Diafiltration

Diafiltration ist ein Verfahren zur Abtrennung und Reinigung des Zielprodukts aus der Hauptlösung, die die anderen Substanzen mit geringem Molekulargewicht (MW) enthält, z. Salze, Lösungsmittel. Der Begriff „Diafiltration“ bedeutet eine Kombination aus „Verdünnung“ und „Filtration“. Dem Konzentrat oder Retentat wird eine Pufferlösung oder demineralisiertes Wasser zugesetzt, um das verlorene Permeatwasser während der Filtration auszugleichen, so dass die Konzentration der zurückgewiesenen Verbindungen (dh Zielprodukte) konstant gehalten wird, während die unerwünschten Verbindungen mit kleinem MW für ihre allmähliche "Auswaschen" durch Filtrationszyklen.

Diafiltration wird häufig in den Bereichen verwendet:

• Biotech & Pharma, für z.B. Enzym/Antibiotika/Serum/Polypeptid-Extraktion und -Reinigung;
• Essen & Trinken, z.B. Zuckerabtrennung, Entalkoholisierung;
• Milchwirtschaft, z.B. Isolierung von Molkenprotein, Demineralisierung von Laktose;
• Ressourcenwiederherstellung, z.B. Extraktion organischer Stoffe aus Oberflächengewässern.

Die Diafiltration wird normalerweise mit einer Charge Speisewasser durchgeführt, das Retentat wird zur weiteren Verarbeitung in den Speisetank zurückgeführt und Pufferlösung oder demineralisiertes Wasser wird als Verdünnungsmittel in den Speisetank gegeben. Die Zugabe des Verdünnungsmittels kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Die kontinuierliche Diafiltration hat den Vorteil, eine stabile Konzentration des Zielprodukts im Retentat aufrechtzuerhalten, was insbesondere für Biomolekülprodukte als schonenderes Verfahren angesehen wird, da unterschiedliche Konzentrationen molekulare Wechselwirkungen hervorrufen und folglich Produktverluste verursachen können. In diesem kontinuierlichen Diafiltrationsmodus wird Verdünnungsmittel mit derselben Permeatflussrate zugegeben, wenn das produzierte Permeatvolumen das gleiche wie das anfängliche Zufuhrvolumen erreicht, wird 1 Diafiltrationsvolumen oder 1 Diafiltrationszyklus verarbeitet.

Das Ausmaß, in dem das Zielprodukt gereinigt wird, hängt von den Diafiltrationszyklen und der Permeabilität der unerwünschten Spezies ab. Je durchlässiger die unerwünschten Spezies sind, desto weniger Diafiltrationszyklen sind erforderlich. Beispielsweise reichen für Ionen mit 100 % Durchlässigkeit (z. B. für eine Ultrafiltrationsmembran) 7 Diafiltrationszyklen aus, um eine nahezu 100 %ige Ionenentfernung aus der Beschickungslösung zu erreichen. Hingegen sind 9 Zyklen erforderlich, um Spezies mit einer Permeabilität von 75 % auf derselben Ultrafiltrationsmembran vollständig zu entfernen (Quelle: Diafiltration: Eine schnelle, effiziente Methode zum Entsalzen oder Pufferaustausch von biologischen Proben, von Pall Life Sciences, PN 33289).

Außerdem ist die Auswahl einer Membran mit einem geeigneten Molekulargewichts-Cutoff (MWCO) wichtig. Der MWCO einer Membran wird als das Molekulargewicht (MW) einer bestimmten Polymerverbindung angesehen, die auf dieser Membran eine Rückweisung von 90 % aufweist. Dies bedeutet, dass die Möglichkeit besteht, dass das Zielprodukt die Membran passiert, wenn der MWCO der Membran genau dem MW des Zielprodukts entspricht, insbesondere während der Diafiltration, mit einem "Auswascheffekt" und einem höheren Produktverlust. Daher wird eine engere Membran im Verhältnis zum MW des Zielprodukts empfohlen.

Das Prozessdiagramm der Diafiltration ist in Abbildung 1 dargestellt, in dem eine interne Rezirkulationspumpe dazu beiträgt, einen Querstrom entlang der Membranoberfläche (auch als „Tangentialfluss“ bezeichnet) bereitzustellen, wodurch das Membranverschmutzungspotenzial reduziert wird

Abbildung 1 – Schematische Darstellung des Verfahrens der Diafiltration mit interner Rezirkulation

Bei Lenntech helfen wir unseren Kunden, ihre Feedlösungen mit unseren Labor- und Pilotanlagen zu testen, um die beste Membran für ihr spezifisches Produkt auszuwählen und auch den Diafiltrationsprozess in Bezug auf z. B. Feeddruck, Initial Diafiltrationskonzentration, Crossflow-Geschwindigkeit, für eine hohe Produktausbeute in kürzerer Verarbeitungszeit. Basierend auf den Testergebnissen entwickeln, konstruieren und fertigen wir für unsere Kunden ein Diafiltrationssystem im Pilotmaßstab oder im Großmaßstab.

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