Перед завтрашней хроматографией 500-литровую партию осветленного ферментационного бульона необходимо пятикратно сконцентрировать и поместить в новый буфер. Тупиковые фильтрующие картриджи засыхают в течение нескольких минут под такой нагрузкой по твердым веществам, а нагревание бульона рискует повредить тот самый белок, который вы пытаетесь восстановить. Это тот момент, когда большинство инженеров-технологов выбирают систему фильтрации с тангенциальным потоком (TFF), и обычно это правильный выбор.

Для многократного концентрирования и замены буфера чувствительных к нагреванию дорогостоящих жидкостей TFF сохраняет стабильный поток в течение нескольких часов, поддерживает стабильное качество продукта от партии к партии и превосходит тупиковую фильтрацию по стоимости литра в любом значимом масштабе. Но мембрана редко сама по себе решает успех проекта. Выбор насоса, контроль давления, материалы конструкции, а также то, как блок соединяется с центрифугами, испарителями и сушилками вокруг него, имеют не меньшее значение. Вот как работает эта технология, что включает в себя полная система и на что следует обратить внимание, прежде чем совершить покупку.

Как работает тангенциальная поточная фильтрация

В системе TFF поток сырья течет параллельно поверхности мембраны, а не прямо в нее. Насос прогоняет жидкость через мембрану; давление выталкивает часть его через поры в виде пермеата, а остальная часть, называемая ретентатом, рециркулирует обратно в питающий резервуар. Поскольку поток движется по касательной к поверхности, удерживаемые частицы и растворенные вещества постоянно уносятся, а не собираются в плотный осадок. Эта единственная гидравлическая разница объясняет, почему фильтрация с тангенциальным потоком работает часами при стабильной производительности, тогда как тупиковый фильтр засоряется за считанные минуты.

Три рабочие переменные определяют производительность:

• Трансмембранное давление (ТМР): средняя разница давлений между стороной подачи и стороной пермеата. Большее давление приводит к большему потоку, до определенного момента; превысив оптимум, вы сожмете слой загрязнения до тех пор, пока выходной сигнал не выйдет на плато или не упадет.
• Скорость поперечного потока: насколько быстро корм перемещается по поверхности. Более быстрое подметание замедляет засорение, но увеличивает сдвиг насоса и затраты энергии.
• Поток: поток пермеата на единицу площади мембраны, выраженный в LMH (литры на квадратный метр в час). Это число, на котором строится ваш производственный график.

Мембраны делятся на два рабочих класса. Мембраны для микрофильтрации с размером пор примерно от 0,1 до 10 микрон задерживают клетки, клеточный мусор и частицы, пропуская растворенные белки. Мембраны для ультрафильтрации оцениваются по предельной молекулярной массе (MWCO), обычно от 1 до 1000 кДа, и задерживают белки, вирусы, полисахариды и подобные макромолекулы. Общее начальное правило выбора: выбирайте MWCO, по крайней мере, в три-пять раз меньший, чем молекулярная масса вашей целевой молекулы, чтобы сохранить извлечение продукта выше примерно 95 процентов.

Что находится внутри полной системы TFF

Форматы мембранных модулей

Сама мембрана поставляется в трёх основных форматах, и выбор определяет всё, что будет дальше. Модули с полыми волокнами объединяют сотни тонких волокон внутри картриджа; их открытые каналы и щадящая гидравлика делают их стандартными для чувствительных к сдвигу материалов и жидкостей, содержащих некоторые частицы. Плоские кассеты укладывают слои мембраны в компактный держатель, обеспечивая большую площадь мембраны на литр удерживаемого объема и линейное увеличение просто за счет добавления кассет. Керамические и трубчатые модули стоят дороже, но не боятся агрессивных химикатов, высоких температур и агрессивной очистки, что окупается в течение длительного срока службы.

Насосы, резервуары и средства управления

Для работы системы вокруг мембраны необходим подающий насос, соответствующий продукту. Перистальтические насосы доминируют в лабораторных масштабах, поскольку они щадящие и их трубки одноразовые; роторно-лопастные и центробежные насосы берут верх по объемам производства. Вам также понадобится резервуар для подачи с датчиками уровня или веса, датчики давления на линиях подачи, ретентата и пермеата, ретентатный клапан для настройки TMP и контроль температуры для сырья, которое должно оставаться холодным. Для работы в соответствии с требованиями GMP ожидайте контактные детали из SUS316L с электрополированной отделкой и полной документацией на материалы — тот же гигиенический стандарт, который применяется к современному оборудованию для ферментации и экстракции.

Две задачи, которые система TFF выполняет каждый день

Удалите оборудование, и система TFF выполнит две задачи. Концентрирование является более простым: пермеат покидает контур, а ретентат рециркулирует, поэтому объем падает, а удерживаемый продукт загустевает без какого-либо подвода тепла. Замена буфера, известная как диафильтрация, почти так же проста: свежий буфер поступает в резервуар с той же скоростью, с которой уходит пермеат, сохраняя объем постоянным, в то время как соли, остаточные растворители и мелкие примеси вымываются.

Математику стоит знать, прежде чем планировать производство. Каждый диаобъем вымывает примерно 63 процента полностью проницаемых загрязнений; три диатома поднимают этот показатель выше 95 процентов, а пять - выше 99 процентов. Таким образом, замена буферов, которая на бумаге звучит скромно, означает определенное количество оборотов резервуаров, каждый из которых оплачивается объемом буфера и технологическими часами.

Одно замечание по закупкам для ботанических и натуральных продуктов: не каждая ультрафильтрационная мембрана выдерживает высокие концентрации этанола. Если ваш поток экстракта содержит растворитель, проверьте пределы химической совместимости в самом начале выбора. На этом этапе стоит один телефонный звонок, а на следующем — целый мембранный формат.

Где TFF подходит для центрифуг и испарителей

Фильтрационная установка никогда не работает в одиночку. В типичной последовательности биообработки первичным осветлением занимается дисковая центрифуга или глубинный фильтр, TFF затем концентрирует осветленную жидкость и заменяет ее буфер, а хроматография или кристаллизация полируют продукт. Ботаническая экстракция следует аналогичному порядку: сначала экстракция, затем удаление твердых частиц, тонкое осветление и мягкое концентрирование, восстановление растворителя и, наконец, сушка.

Вертикальная центрифуга с дисковым штабелем для разделения твердого и жидкого экстракта трав Высокоскоростной вертикальный дисковый сепаратор, который осветляет экстракты трав и ферментационный бульон путем осаждения твердых частиц на сложенных друг за другом дисках. Он подходит для первичного этапа осветления, который предшествует мембранному концентрированию на линиях биопереработки и растительной экстракции. Посмотреть продукт →

Мембранная концентрация и термическое испарение являются взаимодополняющими, а не конкурирующими инструментами. При выпаривании удаляется большая часть воды или растворителя при низкой стоимости за килограмм, поэтому испарители с падающей пленкой и испарители с внешней циркуляцией доминируют всякий раз, когда необходимо сократить количество тонн жидкости. Но при испарении применяется тепло, и хрупкие белки, ферменты и некоторые полисахариды теряют активность задолго до того, как растворитель исчезнет. TFF концентрируется при температуре окружающей среды или при охлаждении без фазового перехода, заменяя более низкий поток и расходные материалы мембраны щадящим действием. Многие заводы используют и то, и другое, и каждый из них зарабатывает себе на жизнь.

Трехкорпусный испаритель с падающей пленкой для концентрации вакуума Трехкорпусный испаритель с падающей пленкой, который повторно использует вторичный пар для низкотемпературного и энергосберегающего удаления сыпучих растворителей. Он дополняет мягкую мембранную концентрацию, обеспечивая сокращение объемов травяных и ботанических экстрактов. Посмотреть продукт →

Что касается этапа осветления, который почти всегда предшествует тонкой фильтрации, наше руководство по Принципы центрифуги со стопкой тарелок, применение и выбор подробно разбивает критерии определения размера.

Как указать систему TFF перед покупкой

Размер площади мембраны следует определять исходя из собственных технологических целей, а не из брошюры. Требуемая площадь — это объем пермеата, который необходимо удалить, разделенный на поток и доступные часы. Конкретно: концентрация 500 литров до 100 литров при консервативных 30 LMH в течение четырех часов требует примерно 3,3 квадратных метра мембраны, и вам следует добавить запас, потому что поток всегда затухает по мере продвижения партии.

Помимо определения размера, пять вопросов определяют, будет ли система работать на вашем предприятии:

1. Соответствует ли химический состав мембраны вашему реальному корму? Подтвердите диапазон pH, устойчивость к растворителям и температурные пределы в сравнении с реальным материалом, а не с предположениями.
2. Масштабируем ли формат? Один и тот же химический состав мембран должен передаваться от кассеты лабораторного масштаба до производственной установки, чтобы данные о потоке и отбраковке, измеренные в процессе разработки, выдерживали масштабирование.
3. Одноразовый или многоразовый? Одноразовые каналы потока сокращают время проверки очистки и выполнения работ; системы из нержавеющей стали стоят дороже, но при больших объемах они превосходят цены на расходные материалы.
4. Какая документация прилагается к нему? Сертификаты на материалы, данные о качестве поверхности и заводские приемочные испытания с поддержкой IQ/OQ являются обязательными условиями, если линия должна пройти проверку GMP.
5. Что говорит пилотное испытание? Прежде чем переходить к полномасштабному производству, измерьте затухание флюса, степень восстановления продукта и продолжительность цикла очистки на собственном сырье.

Мембранное сепараторное оборудование для экстракции растений с керамической фильтрацией Установка мембранной фильтрации с циркуляционным резервуаром, питательным насосом и керамической мембраной для очистки и концентрирования растительных экстрактов при низкой температуре. Пилотные испытания в мастерской GMP позволяют клиентам проверять флюс и очистку перед полномасштабной сборкой. Посмотреть продукт →

В этом последнем пункте поставщики быстро отделяются друг от друга. На нашем предприятии в провинции Чжэцзян имеется пилотный цех, соответствующий требованиям GMP, а также платформа для исследований и разработок, поэтому клиент может проверить протоколы флюса, восстановления и очистки на своем собственном материале, прежде чем мы будем резать нержавеющую сталь. Это тот же шаг по снижению рисков, который мы применяем к линиям экстракции, выпаривания и ферментации.

Рассматривайте систему фильтрации с тангенциальным потоком как технологическое решение, а не покупку мембраны. Составьте карту полной последовательности сбора или экстракции, осветления, концентрирования, удаления растворителя и сушки, а затем укажите этап фильтрации для обслуживания этой последовательности. Интеграция – это именно то, как мы подходим к таким проектам, как наш Линия по производству масла CBD и изолята CBD на северо-востоке Китая , где осветление, извлечение растворителя, концентрирование и кристаллизация были спроектированы как один непрерывный поток вместо ряда отдельных установок. Установите правильную последовательность, и этап TFF станет тем, чем он должен быть: тихим и надежным этапом, который защищает ваш продукт на пути к окончательному рецептуру.