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Filtrationsanwendungen in der Fermentation
创建于2024.09.14
Fermentations- und Zellkulturanwendungen beinhalten die Vorbereitung von Flüssig- und Gaszufuhren für Fermenter oder Bioreaktoren zur Unterstützung des Wachstums der gewünschten Zellen. Es ist erforderlich, die Sterilität sowohl in den Flüssig- als auch in den Gaszufuhren während des Fermentationsprozesses aufrechtzuerhalten. Um die Sterilitätsanforderungen zu erfüllen, spielt die Filtrationsanwendung eine wichtige Rolle.
In diesem Artikel werden verschiedene Anwendungen der Filtration im Fermentationsprozess diskutiert. Eine typische Luftfiltrationsanwendung für die Luftfiltration wird hier dargestellt.
Vorfiltration der Einlassluft:
Luftkompressoren werden verwendet, um Luftströmung für das Fertigungswerk zu erzeugen. Es gibt zwei Arten von Kompressoren, ölfrei und ölgeschmiert.
Die Vorfiltration der Einlassluft ist zur Entfernung von Öltröpfchen in ölgeschmierten Luftkompressoren erforderlich. Ein Koaleszenzfilter, wie z. B. ein Glasfaserfilter, kann eine Entfernung von mehr als 99,9 % des Öls und auch von Wassertropfen (Tau) in einem breiteren Bereich bieten. Dieser Glasfaserfilter dient auch als ausgezeichneter Vorfilter für die hydrophoben Membranfaltenfilter, die hauptsächlich zur Sterilisierung der Einlassluft zum Fermenter verwendet werden.
Für ölfreie Kompressoren dient ein Vorfilter dazu, Schmutz im Luftsystem zu entfernen und die Lebensdauer des Endfilters zu verlängern. Zur Verwendung mit Fermentationsluft werden ein Zellulose-Plisséefilter und Polypropylenfilter für diese Anwendung verwendet.
Sterile Luftfiltration:
Bakterien und Bakteriophagen können, wenn sie in Luftzufuhren vorhanden sind, in Fermentationstanks oder Bioreaktoren gelangen und das Produkt kontaminieren. Dies kann die gewünschten Produktionszellen zerstören und die Ausbeute verringern. Daher ist es entscheidend, diese sterile Luft für den Fermentationsprozess bereitzustellen.
Es gibt verschiedene Methoden zur Sterilisation der Zuluft des Fermenters. Dazu gehören Filtration, Hitze, Bestrahlung, Waschen mit sterilisierenden Chemikalien und elektrostatische Abscheidung. Waschen und elektrostatische Abscheidung sind nicht wirksam zur Entfernung von Mikroorganismen. Hitze und Bestrahlung sind nicht kostengünstig. Daher ist Filtration die einzige Technik, die alle Anforderungen zur Sterilisation der Zuluft des Fermenters erfüllt.
Hydrophobe Membranfaltenfilter werden hierfür weitgehend empfohlen. Die hydrophobe (wasserabweisende) Natur dieser Membranen kann eine Bakterien- und Bakteriophagenentfernung mit 100% Effizienz unter feuchten oder trockenen Betriebsbedingungen ermöglichen. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber Glasfaser und Patronen.
Für einige Fermentationsprozesse ist die Verwendung von hoch erhitzter, gefilterter Luft erforderlich. Dafür wird ein Filter aus dem von Natur aus hydrophoben PTFE hergestellt.
3. Sparging: Belüften
Das Spargen dient dazu, die Luft gleichmäßig im Fermenter oder Bioreaktor zu verteilen, der das Wachstumsmedium und das Produkt enthält. Für diese Anwendung werden poröse Edelstahl-Spargellemente verwendet, die eine gleichmäßige und feine Gasverteilung ermöglichen. Diese SS-Elemente sind mit einer Seite aus porösem Metall und einer Seite aus massivem Metall gefertigt.
Feine Grade von porösem Edelstahl (d. h. 3,0 µm) sind selbst für schersensible Säugetierzellkulturen aufgrund ihrer hohen Gasübertragung und ihrer Fähigkeit zur belüftung mit geringer Scherung ideal.
4. Abluft-/Abgasfiltration:
Der Zweck eines Belüftungsfilters an einem sterilen Fermentationstank ist zweifach.
Um die Kontamination des Tanks zu verhindern und die Eindämmung des Materials im Tank zu gewährleisten. Die Verhinderung von Kontamination im Tank ist wünschenswert für Prozesse, die lange Fermentationszyklen erfordern oder ein empfindliches Fermentationsmedium benötigen (z. B. Gewebekulturmedium).
Um das Freisetzen von Organismen aus dem Fermentationstank zu verhindern und die Umwelt zu schützen sowie das Entweichen von Mikroorganismen aus dem Fermentationstank zu verhindern.
Das Abgasfiltrationssystem für einen rekombinanten oder Säugetierzellfermenter/Bioreaktor muss sterile Luft in die Umgebung ablassen und eine sterile Barriere bilden, um das Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern. Darüber hinaus muss es vor Ort dampfsterilisierbar sein und hat in der Regel einen sauberen Differenzdruck von weniger als 1 psid.
Das empfohlene Design des Abgasfiltrationssystems in zwei Stufen;
Vorfilter (typischerweise 1,2 μm Polypropylen-Filterpatrone): Er entfernt aerosolisierte Partikel und Flüssigkeitströpfchen, die Zellen oder Nährmedien aus dem Fermentationsabgas oder Abluft enthalten, und verlängert die Lebensdauer des abschließenden Sterilfilter.
Hydrophobe Membran (PVDF oder PTFE) Filterpatrone (0,2 μm): Sie verhindert, dass Organismen in den kontrollierten Bereich eindringen oder diesen verlassen, auch in Gegenwart von Wassertropfen und gesättigtem Gas.
Filtration von Flüssigrohstoffen:
Fermentations- und Zellkulturwachstumsmedien werden häufig durch Filtration sterilisiert, insbesondere wenn hitzeempfindliche Komponenten vorhanden sind. Der 0.xn--2-m-yyc hydrophile Membransterilisationsfilter wird für diese Anwendungen weit verbreitet eingesetzt. Positiv geladene Zetapotenzial-hydrophile Membranen verbessern die Entfernung von bakteriellen Endotoxinen (Pyrogenen) aus dem Make-up-Wasser.
Polypropylenfilter sind auch eine ausgezeichnete Wahl für die Vorfiltration von aggressiven Lösungsmitteln und viskosen Flüssigkeiten sowie für Anwendungen, die hohe Durchflussraten erfordern.
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