Prosedür bitki özleri gelen Dağınık Parçacıkların çıkarması için Flokülantlar Verimliliği değerlendirin

Aşağıdaki deneyin genel amacı, bitki özütlerinden dağılmış partiküllerin uzaklaştırılmasını iyileştirebilen flokülantları belirlemektir. Bu, en etkili polimerleri ve bu dağılmış partiküllerin aglomerasyonunu kontrol eden parametreleri tanımlamak için bir deneysel tasarım kurularak gerçekleştirilir. İkinci adım, büyük ölçekli bir uygulamada kullanılan birim işlemlere karşılık gelen iş akışını tanımlar.

Ardından, çeşitli koşullar altında flokülantlar için yaprak ekstraktları hazırlanır ve bulanıklık ile ürün geri kazanımını ölçmek amacıyla analiz edilir. Sonuçlar, deney tasarımı model değerlendirmesi (kısaca DoE) temel alınarak optimal flokülasyon koşullarını ve polimerlerini göstermektedir. Bu tekniğin, yalnızca derin filtrasyon kullanılan geleneksel berraklaştırmaya kıyasla temel avantajı, filtre kapasitesinin birkaç kat artırılabilmesi ve böylece genel işlem maliyetlerinin düşürülmesidir.

Flokülasyon, partiküllerin etkin çapını artırabilir ve santrifügasyon veya filtrasyon yoluyla uzaklaştırılmalarını kolaylaştırabilir. Bu nedenle, flokülasyon prosedürü için ilgili olan çevresel işlem parametreleri öncelikle belirlenmelidir. Tipik olarak, bu tür birkaç parametre bulunmaktadır.

Mekanistik modellerin eksikliği göz önüne alındığında, DoE yaklaşımı uygundur. DoE, literatür verileri ve ön bilgilere dayalı parametrelerin seçilmesiyle kurulur. Tipik parametreler arasında inkübasyon süresinin yanı sıra polimer tipi ve konsantrasyonu yer alır.

Filtrasyon yeteneği gibi flokülasyon verimliliğini değerlendirmek için kullanılan deneysel sonuçlar da deneyden önce tanımlanır. Bu bilgiler daha sonra, incelenecek faktörlerin sayısına ve sistem hakkında halihazırda birikmiş olan bilgi düzeyine uygun bir DoE tipine aktarılır. Bitki ekstraktlarının flokülasyonu ve laboratuvar ölçekli işlemleri için ilgili tüm adımları kapsayan bir iş akışı geliştirilir.

Alikot hacmi, yüksek örnekleme kapasitesine izin verecek kadar küçük olmalıdır. Laboratuvar ekipmanlarının performansı, proses ölçekli cihazların performansıyla korele olmalıdır. Bitkiler, nihai prosesi temsil edecek şekilde yetiştirilir.

Ekstraksiyon ve flokülasyon deneylerine başlamadan önce tüm yardımcı malzemeler hazırlanır. Flokülant stok çözeltileri, üretici tarafından yapılmış olabilecek herhangi bir ön seyreltme dikkate alınarak dikkatle hazırlanır. Tüm flokülantlar için aynı stok konsantrasyonunun seçilmesi, sonraki pipetleme işlemlerini kolaylaştırarak hata olasılığını azaltır.

Her bir taze flokülant stok çözeltisinin tampon bileşenleri, pH değeri ve iletkenliği, ekstraktların koşullarına uyacak şekilde hazırlanır. DoE çizelgesi, bitki ekstraktı örneklerine eklenecek stok çözelti hacimlerini belirten bir pipetleme şemasına dönüştürülür. Bitki ekstraktı örnekleri, hasat edilmiş tütün yapraklarından, DoE'de test edilecek koşullara uygun tamponlar kullanılarak hazırlanır.

Ekstrakt karıştırılırken, önceden belirlenen hacme uygun alikotlar hazırlanır. Bu işlem, tüm numunelerde homojen partikül dağılımı sağlayacaktır. Her bir alikota, flokülant stok eklendikten sonra tüm numunelerin aynı hacme sahip olması için ekstraksiyon tamponu eklenir.

DoE'de tanımlanan stok çözelti hacmi, randomize edilmiş çalışma sırasına göre sırayla numuneye eklenir. Polimer eklendikten hemen sonra tüp çalkalanarak polimerin numune boyunca homojen şekilde dağılması sağlanır; bu işlem aynı zamanda flokülasyon sonuçlarının tekrarlanabilir olmasını sağlar. Yöntem, flokülant kombinasyonlarını veya aynı flokülantın tekrarlı eklemesini test etmek için kolayca modifiye edilebilir.

Ancak bu, DoE'ye dahil edilmelidir. Flok oluşumu tipik olarak 3 ila 30 dakikalık inkübasyon süresi gerektirir. Tekrarlanabilir sonuçlar elde etmek için DoE'de tanımlanan inkübasyon sürelerine sadık kalınması gereklidir.

Flokların çökelme hızı veya filtratların bulanıklığı ve filtre kapasiteleri, flokülant performansını değerlendirmek için kullanılabilir. Polimerlerin proteinler gibi ürünlerle etkileşime girmediğinin doğrulanması da önemlidir. Veri kalitesi onaylandıktan sonra, bilgiler DoE yazılımına aktarılabilir.

Deneysel veriler; veri dönüşümü, faktör seçimi ve kalite kontrol araçları dahil olmak üzere DoE yazılımına entegre araçlar kullanılarak analiz edilir. Bu araçların kullanımının yanı sıra, nihai modelin fiziğin ve termodinamiğin temel yasalarıyla da uyumlu olması gerekir. Model kalitesi doğrulandıktan sonra, model flokülasyon için optimal koşulları öngörmek amacıyla kullanılabilir.

Model tahminlerine dayanarak, tasarım alanı, daha önce açıklanan prosedür tekrarlanarak yeni bir DoE'nin (Deney Tasarımı) kurulabileceği en ilgili bölgeye indirgenebilir. Sonuçlar daha sonra pilot veya üretim ölçeğinde doğrulanabilir. Bu temsili çalışmada, 23 farklı sentetik ve dört doğal flokülantın tütün yaprağı ekstraktlarını floküle etme yetenekleri bir DoE yaklaşımı kullanılarak test edilmiştir.

Polimer konsantrasyonu ve tipi gibi polimere özgü parametrelerin yanı sıra inkübasyon süresi, sıcaklık, tampon pH ve iletkenlik gibi işlem parametreleri dikkate alınmıştır. Toplamda yaklaşık 200 adet 20 mL ekstre alikotunu içeren, iç içe geçmiş dört IV-optimal tasarım dizisi ile, sıcaklığın 4 ve 30 °C arasında olduğu sürece, 4 ila 8 pH aralığındaki tütün ekstreleri için en etkili flokülantın Polymin P olduğunu tespit ettik. Flokülasyon için 15 dakikalık bir inkübasyon süresi yeterliydi, ancak 40 mS/cm'den daha yüksek iletkenliklerde etkinlik azaldı.

Buna karşın, DoE yaklaşımı Catiofast VSH'nin Polymin P'yi tamamlayıcı olduğunu ve 40 mS/cm'den büyük iletkenliklerde etkili flokülasyon sağladığını göstermiştir. Bu flokülantlar tütün ekstraktlarının alt akış işlemelerine dahil edildiğinde, kullanılan derinlik filtrelerinin kapasitesi 3,2 ila 5,7 kat artmış ve böylece bu adım için ürün maliyeti buna bağlı olarak azalmıştır. Flokülantların, monoklonal bir antikor, bir floresan protein, bir lektin ve farklı aşı adayları dahil olmak üzere hedef proteinlerin geri kazanımını azaltmadığını doğruladık.

Optimal flokülasyon koşulları 100 L ölçekli bir pilot batch sistemde de doğrulanmıştır. DoE sonuçları, bıçak tabanlı bir homojenizatör yerine vida pres ile hazırlanan tütün ekstraktlarına da başarıyla aktarılmış; böylece elde edilen bilgilerin ne kadar geniş bir uygulama alanına sahip olduğu ortaya konmuştur. Ayrıca yöntemi, benzer şekilde etkili olan flokülant kombinasyonlarını test etmek için uyarladık.

Bu videoyu izledikten sonra, bir DoE yaklaşımı kullanarak bitki ekstraktları için flokülasyon deneylerinin nasıl kurulacağını anlamış olmalısınız.