ОСВЕТЛЕНИЕ ФЕРМЕНТАЦИОННОГО РАСТВОРА
Осветление ферментационных и гидролизных растворов
Начинать следует с целевого компонента, а также состояния клеток и твердых частиц. Для формирования масштабируемой схемы разделения для ферментационных растворов, гидролизатов и других технологических сред используются трубчатая мембрана с поперечным потоком, материальный баланс потока и пилотные испытания.
На данной странице рассматривается процесс осветления с применением трубчатой мембраны. Выбор среды для процесса — будь то NF, RO, ионообменная смола, метод выпаривания или кристаллизация, — а также конечные назначения пермеата и ретентата должны определяться в ходе проверки с использованием реального исходного потока.
Сначала необходимо уточнить компонент, который предстоит удержать, его физическое состояние и метод анализа.
Определить границы разделения клеток, твердых частиц, коллоидов и макромолекулярных примесей.
Установить условия направления осветленного потока и ретентата на этапы извлечения, переработки или утилизации.
РАЗГРАНИЧЬТЕ ИСХОДНЫЕ ПОТОКИ
До определения объема осветления необходимо различать ферментационный раствор и ферментативный гидролизат.
Один и тот же термин «осветление технологической среды» может относиться к совершенно разным целевым компонентам, структурам твердых веществ, значениям вязкости и критериям очистки. Определение названия исходного потока само по себе не влияет на выбор материала мембраны, размер пор или направление потока.
Ферментационный раствор
Проводится анализ клеток и клеточных остатков, белков, полисахаридов, коллоидов, остатков питательной среды, вязкости, а также вариаций между партиями с целью определения того, находится ли целевой компонент в растворённом состоянии, связан с твёрдыми частицами или распределён среди них.
Гидролизат, полученный с использованием ферментов
Оцениваются нерастворённые остатки, волокна, белки, коллоиды, распределение размеров частиц, условия гидролиза и чувствительность к теплу; при этом определяется требуемое качество очищенного потока для последующей очистки или извлечения продукта.
Границы применения терминологии:Уровень контроля клеток или микроорганизмов, указанный на данной странице, определяется проектом и относится к показателю разделения. Он не является эквивалентом асептического производства, проверки стерилизации или гарантии стерильности согласно нормативам.
ЗАДАЧА ОСВЕТЛЕНИЯ
Для определения целесообразности применения трубчатой мембраны для осветления используются шесть групп информации
Эти параметры формируют гипотезу тестирования и основу для сравнительных испытаний мембран; они не соответствуют универсальным условиям исходного потока. Нельзя применять их напрямую к инженерной установке без проведения анализа целевых компонентов и определения границ очистки.
Мембраны и твердые частицы
Морфология клеток, остатки клеток, твердые взвеси, размер частиц, коллоиды и характер осадки.
Целевой компонент
Компонент продукта, физическое состояние, метод анализа и допустимые пределы потерь.
Характеристики белков и примесей
Белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, пигменты, соли и прочие компоненты, требующие контроля
допустимый диапазон рабочих условий
Температура, pH, вязкость, плотность, чувствительность к теплу и вариации между партиями продукции
Материал мембраны и класс разделения
PVDF, PES или PEK в сочетании с диапазоном размера пор или MWCO требуют проведения оценки совместимости
Очистка и последующие технологические ступени
Условия работы CIP, требования к контакту с продуктом и границы исходного потока для дальнейшей переработки
ТАНГЕНЦИАЛЬНОЕ ОСВЕТЛЕНИЕ
Обеспечивается устойчивый сегмент разделения процессной среды с использованием схемы осветления с поперечным потоком
В трубчатых мембранах применяется циркулирующий тангенциальный поток для предотвращения накопления твердых веществ на поверхности мембраны и непрерывного разделения очищенного пермеата от ретентата. Материал мембраны, класс разделения, режим циркуляции и стратегия очистки определяются в зависимости от характеристик исходного потока
- 01Оценка и усреднение
Удаляются частицы, не подходящие для работы в сегменте с циркулирующей мембраной, при этом анализируются варианты партионной или непрерывной подачи сырья
- 02При необходимости осуществляется регулировка температуры или ее подготовка
Температура, pH и другие параметры на входе в мембрану корректируются в пределах диапазона, обеспечивающего стабильность выхода продукта
- 03Осветление с поперечным потоком с использованием трубчатой мембраны
Выделяются клетки, взвешенные твердые вещества, коллоиды и макромолекулярные примеси, совместимые с выбранной мембраной
- 04Осветленный поток направляется на последующие технологические ступени обработки.
Направьте поток на ионообменную смолу, NF, RO, концентрирование, кристаллизацию или другую предусмотренную проектом ступень доочистки.
- 05Необходимо чётко определить конечный этап существования ретентата.
Следует проанализировать возможности рециркуляции, извлечения целевого компонента, дополнительной обработки или способа утилизации, заданного в проекте.
ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОТОКОВ
Не следует заранее считать пермеат продуктом, а ретентат отходами.
Целевой компонент может находиться как в осветленном потоке, так и в ретентате. Фактическое назначение потока определяется его физическим состоянием, типом используемой мембраны и результатами материального баланса проекта.Проведение испытаний реального образца с целью проверки фактического распределения целевого компонента, белков, полисахаридов, пигментных веществ и прочих примесей.
Любая схема повторного использования должна учитывать возможность постоянного накопления клеток, примесей и компонентов, вызывающих необратимое мембранное загрязнение.
Установление взаимосвязей между задержанием компонентов и прохождением через мембрану возможно только после проведения испытаний реального образца.
Этот процесс ограничивается осмотическим давлением, стабильностью продукта и качеством очищенной среды на предшествующих технологических ступенях.
Структура полной технологической схемы определяет необходимость применения этих операций и способы их выполнения.
По умолчанию процесс мембранной сепарации не заменяет термическую обработку, кристаллизацию или сушку.
ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПИЛОТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Перед началом непрерывных пилотных испытаний и инженерного масштабирования необходимо подтвердить характеристики исходного потока с использованием реального образца.
Испытания реального образца позволяют определить направление распределения целевого компонента и примесей, тенденции возникновения мембранного загрязнения, а также эффективность восстановления характеристик после мойки. Они не предполагают применения одинаковых значений удельного потока, выхода продукта или чистоты продукта к различным ферментационным растворам.
- 01Анализ полученных данных
Необходимо уточнить происхождение исходного потока, целевой компонент, профиль примесей, объем SDS, технические требования к продукту и текущую технологическую схему.
- 02Оценка материала мембраны и размера пор.
Сравнение распределения компонентов и их совместимости для PVDF, PES или PEK в различных классах мембран.
- 03Материальный баланс в лабораторных условиях
Анализ состава, изменения объема и направления распределения целевого компонента в осветленном потоке, ретентате и потоках, получаемых в результате извлечения или возврата компонента.
- 04Пилотные испытания в непрерывном режиме
Контроль тенденций удельного потока, характера мембранного загрязнения, процесса восстановления характеристик после мойки, колебаний при работе пакетными методами и границ непрерывной эксплуатации.
- 05Инженерное масштабирование
Определение параметров проектирования, касающихся площади мембраны, системы циркуляции, объёма CIP, аппаратуры измерений и систем управления, а также связей с предшествующими или последующими технологическими ступенями.
Фактическое распределение целевого компонента и основных примесей между всеми потоками.
Критерии оценки для осветленного потока, ретентата, потоков, получаемых в результате извлечения, и жидкости, используемой в качестве дополнения.
Тенденции удельного потока, характеристики мембранного загрязнения, совместимость методов очистки и поведение процесса извлечения.
Рекомендации по выбору мембранного блока, системы циркуляции, логики управления, объёма CIP и связей с последующими технологическими ступенями.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Для проведения предварительной оценки необходим набор данных об исходном потоке и выходном продукте с возможностью отслеживания их изменений.
Публичные обезличенные данные по реализованным проектам свидетельствуют лишь об наличии соответствующего инженерного опыта. Для нового проекта необходимы собственные данные, результаты испытаний реального образца и техническое соглашение, касающиеся выбора мембран, направления потока и условий эксплуатации.
- Источник исходного потока
- Этап брожения, гидролиза или любой другой этап производства; режим пакетной или непрерывной обработки; а также текущее местоположение в технологической схеме.
- Целевой компонент
- Название, физическое состояние, концентрация, метод анализа и допустимые пределы потерь.
- Клетки и твердая фаза.
- Клетки, клеточные остатки, взвешенные твердые частицы, размер частиц, коллоиды и характер осадки.
- Белки и полисахариды.
- Белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, пигменты, соли и другие основные примеси.
- Физические свойства
- Температура, pH, вязкость, плотность, чувствительность к теплу и вариации между пакетами.
- Текущий этап процесса и последующие технологические ступени
- Сопряжение с центрифугированием, фильтр-прессом, ионообменной смолой, NF, RO, выпариванием, кристаллизацией или сушкой
- Регламенты очистки и границы соблюдения требований
- Разрешенные средства очистки, температура CIP, материалы, соприкасающиеся с мембраной, а также требования, касающиеся продукции пищевой или фармацевтической отраслей
- условия верификации
- Доступный объем образца, условия хранения и перевозки, SDS, продолжительность испытаний и условия непрерывного пилотирования
На этой странице условия ранее реализованных проектов не представлены как универсальные значения удельного потока, извлечения компонентов, выхода и чистоты продукта, энергопотребления, эксплуатационных затрат или срока службы мембран. Официальные значения определяются по результатам испытаний реального образца, пилотных испытаний и технического соглашения по проекту.
ПРОЕКТНЫЙ ОПЫТ
Подтвержденные технические записи, касающиеся применения трубчатой мембраны в процессе ферментации
Указанные ниже показатели производительности применимы исключительно к открытым обезличенным данным о реализованном проекте и отражают практическую реализацию метода осветления с использованием трубчатой мембраны. Они не могут служить основой для определения параметров или гарантий при проектировании нового проекта.
Проект биологической ферментации, информация о котором является анонимной
40 m³/h Осветление исходного потока с использованием трубчатой мембраны в режиме тангенциальной фильтрации в процессе ферментацииТрубчатая ультрафильтрация обеспечивает первичное осветление процессной среды с высоким содержанием твердых веществ
В открытых обезличенных данных о реализованном проекте указываются только производительность установки, тип исходного потока и секция осветления с применением трубчатой мембраны. Информация о клиенте, показателях эффективности, выходе продукта, расходе энергии и эксплуатационных затратах не публикуется
Проект по производству анонимного промежуточного продукта витамина C
500 m³/d Осветление ферментационного раствора 2-кето-L-гулоната натрия трубчатой ультрафильтрациейВнедрение непрерывной сепарации твердых веществ с помощью мембраны до последующих этапов переработки
В открытых обезличенных данных о реализованном проекте указываются только производительность установки, тип исходного потока и секция ультрафильтрации с применением трубчатой мембраны. Приведенное на изображении пример относится к анонимной инженерной схеме и не относится к конкретному объекту клиента
ГРАНИЦЫ ОТВЕТСТВЕННОСТИ
Необходимо подтвердить наличие секции осветления с использованием трубчатой мембраны в полной технологической схеме производства продукта.
Plum выполняет испытания, проектирует комплексную мембранную систему и ее инженерное сопряжение. Переработка продукта, немембранные операции, асептические системы и нормативная ответственность согласуются отдельно в объеме проекта.
Plum может предоставить
- Проводится предварительный анализ исходного потока, целевого компонента и объема осветления.
- Выбор материала мембраны, размера пор или параметров MWCO осуществляется путем испытаний реального образца.
- Выполняются непрерывные пилотные испытания, проводится материальный баланс и осуществляется инженерное масштабирование.
- Обеспечивается интегрированная циркуляция трубчатой мембраны, использование CIP, а также наличие необходимого оборудования и систем управления.
- Выполняются работы по монтажу, пусконаладке, обучению персонала и оказанию поддержки на последующих технологических ступенях.
Уточнение деталей в зависимости от конкретного проекта
- Способ синтеза — ферментация или гидролиз, а также выбор ферментов и химических компонентов системы.
- Публичные обезличенные данные по реализованным проектам, включающие этапы предварительной обработки без применения трубчатой мембраны, использование ионообменной смолы, процедуры хроматографии и термическую обработку
- Технические характеристики готового продукта, методы анализа и определение ответственности за его качество
- Проверка стерильности, требования к средам, контактирующим с пищевыми продуктами, и соответствие нормативным требованиям
- Характеристики ретентата, объемы отходов, потребление коммунальных ресурсов и границы функционирования всего производственного объекта
СВЯЗАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение анализа вариантов осветления и условий проведения проверок
Обзор бизнес-аспектов проектаМембранное разделение технологических жидкостей
Возможности проведения проверок эффективностиЛабораторные и пилотные испытания
Модули трубчатой мембраныВыбор трубчатой мембраны моделей PVDF и PEK
Технологическая схема получения функциональных сахаровМембранная сепарация и очистка алулозы
ИНЖЕНЕРНЫЕ ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ
Вопросы и ответы по осветлению ферментационных растворов и гидролизатов
Можно ли применять одну и ту же мембрану непосредственно для ферментационного раствора и гидролизата?
Определение типа мембраны зависит не только от вида исходного потока. Наличие клеток, твердых частиц, белков, полисахаридов, вязкости, температуры, pH, концентрации целевого компонента и условий очистки влияют на выбор параметров PVDF, PES и PEK, а также на диапазон размеров пор и MWCO. Необходимо провести оценку с использованием реального исходного потока.
Где в осветленном потоке или ретентате находится целевой компонент?
Необходимо уточнить молекулярное состояние целевого компонента и определить, связан ли он с клетками или коллоидами. Следует сравнить его фактическое распределение в различных условиях работы мембраны, после чего с помощью материального баланса определить объем выхода продукта, объем извлечения или возврата компонента и объем боковых потоков.
Обеспечивает ли извлечение микробных клеток с помощью трубчатой мембраны гарантию стерильности?
Нет. Контроль клеток или микроорганизмов является задачей мембранного разделения, определяемой для конкретного проекта. Для обеспечения асептического производства, проверки стерильности и соблюдения нормативных требований необходимы отдельная проектировка системы, её проверка и уточнение ответственности.
Требуется ли всегда NF или RO после осветления?
Нет. NF может обеспечивать обесцвечивание, контроль примесей или фракционирование в зависимости от потребностей, в то время как RO может способствовать концентрации или извлечению компонента в соответствующих случаях. Выбор зависит от целевого продукта, характеристик примесей, последующих технологических ступеней и результатов испытаний реального образца.
Зачем требуются испытания реального образца и непрерывные пилотные испытания?
Испытания реального образца позволяют определить материал мембраны, класс разделения и направление распределения целевого компонента по потокам. Пилотные испытания помогают оценить мембранное загрязнение, эффективность восстановления характеристик после мойки, накопление компонента в потоках и изменчивость при производстве партий, что необходимо для инженерного масштабирования.
Могут ли данные по 40 m³/h и 500 m³/d служить гарантиями для нового проекта?
Нет. Эти показатели представляют собой лишь опубликованные обезличенные данные по реализованным проектам, касающиеся производительности. Для нового проекта необходимо провести новые проверки и уточнить параметры, связанные с выбором мембраны, удельным потоком, выходом продукта, качеством очищенного потока и производительностью всей системы, в техническом соглашении.
Какая информация и образцы требуются для предварительной оценки?
Укажите источник исходного потока, целевой компонент, клетки или SS, белки, полисахариды, основные примеси, температуру, pH, вязкость, действующую технологическую схему, технические требования к продукту, условия CIP, SDS, объем имеющихся образцов и существующие результаты испытаний.
ЗАПРОС ИСПЫТАНИЙ ФЕРМЕНТАЦИОННОГО РАСТВОРА
Передайте состав потока и цель осветленияЗапросить испытания и пилотную проверку
Приведите максимально полные сведения о целевом компоненте, клетках и твердых включениях, белках и полисахаридах, физических свойствах, действующей технологической схеме, целях последующих технологических ступеней, а также объеме имеющихся образцов. Специалист Plum сначала проанализирует предоставленные данные, затем определит необходимость сравнительных испытаний мембран, объем испытаний и требуется ли проведение пилотных испытаний.
Предоставленная информация используется только для предварительной оценки проекта. Она не является обязательством по срокам испытаний, качеству продукта, инженерным показателям, подтверждению стерильности, соответствию нормативным требованиям или объему поставки.