Die einzigartige Bactofuge®-Technologie für die Ernte hochdichter Fermentationen bringt einem Pharmariesen einen Millionen-Dollar-Schub.

Da große Unternehmen zunehmend auf hochdichte Fermentationsprozesse bei der Herstellung wertvoller Therapien setzen, stehen sie vor der Herausforderung, den hochfeststoffhaltigen Fermentationsbrei im Downstream-Prozess effektiv zu separieren und zu klären.

Da herkömmliche Separatoren mit Tellereinsatz und Filter mit diesen veränderten Bedingungen kaum zurechtkommen und dadurch Millionenwerte an wertvollem Produkt im Abfall verbleiben, wandte sich ein langjähriger Kunde an Alfa Laval, um eine bahnbrechende Lösung zu entwickeln: die einzigartige Bactofuge®-Technologie.

Zwei Jahre lang arbeitete das Alfa Laval Team gemeinsam mit dem Kunden. 2022 ersetzte das Biopharmaunternehmen seinen bereits profitablen Alfa Laval Klärer durch einen neuen Alfa Laval Separator. Die Zahlen sprechen für sich: Der Wechsel von einem herkömmlichen Klärer zum Separator mit Bactofuge®-Technologie führte zu einer rund 6 % höheren Produktausbeute und einem Mehrwert von etwa 7 Millionen US-Dollar pro Charge. Die Investition in das neue Equipment amortisierte sich in weniger als einer einzigen Charge.

Patrik Kagevi, Global Sales Manager für Life Science Technology, Biopharm & Industrial Fermentation bei Alfa Laval, war Teil des Teams, das gemeinsam mit dem Unternehmen an dieser Herausforderung gearbeitet hat. Er berichtet, dass der Kunde mit dem Ergebnis äußerst zufrieden ist und inzwischen insgesamt fünf Zentrifugen mit Bactofuge®-Technologie angeschafft hat, um ähnliche Verbesserungen an mehreren Standorten zu erzielen.

„Wenn man ein so fortschrittliches und teures Produkt hat, möchte man auf keinen Fall große Mengen im Klär- und Separationsprozess verlieren – aber genau das ist passiert“, sagt er. „Die Filter verstopften und die Separationseffizienz wurde beeinträchtigt, aber wir haben erkannt, dass dies ein idealer Einsatz für den MBPX 714 Bactofuge Separator ist.“

„Die Alfa Laval Zentrifuge verfügt über entscheidende Merkmale, die sie ideal machen. Das Hermetic Design sorgt beispielsweise dafür, dass die gesamte rotierende Einheit vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist – das bringt enorme Vorteile.“ Der wichtigste Vorteil ist, dass am Zentrifugeneinlass nur geringe Scherkräfte entstehen, wodurch die empfindlichen Zellen viel schonender behandelt werden als im Klärer.

„Der Zulauf rotiert beim Eintritt nicht und muss innerhalb eines Sekundenbruchteils auf mehrere tausend Umdrehungen pro Minute beschleunigt werden“, erklärt Patrik. „Wenn man es mit so empfindlichen und leicht zerstörbaren Zellen zu tun hat, muss die Beschleunigung möglichst sanft und mit minimalen Scherkräften erfolgen. Genau das ermöglicht diese vollständig flüssigkeitsgefüllte Trommel.“

Die Folgen davon, dass die Zellen nicht zerstört werden, sind zweifach: Zum einen entstehen keine vielen kleinen Zellfragmente, die schwer oder gar nicht zu trennen wären – das Ergebnis ist eine klarere Flüssigkeit mit den gewünschten Molekülen. Zum anderen werden keine intrazellulären Proteine freigesetzt, die sich mit dem Zielprotein vermischen könnten, was die nachfolgende Reinigung deutlich erleichtert.

Das entscheidende Merkmal für die Hochdichte-Zellseparation ist die Bactofuge®-Technologie. Ihre Bedeutung für diese Anwendung ist so groß, dass sie sogar im Namen der Zentrifuge auftaucht. Das Auslassdesign ermöglicht einen kontinuierlichen Austrag, sorgt für höheren Durchsatz und Ausbeute, reduziert den Bedarf an nachgelagerter Filtration und verkürzt die Prozesszeit.

„Da es sich um einen kontinuierlichen Prozess handelt, erhält man einen konstanten Durchfluss – das bedeutet keine Schwankungen im Ergebnis, wie sie bei einem intermittierenden Modell auftreten, wo es zu Schüben von ungetrennten Feststoffen in ansonsten geklärter Flüssigkeit kommt“, sagt Kagevi.

Wenn die getrennten Zellen kontinuierlich entfernt werden, lässt sich die Konzentration optimal einstellen. „Idealerweise möchte man eine 100%ige Konzentration erreichen, aber man muss etwas Flüssigkeit mit den Zellen abgeben, damit es fließt“, sagt Kagevi. „Durch einfaches Anpassen des Auslasses kann man den optimalen Punkt finden, an dem die Flüssigkeit fließt, aber die Zellkonzentration so hoch wie möglich ist – das ist mit anderen Technologien schwer zu erreichen.“

Der Kunde erreicht jetzt Konzentrationen von über 90 %, was besonders im Vergleich zu den vorherigen rund 75 % mit dem herkömmlichen Klärer ein sehr hoher Wert ist.

Durch das Design der Alfa Laval Bactofuge ist es außerdem möglich, die Ströme der getrennten Biomasse am einen Auslass und der geklärten Flüssigkeit am anderen Auslass präziser zu überwachen und zu steuern. Mithilfe von Durchflussmessern und Regelventilen kann der Kunde so konstante Bedingungen sicherstellen.

„Darauf sind wir bei Alfa Laval stolz“, sagt Patrik Kagevi. „Dieser Kunde ist führend in der Technologieentwicklung, und wir haben eine Lösung geschaffen, die mit seinen Fortschritten Schritt hält.“

„Für sie ist es jetzt eine klare Entscheidung. Sie integrieren die Bactofuge in alle Hochdichte-Fermentationen, erzielen deutliche Kostenvorteile in der Produktion und verbessern die Verfügbarkeit dieser Medikamente.“