Verarbeitungstechnologie für tierisches Plasma und Blutzellen

Verarbeitungstechnologie für tierisches Plasma und Blutzellen

Das auf dem Kernkonzept der „effizienten Nutzung aller Komponenten“ basierende Verfahren zur Verarbeitung von Tierplasma und Blutzellen wandelt Tierblut (hauptsächlich von Schweinen, Rindern und Schafen) durch Prozesse wie Antikoagulation, Trennung und Reinigung sowie Trocknung und Formgebung in hochwertige Produkte wie Plasmaproteinpulver, Blutzellpulver und Häm um. Während des gesamten Prozesses ist eine strenge Hygiene- und Temperaturkontrolle erforderlich, um die Zerstörung der Nährstoffe zu vermeiden. Der detaillierte Prozessablauf ist wie folgt:

I. Vorbehandlungsphase: Blutentnahme und Antikoagulation

Diese Phase bildet die Grundlage für die nachfolgende Verarbeitung mit dem Hauptziel, die Blutgerinnung zu verhindern und Verunreinigungen zu entfernen.

1. Blutentnahme

Spezielle Blutentnahmegeräte (z. B. automatische Blutentnahmesysteme) werden verwendet, um innerhalb einer Stunde nach der Schlachtung Blut zu entnehmen und so die natürliche Blutgerinnung zu verhindern. Während der Entnahme müssen gleichzeitig Antikoagulanzien hinzugefügt werden: Natriumcitrat (häufig verwendet, Zugabe von 0,8–1,2 % des Gesamtblutvolumens) oder EDTA (Zugabe von 0,3–0,5 % des Gesamtblutvolumens). Die Mischung wird durch Rohrleitungen gerührt, um eine gleichmäßige Verteilung des Antikoagulans zu gewährleisten.

Das gesammelte Blut muss durch einen 80-100-Mesh-Filter filtriert werden, um mechanische Verunreinigungen wie Haare und Gewebereste zu entfernen und ein Verstopfen der nachfolgenden Trennvorrichtungen zu verhindern.

2. Vorübergehende Lagerung bei niedrigen Temperaturen

Das antikoagulierte Blut wird sofort in einen Kühltank bei 2–8 °C überführt und dort maximal 24 Stunden gelagert. Dadurch werden die Vermehrung von Mikroorganismen und enzymatische Hydrolysereaktionen verlangsamt und die Aktivität der Plasmaproteine ​​erhalten.

II. Kerntrennungsphase: Trennung von Plasma und Blutzellen

Die effiziente Trennung von Plasma und Blutzellen wird durch Zentrifugalkraft erreicht, die einen Schlüsselschritt im Prozess darstellt. Gängige Geräte sind Röhrenzentrifugen oder Scheibenzentrifugen.

1. Zentrifugale Trennung

Niedrigtemperiertes Blut wird in die Zentrifuge gepumpt:

Für Röhrenzentrifugen: Drehzahl 15.000-20.000 U/min, Zentrifugalkraft 12.000-15.000 G;

Für Scheibenzentrifugen: Die Drehzahl beträgt 6.000-8.000 U/min, die Zentrifugalkraft 3.000-5.000 G.

Bei Hochgeschwindigkeitszentrifugation:

Blutzellen (rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen, Blutplättchen) mit höherer Dichte werden an die Innenwand der Zentrifuge geschleudert, bilden eine feste Schicht und werden durch die Schlackenaustragsöffnung ausgestoßen;

Plasma (das Albumin, Immunglobulin und Fibrinogen enthält) mit geringerer Dichte verbleibt im Zentrum und wird kontinuierlich über den Überlaufanschluss abgeführt, um in die nachfolgende Verarbeitungsstufe zu gelangen.

Nach der Trennung ist eine Reinheitsprüfung erforderlich: Der Restanteil an Blutzellen im Plasma sollte ≤ 0,5 % betragen (kein mit bloßem Auge sichtbarer roter Bodensatz), und der Anteil an Blutzellen im Plasma sollte ≤ 5 % betragen, um eine Kreuzkontamination zwischen den beiden auszuschließen.

2. Temporäre Speicherung mit geteilter Route

Das abgetrennte Plasma wird in einen sterilen Lagertank bei 3–5 °C überführt. Zur Waschung der Blutzellen wird 0,9%ige Kochsalzlösung im Verhältnis 1:1 (Blutzellen:Kochsalzlösung) hinzugegeben. Anschließend wird erneut zentrifugiert (Drehzahl: 12.000 U/min), um restliches Plasma zu entfernen. Dadurch erhält man „saubere Blutzellen“ und reduziert den Proteinverlust.

III. Teilprozess Plasmaverarbeitung: Von flüssigem Plasma zu fertigen Produkten

Plasma wird hauptsächlich zu Plasmaproteinpulver verarbeitet; für spezielle Anforderungen wird das Immunglobulin weiter aufgereinigt. Der Prozess besteht entweder aus zwei Schritten („Konzentration → Trocknung“) oder drei Schritten („Reinigung → Trocknung“).

1. Konventionelles Verfahren: Herstellung von Plasmaproteinpulver

(1) Vakuumkonzentration

Flüssiges Plasma wird in einen zweistufigen Vakuumkonzentrator gepumpt (Vakuumgrad: -0,092 MPa bis -0,095 MPa, Temperatur: 50–55 °C). Durch Niedertemperaturverdampfung wird Wasser entfernt, wodurch der Feststoffgehalt des Plasmas von 6–8 % auf 25–30 % erhöht und eine durch hohe Temperaturen verursachte Proteindenaturierung vermieden wird (z. B. liegt die Denaturierungstemperatur von Albumin bei etwa 60 °C).

Der Feststoffgehalt muss während der Konzentration in Echtzeit überwacht werden (mittels Refraktometer), und der Prozess geht zum nächsten Schritt über, sobald der Standard erreicht ist.

(2) Sprühtrocknung

Das konzentrierte Plasma wird in einen Zentrifugal-Sprühtrockner geleitet (Einlasslufttemperatur: 180–200 °C, Auslasslufttemperatur: 80–85 °C). Unter Hochdruckzerstäubung (Zerstäuberdrehzahl: 20.000–25.000 U/min) bildet das Plasma winzige Tröpfchen, die schnell mit der Heißluft in Kontakt kommen und sofort zu Pulver getrocknet werden.

Das getrocknete Plasmaproteinpulver wird auf Raumtemperatur abgekühlt und durch ein 100-Mesh-Sieb gesiebt, um Agglomerate zu entfernen. Das Endprodukt weist einen Feuchtigkeitsgehalt von ≤ 5 % und einen Proteingehalt von ≥ 75 % auf (entsprechend der nationalen Norm GB/T 25166-2010) und kann als Futtermittelzusatzstoff oder zur Anreicherung von Lebensmitteln mit Proteinen verwendet werden.

2. Hochwertiger Prozess: Reinigung von Immunglobulin

(1) Aussalzen von Niederschlag

Ammoniumsulfat (Konzentration: 40–45 %) wird zu flüssigem Plasma gegeben und der pH-Wert auf 4,8–5,2 eingestellt (Fällungsmethode über den isoelektrischen Punkt), um Immunglobuline auszufällen. Nach 2–3 Stunden Stehenlassen wird zentrifugiert (Drehzahl: 8000 U/min), um das Präzipitat zu gewinnen.

(2) Dialyse und Entsalzung

Der Niederschlag wird in 0,02 mol/L Phosphatpuffer gelöst, in einen Dialyseschlauch (Molekulargewichtsausschlussgrenze: 10.000 Da) überführt und 24 Stunden lang in dem Puffer dialysiert, um restliches Ammoniumsulfat zu entfernen. Dadurch erhält man rohes Immunglobulin.

( 3) Gefriertrocknung

Das Rohprodukt wird in einen Gefriertrockner überführt (Vakuum: ≤ 10 Pa, Vorgefrieren bei -40 °C für 4 Stunden, anschließend Erhitzen auf 25 °C zur Sublimationstrocknung für 12 Stunden). Dadurch wird die Zerstörung der Immunaktivität durch hohe Temperaturen vermieden. Das Endprodukt weist eine Immunglobulin-Reinheit von ≥ 90 % auf und findet Anwendung im biomedizinischen Bereich.

IV. Teilprozess der Blutzellverarbeitung: Von gereinigten Blutzellen zu Fertigprodukten

Blutzellen werden hauptsächlich zu Blutzellpulver verarbeitet oder zur Häm-Extraktion verwendet; ersteres ist ein einfacher Prozess, letzteres hat einen höheren Mehrwert.

1. Konventionelles Verfahren: Herstellung von Blutzellenpulver

(1) Enzymatische Hydrolyse (optional)

Zur Verbesserung der Löslichkeit von Blutzellenpulver wird den gereinigten Blutzellen Protease (z. B. neutrale Protease, 0,3–0,5 %) zugesetzt. Die enzymatische Hydrolyse erfolgt bei 50–55 °C und pH 7,0 über 2–3 Stunden, um das makromolekulare Hämoglobin in niedermolekulare Peptide zu spalten. Nach der enzymatischen Hydrolyse wird das Enzym durch 10-minütiges Erhitzen auf 90 °C heißes Wasser inaktiviert.

(2) Sprühtrocknung

Die enzymatisch hydrolysierten Blutzellen (oder unhydrolysierte, saubere Blutzellen) werden direkt sprühgetrocknet (Parameter wie bei der Plasmatrocknung: Einlasslufttemperatur 170–190 °C, Auslasslufttemperatur 75–80 °C). Das getrocknete Blutzellenpulver hat einen Feuchtigkeitsgehalt von ≤ 6 %, einen Proteingehalt von ≥ 80 % und ist reich an Eisen (Eisengehalt ≥ 20 mg/100 g). Es kann als Eisenergänzungsmittel im Futter oder als Rohstoff für Lebensmittelfarbstoffe verwendet werden.

2. Hochwertiges Verfahren: Häm-Extraktion

(1) Hämolyse und Ansäuerung

Zur Reinigung der Blutzellen wird deionisiertes Wasser (dreifaches Volumen des Blutzellenvolumens) hinzugegeben. Die Mischung wird 30 Minuten lang gerührt, um die Hämolyse (Aufbrechen der Erythrozytenmembranen zur Freisetzung von Hämoglobin) zu erreichen. Anschließend wird verdünnte Salzsäure hinzugefügt, um den pH-Wert auf 2,0–2,5 einzustellen. Dadurch denaturiert das Hämoglobin und fällt aus.

(2) Zentrifugale Sammlung und Reinigung

Das denaturierte Hämoglobin wird zentrifugiert (Drehzahl: 10.000 U/min), um den Niederschlag zu gewinnen. Dieser wird 2-3 Mal mit Aceton (Verhältnis Niederschlag zu Aceton: 1:5) gewaschen, um Fette und Verunreinigungen zu entfernen. So erhält man Rohhäm. Die weitere Trennung erfolgt mittels Säulenchromatographie (an einer Kieselgelsäule), um Hämkristalle mit einer Reinheit von ≥ 95 % zu gewinnen. Diese finden Verwendung in der Medizin (Antianämie-Medikamente) oder als Lebensmittelzusatzstoff (natürliche Farbstoffe).

V. Wichtige Kontrollpunkte

1. Hygienekontrolle

Sämtliche Geräte (Blutentnahmeleitungen, Zentrifugen, Trockentürme) müssen mit Hochdruckdampf bei 121 °C für 30 Minuten sterilisiert oder durch Abwischen mit 75%igem Alkohol desinfiziert werden, um eine mikrobielle Kontamination zu vermeiden (Gesamtkeimzahl der Fertigprodukte ≤ 1.000 KBE/g, Escherichia coli nicht nachweisbar).

2. Temperaturregelung

Die Verarbeitung erfolgt durchgehend bei niedrigen Temperaturen: Zwischenlagerung des Blutes bei 2–8 °C, Konzentration bei 50–55 °C und Trocknungsablufttemperatur ≤ 85 °C. Dadurch werden Proteindenaturierung und Nährstoffverluste verhindert (z. B. Erhalt der Immunglobulinaktivität ≥ 80 %).

3. Feuchtigkeitsregulierung

Die fertigen Produkte müssen nach dem Trocknen zügig verpackt werden (unter Verwendung von Vakuum-Aluminiumfolienbeuteln), um sicherzustellen, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Plasmaproteinpulvers ≤ 5 % und der des Blutzellpulvers ≤ 6 % beträgt. Dadurch werden Feuchtigkeitsaufnahme und Verklumpung vermieden und die Haltbarkeit verlängert (6–12 Monate bei Raumtemperatur).

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