Biotechnologischer Produktionsprozess mit Trennschichtdetektion und Auswaschprozessen

14. Februar 2025

Biotechnologische Produktionsverfahren basieren auf der Kultivierung von Mikroorganismen in einer nährstoffreichen Fermentationsbrühe. Das Zielprodukt wird durch gezielte biochemische Reaktionen synthetisiert und anschliessend mittels verschiedener Aufarbeitungsverfahren aus der Fermentationsbrühe extrahiert. Ein kritischer Aspekt dieses Downstream Processing ist die Trennung von flüssigen und festen Phasen sowie die Kontrolle von Trennschichten innerhalb des Prozesses.

Fermentationsprozess

Während der Fermentation produzieren Mikroorganismen in einer definierten Kulturmedienzusammensetzung das gewünschte Produkt. Die Fermentationsbrühe besteht typischerweise aus:

• Zellbiomasse
• Gelösten Nährstoffen und Stoffwechselprodukten
• Dem Zielprodukt in gelöster oder suspendierter Form

Die Prozessführung erfordert eine kontinuierliche Überwachung der relevanten Prozessparameter wie pH-Wert, Temperatur, Sauerstoffzufuhr und Substratzufuhr. Der Zellwachstumsprozess wird mit der Trübungsmessung überwacht. Nach Erreichen der optimalen Produktkonzentration beginnt das Downstream Processing.

Downstream Processing und Phasentrennung

Das Downstream Processing umfasst mehrere Schritte, um das Zielprodukt von Zellbiomasse und unerwünschten Nebenprodukten zu trennen. Zu den etablierten Methoden gehören:

• Filtration: Mechanische Trennung fester Bestandteile aus der Fermentationsbrühe.
• Separation: Nutzung von Dichteunterschieden zur Abtrennung unterschiedlicher Flüssigphasen.
• Zentrifugation: Hohe Rotationskräfte zur effektiven Trennung von Biomasse und Produktlösung.

Ein häufig auftretendes Phänomen ist die Bildung von 2-Phasen-Trennschichten, bei denen sich beispielsweise eine organische Phase über einer wässrigen Phase absetzt. Diese Trennschichten entstehen durch unterschiedliche Dichten, Viskositäten oder Emulsionsbildung während des Aufarbeitungsprozesses.

Bedeutung des Auswaschprozesses

Während der Phasentrennung verbleiben häufig Restmengen des Zielprodukts oder unerwünschte Nebenprodukte in einer der Phasen. Durch gezielte Auswaschprozesse (z. B. mit wässrigen oder organischen Lösungsmitteln) kann das Zielprodukt effizienter extrahiert oder Verunreinigungen entfernt werden. Dieser Prozess wird entweder kontinuierlich oder batchweise durchgeführt. Eine präzise Prozesskontrolle ist hierbei essenziell, um Verluste zu minimieren und die Produktreinheit sicherzustellen.

Trennschichtsensoren – Präzise Trennschichtmessung mit Impedanz-Messprinzip

Eine entscheidende Rolle in der kontinuierlichen Überwachung und Steuerung der Phasentrennung spielen die hochpräzisen Aquasant Trennschichtsensoren. Diese Sensoren basieren auf dem Impedanz-Messprinzip, das eine äußerst präzise Detektion von Trennschichten ermöglicht.

Vorteile der Aquasant Trennschichtsensoren:

• Höchste Präzision: Dank des Impedanz-Messprinzips können selbst feinste Phasenübergänge erkannt werden.
• Echtzeitüberwachung: Kontinuierliche Messung und sofortige Rückmeldung an das Prozessleitsystem für maximale Prozesssicherheit.
• Robuste Bauweise: Beständig gegenüber aggressiven Medien und extremen Bedingungen in biotechnologischen Prozessen, Totraumfrei, FDA-Konform.
• Einfache Integration: Nahtlose Einbindung in bestehende Anlagen, sowohl für Batch- als auch kontinuierliche Prozesse.
• Effizienzsteigerung: Reduzierung von Produktverlusten und Minimierung von Ausschuss durch exakte Steuerung der Phasenabtrennung.

Mit der präzisen und zuverlässigen Technologie von Aquasant lassen sich Trennschichten exakt bestimmen und effizient abtrennen, was zu einer verbesserten Produktqualität und einer signifikanten Kostenreduktion führt. Diese Sensoren sind ideal für den Einsatz in anspruchsvollen biotechnologischen Prozessen und bieten eine nachhaltige Lösung zur Optimierung der Produktionsprozesse.

Sprühtrocknung als finaler Aufarbeitungsschritt

Nach der erfolgreichen Abtrennung der Zielproduktlösung folgt oft eine Sprühtrocknung, um das Produkt in eine lagerfähige Pulverform zu überführen. Dabei wird das Flüssigkonzentrat in einem Heissluftstrom zerstäubt, wodurch die Flüssigkeit schnell verdampft und das Endprodukt als Pulver zurückbleibt.

Fazit

Die präzise Steuerung von Phasentrennung und Auswaschprozessen ist ein essenzieller Bestandteil biotechnologischer Produktionsprozesse. Die Aquasant Trennschichtsensoren mit Impedanz-Messprinzip ermöglichen eine exakte Echtzeitkontrolle und steigern die Effizienz der Phasentrennung erheblich. In Kombination mit optimal abgestimmten Filtrations-, Separations- und Zentrifugationsmethoden kann eine maximale Produktreinheit und -ausbeute gewährleistet werden. Der abschliessende Sprühtrocknungsprozess stellt das Produkt in einer wirtschaftlich und lagerfähigen Form zur Verfügung. Mit den Aquasant Lösungen sichern sich Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil durch höchste Produktausbeute, Prozesssicherheit und Effizienz.