Archimedes und die Konti-Produktion

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ROREA

Pre-Basic-Engineering

Zum Vergleich der Investitionskosten von Batch- und Konti-Produktion wird die Aufreinigung eines fermentativ mit dem Bakterium E. Coli hergestellten rekombinanten Insulins verwendet. Dieser Prozess ist ein absatzweises Verfahren mit fünf Stufen [MEN04]: Fermentation, Processing 1, Processing 2, Aufreinigung und Endprodukt-Behandlung.

In der Fermentationsstufe werden gentechnisch veränderte Escherichia coli-Bakterien kultiviert und in aufeinanderfolgenden Fermentern mit zunehmenden Volumina gezüchtet. Danach werden die Bakterien durch Zentrifugation konzentriert und dann zerstört. Die Faltung des Moleküls, in dem das Fusionsprotein sich in die richtige native Raumstruktur faltet, findet im nächsten Prozessschritt statt.

Im anschließenden Reinigungsverfahren wird das Protein gereinigt und konzentriert. Das rohe Zwischenprodukt wird dann chromatographisch in zwei Verfahrensschritten aufgereinigt. Dann wird in hoher Reinheit kristallisiert und zentrifugiert. Die hochreinen Insulin-Kristalle werden wieder aufgelöst, kristallisiert und gefriergetrocknet [WIL02]. Die gesamte Anlage kostete im Jahr 2000 etwa 150 Millionen Euro [PHA03].

Im folgenden Vergleich wird nur der Schritt der Aufreinigung und dort auch nur die Kristallisation betrachtet. Der Kristallisationsprozess kann ganz allgemein mit zwei großen 5 m³ Rührkesseln und einem kleinen Rührkessel mit 1 m³ mit Doppelmanteln dargestellt werden. Dazu kommen üblicherweise noch neben einer Vakuum­einheit Wärmeübertrager, Pumpen und eine Zentrifuge oder Filternutsche (Filtertrockner). Im kontinuierlichen Betrieb ersetzt der ASKR den Kristallisator und der Vorlage-Rührkessel kann auf 1 m³ reduziert werden. Die Zentrifuge kann auf ein Modell mit <0,5 m³/h reduziert werden. Alle übrigen Apparate bleiben gleich.

Der Vergleich der normierten Preise bezogen auf 1 Rührkessel St/Em mit Rührer zeigt, dass die Umstellung auf kontinuierliche Prozessführung die Apparatekosten um 20 % senkt. Die Apparatekosten des Reaktionsteils – eines anderen Prozessschritts der Aufreinigung – sind ähnlich hoch. Ähnliche Einsparungen lassen sich hier durch den Einsatz eines kontinuierlichen Strömungsrohr-Reaktors erzielen. Zwar sind die Kosten für die Prozesskontrolle höher [WIL02]. Diese Mehrkosten werden aber durch Einsparungen bei Gebäude und Belüftung durch den erheblich geringeren Platzbedarf ausgeglichen.

Fazit: Der ASKR ist sehr geeignet für die Kristallisation von Proteinen, aber auch für viele andere Verfahren und Produkte. Durch einfache Versuche in einem Laborreaktor kann geprüft werden, ob dieser Ansatz auch für andere Verfahren geeignet ist.

* Die Autoren sind beide Geschäftsführer bei Rorea in Lörrach.

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