On the industrial crystallization of proteins

Abstract

Industrielle Kristallisation von Proteinen zur Aufreinigung und Formgebung ist eine vielversprechende aber wenig genutzte und kaum verstandene Technologie. Die Entwicklung eines Prozesses bedarf zumindest Kenntnis des fest-flüssig Gleichgewichts Eine neue Methode zur schnellen Messung der Proteinlöslichkeit, welche schnellen Zugang zu den komplexen Phasendiagrammen erlaubt, wird vorgestellt. Die Keimbildungskinetik sowie Kristallwachstum werden diskutiert. Fallstudien zur diskontinuierlichen Chargenkristallisation und zur gekoppelten Schmelz- und Suspensionskristallisation werden dargestellt. Die Chargenkristallisation betrachtet zudem weitere Grundoperationen wie die Extraktion und Fest-Flüssigtrennung, wobei relevante Einflussparameter charakterisiert werden. Das Beispiel der gekoppelten Schmelz- und Suspensionskristallisation stellt eine Machbarkeitsstudie der Methode für die Isolierung eines Proteins aus einer Lösung dar. Die ökologischen Vorteile der Technologie werden hervorgehoben.

Industrial scale crystallization of proteins for the purpose of purification and finishing is a promising yet poorly understood and underutilised technology. Developing a crystallization process requires knowledge of solid-liquid equilibria. A novel method for rapid determination of protein solubility is presented, providing access to the complex phase behaviour of these systems. The kinetics of nucleation and crystal growth are discussed. Case studies on a discontinuous batch process and coupled melt/suspension crystallization are presented. The batch case study also considers ancillary unit operations such as extraction and downstream operations such as solid-liquid separation and characterises relevant process parameters affecting the process. The combined melt/suspension crystallization demonstrates the feasibility of this method for isolating a crystalline protein product from a solution and highlights the advantages of the process in terms of its environmental benefits.