评估絮凝剂去除植物提取物中分散颗粒效率的实验步骤

以下实验的总体目标是鉴定能够提高从植物提取物中去除分散颗粒的絮凝剂。通过建立实验设计，确定对这些分散颗粒聚集过程最有效的聚合物及控制参数，从而实现这一目标。第二步定义了工作流程，该流程对应于大规模应用中所采用的单元操作。

接下来，在不同条件下制备用于絮凝剂的叶片提取物，并对其进行分析，以测定浊度和产物回收率。结果展示了基于实验设计模型评估（我们简称为DoE）所得的最佳絮凝条件及聚合物。与仅使用深层过滤的传统澄清方法相比，该技术的主要优势在于可使过滤器容量提高数倍，从而降低整体工艺成本。

絮凝可以增加颗粒的有效直径，从而促进通过离心或过滤将其去除。因此，必须首先确定与絮凝过程相关的环境工艺参数。通常，这类参数有多个。

因此，在缺乏机理模型的情况下，采用实验设计（DoE）方法是合适的。通过参考文献数据和先验知识来选择参数，从而建立实验设计。典型参数包括孵育时间以及聚合物类型和浓度。

用于评估絮凝效率的实验结果（如滤过性）也需在实验前予以定义。随后将这些信息输入适合所研究因素数量及对该系统已有认知程度的实验设计（DoE）类型中。制定一个工作流程，以涵盖植物提取物絮凝及实验室规模加工的所有相关步骤。

分装体积应足够小，以实现高通量样品处理。实验室设备的性能应与工艺规模设备的性能相一致。植物的培养方式应能够代表最终的生产工艺。

在开始提取和絮凝实验之前，需准备好所有器具。配制絮凝剂储备液时，应仔细考虑生产商是否已进行预稀释。为所有絮凝剂选择相同的储备浓度，可简化后续移液操作，降低出错概率。

每种新鲜絮凝剂储备液的缓冲液成分、pH 值和电导率均需配制为与提取物条件相匹配。将实验设计（DoE）方案转换为移液方案，明确各储备液需添加至植物提取物样品中的体积。植物提取物样品通过收获的烟草叶片制备，所用缓冲液需与实验设计（DoE）中拟测试的条件相匹配。

搅拌提取物的同时，按预设体积分装等分试样，以确保所有样品中颗粒分布均匀。向每份等分试样中加入提取缓冲液，使得在加入絮凝剂储备液后，各样品体积保持一致。

根据实验设计（DoE）中定义的体积，将储备溶液按照随机化的运行顺序依次加入样品中。每次加入聚合物后立即振荡试管，使聚合物在样品中均匀分布，这也有助于确保絮凝结果的可重复性。该方法可轻松修改，用于测试多种絮凝剂的组合或同一种絮凝剂的重复添加。

但这必须在实验设计（DoE）中予以实施。絮凝形成通常需要3至30分钟的孵育时间。遵循实验设计（DoE）中规定的孵育时间，是获得可重复结果的必要条件。

絮体的沉降速度或滤液的浊度及过滤能力均可用于评估絮凝剂的性能。同时，还需确认聚合物不会对蛋白质等产品产生干扰。在确认数据质量后，可将信息导入实验设计（DoE）软件中。

使用实验设计（DoE）软件内置的工具对实验数据进行分析，包括数据转换、因子筛选和质量控制工具。除使用这些工具外，最终模型还应符合物理学和热力学的基本定律。在确认模型质量后，即可利用该模型预测絮凝过程的最佳条件。

根据模型预测结果，可将设计空间缩小至最相关的区域，并在此基础上建立新的实验设计（DoE），重复前述过程。随后可在中试或生产规模上验证结果。在本项代表性研究中，采用实验设计（DoE）方法评估了23种不同的合成絮凝剂和4种天然絮凝剂对烟草叶片提取物的絮凝能力。

综合考虑聚合物浓度和类型等聚合物特异性参数，以及孵育时间、温度、缓冲液 pH 值和电导率等工艺参数。通过包含约 200 份 20 mL 提取液等分试样的四重嵌套 IV-最优设计实验序列，我们发现，在 pH 4 至 8 范围内，只要温度介于 4 至 30 摄氏度之间，Polymin P 是烟草提取物最有效的絮凝剂。15 分钟的孵育时间足以实现絮凝，但当电导率超过 40 mS/cm 时，其效果下降。

然而，实验设计（DoE）方法表明，Catiofast VSH 与 Polymin P 具有互补性，在电导率大于 40 mS/cm 的条件下可实现有效的絮凝。当将这些絮凝剂引入烟草提取物的下游加工过程后，所用深层过滤器的处理容量提高了 3.2 至 5.7 倍，从而相应降低了该步骤的生产成本。我们证实，这些絮凝剂不会降低目标蛋白的回收率，包括单克隆抗体、荧光蛋白、凝集素以及多种疫苗候选蛋白。

最佳絮凝条件还在100 L中试规模批次中得到验证。实验设计（DoE）的结果也成功应用于使用螺旋压榨机而非刀片式均质器制备的烟草提取物，凸显了所获得信息的广泛适用性。我们还改进了该方法以测试絮凝剂组合，结果同样有效。

观看本视频后，您应了解如何采用实验设计（DoE）方法为植物提取物建立絮凝实验。