De productie van enzymen is sterk afhankelijk van de nabewerking . Nadat de fermentatie is voltooid, moeten verwerkers het gewenste enzymproduct nog isoleren, concentreren en zuiveren voordat het verder kan worden verwerkt of gedroogd. Hierbij spelen membranen een cruciale rol.
In veel enzymproductiesystemen worden spiraalvormige membranen gebruikt om de gewenste enzymproducten te scheiden van ongewenste stoffen, terwijl de stroom wordt geconcentreerd voor verdere verwerking. Ultrafiltratiemembranen (UF) en nanofiltratiemembranen (NF) worden doorgaans geselecteerd op basis van het molecuulgewicht van de betrokken stoffen.
De uitdaging is dat de na-fermentatiestromen van nature sterk organisch zijn. Conventionele membranen hebben het vaak moeilijk onder deze omstandigheden, wat leidt tot vervuiling, een instabiele flux, lastige reiniging en een kortere levensduur van het membraan. Naarmate de membraanprestaties afnemen, wordt de productiviteit van het gehele downstreamproces beïnvloed.
Voor enzymfabrikanten die werken met continue of grootschalige fermentatiesystemen, is de membraanproductiviteit direct gekoppeld aan de efficiëntie van de installatie.
Waarom vervuiling problemen veroorzaakt in de daaropvolgende verwerking
Bij de productie van enzymen doet vervuiling meer dan alleen de doorstroming verminderen. Het zorgt voor operationele instabiliteit in de gehele verwerkingsketen. Naarmate organische stoffen zich ophopen aan het membraanoppervlak, beginnen zich gellagen te vormen. Conventionele membranen kunnen in deze omgevingen snel vervuilen, vooral tijdens concentratiestappen. Na verloop van tijd zien verwerkers vaak het volgende:
- Dalende operationele flux
- Vaker schoonmaken
- Langere schoonmaakprogramma's
- Toegenomen gebruik van chemicaliën en water
- Meer rust tussen de runs
Reinigingsprogramma's zelf zijn ook complexer dan ze aanvankelijk lijken. Een "vierstappen"-reinigingsprogramma kan al snel uitgroeien tot tien of meer stappen zodra spoelingen worden toegevoegd. Elke extra reinigingsstap vereist chemicaliën, suppletiewater, afvalwaterzuivering, pompen, recirculatie en tijd van de operator.
Voor biotech- en enzymproducenten is die verloren tijd van groot belang. Elk uur dat aan schoonmaken wordt besteed, is een uur dat niet aan productie wordt besteed.
Membranen gebruikt voor enzymconcentratie en -zuivering
Na de initiële verwijdering van vaste stoffen en voorbehandeling worden membranen doorgaans gebruikt om enzymstromen te concentreren en te zuiveren tijdens de verdere verwerking.
Afhankelijk van het scheidingsdoel kunnen processors UF- of NF-membranen gebruiken om:
- Enzymen concentreren
- Scheid de gewenste producten van de ongewenste soorten.
- Verbeter de zuiveringsefficiëntie
- Bereid stromen voor op het polijsten of drogen.
Conventionele UF-membranen maken vaak gebruik van polyethersulfon (PES), terwijl conventionele NF-membranen doorgaans gebruikmaken van piperazinepolyamide. Deze membraanchemie is al decennialang grotendeels onveranderd gebleven.
Evolution-membranen zijn op een andere manier ontwikkeld. Ze beschikken over een gepatenteerde zwitterionische chemie die is ontworpen om onomkeerbare organische vervuiling in processtromen met een hoog organisch gehalte te weerstaan.
Hoe zwitterionmembranen de enzymverwerking verbeteren
Evolution-membranen vormen een extreem hydrofiel oppervlak dat organische verbindingen actief verdringt of afstoot, zodat deze zich niet aan het membraan kunnen hechten en het kunnen vervuilen.
Door de vorming van een gellaag aan het membraanoppervlak te minimaliseren, behouden Evolution-membranen een hogere gemiddelde flux in vergelijking met conventionele membranen. De membranen herstellen ook effectiever tijdens het reinigen, zelfs na het concentreren van stromen die standaardmembranen snel vervuilen.
Voor enzymfabrikanten kan dit verschillende operationele voordelen opleveren:
- Hogere duurzame operationele flux
- Stabielere membraanwerking
- Langere productiecycli
- Eenvoudigere schoonmaakprogramma's
- Sneller herstel na reiniging
Het resultaat is een voorspelbaardere prestatie van de daaropvolgende verwerking.
Evolution Protein Concentration Membrane (PCM)-elementen zijn ontworpen ter vervanging van conventionele 5–30 kDa UF-membranen in concentratiesystemen, waaronder enzymconcentratietoepassingen. Evolution Superfiltration (SF)-membranen zijn ontworpen ter vervanging van conventionele "tight-UF"- en "open-NF"-membranen in toepassingen met een hoog gehalte aan vaste stoffen.
Omdat Evolution-membranen een directe vervanging zijn voor conventionele membraanproducten, kunnen verwerkers ze implementeren zonder systeemwijzigingen.
Stabiele flux betekent hogere productiviteit
In de downstream-verwerking is een stabiele membraanprestatie vaak net zo belangrijk als een optimale membraanprestatie.
Een membraan kan aanvankelijk een hoge doorstroming hebben, maar als vervuiling de doorstroming snel verlaagt, lijdt de algehele productiviteit daaronder. De reinigingsfrequentie neemt toe, de stilstandtijd neemt toe en systemen worden moeilijker voorspelbaar te bedienen.
Evolution-membranen zijn ontworpen om in de loop der tijd een stabielere flux te behouden door onomkeerbare organische vervuiling tegen te gaan. Door vervuiling te minimaliseren en de reinigbaarheid te behouden, kunnen verwerkers langere productieruns realiseren voordat reiniging nodig is, terwijl de systeemprestaties voorspelbaarder blijven.
Dit heeft een directe impact op de productiviteit. Een hogere, duurzame gemiddelde flux stelt verwerkers in staat om meer te produceren met bestaande apparatuur en tegelijkertijd onderbrekingen door membraanvervuiling te verminderen.
Vereenvoudigde reinigingsprogramma's leveren ook meetbare operationele voordelen op. Door reinigingsstappen te elimineren, verminderen verwerkers het chemicaliëngebruik, de vraag naar zoet water, de afvalwaterproductie en de stilstandtijd als gevolg van reiniging.
Een voorspelbaardere aanpak voor de verdere verwerking
Naarmate de productie van enzymen steeds verder wordt opgeschaald voor toepassingen in de voedingsmiddelen-, farmaceutische en industriële biotechnologie, wordt de efficiëntie van de nabewerking steeds belangrijker.
Membranen spelen al een centrale rol in concentratie- en zuiveringsprocessen, maar de stabiliteit en reinigbaarheid van membranen bepalen vaak hoe efficiënt die systemen op de lange termijn werken.
Door organische vervuiling tegen te gaan en de vorming van een gellaag te minimaliseren, helpen Evolution-membranen enzymfabrikanten een stabiele flux te behouden, reinigingsprogramma's te vereenvoudigen en de algehele productiviteit in downstream-verwerkingssystemen te verbeteren.
Voor biotechnologische fabrikanten die sterk organische fermentatiestromen verwerken, draait membraanprestatie niet langer alleen om scheidingsefficiëntie. Het gaat erom een stabiele werking te garanderen, stilstand te minimaliseren en een voorspelbaarder productieproces te creëren.
Neem vandaag nog contact met ons op voor meer informatie over hoe Evolution-membranen uw enzymproductieproces kunnen ondersteunen.
