artikel

‘Bijna zo simpel als een wasmachine’

Algemeen

Grondstoffen worden kostbaarder; het is dus zonde om er waardevolle stoffen in te laten zitten. Avebe haalt sinds kort eiwitten uit aardappels met behulp van chromatografie. Op het VMT Food Event vertelt het bedrijf hoe de aardappel een ingrediëntenfabriek is geworden. Hoe kunt ook u chromatografie inzetten om meerwaarde uit uw (rest)stroom te halen?

Technologie [machines en apparaten]
Dionne Irving

Industriële chromatografie in de praktijk
‘Bijna zo simpel als een wasmachine’
Grondstoffen worden kostbaarder; het is dus zonde om er waardevolle stoffen in te laten zitten. Avebe haalt sinds kort eiwitten uit aardappels met behulp van chromatografie. Op het VMT Food Event vertelt het bedrijf hoe de aardappel een ingrediëntenfabriek is geworden. Hoe kunt ook u chromatografie inzetten om meerwaarde uit uw (rest)stroom te halen?
Chromatografie is vooral bekend in de analytische chemie: wie kent de termen HPLC of GC niet? Op industriële schaal is chromatografie in eerste instantie vooral ontwikkeld voor de farmaceutische industrie, waar hogere marges op de eindproducten zitten. Bovendien was toepassing van chromatografie binnen de levensmiddelenindustrie zo complex dat de ontwikkelingskosten het gebruik verhinderden. Door efficiëntere scheiding en procesvoering kan nu een kilogram product worden gezuiverd tegen een kostprijs die bijna 10% is van de kosten van tien jaar geleden. De technologie is gemeengoed geworden in glucose-fructosescheiding en eiwitwinning in de zuivel.

Dilemma
In de industrie wordt adsorptieve chromatografie het meest gebruikt (zie ook kader). Hierbij wordt het product (of de vervuiling) tijdelijk gebonden aan specifieke moleculen op het oppervlak van poreuze bolletjes uit het chromatografiebed. “Je kunt het beschouwen als kleine ‘handjes’ op het bolletjesoppervlak die alleen een bepaald soort eiwit of product herkennen en vasthouden. Het soort ‘handjes’ en de specificiteit van de herkenning bepalen de mate van zuivering en in hoge mate de kosten van het adsorbens. Zo kost een generiek adsorbens dat grotere groepen moleculen herkent bijvoorbeeld €500 per liter. Een adsorbens dat maar één component herkent kan wel €30.000 per liter kosten”, vertelt Marcel Raedts, C.E.O. bij Proxcys. Het in Emmen gevestigde bedrijf levert HP-RFC kolommen voor de levensmiddelenindustrie met een volume variërend van 5 tot 1.200 liter per kolom. “Het dilemma is kiezen tussen kosten en selectiviteit. Een heel selectief adsorbens is duur.”
Vaak kiezen bedrijven generieke, dus goedkopere adsorbentia om de kosten te verlagen. Raedts: “Zeer belangrijk in het geval van Avebe-achtige reststromen.”
Er zijn daarom meerdere runs nodig om het gewenste eiwit in zuivere vorm in handen te krijgen. Vaak wordt eerst een generieke variant gebruikt om van bijvoorbeeld honderd naar tien eiwitten te gaan. Vervolgens wordt een specifieker adsorbens gebruikt om het gewenste eiwit te zuiveren. “Netto komt het erop neer dat je moet proberen met een zo klein mogelijke kolom zoveel mogelijk volume per tijdseenheid te verwerken.”

Uitvoeringsvorm belangrijk
Een goedkoper adsorbens kan via de uitvoeringsvorm van de chromatografie toch zorgen voor een nette scheiding. Simulated Moving Bed (SMB) chromatografie is zo’n uitvoeringsvorm. Paul Bussman, senior projectleider scheidingstechnologie TNO, legt uit: “In dit systeem laat je zowel de vaste fase, het adsorbens, als de vloeistof in tegenstroom met elkaar bewegen. De drijvende kracht voor het beladen en ontladen is dan zo groot mogelijk. De voordelen zijn duidelijk: een compact systeem met weinig adsorbens en een selectieve scheiding met een beperkt selectieve adsorbens. Nadeel is wel dat het even duurt voor er een evenwicht is bereikt. Veel rekenwerk is nodig om de juiste procesinstellingen te weten te komen.”
Het Franse bedrijf Novasep bracht in 1997 voor het eerst industriële SMB-systemen op de markt in de farmaceutische industrie. Door de ontwikkeling van modelleertools hebben ze het complexe, niet-lineaire, multi-componentsysteem kunnen optimaliseren.
Een andere uitvoeringsvorm betreft de voorbewerking van de stroom. In een normaal systeem is de kolom gepakt met adsorbens. Hiervoor dient de stroom wel vrij te zijn van deeltjes die niet door het gepakt bed heen kunnen. Een filtratiestap is dan noodzakelijk om de vaste deeltjes uit de stroom te verwijderen. Daarvoor is de ‘expanded bed adsorption’ (EBA) ontwikkeld. Het Deense bedrijf Upfront heeft deze technologie geoptimaliseerd. Een karakteristiek van EBA is dat het adsorbens vrij mag bewegen (expanderen) in de kolom, wanneer de vloeistof erdoorheen stroomt. De expansie wordt bepaald door opwaartse stroomsnelheid en de dichtheid van het adsorbens. Het adsorbens heeft een hogere dichtheid dan de vloeistof om de gewenste stroomsnelheid te krijgen gedurende het proces. Bovendien roteert de kolom zodat de vloeistof goed wordt gedistribueerd en er geen opstoppingen ontstaan. Avebe heeft samengewerkt met het Deense bedrijf aan de ontwikkeling van een adsorbens en het gebruik daarvan bij lage temperatuur zodat de eiwitfunctionaliteit behouden blijft.

Net een wasmachine
Wat als de apparatuur in de fabriek staat, ben je dan klaar? Of begint het dan pas? Bussman: “Een chromatografieproces houdt meer in dan alleen het winnen van een stofje. Na het adsorberen moet de component nog worden gedesorbeerd, geconcentreerd en eventueel gedroogd. Bovendien moeten alle vloeistoffen worden opgewerkt zodat ze eventueel kunnen worden hergebruikt.”
Verder zijn er nog andere zaken waar bedrijven rekening mee moeten houden, zoals het vullen van de kolom met het adsorbens. Dit lijkt simpel, maar als een kolom wordt gepakt staat het proces stil. Bovendien is een goed gepakt bed nog niet zo makkelijk te maken. Proxcys: “Bij grote kolommen zijn bedrijven daar soms twee tot drie weken mee bezig. Door de geïntegreerde sensortechnologie waar we het afgelopen jaar zeer druk mee zijn geweest wordt die kolom in de nabije toekomst volautomatisch gepakt. Wij noemen dat, als werknaam: ‘de wasmachine’. Een wasmachine kan ook een betrekkelijk complex wasprogramma voltooien. Toch is het voor de gebruiker ervan heel simpel. Die selecteert een programma en drukt op start. Na verloop van tijd piept het apparaat en dan is het klaar. Precies zo zal dat binnenkort met onze kolommen gaan.”

Avebe achterna
De trend in industriële chromatografie is de toenemende grootte van de stromen die moeten worden behandeld. Raedts: “Processen zoals die voor het verwerken van volumina in de schaalgrootte van Avebe vragen echter om nog grotere installaties die daarbij ook nog eens continu moeten werken. Andere ontwikkelingen verwacht ik op ‘adsorbensniveau’: robuustere adsorbentia die langer meegaan en waar meer eiwit mee kan worden vastgehouden.”
Voor Upfront is de focus gericht op biofuels. Veel bedrijven die met gewassen werken zoals tarwe, maïs en gerst gaan gedeeltelijk over op de productie van biofuels. Deze industrie heeft te maken met lage marges en hoge energiekosten. Bovendien speelt het food-versus-fueldebat. Upfront wil deze dilemma’s oplossen door uit reststromen van deze voedingsgewassen functionele eiwitten te winnen die tegen een goede prijs worden verkocht. Avebe achterna.

Reageer op dit artikel