Diafiltration

La diafiltrazione è un processo per la separazione e la purificazione del prodotto target dalla soluzione principale contenente le altre sostanze a basso peso molecolare (MW), ad esempio sali, solvente. Il termine "diafiltrazione" indica una combinazione di "diluizione" e "filtrazione". Al concentrato o al retentato viene aggiunta una soluzione tampone o acqua demineralizzata per recuperare l'acqua permeata persa durante la filtrazione, in modo tale da mantenere costante la concentrazione dei composti scartati (cioè prodotti target), diluendo i composti indesiderati a piccolo MW per la loro graduale lavaggio attraverso cicli di filtrazione.

La diafiltrazione è ampiamente utilizzata nelle aree di:

• Biotecnologie e farmaceutiche, ad esempio per l'estrazione e la purificazione di enzimi/antibiotici/siero/polipeptidi;
• Alimenti e bevande, ad esempio separazione dello zucchero, dealcolazione;
• Industria lattiero-casearia, ad esempio isolamento delle proteine del siero di latte, demineralizzazione del lattosio;
• Recupero delle risorse, ad esempio estrazione di materia organica dalle acque superficiali.

La diafiltrazione viene normalmente eseguita con un lotto di acqua di alimentazione, il retentato viene riciclato nel serbatoio di alimentazione per un'ulteriore elaborazione e la soluzione tampone o l'acqua demineralizzata viene aggiunta nel serbatoio di alimentazione come diluente. La modalità di aggiunta del diluente può essere continua o discontinua. La diafiltrazione continua ha il vantaggio di mantenere una concentrazione stabile del prodotto target nel retentato, che è visto come un processo più delicato, specialmente per il prodotto biomolecolare, poiché concentrazioni variabili potrebbero incorrere in interazioni molecolari e causare conseguentemente perdita di prodotto. In questa modalità di diafiltrazione continua, il diluente viene aggiunto con la stessa portata di permeato, quando il volume di permeato prodotto raggiunge lo stesso volume di alimentazione iniziale, viene elaborato 1 volume di diafiltrazione o 1 ciclo di diafiltrazione.

La misura in cui il prodotto target viene purificato dipende dai cicli di diafiltrazione e dalla permeabilità delle specie indesiderate. Più permeabili sono le specie indesiderate, meno cicli di diafiltrazione sono necessari. Ad esempio, per ioni con permeabilità al 100% (ad esempio a una membrana di ultrafiltrazione), sono sufficienti 7 cicli di diafiltrazione per avere una rimozione di ioni quasi del 100% dalla soluzione di alimentazione. Sono necessari 9 cicli per rimuovere completamente le specie con una permeabilità del 75% sulla stessa membrana di ultrafiltrazione (Fonte: Diafiltrazione: un metodo rapido ed efficiente per la desalificazione o lo scambio di tamponi di campioni biologici, di Pall Life Sciences, PN 33289).

Inoltre, è importante la selezione di membrane con un adeguato cutoff del peso molecolare (MWCO). Il MWCO di una membrana è considerato come il peso molecolare (MW) di uno specifico composto polimerico che ha il 90% di rigetto su questa membrana. Significa che c'è la possibilità che il prodotto target passi attraverso la membrana se il MWCO della membrana è esattamente lo stesso del PM del prodotto target, specialmente durante la diafiltrazione, con un effetto di "lavaggio" ci sarà una maggiore perdita di prodotto. Pertanto, si consiglia una membrana più stretta rispetto al MW del prodotto target.

Il diagramma del processo di diafiltrazione è presentato in Figura 1, in cui una pompa di ricircolo interna aiuta a fornire un flusso incrociato lungo la superficie della membrana (definito anche "flusso tangenziale"), riducendo il potenziale di incrostazione della membrana

Figura 1 – Schema schematico del processo di diafiltrazione con ricircolo interno

In Lenntech, aiutiamo i nostri clienti a testare le loro soluzioni di alimentazione con i nostri impianti di laboratorio e pilota, in modo tale da selezionare la migliore membrana per il loro prodotto specifico e anche per ottimizzare il processo di diafiltrazione rispetto ad es. concentrazione di diafiltrazione, velocità di flusso incrociato, per un'elevata resa del prodotto in un minor tempo di lavorazione. Sulla base dei risultati dei test, andiamo avanti per progettare, ingegnerizzare, produrre un sistema di diafiltrazione su scala pilota o su vasta scala per i nostri clienti.

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