Name: Procedura oceny skuteczności flokulantów do usuwania zdyspergowanych cząstek z ekstraktów roślinnych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 37 s
Description: Naucz się oceny flokulantów do usuwania cząstek z ekstraktów roślinnych metodą DoE. Technika ta zwiększa wydajność filtracji i obniża koszty procesowe w porównaniu do tradycyjnych metod.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Chciałbym podziękować Dr. Thomasowi Rademacherowi za dostarczenie transgenicznych nasion tytoniu oraz Ibrahimowi Al Amedi za uprawę roślin tytoniu. Pragnę podziękować dr. Richardowi M. Twymanowi za pomoc redakcyjną oraz prof. dr. Rainerowi Fischerowi za owocne dyskusje. Praca ta została częściowo sfinansowana przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych w ramach Advanced Grant "Future-Pharma", wniosek nr 269110, Fraunhofer-Zukunftsstiftung (Fundację Fraunhofera Przyszłości) oraz programy wewnętrzne Fraunhofer-Gesellschaft w ramach grantu nr 269110. Przyciągaj 125-600164.

<ol><li>Godfray, H. C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Food+Security%3A+The+Challenge+of+Feeding+9+Billion+People%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Food Security: The Challenge of Feeding 9 Billion People.</a> Science. 327, 812-818 (2010).</li>
<li>Fischer, R., Schillberg, S., Buyel, J. F., Twyman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Commercial+aspects+of+pharmaceutical+protein+production+in+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Pharm.+Des%22%5BJournal%5D)">Commercial aspects of pharmaceutical protein production in plants.</a> Curr. Pharm. Des. 19, 5471-5477 (2013).</li>
<li>Pastores, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Phase+3%2C+multicenter%2C+open-label%2C+switchover+trial+to+assess+the+safety+and+efficacy+of+taliglucerase+alfa%2C+a+plant+cell-expressed+recombinant+human+glucocerebrosidase%2C+in+adult+and+pediatric+patients+with+Gaucher+disease+previously+treated+with+imiglucerase%5BTitle%5D)+AND+%22Blood+Cells+Mol.+Dis%22%5BJournal%5D)">A Phase 3, multicenter, open-label, switchover trial to assess the safety and efficacy of taliglucerase alfa, a plant cell-expressed recombinant human glucocerebrosidase, in adult and pediatric patients with Gaucher disease previously treated with imiglucerase.</a> Blood Cells Mol. Dis. 53, 253-260 (2014).</li>
<li>De Paepe, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparative+study+between+spiral-filter+press+and+belt+press+implemented+in+a+cloudy+apple+juice+production+process%5BTitle%5D)+AND+%22Food+Chem%22%5BJournal%5D)">A comparative study between spiral-filter press and belt press implemented in a cloudy apple juice production process.</a> Food Chem. 173, 986-996 (2015).</li>
<li>Buyel, J. F., Twyman, R. M., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extraction+and+downstream+processing+of+plant-derived+recombinant+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Adv%22%5BJournal%5D)">Extraction and downstream processing of plant-derived recombinant proteins.</a> Biotechnol. Adv. 33, 902-913 (2015).</li>
<li>Wilken, L. R., Nikolov, Z. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recovery+and+purification+of+plant-made+recombinant+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Adv%22%5BJournal%5D)">Recovery and purification of plant-made recombinant proteins.</a> Biotechnol. Adv. 30, 419-433 (2012).</li>
<li>Buyel, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Process+development+trategies+in+plant+molecular+farming%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Pharm.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Process development trategies in plant molecular farming.</a> Curr. Pharm. Biotechnol. 16, 966-982 (2015).</li>
<li>Hassan, S., Keshavarz-Moore, E., Ma, J., Thomas, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Breakage+of+transgenic+tobacco+roots+for+monoclonal+antibody+release+in+an+ultra-scale+down+shearing+device%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Breakage of transgenic tobacco roots for monoclonal antibody release in an ultra-scale down shearing device.</a> Biotechnol. Bioeng. 111, 196-201 (2014).</li>
<li>Hassan, S., van Dolleweerd, C. J., Ioakeimidis, F., Keshavarz-Moore, E., Ma, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Considerations+for+extraction+of+monoclonal+antibodies+targeted+to+different+subcellular+compartments+in+transgenic+tobacco+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Biotechnol.+J%22%5BJournal%5D)">Considerations for extraction of monoclonal antibodies targeted to different subcellular compartments in transgenic tobacco plants.</a> Plant Biotechnol. J. 6, 733-748 (2008).</li>
<li>Buyel, J. F., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scale-down+models+to+optimize+a+filter+train+for+the+downstream+purification+of+recombinant+pharmaceutical+proteins+produced+in+tobacco+leaves%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+J%22%5BJournal%5D)">Scale-down models to optimize a filter train for the downstream purification of recombinant pharmaceutical proteins produced in tobacco leaves.</a> Biotechnol. J. 9, 415-425 (2014).</li>
<li>Buyel, J. F., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Downstream+processing+of+biopharmaceutical+proteins+produced+in+plants%3A+the+pros+and+cons+of+flocculants%5BTitle%5D)+AND+%22Bioengineered%22%5BJournal%5D)">Downstream processing of biopharmaceutical proteins produced in plants: the pros and cons of flocculants.</a> Bioengineered. 5, 138-142 (2014).</li>
<li>Gregory, J., Barany, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adsorption+and+flocculation+by+polymers+and+polymer+mixtures%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Colloid+Interface+Sci%22%5BJournal%5D)">Adsorption and flocculation by polymers and polymer mixtures.</a> Adv. Colloid Interface Sci. 169, 1-12 (2011).</li>
<li>Zhou, Y., Franks, G. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flocculation+mechanism+induced+by+cationic+polymers+investigated+by+light+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Flocculation mechanism induced by cationic polymers investigated by light scattering.</a> Langmuir. 22, 6775-6786 (2006).</li>
<li>Runkana, V., Somasundaran, P., Kapur, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mathematical+modeling+of+polymer-induced+flocculation+by+charge+neutralization%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Colloid+Interface+Sci%22%5BJournal%5D)">Mathematical modeling of polymer-induced flocculation by charge neutralization.</a> J. Colloid Interface Sci. 270, 347-358 (2004).</li>
<li>Hjorth, M., Jorgensen, B. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer+flocculation+mechanism+in+animal+slurry+established+by+charge+neutralization%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Polymer flocculation mechanism in animal slurry established by charge neutralization.</a> Water Res. 46, 1045-1051 (2012).</li>
<li>Buyel, J. F., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flocculation+increases+the+efficacy+of+depth+filtration+during+the+downstream+processing+of+recombinant+pharmaceutical+proteins+produced+in+tobacco%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Biotechnol.+J%22%5BJournal%5D)">Flocculation increases the efficacy of depth filtration during the downstream processing of recombinant pharmaceutical proteins produced in tobacco.</a> Plant Biotechnol. J. 12, 240-252 (2014).</li>
<li>Buyel, J. F., Opdensteinen, P., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cellulose-based+filter+aids+increase+the+capacity+of+depth+filters+during+the+downstream+processing+of+plant-derived+biopharmaceutical+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+J%22%5BJournal%5D)">Cellulose-based filter aids increase the capacity of depth filters during the downstream processing of plant-derived biopharmaceutical proteins.</a> Biotechnol. J. 10, 584-591 (2014).</li>
<li>Yasarla, L. R., Ramarao, B. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+Flocculation+of+Lignocellulosic+Hydrolyzates+by+Polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Ind.+Eng.+Chem.+Res%22%5BJournal%5D)">Dynamics of Flocculation of Lignocellulosic Hydrolyzates by Polymers.</a> Ind. Eng. Chem. Res. 51, 6847-6861 (2012).</li>
<li>Montgomery, D. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMontgomery%2C+DC+%22Design+and+Analysis+of+Experiments%22">Design and Analysis of Experiments</a>. , John Wiley & Sons Incorporated. (2007).</li>
<li>Buyel, J. F., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+complex+systems+using+the+design+of+experiments+approach%3A+transient+protein+expression+in+tobacco+as+a+case+study%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Characterization of complex systems using the design of experiments approach: transient protein expression in tobacco as a case study.</a> J. Vis. Exp. , e51216(2014).</li>
<li>Espuny Garcia Del Real, G., Davies, J., Bracewell, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scale-down+characterization+of+post-centrifuge+flocculation+processes+for+high-throughput+process+development%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Scale-down characterization of post-centrifuge flocculation processes for high-throughput process development.</a> Biotechnol. Bioeng. 111, 2486-2498 (2014).</li>
<li>Rathore, A. S., Sofer, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRathore%2C+AS+%22Process+Validation+in+Manufacturing+of+Biopharmaceuticals%2C+3rd+edn%2C+Vol.+1%22">Process Validation in Manufacturing of Biopharmaceuticals, 3rd edn, Vol. 1</a>. , Taylor & Francis. (2012).</li>
<li>Kang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+Novel+and+Efficient+Cell+Culture+Flocculation+Process+Using+a+Stimulus+Responsive+Polymer+to+Streamline+Antibody+Purification+Processes%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Development of a Novel and Efficient Cell Culture Flocculation Process Using a Stimulus Responsive Polymer to Streamline Antibody Purification Processes.</a> Biotechnol. Bioeng. 110, 2928-2937 (2013).</li>
<li>Menkhaus, T. J., Eriksson, S. U., Whitson, P. B., Glatz, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Host+selection+as+a+downstream+strategy%3A+Polyelectrolyte+precipitation+of+beta-glucuronidase+from+plant+extracts%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Host selection as a downstream strategy: Polyelectrolyte precipitation of beta-glucuronidase from plant extracts.</a> Biotechnol. Bioeng. 77, 148-154 (2002).</li>
<li>Holler, C., Vaughan, D., Zhang, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polyethyleneimine+precipitation+versus+anion+exchange+chromatography+in+fractionating+recombinant+beta-glucuronidase+from+transgenic+tobacco+extract%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chromatogr.+A%22%5BJournal%5D)">Polyethyleneimine precipitation versus anion exchange chromatography in fractionating recombinant beta-glucuronidase from transgenic tobacco extract.</a> J. Chromatogr. A. 1142, 98-105 (2007).</li>
<li>Buyel, J. F., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthetic+polymers+are+more+effective+than+natural+flocculants+for+the+clarification+of+tobacco+leaf+extracts%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Synthetic polymers are more effective than natural flocculants for the clarification of tobacco leaf extracts.</a> J. Biotechnol. 195, 37-42 (2014).</li>
<li>Pearson, C. R., Heng, M., Gebert, M., Glatz, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zeta+potential+as+a+measure+of+polyelectrolyte+flocculation+and+the+effect+of+polymer+dosing+conditions+on+cell+removal+from+fermentation+broth%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Zeta potential as a measure of polyelectrolyte flocculation and the effect of polymer dosing conditions on cell removal from fermentation broth.</a> Biotechnol. Bioeng. 87, 54-60 (2004).</li>
<li>Buyel, J. F., Gruchow, H. M., Boes, A., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rational+design+of+a+host+cell+protein+heat+precipitation+step+simplifies+the+subsequent+purification+of+recombinant+proteins+from+tobacco%5BTitle%5D)+AND+%22Biochem.+Eng.+J%22%5BJournal%5D)">Rational design of a host cell protein heat precipitation step simplifies the subsequent purification of recombinant proteins from tobacco.</a> Biochem. Eng. J. 88, 162-170 (2014).</li>
<li>Wang, S., Liu, C., Li, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+polymer+flocculants+on+coagulation-microfiltration+of+surface+water%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Impact of polymer flocculants on coagulation-microfiltration of surface water.</a> Water Res. 47, 4538-4546 (2013).</li>
<li>Menkhaus, T. J., Anderson, J., Lane, S., Waddell, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polyelectrolyte+flocculation+of+grain+stillage+for+improved+clarification+and+water+recovery+within+bioethanol+production+facilities%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour.+Technol%22%5BJournal%5D)">Polyelectrolyte flocculation of grain stillage for improved clarification and water recovery within bioethanol production facilities.</a> Bioresour. Technol. 101, 2280-2286 (2010).</li>
<li>Mune, M. A. M., Minka, S. R., Mbome, I. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimising+functional+properties+during+preparation+of+cowpea+protein+concentrate%5BTitle%5D)+AND+%22Food+Chem%22%5BJournal%5D)">Optimising functional properties during preparation of cowpea protein concentrate.</a> Food Chem. 154, 32-37 (2014).</li>
<li>Buyel, J. F., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predictive+models+for+transient+protein+expression+in+tobacco+%28Nicotiana+tabacum+L.%29+can+optimize+process+time%2C+yield%2C+and+downstream+costs%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Predictive models for transient protein expression in tobacco (Nicotiana tabacum L.) can optimize process time, yield, and downstream costs.</a> Biotechnol. Bioeng. 109, 2575-2588 (2012).</li>
<li>Buyel, J. F., Kaever, T., Buyel, J. J., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predictive+models+for+the+accumulation+of+a+fluorescent+marker+protein+in+tobacco+leaves+according+to+the+promoter%2F5%27UTR+combination%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Predictive models for the accumulation of a fluorescent marker protein in tobacco leaves according to the promoter/5'UTR combination.</a> Biotechnol. Bioeng. 110, 471-482 (2013).</li>
<li>Buyel, J. F., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+juice+extractor+can+simplify+the+downstream+processing+of+plant-derived+biopharmaceutical+proteins+compared+to+blade-based+homogenizers%5BTitle%5D)+AND+%22Process+Biochem%22%5BJournal%5D)">A juice extractor can simplify the downstream processing of plant-derived biopharmaceutical proteins compared to blade-based homogenizers.</a> Process Biochem. 50, 859-866 (2014).</li>
<li>Anderson, M. J., Whitcomb, P. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAnderson%2C+MJ+%22DOE+Simplified%3A+Practical+Tools+for+Effective+Experimentation.+Vol.+1%22">DOE Simplified: Practical Tools for Effective Experimentation. Vol. 1</a>. 1, Taylor & Francis. (2000).</li>
<li>Anderson, M. J., Whitcomb, P. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAnderson%2C+MJ+%22Response+Surface+Methods+Simplified%22">Response Surface Methods Simplified</a>. , Productivity Press. (2005).</li>
<li>Buyel, J. F., Fischer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generic+chromatography-based+purification+strategies+accelerate+the+development+of+downstream+processes+for+biopharmaceutical+proteins+produced+in+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+J%22%5BJournal%5D)">Generic chromatography-based purification strategies accelerate the development of downstream processes for biopharmaceutical proteins produced in plants.</a> Biotechnol. J. 9, 566-577 (2014).</li>
<li>Myers, R. H., Montgomery, D. C., Anderson-Cook, C. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMyers%2C+RH+%22Response+Surface+Methodology%3A+Process+and+Product+Optimization+Using+Designed+Experiments%22">Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments</a>. , Wiley. (2009).</li>
</ol>

Autor nie ma do ujawnienia konfliktu interesów.

Najważniejszym aspektem do rozważenia podczas planowania DoE w celu charakterystyki flokulacji cząstek jest fakt, że projekt musi być w zasadzie w stanie wykryć i opisać przewidywane lub możliwe efekty 36,38, np. wpływ pH, rodzaju polimeru oraz stężenia polimeru 16. Dlatego przed rozpoczęciem właściwych eksperymentów istotna jest ocena ułamka przestrzeni projektu (FDS). FDS to ułamek wielowymiarowej przestrzeni eksperymentalnej (obejmowanej przez czynniki projektu, np. pH), w obręb...

Rośliny są powszechnie wykorzystywane do produkcji towarów spożywczych, takich jak soki owocowe, ale mogą być również rozwijane jako platformy do produkcji produktów biofarmaceutycznych o wyższej wartości 1-3. W obu przypadkach dalsze przetwarzanie (DSP) często rozpoczyna się od ekstrakcji płynów z tkanek, takich jak liście lub owoce, a następnie klarowania ekstraktów zawierających cząstki 4,5. W przypadku produkcji biofarmaceutyków koszty DSP mogą stanowić nawet 80% całkowitych kosztów produkcji 6,7, co częściowo odzwierciedla wysokie obciążenie cząstkami obecnymi w ekstraktach przygotowanych metodami przełomowymi, takimi jak homogenizacja łopatkowa 8,9. Chociaż racjonalny dobór warstw filtracyjnych w celu dopasowania do rozkładu wielkości cząstek w ekstrakcie może zwiększyć wydajność filtra i obniżyć koszty 10,11, poprawa nigdy nie może przekroczyć pułapu pojemności bezwzględnej określonej przez liczbę cząstek, które muszą zostać zatrzymane na jednostkę powierzchni filtra w celu uzyskania klaracji.
Sufit może zostać podniesiony, jeśli mniej cząsteczek dotrze do powierzchni najdrobniejszych filtrów w ciągu filtracji, a można to osiągnąć, jeśli rozproszone cząstki zostaną zmieszane z polimerami znanymi jako flokulanty, które sprzyjają agregacji w celu utworzenia dużych kłaczków 12. Takie kłaczki mogą być zatrzymywane dalej przed filtrami workowymi za pomocą grubszych i tańszych filtrów workowych, zmniejszając obciążenie cząstkami docierającymi do drobniejszych i droższych filtrów wgłębnych. Polimery muszą mieć profile bezpieczeństwa odpowiednie do ich zastosowań, np. w przypadku biofarmaceutyków muszą być zgodne z dobrą praktyką wytwarzania (GMP) i zazwyczaj muszą mieć masę molową >100 kDa i mogą być neutralne lub naładowane 13. Podczas gdy flokulanty obojętne na ogół działają poprzez sieciowanie zdyspergowanych cząstek, powodując ich agregację i tworzenie kłaczków o średnicach >1 mm 11, naładowane polimery neutralizują ładunek zdyspergowanych cząstek, zmniejszając ich rozpuszczalność, a tym samym powodując wytrącanie się 14.
Flokulację można poprawić, dostosowując parametry takie jak pH buforu lub przewodność, a także typ lub stężenie polimeru, aby dopasować je do właściwości ekstraktu 15,16. W przypadku ekstraktów tytoniowych poddanych wstępnej obróbce 0,5-5,0 g polietyleniminy L-1 (PEI) odnotowano ponad 2-krotny wzrost pojemności filtra wgłębnego w procesie pilotażowym o pojemności 100 litrów. Koszt tego polimeru wynosi mniej niż 10 € kg-1, więc jego wprowadzenie do procesu przyniosło oszczędności w wysokości około 6 000 € w przypadku filtrów i materiałów eksploatacyjnych na partię 16 lub nawet więcej w połączeniu z pomocami filtracyjnymi na bazie celulozy 17. Mimo to modele predykcyjne są potrzebne do oceny a priori korzyści ekonomicznych flokulantów, ponieważ ich włączenie może wymagać kroków wstrzymania 15-30 minut 16,18, co skutkuje dalszymi kosztami inwestycyjnymi zbiorników magazynowych. Jednak obecnie nie ma dostępnych modeli mechanistycznych, które mogłyby przewidzieć wynik takich eksperymentów ze względu na złożoną naturę flokulacji. W związku z tym opracowano bardziej odpowiednie podejście oparte na projektowaniu eksperymentów (DoE) 19, jak opisano w tym artykule. Niedawno opublikowano protokół dotyczący ogólnej procedury DoE 20 .
Małe urządzenia są teraz dostępne do wysokoprzepustowego badania przesiewowego warunków flokulacji 21. Jednak urządzenia te mogą nie symulować realistycznie warunków podczas flokulacji ekstraktów roślinnych, ponieważ wymiary naczynia reakcyjnego (~7 mm dla studzienek na płytce 96-dołkowej) i cząstek lub kłaczków mogą być oddalone od siebie o mniej niż rząd wielkości. Może to mieć wpływ na wzorce mieszania, a tym samym na moc predykcyjną modelu. Co więcej, ograniczenie procesów obejmujących wytrącanie się może być trudne ze względu na nieliniowe zmiany w zachowaniu mieszania i stabilności osadu 22. W związku z tym w niniejszym artykule przedstawiono system badań przesiewowych na skalę laboratoryjną o przepustowości 50–75 próbek dziennie, dający wyniki, które można skalować od początkowej objętości reakcyjnej 20 ml do procesu pilotażowego o pojemności 100 litrów 16. W połączeniu z podejściem DoE pozwala to na wykorzystanie modeli predykcyjnych do optymalizacji procesów i dokumentacji w ramach koncepcji jakości według projektu.
Metoda opisana poniżej może być również dostosowana do biofarmaceutyków produkowanych w procesach opartych na hodowlach komórkowych, gdzie flokulanty są również rozważane jako narzędzie oszczędzające koszty 23. Można go również wykorzystać do modelowania wytrącania się białek docelowych z surowego ekstraktu w ramach strategii oczyszczania, jak wykazano w przypadku β-glukuronidazy wytwarzanej w rzepaku, kukurydzy i soi 24,25. Szczegółowy opis właściwości flokulantów można znaleźć w innym miejscu 16,26 i ważne jest, aby zapewnić, że stężenia polimerów w produkcie końcowym są albo nietoksyczne, albo niższe od szkodliwych poziomów 11.

<table><tbody><tr><td>Przenośny mętnościomierz 2100P</td><td>Hach</td><td>4650000</td><td>Zmętnienie</td></tr><tr><td>Przeciwciało 2G12</td><td>Polymun</td><td>AB002</td><td>Przeciwciało referencyjne</td></tr><tr><td>Biacore T200</td><td>GE Healthcare</td><td>28-9750-01</td><td>Urządzenie SPR</td></tr><tr><td>BP-410</td><td>Furh</td><td>2632410001</td><td>Filtr workowy</td></tr><tr><td>Catiofast VSH</td><td>BASF</td><td>79002360</td><td>Środek</td></tr> <tr><td>flokulacyjnyWirówka 5415D</td><td>Eppendorf</td><td>5424 000.410</td><td>Wirówka</td></tr><tr><td>Probówka wirówkowa 15 ml</td><td>Labomedic</td><td>2017106</td><td>Probówka reakcyjna</td></tr><tr><td>Probówka wirówkowa 50 ml wolnostojąca</td><td>Labomedic</td><td>1110504</td><td>Probówka reakcyjna</td></tr><tr><td>Chitozan</td><td>Carl Roth GmbH</td><td>5375.1</td><td>Środek flokulacyjny</td></tr><tr><td>Design-Expert(R) 8</td><td>Stat-Ease, Inc.</td><td>n.a.DoE</td> <td>software</td></tr><tr><td>Fosforan disodowy</td><td>Carl Roth GmbH</td><td>&nbsp; 4984.3&nbsp;</td><td>Komponent Media</td></tr><tr><td>Ferty 2 Mega</td><td>Kammlott</td><td>5.220072</td><td>Nawóz</td></tr><tr><td>Forma -86C Zamrażarka ULT</td><td>ThermoFisher</td><td>88400</td><td>Zamrażarka</td></tr><tr><td>Szklarnia</td><td>n.a.n.a.Do</td><td></td> <td>uprawy roślin</td></tr><tr><td>Grodan Rockwool Cubes 10 x 10 cm</td><td>Grodan</td><td>102446</td><td>Rockwool</td></tr><tr><td>block HEPES</td><td>Carl Roth GmbH</td><td>9105.3</td><td>Komponent medialny</td></tr><tr><td>K700P 60D</td><td>Pall</td><td>5302305</td><td>Głęboka warstwa filtracyjna</td></tr><tr><td>KS50P 60D</td><td>Pall</td><td>B12486</td><td>Głęboka warstwa filtracyjna</td></tr><tr><td>Miracloth</td><td>Labomedic</td><td>475855-1R</td><td>Tkanina filtracyjna</td></tr><tr><td>MultiLine Multi 3410 IDS</td><td>WTW</td><td>WTW_2020</td><td>pH-metr / konduktometr</td></tr><tr><td>Osram zimna biel 36 W</td><td>Osram</td><td>4930440</td><td>Źródło światła</td></tr><tr><td>Fitotron</td><td>Ilka Zell</td><td>n.d.Do</td> <td>uprawy roślin</td></tr><tr><td>Polymin P</td><td>BASF</td><td>79002360</td><td>Środek flokulacyjny</td></tr><tr><td>POLYTRON PT 6100 D</td><td>Kinematica</td><td>11010110</td><td>Urządzenie do homogenizacji z niestandardowym narzędziem ostrzowym</td></tr><tr><td>Białko A</td><td>Technologie życia</td><td>10-1006</td><td>Białko wiążące przeciwciało</td></tr><tr><td>Chlorek sodu</td><td>Carl Roth GmbH</td><td>P029.2</td><td>Składnik medialny</td></tr><tr><td>Synergia HT</td><td>BioTek</td><td>SIAFRT</td><td>Czytnik płytek fluorescencyjnych</td></tr><tr><td>TRIS</td><td>Carl Roth GmbH</td><td>4855.3</td><td>Komponent medialny</td></tr><tr><td>Tween-20</td><td>Carl Roth GmbH</td><td>9127.3</td><td>Komponent medialny</td></tr><tr><td>VelaPad 60</td><td>Pall</td><td>VP60G03KNH4</td><td>Obudowa filtra</td></tr><tr><td>Zetasizer Nano ZS</td><td>Malvern</td><td>ZEN3600</td><td>Pomiar rozkładu wielkości cząstek DLS</td></tr></tbody></table>

procedura oceny skuteczności flokulantów do usuwania zdyspergowanych cząstek z ekstraktów roślinnych

Procedure to Evaluate the Efficiency of Flocculants for the Removal of Dispersed Particles from Plant Extracts

Rośliny są ważne dla ludzi nie tylko dlatego, że dostarczają towarów takich jak żywność, pasza i surowce, ale coraz częściej dlatego, że mogą być wykorzystywane jako platformy produkcyjne dla produktów o wartości dodanej, takich jak biofarmaceutyki. W obu przypadkach płynne ekstrakty roślinne mogą wymagać klarowania w celu usunięcia cząstek stałych. Optymalne klarowanie zmniejsza koszty filtracji i wirowania poprzez zwiększenie wydajności i trwałości. Można to osiągnąć poprzez wprowadzenie naładowanych polimerów znanych jako flokulanty, które sieciują rozproszone cząstki, aby ułatwić separację ciała stałego od cieczy. Nie ma mechanistycznych modeli flokulacji dla złożonych mieszanin, takich jak ekstrakty roślinne, dlatego zamiast nich stosuje się modele empiryczne. W tym miejscu opisano procedurę projektowania eksperymentów, która umożliwia szybkie badanie przesiewowe różnych flokulantów, optymalizując klarowanie ekstraktów roślinnych i znacznie zmniejszając zmętnienie. Uzyskane modele predykcyjne pozwalają na identyfikację odpornych warunków procesowych i zestawów polimerów o uzupełniających się właściwościach, np. efektywnej flokulacji w ekstraktach o określonej przewodności. Wyniki przedstawione w odniesieniu do ekstraktów z liści tytoniu można łatwo dostosować do innych gatunków roślin lub tkanek, a tym samym ułatwią opracowanie bardziej opłacalnych procesów końcowych dla towarów i farmaceutyków pochodzenia roślinnego.

Flokulacja ekstraktu z tytoniu z różnymi polimerami
Opisana powyżej metoda została z sukcesem wykorzystana do opracowania procesu flokulacji ekstraktów tytoniowych podczas produkcji przeciwciała monoklonalnego (przeciwciało neutralizujące HIV 2G12) oraz białka fluorescencyjnego (DsRed) (Rycina 1) 16, a następnie przeniesiona na inne białka, w tym lektyny, kandydaty na szczepionki przeciw malarii oraz ...

Przedstawiona tutaj procedura projektowania eksperymentów pozwala na ocenę różnych flokulantów pod kątem ich zdolności do agregowania rozproszonych cząstek w ekstraktach roślinnych, zmniejszając w ten sposób zmętnienie i koszty dalszego przetwarzania.

Procedura oceny skuteczności flokulantów do usuwania zdyspergowanych cząstek z ekstraktów roślinnych

Plants are important to humans not only because they provide commodities such as food, feed and raw materials, but increasingly because they can be used ...

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest zidentyfikowanie flokulantów, które mogą usprawnić usuwanie rozproszonych cząstek z ekstraktów roślinnych. Osiąga się to poprzez opracowanie schematu doświadczalnego w celu wyłonienia najskuteczniejszych polimerów oraz parametrów kontrolujących agregację tych rozproszonych cząstek. Drugi etap definiuje przebieg prac, który odpowiada operacjom jednostkowym stosowanym w aplikacjach na dużą skalę.Następnie przygotowuje się ekstrakty z liści do zastosowania jako flokulanty w różnych warunkach, a następnie poddaje się je analizie w celu pomiaru mętności i odzysku produktu. Wyniki wskazują optymalne warunki flokulacji oraz polimery na podstawie oceny modelu planowania eksperymentów, określanego skrótem DoE. Główną zaletą tej techniki w porównaniu do tradycyjnego klarowania z wykorzystaniem wyłącznie filtracji wgłębnej jest możliwość kilkukrotnego zwiększenia wydajności filtra, co redukuje całkowite koszty procesu.Flokulacja może zwiększyć efektywną średnicę cząstek i ułatwić ich usuwanie poprzez wirowanie lub filtrację. Dlatego w pierwszej kolejności należy zidentyfikować parametry procesu środowiskowego istotne dla procedury flokulacji. Zazwyczaj jest takich parametrów kilka.W związku z brakiem modeli mechanistycznych odpowiednie jest zastosowanie podejścia DoE. Planowanie DoE polega na wyborze parametrów w oparciu o dane literaturowe oraz wiedzę uprzednią. Typowe parametry obejmują czas inkubacji, a także rodzaj i stężenie polimeru.Przed rozpoczęciem eksperymentu definiuje się również wyniki doświadczalne służące do oceny efektywności flokulacji, takie jak zdolność do filtrowania. Informacje te są następnie wprowadzane do modelu planowania eksperymentów (DoE), odpowiedniego dla liczby badanych czynników oraz stopnia wiedzy zgromadzonej na temat danego układu. Opracowywany jest schemat postępowania obejmujący wszystkie kroki istotne dla flokulacji i przetwarzania ekstraktów roślinnych w skali laboratoryjnej.Objętość alikwotu powinna być na tyle mała, aby umożliwić wysoką przepustowość próbek. Wydajność sprzętu laboratoryjnego powinna być skorelowana z wydajnością urządzeń w skali procesowej. Rośliny są hodowane w sposób reprezentujący końcowy proces.Wszystkie niezbędne materiały i urządzenia zostają przygotowane przed rozpoczęciem eksperymentów z ekstrakcją i flokulacją. Roztwory stokowe flokulantów są przygotowywane starannie, z uwzględnieniem wszelkich wstępnych rozcieńczeń wykonanych przez producenta. Wybór tej samej koncentracji stoku dla wszystkich flokulantów upraszcza późniejsze pipetowanie, co zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia błędów.Składniki buforu, pH oraz przewodność dla każdego świeżego roztworu zapasowego flokulanta są przygotowywane tak, aby odpowiadały warunkom ekstraktów. Harmonogram DoE jest przekształcany w schemat pipetowania, określający objętości roztworów zapasowych, które należy dodać do próbek ekstraktów roślinnych. Próbki ekstraktów roślinnych są przygotowywane z zebranych liści tytoniu przy użyciu buforów odpowiadających warunkom testowanym w DoE.Podczas mieszania ekstraktu przygotowuje się alikwoty o zdefiniowanej objętości. Zapewni to jednorodny rozkład cząstek we wszystkich próbkach. Do każdej alikwoty dodaje się bufor do ekstrakcji w taki sposób, aby każda próbka miała tę samą objętość po dodaniu roztworu roboczego flokulanta.Objętość roztworu zapasowego określona w DoE jest dodawana do próbki sekwencyjnie, zgodnie z randomizowaną kolejnością pomiarów. Polimer jest homogenicznie rozprowadzany w całej próbce poprzez wstrząśnięcie probówką bezpośrednio po dodaniu polimeru, co zapewni również powtarzalność wyników flokulacji. Metodę tę można łatwo zmodyfikować w celu przetestowania kombinacji flokulantów lub wielokrotnego dodawania tego samego flokulanta.Należy jednak uwzględnić to w planowaniu eksperymentu (DoE). Tworzenie kłaczków zazwyczaj wymaga od 3 do 30 minut inkubacji. Przestrzeganie czasów inkubacji określonych w DoE jest niezbędne do uzyskania powtarzalnych wyników.Do oceny wydajności flokulanta można wykorzystać prędkość sedymentacji kłaczków lub mętność filtratów oraz pojemność filtrów. Ważne jest również potwierdzenie, że polimery nie zakłócają obecności produktów, takich jak białka. Po potwierdzeniu jakości danych informacje można przenieść do oprogramowania DoE.Dane eksperymentalne analizuje się przy użyciu narzędzi wbudowanych w oprogramowanie DoE, w tym narzędzi do transformacji danych, wyboru czynników oraz kontroli jakości. Poza korzystaniem z tych narzędzi, końcowy model powinien być również zgodny z podstawowymi prawami fizyki i termodynamiki. Po potwierdzeniu jakości modelu można go wykorzystać do przewidywania optymalnych warunków flokulacji.Na podstawie przewidywań modelu przestrzeń projektową można zawęzić do najbardziej istotnego obszaru, dla którego można opracować nowy plan eksperymentów (DoE), powtarzając opisaną wcześniej procedurę. Wyniki można następnie potwierdzić w skali pilotowej lub produkcyjnej. W niniejszym reprezentatywnym badaniu, z wykorzystaniem podejścia DoE, przetestowano zdolność do flokulacji ekstraktów z liści tytoniu 23 różnych flokulantów syntetycznych oraz czterech naturalnych.Uwzględniono parametry specyficzne dla polimerów, takie jak stężenie i rodzaj polimeru, a także parametry procesu, takie jak czas inkubacji, temperatura, pH buforu i przewodność. Stosując sekwencję czterech zagnieżdżonych planów optymalnych IV, obejmującą łącznie około 200 alikwotów ekstraktu o objętości 20 mL, stwierdzono, że Polymin P był najskuteczniejszym flokulantem dla ekstraktów tytoniowych w zakresie pH od czterech do ośmiu, pod warunkiem, że temperatura wynosiła od czterech do 30 °C. Czas inkubacji wynoszący 15 minut był wystarczający do przeprowadzenia flokulacji, jednak skuteczność spadała przy przewodności przekraczającej 40 mS/cm.Jednak podejście DoE wykazało, że Catiofast VSH uzupełniał Polymin P, zapewniając efektywną flokulację przy przewodnościach przekraczających 40 mS/cm. Po wprowadzeniu tych flokulantów do procesu downstream w oczyszczaniu ekstraktów tytoniowych, pojemność zastosowanych filtrów wgłębnych wzrosła od 3,2 do 5,7 raza, co odpowiednio obniżyło koszty produktów dla tego etapu. Potwierdzono, że flokulanty nie zmniejszyły odzysku białek docelowych, w tym przeciwciała monoklonalnego, białka fluorescencyjnego, lektyny oraz różnych kandydatów na szczepionki.Optymalne warunki flokulacji potwierdzono również w reaktorze okresowym w skali pilotażowej o pojemności 100 L. Wyniki DoE pomyślnie przeniesiono również na ekstrakty tytoniowe przygotowane za pomocą prasy śrubowej zamiast homogenizatora z ostrzami, co podkreśla szeroki zakres zastosowań zebranych informacji. Dostosowaliśmy również metodę do testowania kombinacji flokulantów, które działały równie skutecznie.Po obejrzeniu tego filmu powinieneś zrozumieć, jak przygotować eksperymenty dotyczące flokulacji ekstraktów roślinnych z wykorzystaniem podejścia DoE.

procedure-to-evaluate-efficiency-flocculants-for-removal-dispersed

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Opracowano podejście do identyfikacji optymalnych warunków koncentracji wirusa dla małych objętości próbek wody przy użyciu kolców ludzkiego adenowirusa. Opisane tutaj techniki są wykorzystywane do identyfikacji parametrów stężenia dla innych celów wirusowych i stosowane do eksperymentów z stężeniem wirusa na dużą skalę.

Procedura małej objętości do pomiaru stężenia wirusa z wody

Formułowanie stabilnych, funkcjonalnych atramentów ma kluczowe znaczenie dla rozszerzenia zastosowań produkcji addytywnej.  Z kolei wiedza na temat mechanizmów wiązania dyspergatora z cząstkami jest niezbędna do skutecznego formułowania tuszu.  Spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera (DRIFTS) z dyfuzyjnym odbiciem jest przedstawiana jako prosty i niedrogi sposób na uzyskanie wglądu w te mechanizmy.

Spektroskopowa identyfikacja mechanizmów wiązania dyspergatora/cząstek w farbach funkcjonalnych z dyfuzyjnym odbiciem dyfuzyjnym

Przedstawiono metody ukierunkowanej ekstrakcji środków powierzchniowo czynnych obecnych w aerozolach atmosferycznych oraz określania ich bezwzględnych stężeń i krzywych napięcia powierzchniowego w wodzie, w tym ich krytycznego stężenia miceli (CMC).

Ekstrakcja i charakterystyka środków powierzchniowo czynnych z aerozoli atmosferycznych

Składniki odżywcze obecne w postaci cząstek stałych mogą znacząco przyczynić się do ogólnego obciążenia wód drenażowych w rolnictwie. W badaniu tym opisano nowatorską metodę wychwytywania wody ważonej przepływem i zawieszonych cząstek stałych z drenażu kanału rolniczego przez cały czas trwania zdarzenia drenażowego.

Wychwytywanie wody ważonej przepływem i zawieszonych cząstek stałych z kanałów rolniczych podczas zdarzeń odwadniających

Interakcja i sedymentacja komórek glinianych i bakteryjnych w środowisku morskim, obserwowana w naturalnym środowisku, może być najlepiej zbadana w kontrolowanym środowisku laboratoryjnym. W tym miejscu opisujemy szczegółowy protokół, który przedstawia nowatorską metodę pomiaru szybkości sedymentacji kłaczków iłowych i sinicowych.

Oznaczanie szybkości osiadania klokkul ilastych/sinicowych

Tutaj opisane są testy biologiczne przeznaczone do monitorowania rozwoju patogenu grzybowego, Colletotrichum fioriniae, w obecności ekstraktów z kwiatów borówki lub żurawiny na szklanych szkiełkach nakrywkowych. Techniki ekstrakcji kwiatów na bazie wody, chloroformu i wody deszczowej są szczegółowe, a także wgląd w to, jak można zastosować te informacje.

Colletotrichum fioriniae Rozwój ekstraktów z kwiatów borówki i żurawiny na bazie wody i chloroformu

Frakcjonowanie o połączonej wielkości i gęstości (CSDF) to metoda fizycznego rozdzielania gleby na frakcje różniące się teksturą (wielkością cząstek) i mineralogią (gęstością). Celem jest wyizolowanie frakcji o różnej reaktywności w stosunku do materii organicznej gleby (SOM), aby lepiej zrozumieć interakcje organiczno-mineralne i dynamikę SOM.

Połączone frakcjonowanie wielkości i gęstości gleb do badań interakcji organiczno-mineralnych

W tej procedurze, ligand epitopowy oparty na DsRed jest unieruchamiany w celu wytworzenia wysoce selektywnej żywicy o powinowactwie do wychwytywania przeciwciał monoklonalnych z surowych ekstraktów roślinnych lub supernatantów do hodowli komórkowych, jako alternatywa dla białka A.

Aktywowana usieciowana agaroza do szybkiego rozwoju żywic chromatograficznych o powinowactwie - wychwytywanie przeciwciał jako studium przypadku

Stężenie wirusa z próbek wody i ścieków środowiskowych jest trudnym zadaniem, przeprowadzanym głównie w celu identyfikacji i kwantyfikacji wirusów. Chociaż opracowano i przetestowano kilka metod koncentracji wirusów, tutaj wykazujemy skuteczność ultrafiltracji i flokulacji mleka odtłuszczonego dla wirusów RNA z różnymi typami próbek.

Zagęszczenie cząstek wirusa w próbkach wody i ścieków środowiskowych przy użyciu flokulacji mleka odtłuszczonego i ultrafiltracji

Odporność roślin na gryzące owady roślinożerne można testować na kilka sposobów. W niniejszym materiale demonstrujemy, jak zaplanować eksperyment z wyborem oraz bez wyboru, wykorzystując roślinę modelową Arabidopsis thaliana, aby zidentyfikować odporność na szkodnika z gatunku Pieris rapae.

Testy z wyborem i bez wyboru w celu zbadania odporności A. thaliana na owady gryzące

Naucz się oceny flokulantów do usuwania cząstek z ekstraktów roślinnych metodą DoE. Technika ta zwiększa wydajność filtracji i obniża koszty procesowe w porównaniu do tradycyjnych metod.

Procedura oceny skuteczności flokulantów do usuwania zdyspergowanych cząstek z ekstraktów roślinnych

Przeglądaj więcej filmów