Zellbrühen-Mikrofiltration mit hoher-Rückgewinnung mit 0,22-µm-PES-Kassette: Eine Fallstudie aus dem Labor

1. Produktinformationen

0,22 μm PES-Membrankassette, 0,1 m² (N2PE2308GA04)

 

2. Experimentelle Ergebnisse

600 ml Zellfermentationsbrühe wurden unter Verwendung einer 0,22 μm, 0,1 m² Membrankassette verarbeitet, auf 100 ml konzentriert, gefolgt von einer Diafiltration mit 5 Diavolumina gereinigtem Wasser (d. h. 100 ml gereinigtes Wasser pro Diafiltrationsschritt, fünfmal wiederholt). Nach der 5. Diafiltration wurde der Ansatz auf das Endvolumen eingeengt. Das gesamte Experiment dauerte 34 Minuten und ergab 48 ml Retentat und 1054,5 ml Gesamtpermeat mit einem durchschnittlichen Fluss von 18,6 LMH. Während des gesamten Prozesses war das Retentatventil vollständig geöffnet und der TMP lag zwischen 0,2 und 0,85 bar. Die Feed-Trübung betrug 131 NTU, die Permeat-Trübung betrug 3,13 NTU.

Nach Gebrauch wurde die Kassette gereinigt und regeneriert. Die Änderung des Wasserflusses ist in Tabelle 1 dargestellt.

 

Tabelle 1: Wiederherstellungsrate des Wasserflusses

	Feed-Durchflussrate (ml/min)	Speisedruck (bar)	Retentatdruck (bar)	TMP(bar)	Permeatflussrate (ml/min)	LMH	Flussrückgewinnung (%)	Bemerkungen
Vor Gebrauch	370	0.4	0	0.2	140	420	79	Retentatventil vollständig geöffnet
Nach der Reinigung	370	0.6	0	0.3	166	332		Retentatventil vollständig geöffnet

Hinweis: Flussrückgewinnung berechnet als 332/420 ≈ 79 %.

Integritätstest vor und nach dem Experiment

Druckhaltetest bestanden

Die Prozessbedingungen während des Experiments sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Gesamtlaufzeit: 34 min.

 

Tabelle 2: Prozessbedingungen im Zeitverlauf

Zeit (min)	Feedfluss (ml/min)	Speisedruck (bar)	Ret. Druck (bar)	TMP(bar)	Permeatfluss (ml/min)	Bemerkungen
0	200	1.5	0	0.75	32	Start; Retentatventil vollständig geöffnet; 500 ml Futter
5	200	1.2-1.4	0	0.6-0.7	33
10	200	1.0	0	0.5
10	200	1.6	0	0.8	25	+100mLfeed hinzugefügt
15	200	1.6	0	0.8	15
20	200	1.6-1.7	0	0.8-0.85	11
22	200	1.6-1.7	0	0.8-0.85	25	100 ml übrig; Beginnen Sie die 1. Diafiltration mit 100 ml gereinigtem Wasser
25	200	1.3-1.4	0	0.65-0.7
26	200	1.0-1.1	0	0.5-0.55	43	100 ml übrig; 2. Diafiltration (+100 ml gereinigtes Wasser)
27	200	0.6	0	0.3
28	200	0.5	0	0.25	53	100 ml übrig; 3. Diafiltration (+100 ml gereinigtes Wasser)
30	200	0.4	0	0.2	61	100 ml übrig; 4. Diafiltration (+100 ml gereinigtes Wasser)
32	200	0.4	0	0.2	68	100 ml übrig; 5. Diafiltration (+100 ml gereinigtes Wasser)
34						Ende: 48 ml Retentat (Trübung 345 NTU); Gesamtpermeat 1054,5 ml (3,13 NTU); Konzentration Permeat 493,5 ml (2,58 NTU); Die ersten 3 Diafiltrationen permeieren 305 ml (3,03 NTU); Die letzten 2 Diafiltrationen permeieren 256 ml (3,01 NTU)

 

 

Konzentrationsphase: Der Speisedruck nahm mit der Zeit ab; Durch die Zugabe von 100 ml Futter stieg der Druck an und stabilisierte sich dann. Der Permeatfluss sank von 33 ml/min auf 11 ml/min (~33 % des Ausgangswerts).

Diafiltrationsphase: Mit gereinigtem Wasser sank der Speisedruck deutlich und der Fluss stieg deutlich an.

Verarbeitetes Gesamtvolumen: 1054,5 ml auf 0,11 m² (0,1 m² nominal + Korrektur); Gesamtzeit 34 Min.; durchschnittlicher Permeatfluss 31 ml/min → durchschnittlicher Fluss 18,6 LMH.

 

 

Abbildung 2: Vergleich der Feed- und Permeat-Trübung (Originalbild)

Feed-Trübung 131 NTU, Permeat-Trübung 3,13 NTU.

 

 

Abbildung 3: SDS-PAGE-Gelelektrophorese

The SDS-PAGE result indicates target protein recovery >85 % durch die 0,22 μm Mikrofiltrationskassette.

3. Experimentelle Methoden

3.1 Installation

Installieren Sie das System wie in Abbildung 2 gezeigt

 

 

3.2 Wasserflussmessung

Verwenden Sie gereinigtes Wasser als Futter. Stecken Sie den Zulaufschlauch in den Feed-, den Retentat- und den Permeatschlauch in den Abfallbehälter. Starten Sie die peristaltische Pumpe und stellen Sie das Membranventil ein, um einen geeigneten TMP zu erreichen, bis Retentat und Permeat neutral (pH) sind. Pumpe stoppen. Feed-, Retentat- und Permeatröhrchen in gereinigtes Wasser geben, Pumpe starten, Membran 15 Minuten lang befeuchten. Pumpe stoppen, Membranventil öffnen. Messen Sie den Wasserfluss: Feed- und Retentatrohre in gereinigtem Wasser, stellen Sie TMP1 ein, sammeln Sie das Permeat 1 Minute lang und berechnen Sie den Fluss.

 

3.3 Integritätstest (Druckhalte-/Blasentest)

Entfernen Sie den Zulaufschlauch vom Wasser, geben Sie Retentat und Permeat in den Abfall. Pumpe laufen lassen, um Flüssigkeit aus den Leitungen zu entleeren, Pumpe stoppen. Retentatventil vollständig schließen. Lassen Sie die Pumpe laufen, um Luft einzuleiten, bis der Förderdruck 0,65 bar erreicht, und stoppen Sie die Pumpe. Beobachten Sie den Druckabfall über 10 Minuten und prüfen Sie den Permeatanschluss auf Blasen im Wasser. Wenn kein Druckabfall und keine Blasen → Integrität OK. Wenn Druckabfälle und Blasen auftreten, messen Sie die Luftdiffusionsrate mit einem Durchflussmesser oder einem umgedrehten, mit Wasser-gefüllten Zylinder. Vergleichen Sie es mit dem Referenzwert, um die Integrität zu beurteilen. Zum Schluss das Retentatventil vollständig öffnen und die Luft ablassen.

 

3.4 Tangentialflussfiltration (TFF)

Verarbeiten Sie 600 ml Zellfermentationsbrühe mit einer Kassette von 0,22 μm und 0,1 m², konzentrieren Sie sie auf 100 ml und führen Sie dann eine Diafiltration mit dem 5-fachen Volumen gereinigtem Wasser durch (100 ml pro Schritt). Nach der 5. Diafiltration weiter auf das Endvolumen konzentrieren. Öffnen Sie nach dem Experiment das Retentatventil vollständig und lassen Sie die Flüssigkeit ab, um das Retentat zurückzugewinnen.

 

3.5 Reinigung

3.5.1 Wasserspülung

Als Futtermittel 10–20 L/m² gereinigtes Wasser verwenden. Zulaufrohr in Wasser, Retentat und Permeat zum Abfall. Starten Sie die Pumpe, stellen Sie den TMP ein und lassen Sie sie laufen, bis die Zufuhrleitungen leer sind. Pumpe stoppen, Membranventil öffnen.

3.5.2 Laugenreinigung

Als Futtermittel 0,5 M NaOH verwenden. Platzieren Sie Feed-, Retentat- und Permeatrohre in der NaOH-Lösung. Pumpe starten, TMP einstellen, 30–60 Min. zirkulieren lassen. Pumpe stoppen, Membranventil öffnen.

 

3.6 Messung des Wasserflusses nach der Reinigung

Wie 3.2, mit demselben TMP (TMP2=TMP1). Messen Sie das Permeatvolumen über 1 Minute und berechnen Sie den Fluss.

 

3.7 Integritätstest nach-der Reinigung

Wie 3.3.

 

3.8 Lagerung

Bereiten Sie 0,1 M NaOH-Lösung als Speichermedium vor. Platzieren Sie Feed-, Retentat- und Permeatröhrchen in der Lösung. Pumpe starten, TMP einstellen, 5 Minuten zirkulieren lassen. Pumpe stoppen, Membranventil öffnen. Nehmen Sie die Kassette aus dem System und lagern Sie sie in 0,1 M NaOH bei Raumtemperatur.

 

Diese Fallstudie demonstriert die effiziente Mikrofiltration von Zellkulturbrühe mit hoher -Trübung unter Verwendung einer 0,22-µm-PES-Membrankassette. Hauptvorteile:

High product recovery (>85 % nach SDS-SEITE)

Schnelle Verarbeitung – 34 Minuten für 600 ml mit Diafiltration

Hervorragende Trübungsreduzierung – von 131 NTU auf 3,13 NTU Permeat

Gute Reinigungsfähigkeit – 79 % Wasserrückgewinnung nach einfacher Laugenreinigung

Integritätssicherung – Druckhaltetest vor und nach der Verwendung bestanden

 

Die Kassette behielt eine konstante Leistung bei, wobei die Diafiltration einen starken Abfall des TMP und einen entsprechenden Anstieg des Flusses verursachte, was eine geringe Verschmutzungsneigung und eine einfache Spülung demonstrierte. Ideal zum Konzentrieren und Entsalzen von Fermentationsbrühen, Zellkulturüberständen und anderen Bioprozessströmen.