračnej membrány a kvalitu produktu. Postupom času, ako ultrafiltrácia postupuje, môže polarizácia koncentrácie a znečistenie spôsobiť zvýšenie TMP, niekedy aj rýchle.

Monitorovacie postupy:

Monitorovanie v reálnom čase:TMP sa sleduje cez vstup, retentát a permeáttlakové vysielače.
Ramanova spektroskopia:Používa sa na neinvazívne monitorovanie koncentrácií bielkovín a pomocných látok, čo uľahčuje adaptívnu kontrolu TMP počas ultrafiltrácie a diafiltrácie.
Pokročilé ovládanie:Rozšírené Kalmanove filtre (EKF) dokážu spracovávať údaje zo senzorov a automaticky upravovať teplotu vody (TMP), aby sa predišlo nadmernému znečisteniu.
Nastavte počiatočnú TMP v normálnom rozsahu:Nie príliš nízke, aby sa znížil tok, ani príliš vysoké, aby sa zabránilo rýchlemu znečisteniu.
Upravte teplotu topenia (TMP) so zvyšujúcou sa viskozitou:Počas fázy ultrafiltračnej koncentrácie postupne zvyšujte TMP iba podľa potreby.
Kontrola toku krmiva a pH:Zvýšenie prietoku vstupného prúdu alebo zníženie teploty vody (TMP) zmierňuje polarizáciu koncentrácie a znečistenie.
Čistenie a výmena membrány:Vyššie hodnoty TMP sú spojené s častejším čistením a skrátenou životnosťou membrány.

Optimalizačné stratégie:

Príklady:

Korózne znečistenie v linkách na spracovanie bielkovín vedie k zvýšeniu teploty tepelného spracovania (TMP) a zníženiu toku, čo si vyžaduje čistenie alebo výmenu membrány na obnovenie normálnej prevádzky.
Enzymatická predúprava (napr. pridanie pektinázy) môže znížiť TMP a predĺžiť životnosť membrány počas ultrafiltrácie repkového proteínu s vysokou viskozitou.

3.4. TMP v systémoch TFF

Tangenciálna (priečna) prietoková filtrácia (TFF) funguje tak, že privádzaný roztok prechádza cez membránu, a nie priamo cez ňu, čo významne ovplyvňuje dynamiku TMP.

Regulácia a rovnováha TMP

Transmembránový tlak TFF (TFF TMP):Riadi sa reguláciou prietoku vstupného prúdu aj tlaku čerpadla, aby sa predišlo nadmernému TMP a zároveň sa maximalizoval tok permeátu.
Optimalizácia parametrov:Zvýšenie prietoku krmiva znižuje lokálne ukladanie bielkovín, stabilizuje TMP a znižuje znečistenie membrány.
Výpočtové modelovanie:Modely CFD predpovedajú a optimalizujú TMP TFF pre maximálnu regeneráciu produktu, čistotu a výťažnosť – čo je obzvlášť dôležité pre procesy, ako je izolácia mRNA alebo extracelulárnych vezikúl.

Príklady:

V bioprocesovaní optimálna TFF TMP poskytuje >70% výťažnosť mRNA bez degradácie, čím prekonáva metódy ultracentrifugácie.
Adaptívne riadenie teploty membrány (TMP), založené na matematických modeloch a spätnej väzbe zo senzorov, znižuje frekvenciu výmeny membrán a predlžuje ich životnosť prostredníctvom zmierňovania znečistenia.

Kľúčové poznatky:

Transmembránový tlak TMP musí byť v TFF aktívne riadený, aby sa udržala účinnosť procesu, tok a stav membrány.
Systematická optimalizácia TMP znižuje prevádzkové náklady, podporuje získavanie vysoko čistých produktov a predlžuje životnosť membrán pri ultrafiltrácii proteínov a súvisiacich procesoch.

Monitorovanie a meranie vysokých koncentrácií bielkovín

Mechanizmy znečistenia a ich vzťah k viskozite

Hlavné cesty znečistenia pri ultrafiltrácii proteínov

Ultrafiltrácia bielkovín je ovplyvnená niekoľkými odlišnými cestami znečistenia:

Korózne znečistenie:Vyskytuje sa, keď sa produkty korózie – zvyčajne oxidy železa – hromadia na povrchu membrán. Tieto znižujú tok a je ťažké ich odstrániť štandardnými chemickými čistiacimi prostriedkami. Znečistenie koróziou vedie k pretrvávajúcej strate výkonu membrány a časom zvyšuje frekvenciu výmeny membrán. Jeho vplyv je obzvlášť závažný pri membránach PVDF a PES používaných pri úprave vody a v proteínových aplikáciách.

Organické znečistenie:Prevažne indukované proteínmi, ako je hovädzí sérový albumín (BSA), a môže sa zintenzívniť v prítomnosti iných organických látok, ako sú polysacharidy (napr. alginát sodný). Mechanizmy zahŕňajú adsorpciu na póry membrány, upchávanie pórov a tvorbu vrstvy koláča. Synergické účinky sa vyskytujú, keď je prítomných viacero organických zložiek, pričom systémy so zmiešanými znečisteniami vykazujú silnejšie znečistenie ako systémy s jedným proteínom.

Koncentračná polarizácia:Ako ultrafiltrácia postupuje, zadržané proteíny sa hromadia v blízkosti povrchu membrány, čím sa zvyšuje lokálna koncentrácia a viskozita. Vytvára sa tak polarizačná vrstva, ktorá zvyšuje náchylnosť k znečisteniu a znižuje tok. Proces sa zrýchľuje s postupujúcou fázou ultrafiltračnej koncentrácie, ktorá je priamo ovplyvnená transmembránovým tlakom a dynamikou prúdenia.

Koloidné a zmiešané znečistenie:Koloidná hmota (napr. oxid kremičitý, anorganické minerály) môže interagovať s proteínmi a vytvárať komplexné agregátne vrstvy, ktoré zhoršujú znečistenie membrán. Prítomnosť koloidného oxidu kremičitého napríklad výrazne znižuje rýchlosť toku, najmä v kombinácii s organickou hmotou alebo za suboptimálnych podmienok pH.

Vplyv viskozity roztoku na tvorbu usadenín

Viskozita proteínových roztokov silne ovplyvňuje kinetiku znečistenia a zhutňovanie membrán:

Zrýchlené znečistenie:Vyššia viskozita proteínového roztoku zvyšuje odolnosť voči spätnému transportu zadržaných rozpustených látok, čo uľahčuje rýchlejšiu tvorbu vrstvy koláča. To zvyšuje transmembránový tlak (TMP), urýchľuje zhutňovanie a znečistenie membrány.

Účinky zloženia roztoku:Typ proteínu mení viskozitu; globulárne proteíny (napr. BSA) a predĺžené proteíny sa správajú odlišne, pokiaľ ide o tok a polarizáciu. Pridanie zlúčenín, ako sú polysacharidy alebo glycerol, výrazne zvyšuje viskozitu, čo podporuje znečistenie. Prísady a agregácia proteínov vo vysokých koncentráciách ďalej zrýchľujú rýchlosť upchávania membrán, čím priamo znižujú tok aj životnosť membrány.

Prevádzkové dôsledky:Vyššia viskozita vyžaduje zvýšenú teplotu topenia (TMP) na udržanie rýchlosti filtrácie v procesoch priečnej filtrácie. Dlhodobé vystavenie vysokej teplote topenia zvyšuje nezvratné znečistenie, čo si často vyžaduje častejšie čistenie membrány alebo skoršiu jej výmenu.

Úloha charakteristík krmiva

Charakteristiky krmiva – konkrétne vlastnosti bielkovín a chemické zloženie vody – určujú závažnosť znečistenia:

Veľkosť a distribúcia bielkovín:Väčšie alebo agregované proteíny majú väčšiu tendenciu spôsobovať blokovanie pórov a hromadenie koláča, čo zvyšuje viskozitu a tendenciu zhutňovania počas ultrafiltračnej koncentrácie proteínov.

pH:Zvýšené pH zvyšuje elektrostatické odpudzovanie, čím bráni agregácii proteínov v blízkosti membrány, čím sa znižuje ich znečistenie. Naopak, kyslé prostredie odpudzovanie znižuje, najmä v prípade koloidného oxidu kremičitého, čím zhoršuje znečistenie membrány a znižuje rýchlosť toku.

Teplota:Nižšie teploty procesu vo všeobecnosti znižujú kinetickú energiu, čo môže spomaliť rýchlosť znečistenia, ale tiež zvýšiť viskozitu roztoku. Vysoké teploty urýchľujú znečistenie, ale môžu tiež zvýšiť účinnosť čistenia.

Koloidná/anorganická hmota:Prítomnosť koloidného oxidu kremičitého alebo kovov zintenzívňuje znečistenie, najmä v kyslých podmienkach. Častice oxidu kremičitého zvyšujú celkovú viskozitu roztoku a fyzicky upchávajú póry, čím sa znižuje účinnosť ultrafiltračnej koncentrácie a znižuje sa celková životnosť a výkon membrány.

Iónové zloženie:Pridanie určitých iónových látok (Na⁺, Zn²⁺, K⁺) môže znížiť znečistenie úpravou elektrostatických a hydratačných síl medzi proteínmi a membránami. Ióny ako Ca²⁺ však často podporujú agregáciu a zvyšujú potenciál znečistenia.

Príklady:

Počas priečnej filtrácie dochádza u vstupného materiálu bohatého na vysokomolekulárne proteíny a so zvýšenou viskozitou k rýchlemu poklesu toku, čo zvyšuje potrebu čistenia a výmeny.
Keď napájacia voda obsahuje koloidný oxid kremičitý a je okyslená, agregácia a usadzovanie oxidu kremičitého sa zintenzívnia, čo výrazne zvyšuje mieru znečistenia a znižuje výkon membrány.

Stručne povedané, pochopenie vzájomného pôsobenia medzi viskozitou roztoku, typmi znečistenia a charakteristikami vstupného materiálu je nevyhnutné pre optimalizáciu koncentrácie ultrafiltrácie, zníženie znečistenia membrány a maximalizáciu životnosti membrány.

Polarizácia koncentrácie a jej riadenie

Čo je koncentračná polarizácia?

Koncentračná polarizácia je lokalizovaná akumulácia zadržanej rozpustenej látky – ako sú proteíny – na rozhraní membrána/roztok počas ultrafiltrácie. V kontexte proteínových roztokov, keď kvapalina prúdi proti polopriepustnej membráne, proteíny odmietnuté membránou majú tendenciu hromadiť sa v tenkej hraničnej vrstve priľahlej k povrchu. Toto hromadenie vedie k strmému koncentračnému gradientu: vysoká koncentrácia proteínov priamo pri membráne, oveľa nižšia v objemovom roztoku. Tento jav je reverzibilný a riadený hydrodynamickými silami. Je v kontraste so znečistením membrány, ktoré zahŕňa trvalejšie ukladanie alebo adsorpciu vo vnútri alebo na membráne.

Ako koncentračná polarizácia zhoršuje viskozitu a znečistenie

Na povrchu membrány vytvára kontinuálna akumulácia proteínov hraničnú vrstvu, ktorá zvyšuje lokálnu koncentráciu rozpustených látok. To má dva významné účinky:

Lokalizované zvýšenie viskozity:S rastúcou koncentráciou proteínu v blízkosti membrány sa zvyšuje aj viskozita proteínového roztoku v tejto mikrooblasti. Zvýšená viskozita bráni spätnému transportu rozpustenej látky z membrány, čím sa ďalej zvyšuje koncentračný gradient a vytvára sa spätná väzba so zvyšujúcim sa odporom voči prúdeniu. To má za následok znížený tok permeátu a vyššiu energetickú náročnosť na pokračujúcu filtráciu.

Uľahčenie znečistenia membrány:Vysoká koncentrácia bielkovín v blízkosti membrány zvyšuje pravdepodobnosť agregácie bielkovín a v niektorých systémoch aj tvorbu gélovej vrstvy. Táto vrstva upcháva póry membrány a ďalej zvyšuje odpor voči prúdeniu. Takéto podmienky sú vhodné pre vznik ireverzibilného znečistenia, pri ktorom sa agregáty bielkovín a nečistoty fyzikálne alebo chemicky viažu na membránovú matricu.

Experimentálne zobrazovanie (napr. elektrónová mikroskopia) potvrdzuje rýchlu aglomeráciu nanorozmerných proteínových zhlukov na membráne, ktoré sa môžu rozrásť do významných usadenín, ak nie sú prevádzkové nastavenia vhodne riadené.

Stratégie na minimalizáciu polarizácie koncentrácie

Riadenie polarizácie koncentrácie pri ultrafiltračnej koncentrácii proteínov alebo priečnej filtrácii si vyžaduje dvojaký prístup: úpravu hydrodynamiky a ladenie prevádzkových parametrov.

Optimalizácia rýchlosti priečneho prúdenia:
Zvýšenie rýchlosti priečneho prúdenia zvyšuje tangenciálny tok cez membránu, čím podporuje šmykové sily a stenčuje hraničnú vrstvu koncentrácie. Intenzívnejšie šmykové sily odstraňujú nahromadené proteíny z povrchu membrány, čím sa znižuje polarizácia aj riziko znečistenia. Napríklad použitie statických miešačov alebo zavedenie prebublávania plynu narúša vrstvu rozpustených látok, čo výrazne zlepšuje tok permeátu a účinnosť procesu filtrácie priečnym prúdením.

Úprava prevádzkových parametrov:

Transmembránový tlak (TMP):TMP je tlakový rozdiel na membráne a hnacia sila ultrafiltrácie. Zvýšenie TMP na urýchlenie filtrácie sa však môže obrátiť proti nemu v podobe zintenzívnenia koncentračnej polarizácie. Dodržiavanie normálneho rozsahu transmembránového tlaku – neprekračovanie limitov stanovených pre ultrafiltráciu bielkovín – pomáha predchádzať nadmernému hromadeniu rozpustených látok a súvisiacemu zvýšeniu lokálnej viskozity.

Šmyková rýchlosť:Šmyková rýchlosť, funkcia rýchlosti priečneho prúdenia a dizajnu kanála, zohráva ústrednú úlohu v dynamike transportu rozpustených látok. Vysoký šmykový tlak udržiava polarizačnú vrstvu tenkú a pohyblivú, čo umožňuje častú obnovu oblasti zbavenej rozpustených látok v blízkosti membrány. Zvyšovanie šmykovej rýchlosti skracuje čas potrebný na akumuláciu proteínov a minimalizuje nárast viskozity na rozhraní.

Vlastnosti kanála:Úprava vlastností prichádzajúceho proteínového roztoku – napríklad zníženie viskozity proteínového roztoku, zníženie obsahu agregátov alebo kontrola pH a iónovej sily – môže pomôcť znížiť rozsah a vplyv koncentračnej polarizácie. Predúprava krmiva a zmeny v receptúre môžu zlepšiť výkon ultrafiltračnej membrány a predĺžiť životnosť membrány znížením frekvencie čistenia membrány.

Príklad aplikácie:
Zariadenie využívajúce tangenciálnu filtráciu (TFF) na koncentrovanie monoklonálnych protilátok aplikuje starostlivo optimalizované rýchlosti priečneho prúdenia a udržiava TMP v prísnom rozmedzí. Týmto spôsobom operátori minimalizujú polarizáciu koncentrácie a znečistenie membrán, čím znižujú frekvenciu výmeny membrán aj cykly čistenia – čo priamo znižuje prevádzkové náklady a zlepšuje výťažnosť produktu.

Vhodné nastavenie a monitorovanie týchto premenných – vrátane merania viskozity proteínového roztoku v reálnom čase – sú základom pre optimalizáciu výkonu ultrafiltračnej koncentrácie a zmiernenie nepriaznivých účinkov súvisiacich s polarizáciou koncentrácie pri spracovaní proteínov.

Optimalizácia ultrafiltrácie pre proteínové roztoky s vysokou viskozitou

6.1. Najlepšie prevádzkové postupy

Udržiavanie optimálneho výkonu ultrafiltrácie s vysokoviskóznymi proteínovými roztokmi si vyžaduje krehkú rovnováhu medzi transmembránovým tlakom (TMP), koncentráciou proteínov a viskozitou roztoku. TMP – rozdiel v tlaku na membráne – priamo ovplyvňuje rýchlosť koncentrácie ultrafiltračných proteínov a stupeň znečistenia membrány. Pri spracovaní viskóznych roztokov, ako sú monoklonálne protilátky alebo sérové proteíny s vysokou koncentráciou, môže akékoľvek nadmerné zvýšenie TMP spočiatku zvýšiť tok, ale tiež rýchlo urýchľuje znečistenie a akumuláciu proteínov na povrchu membrány. To vedie k narušenému a nestabilnému filtračnému procesu, čo potvrdzujú zobrazovacie štúdie, ktoré ukazujú, že pri zvýšenom TMP a koncentráciách proteínov nad 200 mg/ml sa tvoria husté proteínové vrstvy.

Optimálny prístup zahŕňa prevádzku systému blízko kritickej hodnoty TMP, ale nie prekročenie tejto hodnoty. V tomto bode je produktivita maximalizovaná, ale riziko nezvratného znečistenia zostáva minimálne. Pri veľmi vysokých viskozitách nedávne zistenia naznačujú zníženie TMP a súčasné zvýšenie prietoku vstupného materiálu (priečna filtrácia), aby sa zmiernila polarizácia koncentrácie a ukladanie proteínov. Napríklad štúdie koncentrácie fúzneho proteínu Fc ukazujú, že nižšie nastavenia TMP pomáhajú udržiavať stabilný tok a zároveň znižujú straty produktu.

Postupné a metodické zvyšovanie koncentrácie bielkovín počas ultrafiltrácie je kľúčové. Náhle kroky koncentrácie môžu príliš rýchlo prinútiť roztok prejsť do režimu vysokej viskozity, čím sa zvyšuje riziko agregácie aj závažnosť znečistenia. Namiesto toho postupné zvyšovanie hladín bielkovín umožňuje paralelné nastavenie procesných parametrov, ako je TMP, rýchlosť priečneho prúdenia a pH, čo pomáha udržiavať stabilitu systému. Prípadové štúdie enzýmovej ultrafiltrácie potvrdzujú, že udržiavanie nižších prevádzkových tlakov počas týchto fáz zabezpečuje kontrolované zvyšovanie koncentrácie, minimalizuje pokles toku a zároveň chráni integritu produktu.

6.2. Frekvencia výmeny a údržba membrán

Frekvencia výmeny membrán pri ultrafiltrácii je úzko spojená s indikátormi znečistenia a klesajúceho toku. Namiesto spoliehania sa výlučne na relatívny pokles toku ako indikátora konca životnosti sa ako spoľahlivejšie ukázalo monitorovanie špecifickej odolnosti voči znečisteniu – kvantitatívnej miery predstavujúcej odolnosť vyvolanú nahromadeným materiálom – najmä pri zmiešaných proteínových alebo proteínovo-polysacharidových krmivách, kde k znečisteniu môže dochádzať rýchlejšie a závažnejšie.

Monitorovanie ďalších indikátorov znečistenia je tiež dôležité. Viditeľné známky povrchových usadenín, nerovnomerný tok permeátu alebo pretrvávajúce zvyšovanie teploty zanesenia (TMP) (napriek čisteniu) sú varovnými signálmi pokročilého znečistenia, ktoré predchádza zlyhaniu membrány. Techniky, ako je sledovanie modifikovaného indexu znečistenia (MFI-UF) a jeho korelácia s výkonom membrány, umožňujú prediktívne plánovanie výmeny namiesto reaktívnych zmien, čím sa minimalizujú prestoje a kontrolujú náklady na údržbu.

Integritu membrány ohrozuje nielen hromadenie organických nečistôt, ale aj korózia, najmä v procesoch prebiehajúcich pri extrémnom pH alebo s vysokými koncentráciami solí. Na zvládnutie korózie aj usadzovania nečistôt by sa mali zaviesť pravidelné kontroly a chemické čistenie. Ak sa zistí znečistenie súvisiace s koróziou, je potrebné upraviť frekvenciu čistenia membrány a intervaly výmeny, aby sa zabezpečila trvalá životnosť membrány a konzistentný výkon ultrafiltračnej membrány. Dôkladná plánovaná údržba je nevyhnutná na zmiernenie vplyvu týchto problémov a predĺženie efektívnej prevádzky.

6.3. Riadenie procesu a meranie viskozity priamo v potrubí

Presné meranie viskozity proteínového roztoku v reálnom čase je nevyhnutné pre riadenie procesu ultrafiltrácie, najmä pri zvyšovaní koncentrácií a viskozit. Inline systémy na meranie viskozity poskytujú nepretržité monitorovanie, čo umožňuje okamžitú spätnú väzbu a dynamické úpravy parametrov systému.

Nové technológie zmenili spôsob merania viskozity proteínových roztokov:

Ramanova spektroskopia s Kalmanovým filtrovanímRamanova analýza v reálnom čase, podporovaná rozšírenými Kalmanovými filtrami, umožňuje robustné sledovanie koncentrácie bielkovín a zloženia pufrov. Tento prístup zvyšuje citlivosť a presnosť a podporuje automatizáciu procesov ultrafiltračnej koncentrácie a diafiltrácie.

Automatizovaná kinematická kapilárna viskozimetriaTáto technológia využíva počítačové videnie a automaticky meria viskozitu roztoku, čím prekonáva manuálne chyby a ponúka opakovateľné, multiplexné monitorovanie naprieč viacerými procesnými prúdmi. Je validovaná pre štandardné aj komplexné proteínové formulácie a znižuje počet zásahov počas fázy ultrafiltračnej koncentrácie.

Mikrofluidné reologické zariadeniaMikrofluidné systémy poskytujú detailné, kontinuálne reologické profily, a to aj pre nenewtonovské proteínové roztoky s vysokou viskozitou. Tieto sú obzvlášť cenné vo farmaceutickej výrobe, pri podpore stratégií procesných analytických technológií (PAT) a integrácie so spätnoväzobnými slučkami.

Riadenie procesov pomocou týchto nástrojov umožňuje implementáciu spätnoväzobných slučiek pre úpravu teploty membrány (TMP), rýchlosti posuvu alebo rýchlosti priečneho toku v reálnom čase v reakcii na zmeny viskozity. Napríklad, ak inline snímanie zistí náhly nárast viskozity (v dôsledku zvýšenia koncentrácie alebo agregácie), TMP sa môže automaticky znížiť alebo rýchlosť priečneho toku zvýšiť, aby sa obmedzil nástup polarizácie koncentrácie pri ultrafiltrácii. Tento prístup nielen predlžuje životnosť membrány, ale tiež podporuje konzistentnú kvalitu produktu dynamickým riadením faktorov ovplyvňujúcich viskozitu proteínových roztokov.

Výber najvhodnejšej technológie monitorovania viskozity závisí od špecifických požiadaviek ultrafiltračnej aplikácie vrátane očakávaného rozsahu viskozity, zložitosti formulácie proteínov, integračných potrieb a nákladov. Tieto pokroky v monitorovaní v reálnom čase a dynamickom riadení procesov výrazne zlepšili schopnosť optimalizovať ultrafiltráciu pre proteínové roztoky s vysokou viskozitou, čím sa zabezpečila prevádzková stabilita aj vysoký výťažok produktu.

Riešenie problémov a bežné problémy pri ultrafiltrácii bielkovín

7.1. Príznaky, príčiny a náprava

Zvýšený transmembránový tlak

Zvýšenie transmembránového tlaku (TMP) počas ultrafiltrácie naznačuje rastúci odpor cez membránu. Účinky transmembránového tlaku na ultrafiltráciu sú priame: normálny rozsah transmembránového tlaku je zvyčajne závislý od procesu, ale trvalé zvýšenie si zaslúži skúmanie. Vynikajú dve bežné príčiny:

Vyššia viskozita proteínového roztoku:S rastúcou viskozitou proteínových roztokov – zvyčajne pri vysokej koncentrácii proteínov po ultrafiltrácii – stúpa tlak potrebný na prietok. Toto je výrazné v krokoch konečnej koncentrácie a diafiltrácie, kde sú roztoky najviskóznejšie.
Znečistenie membrány:Znečisťujúce látky, ako sú proteínové agregáty alebo zmesi polysacharidov a proteínov, môžu priľnúť k membránovým pórom alebo ich blokovať, čo vedie k rýchlemu nárastu TMP.

Liečivá:

Znížte TMP a zvýšte tok vstupného materiáluZníženie teploty nasýtenia (TMP) a zároveň zvýšenie rýchlosti podávania znižuje polarizáciu koncentrácie a tvorbu gélovej vrstvy, čím podporuje stabilný tok.
Pravidelné čistenie membrányStanovte optimálnu frekvenciu čistenia membrány na odstránenie nahromadených nečistôt. Po vyčistení monitorujte účinnosť meraním viskozity proteínového roztoku.
Vymeňte starnúce membrányAk je čistenie nedostatočné alebo je dosiahnutá životnosť membrány, môže byť potrebná zvýšená frekvencia výmeny membrány.

Klesajúca rýchlosť toku: Diagnostický strom

Konzistentný pokles toku počas fázy ultrafiltračnej koncentrácie naznačuje problémy s produktivitou. Postupujte podľa tohto diagnostického postupu:

Monitorovanie teploty nasýtenia (TMP) a viskozity:Ak sa oba zvýšili, skontrolujte, či nie sú zanesené nečistoty alebo či nie je prítomná gélová vrstva.
Skontrolujte zloženie krmiva a pH:Posuny v tomto bode môžu zmeniť viskozitu proteínových roztokov a podporiť ich znečistenie.
Posúďte výkon membrány:Zníženie toku permeátu napriek čisteniu signalizuje možné poškodenie membrány alebo nezvratné znečistenie.

Riešenia:

Optimalizujte teplotu, pH a iónovú silu v vstupnom materiáli, aby ste zmiernili znečistenie a polarizáciu koncentrácie pri ultrafiltrácii.
Na narušenie gélových vrstiev a obnovenie toku použite moduly s modifikovaným povrchom alebo rotujúce membránové moduly.
Vykonávajte rutinné meranie viskozity proteínového roztoku, aby ste predvídali zmeny, ktoré ovplyvňujú prietok.

Rýchle znečistenie alebo tvorba gélovej vrstvy

Rýchla tvorba gélovej vrstvy je výsledkom nadmernej koncentračnej polarizácie na povrchu membrány. Transmembránový tlak pri priečnej filtrácii (TFF) je obzvlášť citlivý za podmienok vysokej viskozity alebo vysokého obsahu bielkovín.

Stratégie zmierňovania:

Na minimalizáciu väzby a prichytávania bielkovín použite hydrofilné, negatívne nabité membránové povrchy (napr. membrány z polyvinylidénfluoridu [PVDF]).
Pred ultrafiltráciou krmivo predupravte koaguláciou alebo elektrokoaguláciou, aby sa odstránili látky s vysokým obsahom znečistenia.
Integrujte mechanické zariadenia, ako sú rotačné moduly, do procesu filtrácie s priečnym prúdením, aby ste znížili hrúbku vrstvy koláča a spomalili tvorbu gélovej vrstvy.

7.2. Prispôsobenie sa variabilite krmiva

Systémy ultrafiltrácie bielkovín sa musia prispôsobiť variabilite vlastností alebo zloženia kŕmnych bielkovín. Faktory ovplyvňujúce viskozitu proteínových roztokov – ako je zloženie pufrov, koncentrácia bielkovín a sklon k agregácii – môžu zmeniť správanie systému.

Stratégie reakcie

Monitorovanie viskozity a zloženia v reálnom čase:Nasaďte analytické senzory priamo v potrubí (Ramanova spektroskopia + Kalmanova filtrácia) na rýchlu detekciu zmien v krmive, ktoré prekonajú staršie UV alebo IR metódy.
Adaptívne riadenie procesov:Úprava nastavení parametrov (prietok, TMP, membránová selekcia) v reakcii na zistené zmeny. Napríklad zvýšená viskozita proteínového roztoku môže vyžadovať nižšiu TMP a vysoké šmykové rýchlosti.
Výber membrány:Používajte membrány s veľkosťou pórov a povrchovou chémiou optimalizovanou pre aktuálne vlastnosti krmiva, pričom vyvažujte retenciu bielkovín a ich tok.
Predúprava krmiva:Ak náhle zmeny v charaktere vstupnej suroviny podporujú znečistenie, zaveďte pred ultrafiltráciou kroky koagulácie alebo filtrácie.

Príklady:

V bioprocesovaní by zmeny pufrov alebo zmeny v agregátoch protilátok mali spustiť úpravy TMP a prietoku prostredníctvom riadiaceho systému.
Pri ultrafiltrácii spojenej s chromatografiou môžu adaptívne algoritmy optimalizácie miešania a celočíselného miešania minimalizovať variabilitu a znížiť prevádzkové náklady pri zachovaní výkonu ultrafiltračnej membrány.

Rutinná kontrola merania viskozity proteínového roztoku a okamžité prispôsobenie sa podmienkam procesu pomáha optimalizovať koncentráciu ultrafiltrácie, udržiavať priepustnosť a minimalizovať znečistenie membrány a polarizáciu koncentrácie.

Často kladené otázky

8.1. Aký je normálny rozsah transmembránového tlaku pri ultrafiltrácii proteínových roztokov?

Normálny rozsah transmembránového tlaku (TMP) v ultrafiltračných systémoch koncentrácie proteínov závisí od typu membrány, konštrukcie modulu a charakteristík vstupného prúdu. Pre väčšinu procesov ultrafiltrácie proteínov sa TMP zvyčajne udržiava medzi 1 až 3 barmi (15 – 45 psi). Hodnoty TMP nad 0,2 MPa (približne 29 psi) môžu viesť k poškodeniu membrány, rýchlemu znečisteniu a skráteniu jej životnosti. V biomedicínskych a bioprocesných aplikáciách by odporúčaný TMP vo všeobecnosti nemal prekročiť 0,8 baru (~12 psi), aby sa predišlo prasknutiu membrány. Pri procesoch, ako je priečna filtrácia, dodržiavanie tohto rozsahu TMP chráni výťažok aj integritu proteínov.

8.2. Ako viskozita proteínových roztokov ovplyvňuje výkon ultrafiltrácie?

Viskozita proteínového roztoku priamo ovplyvňuje výkon ultrafiltračnej koncentrácie. Vysoká viskozita zvyšuje odpor prúdenia a zvyšuje TMP, čo vedie k zníženému toku permeátu a rýchlemu znečisteniu membrány. Tento účinok je výrazný pri monoklonálnych protilátkach alebo fúznych proteínoch Fc pri vysokej koncentrácii, kde sa viskozita zvyšuje v dôsledku interakcií proteín-proteín a účinkov náboja. Riadenie a optimalizácia viskozity pomocou excipientov alebo enzymatickej úpravy zlepšuje tok, znižuje znečistenie a umožňuje dosiahnuť vyššie dosiahnuteľné koncentrácie počas fázy ultrafiltračnej koncentrácie. Monitorovanie merania viskozity proteínového roztoku je rozhodujúce pre udržanie efektívneho spracovania.

8.3. Čo je koncentračná polarizácia a prečo je dôležitá v TFF?

Koncentračná polarizácia pri ultrafiltrácii je akumulácia proteínov na povrchu membrány, ktorá spôsobuje gradient medzi objemovým roztokom a membránovým rozhraním. Pri priečnej filtrácii to vedie k zvýšenej lokálnej viskozite a potenciálne reverzibilnému poklesu toku. Ak sa to nekontroluje, môže to podporiť znečistenie membrány a znížiť účinnosť systému. Riešenie koncentračnej polarizácie pri ultrafiltrácii zahŕňa optimalizáciu prietokových rýchlostí, teploty membrány (TMP) a výberu membrány, aby sa udržala tenká polarizačná vrstva. Presná kontrola udržiava vysokú priepustnosť a nízke riziko znečistenia.

8.4. Ako sa rozhodnem, kedy vymeniť ultrafiltračnú membránu?

Vymeňte ultrafiltračnú membránu, keď spozorujete výrazný pokles priepustnosti (fluxu), pretrvávajúce zvýšenie TMP, ktoré štandardné čistenie nedokáže vyriešiť, alebo viditeľné znečistenie, ktoré pretrváva aj po vyčistení. Medzi ďalšie indikátory patrí strata selektivity (neschopnosť odmietnuť cieľové proteíny podľa očakávania) a neschopnosť dosiahnuť výkonnostné špecifikácie. Monitorovanie frekvencie výmeny membrány pomocou pravidelného testovania toku a selektivity je základom pre maximalizáciu životnosti membrány v procesoch ultrafiltrácie a koncentrácie proteínových roztokov.

8.5. Aké prevádzkové parametre môžem upraviť, aby som minimalizoval znečistenie bielkovinami v TFF?

Medzi kľúčové prevádzkové parametre na minimalizáciu znečistenia bielkovinami pri priečnej filtrácii patria:

Udržiavajte primeranú rýchlosť priečneho prúdenia, aby ste znížili lokálne hromadenie bielkovín a zvládli polarizáciu koncentrácie.
Prevádzkujte v odporúčanom rozsahu TMP, zvyčajne 3 – 5 psi (0,2 – 0,35 baru), aby ste predišli nadmernému úniku produktu a poškodeniu membrány.
Pravidelne používajte postupy čistenia membrán, aby ste obmedzili nezvratné znečistenie.
Monitorujte a v prípade potreby predupravte vstupný roztok na kontrolu viskozity (napríklad pomocou enzymatických úprav, ako je pektináza).
Vyberte membránové materiály a veľkosti pórov (MWCO) vhodné pre cieľovú veľkosť proteínu a ciele procesu.

Integrácia hydrocyklónovej predfiltrácie alebo enzymatickej predúpravy môže zlepšiť výkon systému, najmä pri vstupných surovinách s vysokou viskozitou. Dôkladne sledujte zloženie vstupných surovín a dynamicky upravujte nastavenia, aby ste minimalizovali znečistenie membrány a optimalizovali fázu ultrafiltračnej koncentrácie.