Nanofiltration für die Weiterverarbeitung von mikrobiellen Biotensiden

Gepostet: 8. Juni 2023 | Catherine Eckford (European Pharmaceutical Review) | Noch keine Kommentare

In einem Artikel wurde berichtet, dass eine innovative Downstream-Methode, die Nanofiltration zur mikrobiellen Biotensidproduktion nutzt, eine überlegene Reinheit bietet.

In einer Studie wurde erstmals über eine innovative Downstream-Methode für Mannosylerythritol-Lipide (MELs) berichtet, die in einer ersten Stufe aus der rohen MEL-Mischung abgetrennt wurden, wobei die anderen Lipidderivate (freie Fettsäuren, Mono- und Diacylglycerine) durch organisches Lösungsmittel entfernt wurden Nanofiltration (OSN). Basierend auf dem OSN, dem neuartigen Ansatz zur Reinigung von mikrobiellen Glykolipid-Biotensiden, wird nur ein Lösungsmittel verwendet und eine Reinheit von 98 Prozent erreicht. Es ergaben sich Produktverluste von rund 11,6 Prozent und die Möglichkeit einer Lösemittelverwertung.

Ineffiziente und kostspielige Downstream-Verarbeitungsstrategien seien nach Ansicht einiger Autoren der Haupttreiber der Herstellungs-/Produktionskosten für neu entstehende Bioprodukte, heißt es in dem Papier. Speziell für Rhamnolipide (RMs) hoben die Autoren eine Überprüfung hervor, in der behauptet wurde, dass bis zu 80 Prozent der gesamten Produktionskosten für die nachgelagerte Verarbeitung anfallen.

Die Methoden zur Entfernung von Verunreinigungen wie Triacylglycerin und restlichen freien Fettsäuren und Monoacylglyceriden verwenden eine Mischung aus organischen Lösungsmitteln und ermöglichen so das Lösungsmittelrecycling.

Im Vergleich zu synthetischen Tensiden weisen mikrobielle Biotenside (mBs) eine höhere biologische Abbaubarkeit auf, sind weniger toxisch und können aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt werden. Glykolipid-Biotenside sind aufgrund ihrer Wirksamkeit, Vielseitigkeit und hohen Produktivität die bekannteste Gruppe von mBs.

Allerdings ist der Preis der billigsten mBs zehnmal so hoch wie der der chemischen Tenside. Dies deutet darauf hin, dass skalierbare Fermentationen und nachgelagerte Prozesse nicht optimal sind.

Die erste Stufe der nachgeschalteten Methode kombinierte die selektive TAG-Entfernung aus Glykolipiden. In der zweiten Stufe wurde OSN zur molekularen Trennung des Glykolipids von kleineren Lipidverunreinigungen verwendet.

In der Studie wurden drei kommerziell erhältliche Membranen (GMT-oNF-2, PuraMEm-600 und DuramMem-500) und mehrere selbstgemachte Membranen aus 22, 24 oder 26 Prozent (w/v) Polybenzimidazol (PBI)-Lösungen gegossen. Diese wurden auf die Reinigung roher MELs durch Diafiltration untersucht.

In der Arbeit wurde eine Fallstudie hervorgehoben, die insbesondere zeigte, dass es mit der GMT-oNF-2-Membran möglich ist, 67,8 Prozent der bei der ersten Filtration verlorenen MELs zurückzugewinnen. Es wurde eine Gesamtreinheit der MELs von 98 Prozent bei Verlusten von 11,6 Prozent erreicht. Dies sei einer der besten Werte, die in der Literatur für nachgeschaltete mikrobielle Biotenside berichtet werden, so die Autoren. Wichtig ist, dass dieser Downstream-Weg nur ein Lösungsmittel verwendet und daher durch einfache Destillation recycelt werden kann.

Es wurde eine Endreinheit der MELs von 87–90 Prozent erreicht. Dies erfolgte durch Filtrieren von zwei Diavolumina Methanol- oder Ethylacetatlösungen durch eine PBI-26-Prozent-Membran. Dies führte zu MEL-Verlusten von 14,7 ± 6,1 Prozent bzw. 15,3 ± 2,2 Prozent. Höhere Reinheiten von Biotensiden können mit der PBI-26-Prozent-Membran bei höherem DV archiviert werden, allerdings auf Kosten höherer Produktverluste, so die Autoren.

Um MELs in Reagenzqualität mit Reinheiten von mindestens 97 Prozent zu erhalten, wurde ein zweistufiger Kaskadenfiltrationsansatz unter Verwendung der kommerziellen Membran GMT-oNF implementiert.

Insgesamt haben Nascimento et al. kamen zu dem Schluss, dass der vorgeschlagene Downstream-Prozess für Glykolipid-Biotenside darauf zugeschnitten ist, Lösungsmittelabfallströme zu reduzieren und Lösungsmittelverschiebungen zu vermeiden oder abzuschwächen, und möglicherweise die Kosten senken könnte.

Der Artikel wurde in Membranes veröffentlicht.

Bioverarbeitung, Downstream, Arzneimittelentwicklung, Verunreinigungen, Herstellung, mikrobieller Nachweis, Mikrobiologie, Qualitätssicherung/Qualitätskontrolle, Forschung und Entwicklung (F&E), Technologie, Therapeutika