बायोमैन्युफैक्चरिंग प्रक्रिया चयन: सिरेमिक झिल्ली|किण्वन शुद्धिकरण, बंध्याकरण और एकाग्रता के लिए एक मुख्य समाधान

हरित जैव विनिर्माण दौड़ में, लागत, उपज और उत्पाद की गुणवत्ता निर्धारित करने में पृथक्करण और शुद्धिकरण हमेशा महत्वपूर्ण रहा है। किण्वन शोरबे जटिल, अत्यधिक चिपचिपे होते हैं और इनमें कई अशुद्धियाँ होती हैं। पारंपरिक प्लेट {{2}और {{3}फ्रेम झिल्ली, सेंट्रीफ्यूज, और कार्बनिक झिल्ली अक्सर तेजी से गंदगी, कम जीवनकाल, एसिड और क्षार के प्रति असंवेदनशीलता, और जैव सक्रियता में गिरावट जैसी कमियों से ग्रस्त हैं।

आज, हम सिरेमिक झिल्लियों के बारे में चर्चा करेंगे जो एक "कोर प्लेयर" है जो बायोमैन्युफैक्चरिंग पृथक्करण प्रक्रियाओं को नया आकार दे रहा है।

सिरेमिक झिल्ली, जिसे अकार्बनिक सिरेमिक झिल्ली भी कहा जाता है, उच्च तापमान सिंटरिंग के माध्यम से Al2O3, ZrO2, TiO2 और SiC जैसी अकार्बनिक सिरेमिक सामग्री से बनी असममित बहुपरत झिल्ली हैं। वे सटीक झिल्ली पृथक्करण प्रौद्योगिकी से संबंधित हैं।

1. कोर संरचना

• समर्थन परत: उच्च शक्ति और बड़े छिद्र आकार प्रदान करती है

• मध्यवर्ती परत: संक्रमणकालीन और स्थिर संरचना

• पृथक्करण परत: परिशुद्धता निर्धारित करती है, जिससे नैनो- को माइक्रोन-स्तर तक सटीक छानने में मदद मिलती है

2. पृथक्करण सिद्धांत

दबाव अंतर द्वारा संचालित, क्रॉस{0}}प्रवाह निस्पंदन का उपयोग करते हुए: फ़ीड तरल झिल्ली की सतह पर समानांतर बहता है। छोटे अणु (पानी, नमक, उत्पाद) झिल्ली के माध्यम से प्रवेश करते हैं, जबकि बड़े अणु, बैक्टीरिया, कोलाइड और निलंबित ठोस पदार्थ बरकरार रहते हैं, जिससे स्पष्टीकरण, नसबंदी, पृथक्करण और एकाग्रता प्राप्त होती है।

3. परिशुद्धता वर्गीकरण

• Microfiltration (MF): >50nm, बैक्टीरिया, कोशिका मलबे और निलंबित ठोस पदार्थों को हटाता है

• अल्ट्राफिल्ट्रेशन (यूएफ): 2-50एनएम, प्रोटीन, एंजाइम, पॉलीसेकेराइड और कोलाइड्स को बरकरार रखता है

• नैनोफिल्ट्रेशन (एनएफ):<2nm, concentrates small molecules, desalinates, and decolorizes

संक्षेप में: सिरेमिक झिल्ली अकार्बनिक कठोर सामग्रियों से बनी "सटीक आणविक छलनी" हैं, जो जटिल किण्वन प्रणालियों में स्थिरता, सटीकता और प्रभावशीलता प्रदान करती हैं।

कार्बनिक झिल्लियों और पारंपरिक निस्पंदन की तुलना में, सिरेमिक झिल्लियाँ जैव-विनिर्माण अनुप्रयोगों में अत्यधिक लाभ प्रदान करती हैं।

1. **अत्यधिक प्रदर्शन:**
• **एसिड और क्षार प्रतिरोध:** पीएच 0-14 को कवर करता है, मजबूत एसिड और क्षार सफाई से अप्रभावित।
• **उच्च तापमान प्रतिरोध:** भाप {{0}स्थान में (एसआईपी) और साफ{{2}स्थान में {{3}लाइन (सीआईपी) हो सकता है, जो उच्च तापमान वाले फ़ीड समाधानों के लिए उपयुक्त है।
• **जैविक विलायक प्रतिरोध:** किण्वन प्रणालियों में अल्कोहल, कीटोन और एस्टर से संक्षारण प्रतिरोधी।
• **उच्च यांत्रिक शक्ति:** उच्च दबाव में विकृत और क्षतिग्रस्त नहीं रहता है, जिसका जीवनकाल कार्बनिक झिल्लियों से कहीं अधिक होता है।

2. **मजबूत एंटीफ्लिंग, स्थिर फ्लक्स और आसान सफाई:**
• **अच्छी सतह हाइड्रोफिलिसिटी:** प्रोटीन और पॉलीसेकेराइड के सोखने को रोकता है, जिसके परिणामस्वरूप कम गंदगी होती है।
• **क्रॉस-प्रवाह डिज़ाइन + अकार्बनिक कठोर संरचना:** धीमा प्रवाह क्षय।
• **गहरी सफाई क्षमता:** मजबूत एसिड, क्षार और ऑक्सीडेंट के साथ गहरी सफाई की जा सकती है, फ्लक्स रिकवरी दर 95% से अधिक या उसके बराबर होती है।
• **जीवनकाल:**10-15 वर्ष, जबकि कार्बनिक झिल्लियों के लिए यह केवल 1-3 वर्ष है। साल दर साल, यह लंबे समय में अधिक पैसा बचाता है।

3. कोमल पृथक्करण, जैविक गतिविधि को संरक्षित करना

• कमरे के तापमान पर कोई चरण परिवर्तन नहीं, गर्मी के प्रति संवेदनशील पदार्थों जैसे एंजाइम, प्रोटीन, प्रोबायोटिक्स और एंटीबायोटिक्स को नुकसान नहीं पहुंचाता।

• कोई फ़्लोकुलेंट नहीं, कोई डायटोमेसियस पृथ्वी नहीं, कोई बाहरी प्रदूषण नहीं, स्वच्छ उत्पादन के अनुरूप।

• कम कतरनी, उच्च कोशिका अस्तित्व दर और एंजाइम गतिविधि प्रतिधारण दर।

4. कम कार्बन और उच्च दक्षता, "दोहरी कार्बन" (कार्बन दक्षता, कार्बन कटौती और कार्बन उत्सर्जन में कमी) के अनुरूप।

• ऊर्जा की खपत वाष्पीकरण और निष्कर्षण की तुलना में बहुत कम है।

• कम अपशिष्ट जल, अधिक उपज, कम उपभोग्य वस्तुएं।

• निरंतर और स्वचालित संचालन, श्रम लागत को काफी कम करता है।

सिरेमिक झिल्लियों ने पांच प्रमुख सुनहरे ट्रैकों में गहराई से प्रवेश किया है: बायोफार्मास्यूटिकल्स, जैव आधारित सामग्री, बायोएनर्जी, थोक किण्वन उत्पाद, और किण्वित भोजन और पेय पदार्थ।

1. बायोफार्मास्यूटिकल्स: शुद्धिकरण और बंध्याकरण के लिए "स्वर्ण मानक"।

सिरेमिक झिल्ली के लिए फार्मास्यूटिकल्स सबसे बड़ा अनुप्रयोग क्षेत्र है, जिसका लगभग 30% हिस्सा है।

• एंटीबायोटिक किण्वन शोरबा (एरिथ्रोमाइसिन, सेफलोस्पोरिन, वैनकोमाइसिन) नसबंदी और स्पष्टीकरण

• प्रोटीन, एंजाइम और पेप्टाइड एकाग्रता और शुद्धि

• इंजेक्शन के लिए टीकों और पानी का एसेप्टिक निस्पंदन, जीएमपी आवश्यकताओं को पूरा करना

• प्लेट और फ्रेम सेंट्रीफ्यूजेशन को प्रतिस्थापित करता है, उपज को 10%-20% तक बढ़ाता है और अशुद्धियों को 90%+ तक कम करता है

2. जैव आधारित सामग्री: हरित मोनोमर शुद्धि के लिए एक शक्तिशाली उपकरण

• 1,3-प्रोपलीन ग्लाइकोल: माइक्रोफिल्ट्रेशन स्टरलाइज़ेशन + नैनोफिल्ट्रेशन अलवणीकरण और डीकोलोराइजेशन, उपज 99% से अधिक या उसके बराबर

• लैक्टिक एसिड/पॉलीलैक्टिक एसिड अग्रदूत: नैनोफिल्ट्रेशन एकाग्रता और पृथक्करण, प्रक्रिया को सरल बनाना

• केटोग्लूटारेट: एक चरण में दो चरण झिल्ली एकीकरण, स्पष्टीकरण + डीकोलाइज़ेशन

3. बायोएनर्जी: नवीकरणीय ईंधन शुद्धिकरण के लिए एक नया समाधान

• बायोडीजल: ग्लिसरॉल को अलग करना और एस्टर चरण का शुद्धिकरण, पारंपरिक जल धुलाई की जगह, कोई अपशिष्ट जल नहीं

• ईंधन इथेनॉल: 200,000 टन/वर्ष से अधिक क्षमता के साथ CO किण्वन प्रणालियों में निरंतर पृथक्करण

• बायोबुटानॉल: झिल्ली- किण्वन युग्मन उत्पाद अवरोध को कम करता है और एकाग्रता और दक्षता में सुधार करता है।

4. थोक किण्वन उत्पाद: कार्बनिक अम्ल, अमीनो एसिड, विटामिन

• कार्बनिक अम्ल (स्यूसिनिक एसिड, साइट्रिक एसिड, ग्लूटामिक एसिड): अशुद्धता हटाना → स्पष्टीकरण → एकाग्रता → क्रिस्टलीकरण

• अमीनो एसिड (लाइसिन, ग्लूटामिक एसिड): 50 एनएम सिरेमिक झिल्ली नसबंदी और प्रोटीन हटाना, राल दक्षता में सुधार

• विटामिन बी12/बी4: झिल्ली-किण्वन युग्मन, ऑनलाइन कोशिका प्रतिधारण, उपज में उल्लेखनीय वृद्धि

5. किण्वित खाद्य पदार्थ और पेय पदार्थ: संरक्षण और गुणवत्ता में सुधार, लागत में कमी और दक्षता में वृद्धि

• बियर: पौधा पृथक्करण, युवा बियर स्पष्टीकरण, बॉटम बियर पुनर्प्राप्ति, ठंडी नसबंदी, ताजा स्वाद का संरक्षण

• सोया सॉस/सिरका: कमरे के तापमान पर रोगाणुनाशन, कोई जलन नहीं, कोई कालापन नहीं, शुद्ध स्वाद

• फलों का रस/डेयरी उत्पाद: स्पष्टीकरण और स्टरलाइज़ेशन, शेल्फ जीवन का विस्तार, पोषण और स्वाद का संरक्षण

किण्वन शोरबा के लिए, इन 5 बिंदुओं के आधार पर सही झिल्ली चुनना महत्वपूर्ण है:

1. उद्देश्य पर विचार करें: बैक्टीरिया हटाने के लिए माइक्रोफिल्ट्रेशन; प्रोटीन हटाने के लिए अल्ट्राफिल्ट्रेशन; एकाग्रता और अलवणीकरण के लिए नैनोफिल्टरेशन।

2. सामग्री पर विचार करें: सामान्य अनुप्रयोगों के लिए Al₂O₃; अत्यधिक संक्षारक सामग्री के लिए ZrO₂/SiC।

3. कॉन्फ़िगरेशन पर विचार करें: उच्च ठोस सामग्री और उच्च चिपचिपाहट के लिए मल्टीचैनल ट्यूबलर झिल्ली को प्राथमिकता दी जाती है।

4. परिचालन स्थितियों पर विचार करें: सिरेमिक झिल्ली मजबूत एसिड/क्षार स्थितियों और उच्च तापमान के लिए आदर्श हैं।

5. लागत पर विचार करें: उच्च प्रारंभिक निवेश, लेकिन लंबा जीवनकाल, कम सफाई, और अधिक उपज; 1-3 वर्ष की पेबैक अवधि अधिक सार्थक है।

बायोमैन्युफैक्चरिंग में मुख्य रुझान हैं: हरित, कुशल, स्थिर और कम लागत।

उच्च और निम्न तापमान, एसिड और क्षार, फाउलिंग प्रतिरोध, लंबे जीवन काल और उच्च परिशुद्धता के प्रतिरोध के साथ, सिरेमिक झिल्ली किण्वन शोरबा की जटिल प्रणालियों के लिए पूरी तरह उपयुक्त हैं और तेजी से कार्बनिक झिल्ली और पारंपरिक प्रक्रियाओं की जगह ले रही हैं, जो जैविक पृथक्करण और शुद्धिकरण के लिए मुख्यधारा की पसंद बन रही हैं।