Một mẻ dung dịch lên men 500 lít phải được cô đặc gấp 5 lần và chuyển sang dung dịch đệm mới trước khi chạy sắc ký vào ngày mai. Các hộp lọc cuối cùng sẽ bị mù trong vòng vài phút dưới lượng chất rắn đó và việc đun nóng nước dùng có nguy cơ làm hỏng chính loại protein mà bạn đang cố gắng phục hồi. Đây là thời điểm mà hầu hết các kỹ sư xử lý đều hướng tới hệ thống lọc dòng tiếp tuyến (TFF) và đó thường là giải pháp phù hợp.
Để cô đặc lặp đi lặp lại và trao đổi đệm các chất lỏng có giá trị cao, nhạy cảm với nhiệt, TFF giữ dòng ổn định trong nhiều giờ, giữ cho chất lượng sản phẩm ổn định từ mẻ này sang mẻ khác và vượt qua quá trình lọc ngõ cụt về chi phí mỗi lít ở bất kỳ quy mô có ý nghĩa nào. Nhưng màng hiếm khi tự mình quyết định sự thành công của dự án. Lựa chọn máy bơm, kiểm soát áp suất, vật liệu xây dựng và cách trượt kết nối với máy ly tâm, thiết bị bay hơi và máy sấy xung quanh nó cũng quan trọng không kém. Đây là cách công nghệ hoạt động, một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm những gì và những điều cần xác định trước khi bạn quyết định mua hàng.
Cách thức hoạt động của quá trình lọc dòng tiếp tuyến
Trong hệ thống TFF, dòng cấp liệu chảy song song với bề mặt màng thay vì đi thẳng vào nó. Một máy bơm đẩy chất lỏng qua màng; áp suất đẩy một phần của nó qua các lỗ ở dạng thấm, trong khi phần còn lại, được gọi là chất lưu giữ, tuần hoàn trở lại thùng cấp liệu. Do dòng chảy quét tiếp tuyến trên bề mặt nên các hạt và chất hòa tan còn lại sẽ liên tục bị cuốn đi thay vì đóng gói thành một khối dày đặc. Sự khác biệt về thủy lực đó giải thích tại sao quá trình lọc dòng tiếp tuyến chạy hàng giờ ở đầu ra ổn định trong khi bộ lọc ngõ cụt sẽ bị tắc trong vài phút.
Ba biến điều hành chi phối hiệu suất:
- Áp suất xuyên màng (TMP): chênh lệch áp suất trung bình giữa phía cấp liệu và phía thấm. Nhiều áp lực hơn sẽ tạo ra nhiều dòng chảy hơn, đến một điểm; đẩy vượt quá mức tối ưu và bạn nén lớp cặn bẩn cho đến khi đầu ra ổn định hoặc giảm xuống.
- Vận tốc dòng chảy ngang: tốc độ cấp liệu quét bề mặt. Quét nhanh hơn làm chậm sự tắc nghẽn nhưng làm tăng thêm lực cắt của máy bơm và chi phí năng lượng.
- Thông lượng: lưu lượng thấm trên một đơn vị diện tích màng, được tính bằng LMH (lít trên mét vuông mỗi giờ). Đây là con số mà lịch trình sản xuất của bạn được xây dựng dựa trên đó.
Màng có hai loại làm việc. Màng vi lọc, với kích thước lỗ từ khoảng 0,1 đến 10 micron, giữ lại các tế bào, mảnh vụn tế bào và các hạt trong khi cho các protein hòa tan đi qua. Màng siêu lọc được đánh giá theo ngưỡng trọng lượng phân tử (MWCO), thường từ 1 đến 1.000 kDa và giữ lại protein, vi rút, polysacarit và các đại phân tử tương tự. Quy tắc lựa chọn ban đầu phổ biến: chọn MWCO nhỏ hơn ít nhất ba đến năm lần so với trọng lượng phân tử của phân tử mục tiêu để duy trì tỷ lệ thu hồi sản phẩm trên khoảng 95%.
Những gì nằm bên trong một hệ thống TFF hoàn chỉnh
Định dạng mô-đun màng
Bản thân màng này có ba định dạng chính và sự lựa chọn sẽ định hình mọi thứ ở phía dưới. Các mô-đun sợi rỗng bó hàng trăm sợi mỏng bên trong hộp mực; các kênh mở và hệ thống thủy lực nhẹ nhàng của chúng khiến chúng trở thành lựa chọn mặc định cho các loại thức ăn và chất lỏng nhạy cảm với lực cắt mang theo một số hạt. Các băng cassette tấm phẳng xếp chồng các lớp màng vào một giá đỡ nhỏ gọn, mang lại diện tích màng cao trên mỗi lít thể tích giữ và tăng tỷ lệ tuyến tính chỉ bằng cách thêm các băng cassette. Các mô-đun bằng gốm và hình ống có chi phí ban đầu cao hơn nhưng loại bỏ được các hóa chất khắc nghiệt, nhiệt độ cao và khả năng làm sạch mạnh, mang lại tuổi thọ lâu dài.
| định dạng | Phù hợp nhất cho | Điểm mạnh | Cảnh giác |
|---|---|---|---|
| Sợi rỗng | Thức ăn nhạy cảm với lực cắt; làm rõ chất lỏng bằng các hạt | Thao tác nhẹ nhàng, thể tích giữ thấp, xả nước dễ dàng | Mật độ đóng gói thấp hơn; sợi có thể bị hỏng nếu TMP tăng đột biến |
| Cassette tấm phẳng | Nồng độ protein và lọc màng ở khu vực có thể mở rộng | Diện tích trên mỗi mô-đun cao, mở rộng quy mô tuyến tính, lựa chọn MWCO rộng rãi | Các kênh đệm hẹp yêu cầu lọc trước cẩn thận |
| Gốm hoặc hình ống | Hóa chất khắc nghiệt, nhiệt độ cao, tuổi thọ chiến dịch dài | Dung môi và khả năng chịu nhiệt cực cao, tuổi thọ dài | Chi phí vốn cao hơn; ít lựa chọn MWCO hơn |
Máy bơm, bể chứa và điều khiển
Xung quanh màng, hệ thống làm việc cần có máy bơm cấp liệu phù hợp với sản phẩm. Máy bơm nhu động chiếm ưu thế ở quy mô bàn vì chúng nhẹ nhàng và ống của chúng chỉ dùng một lần; thùy quay và máy bơm ly tâm tiếp quản khối lượng sản xuất. Bạn cũng cần một bể chứa nguyên liệu có cảm biến mức hoặc trọng lượng, bộ chuyển đổi áp suất trên nguyên liệu, đường thấm và lưu giữ, van lưu để cài đặt TMP và kiểm soát nhiệt độ cho nguyên liệu phải giữ lạnh. Đối với công việc đạt tiêu chuẩn GMP, các bộ phận tiếp xúc trong SUS316L được đánh bóng bằng điện và có đầy đủ tài liệu về vật liệu, tiêu chuẩn vệ sinh tương tự được áp dụng trên các thiết bị lên men và chiết xuất hiện đại.
Hai công việc mà hệ thống TFF thực hiện hàng ngày
Loại bỏ phần cứng và hệ thống TFF thực hiện hai công việc. Quá trình cô đặc đơn giản hơn: chất thấm thoát ra khỏi vòng trong khi chất lưu lại tuần hoàn, do đó thể tích giảm và sản phẩm được giữ lại đặc lại mà không có bất kỳ nhiệt nào đưa vào. Trao đổi đệm, hay còn gọi là lọc tuần hoàn, gần như đơn giản: dung dịch đệm mới đi vào bể với tốc độ thấm vào lá như nhau, giữ thể tích không đổi trong khi muối, dung môi dư và tạp chất nhỏ được rửa sạch.
Bạn nên biết phép toán này trước khi lên lịch sản xuất. Mỗi diavolume rửa sạch khoảng 63% chất gây ô nhiễm có khả năng thấm hoàn toàn; ba diavolume đẩy con số đó lên trên 95 phần trăm và năm khối trên 99 phần trăm. Do đó, việc trao đổi bộ đệm nghe có vẻ khiêm tốn trên giấy tờ sẽ được chuyển thành một số lượt quay vòng cụ thể của bể, mỗi lần được trả theo khối lượng bộ đệm và số giờ xử lý.
Một lưu ý khi mua sắm đối với sản phẩm thực vật và sản phẩm tự nhiên: không phải màng siêu lọc nào cũng chịu được nồng độ ethanol cao. Nếu dòng chiết xuất của bạn mang dung môi, hãy kiểm tra giới hạn tương thích hóa học ngay từ khi bắt đầu lựa chọn. Nó tốn một cuộc điện thoại ở giai đoạn này và toàn bộ định dạng màng ở giai đoạn tiếp theo.
Nơi TFF phù hợp cùng với máy ly tâm và thiết bị bay hơi
Một bộ lọc không bao giờ hoạt động một mình. Trong một trình tự xử lý sinh học điển hình, máy ly tâm xếp đĩa hoặc bộ lọc sâu xử lý quá trình làm rõ sơ cấp, sau đó TFF cô đặc chất lỏng đã làm rõ và trao đổi chất đệm của nó, sau đó sắc ký hoặc kết tinh sẽ đánh bóng sản phẩm. Quá trình chiết thực vật tuân theo trình tự tương tự: chiết trước, sau đó loại bỏ chất rắn, làm rõ và cô đặc nhẹ nhàng, thu hồi dung môi và cuối cùng là sấy khô.
Máy ly tâm ngăn xếp đĩa dọc để tách chất lỏng rắn chiết xuất thảo dược Máy tách đĩa thẳng đứng tốc độ cao giúp làm rõ các chiết xuất thảo dược và dịch lên men bằng cách lắng đọng chất rắn trên các đĩa xếp chồng lên nhau. Nó phù hợp với bước làm trong cơ bản trước khi cô đặc màng trong dây chuyền xử lý sinh học và chiết xuất thực vật. Xem sản phẩm → Nồng độ màng và bay hơi nhiệt là những công cụ bổ sung chứ không phải là những công cụ cạnh tranh. Quá trình bay hơi loại bỏ nước hoặc dung môi với số lượng lớn với chi phí trên mỗi kg thấp, đó là lý do tại sao thiết bị bay hơi màng rơi và tuần hoàn bên ngoài chiếm ưu thế bất cứ khi nào phải giảm hàng tấn chất lỏng. Nhưng sự bay hơi sẽ tạo ra nhiệt và các protein dễ vỡ, enzyme và một số polysaccharide sẽ mất hoạt tính rất lâu trước khi hết dung môi. TFF cô đặc ở nhiệt độ môi trường xung quanh hoặc nhiệt độ lạnh mà không thay đổi pha, thay đổi dòng chảy thấp hơn và vật liệu tiêu hao màng để có được độ êm dịu. Nhiều nhà máy chạy cả hai, mỗi nhà máy kiếm được tiền.
Thiết bị bay hơi màng rơi ba tác dụng để cô đặc chân không Thiết bị bay hơi dạng màng rơi ba hiệu ứng tái sử dụng hơi thứ cấp để loại bỏ dung môi số lượng lớn ở nhiệt độ thấp, tiết kiệm năng lượng. Nó bổ sung nồng độ màng nhẹ nhàng, xử lý việc giảm khối lượng lớn các chiết xuất thảo dược và thực vật. Xem sản phẩm → Đối với bước làm rõ hầu như luôn nằm ở bước đầu của quá trình lọc tinh, hướng dẫn của chúng tôi về Nguyên tắc, ứng dụng và lựa chọn máy ly tâm ngăn xếp đĩa phân tích chi tiết các tiêu chí định cỡ.
Cách chỉ định hệ thống TFF trước khi mua
Kích thước vùng màng theo mục tiêu quy trình của riêng bạn thay vì từ tài liệu quảng cáo. Diện tích cần thiết là thể tích thấm bạn phải loại bỏ, chia cho thông lượng và số giờ có sẵn. Cụ thể: cô đặc 500 lít xuống còn 100 lít ở mức 30 LMH vừa phải trong vòng bốn giờ cần khoảng 3,3 mét vuông màng và bạn nên thêm lề, vì dòng chảy luôn giảm dần khi tiến hành mẻ.
Ngoài việc xác định kích thước, năm câu hỏi quyết định xem hệ thống có hoạt động trong nhà máy của bạn hay không:
- Thành phần hóa học của màng có phù hợp với thức ăn thực tế của bạn không? Xác nhận phạm vi pH, dung sai dung môi và giới hạn nhiệt độ so với vật liệu thực chứ không phải giả định.
- Định dạng có thể mở rộng được không? Thành phần hóa học màng tương tự sẽ chạy từ băng cassette ở quy mô phòng thí nghiệm đến băng trượt sản xuất, do đó, dữ liệu về dòng chảy và loại bỏ được đo trong quá trình phát triển vẫn tồn tại khi mở rộng quy mô.
- Dùng một lần hay tái sử dụng? Đường dẫn dòng dùng một lần giúp giảm thời gian xác thực và quay vòng làm sạch; hệ thống không gỉ có chi phí trả trước cao hơn nhưng lại đánh bại mức giá tiêu hao khi tính theo số lượng.
- Tài liệu nào đi kèm với nó? Giấy chứng nhận vật liệu, dữ liệu hoàn thiện bề mặt và thử nghiệm nghiệm thu tại nhà máy với sự hỗ trợ IQ/OQ là những điều kiện tiên quyết nếu dây chuyền phải vượt qua cuộc kiểm tra GMP.
- Một thử nghiệm thí điểm nói gì? Đo lường mức độ phân rã từ thông, khả năng phục hồi sản phẩm và tuổi thọ của chu trình làm sạch trên nguồn cấp dữ liệu của riêng bạn trước khi bắt tay vào chế tạo toàn diện.
Thiết bị tách màng chiết thực vật bằng lọc gốm Một thiết bị lọc màng sử dụng bể tuần hoàn, bơm cấp liệu và màng gốm để làm trong và cô đặc chiết xuất thực vật ở nhiệt độ thấp. Thử nghiệm thí điểm tại xưởng GMP cho phép khách hàng xác minh dòng chảy và quá trình làm sạch trước khi xây dựng quy mô đầy đủ. Xem sản phẩm → Điểm cuối cùng đó là nơi các nhà cung cấp tự tách mình ra một cách nhanh chóng. Cơ sở của chúng tôi ở Chiết Giang vận hành một xưởng thí điểm và nền tảng R&D tuân thủ tiêu chuẩn GMP, vì vậy khách hàng có thể xác minh các quy trình từ thông, phục hồi và làm sạch trên vật liệu của chính họ trước khi chúng tôi cắt thép không gỉ, cùng một bước giảm thiểu rủi ro mà chúng tôi áp dụng cho dây chuyền chiết xuất, bay hơi và lên men.
Hãy coi hệ thống lọc dòng tiếp tuyến là một quyết định về quy trình thay vì mua màng. Lập sơ đồ toàn bộ trình tự thu hoạch hoặc chiết xuất, làm trong, cô đặc, loại bỏ dung môi và sấy khô, sau đó chỉ định bước lọc để phục vụ trình tự đó. Tích hợp chính xác là cách chúng tôi tiếp cận các dự án như Dây chuyền sản xuất chiết xuất dầu CBD và CBD cô lập ở phía đông bắc Trung Quốc , trong đó quá trình làm rõ, thu hồi dung môi, cô đặc và kết tinh được thiết kế dưới dạng một dòng chảy liên tục thay vì một dãy các rãnh trượt độc lập. Thực hiện đúng trình tự và bước TFF sẽ trở thành như mong đợi: giai đoạn yên tĩnh, đáng tin cậy để bảo vệ sản phẩm của bạn trên đường đi đến công thức cuối cùng.
