La production d'enzymes dépend fortement des étapes de traitement en aval . Une fois la fermentation terminée, les transformateurs doivent encore isoler, concentrer et purifier l'enzyme désirée avant de pouvoir procéder aux étapes de polissage ou de séchage. C'est là que les membranes deviennent essentielles.
Dans de nombreux systèmes de production d'enzymes, des membranes spiralées sont utilisées pour séparer les enzymes recherchées des espèces indésirables, tout en concentrant le flux en vue d'étapes de traitement ultérieures. Le choix des membranes d'ultrafiltration (UF) et de nanofiltration (NF) dépend généralement de la masse moléculaire des espèces impliquées.
Le problème est que les effluents post-fermentation sont naturellement très riches en matières organiques. Les membranes conventionnelles peinent souvent dans ces conditions, ce qui entraîne un encrassement, un flux instable, un nettoyage difficile et une durée de vie réduite. La baisse de performance des membranes affecte la productivité de l'ensemble du procédé en aval.
Pour les fabricants d'enzymes exploitant des systèmes de fermentation en continu ou à grande échelle, la productivité des membranes est directement liée à l'efficacité de l'usine.
Pourquoi l'encrassement crée des problèmes dans le traitement en aval
Dans la production d'enzymes, l'encrassement ne se limite pas à une réduction du flux. Il engendre une instabilité opérationnelle dans l'ensemble des systèmes de traitement en aval. L'accumulation de matières organiques à la surface de la membrane entraîne la formation de couches de gel. Les membranes conventionnelles peuvent s'encrasser rapidement dans ces conditions, notamment lors des étapes de concentration. Au fil du temps, les procédés de fabrication constatent souvent :
- Flux opérationnel décroissant
- Nettoyages plus fréquents
- Programmes de nettoyage plus longs
- Augmentation de la consommation de produits chimiques et d'eau
- Plus de temps d'arrêt entre les courses
Les programmes de nettoyage eux-mêmes se révèlent plus complexes qu'il n'y paraît. Un programme en « quatre étapes » peut rapidement en compter dix, voire plus, une fois les rinçages inclus. Chaque étape supplémentaire requiert des produits chimiques, de l'eau d'appoint, un traitement des eaux usées, un pompage, une recirculation et du temps de travail de l'opérateur.
Pour les fabricants de biotechnologies et d'enzymes, ce temps perdu est précieux. Chaque heure consacrée au nettoyage est une heure de production perdue.
Membranes utilisées pour la concentration et la purification des enzymes
Après l'élimination initiale des solides et le prétraitement, les membranes sont couramment utilisées pour concentrer et purifier les flux d'enzymes lors du traitement en aval.
Selon l'objectif de séparation, les procédés peuvent utiliser des membranes d'ultrafiltration (UF) ou de nanofiltration (NF) pour :
- Enzymes concentrées
- Séparer les produits souhaités des espèces non souhaitées
- Améliorer l'efficacité de la purification
- Préparer les flux pour le polissage ou le séchage
Les membranes d'ultrafiltration classiques utilisent souvent la chimie du polyéthersulfone (PES), tandis que les membranes de nanofiltration classiques utilisent généralement la chimie du polyamide pipérazine. Ces compositions chimiques de membranes sont restées globalement inchangées depuis des décennies.
Les membranes Evolution ont été développées différemment. Elles présentent une chimie zwitterionique brevetée conçue pour résister à l'encrassement organique irréversible dans les flux de procédés à forte teneur en matières organiques.
Comment les membranes zwitterioniques améliorent le traitement enzymatique
Les membranes Evolution forment une surface extrêmement hydrophile qui déplace ou repousse activement les composés organiques afin qu'ils ne puissent pas adhérer à la membrane et l'encrasser.
En minimisant la formation d'une couche de gel à la surface de la membrane, les membranes Evolution maintiennent un flux moyen durable plus élevé que les membranes conventionnelles. Elles se régénèrent également plus efficacement lors du nettoyage, même après la concentration de flux qui encrassent rapidement les membranes standard.
Pour les fabricants d'enzymes, cela peut engendrer plusieurs avantages opérationnels :
- Flux de fonctionnement durable plus élevé
- Fonctionnement de la membrane plus stable
- des séries de production plus longues
- programmes de nettoyage plus simples
- Récupération de nettoyage plus rapide
Il en résulte des performances de traitement en aval plus prévisibles.
Les éléments de membrane de concentration de protéines Evolution (PCM) sont conçus pour remplacer les membranes d'ultrafiltration (UF) classiques de 5 à 30 kDa dans les systèmes de concentration, notamment pour les applications de concentration enzymatique. Les membranes de superfiltration Evolution (SF) sont conçues pour remplacer les membranes d'ultrafiltration « serrées » et de nanofiltration (NF) classiques dans les applications à forte concentration de solides.
Les membranes Evolution étant des substituts directs des membranes conventionnelles, les processeurs peuvent les mettre en œuvre sans modification du système.
Un flux stable signifie une productivité accrue
Dans les étapes de traitement en aval, la stabilité des performances de la membrane est souvent tout aussi importante que ses performances maximales.
Une membrane peut présenter un flux initial élevé, mais si l'encrassement réduit rapidement ce flux, la productivité globale s'en trouve affectée. La fréquence de nettoyage augmente, les temps d'arrêt s'allongent et le fonctionnement prévisible des systèmes devient plus difficile.
Les membranes Evolution sont conçues pour fonctionner avec un flux plus stable dans le temps grâce à leur résistance à l'encrassement organique irréversible. En minimisant l'encrassement et en préservant la facilité de nettoyage, les procédés permettent d'allonger les cycles de production avant nettoyage tout en garantissant des performances système plus prévisibles.
Cela a un impact direct sur la productivité. Un flux moyen durable plus élevé permet aux transformateurs de produire davantage avec les équipements existants tout en réduisant les interruptions dues à l'encrassement des membranes.
Des programmes de nettoyage simplifiés génèrent également des avantages opérationnels mesurables. En supprimant certaines étapes de nettoyage, les entreprises réduisent leur consommation de produits chimiques, leur consommation d'eau douce, la production d'eaux usées et les temps d'arrêt liés au nettoyage.
Une approche plus prévisible du traitement en aval
À mesure que la production d'enzymes continue de s'intensifier dans les secteurs de l'alimentation, de la pharmacie et des biotechnologies industrielles, l'efficacité du traitement en aval devient de plus en plus importante.
Les membranes sont déjà essentielles aux opérations de concentration et de purification, mais leur stabilité et leur nettoyabilité déterminent souvent l'efficacité de ces systèmes à long terme.
En résistant à l'encrassement organique et en minimisant la formation de couches de gel, les membranes Evolution aident les fabricants d'enzymes à maintenir un flux stable, à simplifier les programmes de nettoyage et à améliorer la productivité globale des systèmes de traitement en aval.
Pour les fabricants de biotechnologies traitant des flux de fermentation à forte teneur en matières organiques, la performance des membranes ne se limite plus à l'efficacité de séparation. Il s'agit désormais de garantir un fonctionnement stable, de réduire les temps d'arrêt et d'obtenir un processus de fabrication globalement plus prévisible.
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