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As plantas são amplamente utilizados para produzir produtos alimentares, tais como sucos de frutas, mas eles também podem ser desenvolvidos como plataformas para a fabricação de maior valor produtos biofarmacêuticos 1-3. Em ambos os casos, o processamento a jusante (DSP) geralmente começa com a extracção de líquidos a partir de tecidos, tais como folhas ou frutos, seguida pela clarificação dos extractos de partículas carregadas de 4,5. Para a fabricação de produtos biofarmacêuticos, os custos de DSP podem ser responsáveis por até 80% dos custos globais de produção 6,7 e isso em parte reflete a alta de partículas carga presente em extratos preparados por métodos perturbadores, como a homogeneização baseada em lâmina 8,9 . Embora a selecção racional de camadas de filtro para igualar a distribuição de tamanho de partícula no extracto pode aumentar a capacidade do filtro e reduzir os custos de 10,11, a melhoria nunca poderá exceder o limite máximo da capacidade absoluta definida pelo número de partículas que deve ser retida porunidade de área de filtro para obter esclarecimentos.
O limite pode ser levantada, se menos partículas alcançam a superfície dos filtros mais finos no trem de filtração, e isto pode ser conseguido se partículas dispersas são misturados com polímeros conhecidos como floculantes que promovem agregação para formar flocos grandes 12. Tais flocos pode ser retido mais a montante pelos filtros grossos e menos caros saco, reduzindo a carga de partículas de alcançar o mais finos e filtros de profundidade mais caros. Os polímeros devem ter perfis de segurança adequadas para as suas aplicações, por exemplo, para biofármacos eles devem estar em conformidade com as boas práticas de fabricação (BPF), e, normalmente, eles devem ter uma massa molar> 100 kDa e pode ser neutro ou carregado 13. Considerando floculantes neutros actuam geralmente através de ligação cruzada partículas dispersas causando a sua agregação e a formação de flocos com diâmetros> 1mm 11, polímeros carregados neutralizar a carga de dispersed partículas, reduzindo a sua solubilidade e assim causando a precipitação 14.
A f loculação pode ser melhorado ajustando os parâmetros tais como pH ou a condutividade, e o tipo de polímero ou concentração, para combinar as propriedades do extracto 15,16. Para extractos de tabaco pré-tratados com 0,5-5,0 g L-1 de polietilenimina (PEI), um aumento superior a duas vezes na capacidade do filtro de profundidade foi relatado num processo à escala piloto 100-G. O custo deste polímero é inferior a € 10 kg -1 pelo que a sua introdução no processo resultou em economia de custos de cerca de € 6.000 para filtros e consumíveis por lote de 16 ou ainda mais quando combinado com ajudas filtração de base celulósica 17. Mesmo assim, modelos preditivos são necessários para avaliar os benefícios económicos a priori de floculantes porque a sua inclusão pode exigir etapas de espera de 15-30 min 16,18, resultando em mais custos de investimento para o armazenamentotanques. No entanto, não existem actualmente modelos mecanicistas disponíveis que podem prever o resultado de tais experiências, devido à natureza complexa de floculação. Portanto, uma abordagem de concepção de experiências-mais adequadas (DOE) 19 foi desenvolvido como descrito neste artigo. Um protocolo para o procedimento geral DoE foi recentemente publicada 20.
Dispositivos de pequena escala estão agora disponíveis para o rastreio de alto rendimento de condições de floculação 21. No entanto, estes dispositivos podem não realista simular as condições durante a floculação de extractos de plantas, porque as dimensões do vaso de reacção (~ 7 mm para os poços de uma placa de 96 poços) e as partículas ou flocos pode ser menor do que uma ordem de magnitude de intervalo. Isso pode afetar misturar padrões e, portanto, o poder preditivo do modelo. Além disso, pode ser difícil de reduzir os processos que envolvem precipitação devido às mudanças não lineares no comportamento de mistura e STA precipitadodade 22. Portanto, este artigo descreve um sistema de triagem-top-escala de bancada com um rendimento de 50-75 amostras por dia, produzindo resultados que são escaláveis do volume de reacção de 20 ml inicial para um processo em escala piloto 100 L 16. Quando combinado com uma abordagem DoE, isso permite que os modelos de previsão a ser usado para otimização de processos e documentação como parte de um conceito de qualidade-by-design.
O método descrito abaixo também pode ser adaptado para biofármacos produzidos em processos baseados em cultura de células, onde floculantes também estão sendo considerados como uma ferramenta de redução de custos 23. Ele também pode ser usado para modelar a precipitação de proteínas-alvo a partir de um extracto bruto, como parte de uma estratégia de purificação, como foi demonstrado para β-glucuronidase produzidas em canola, milho e soja 24,25. Uma descrição detalhada das propriedades floculantes podem ser encontrados em outros lugares 16,26 e é importante para assegurar que o polímero concentrções são ou não-tóxico ou abaixo dos níveis prejudiciais no produto final 11.