[发明专利]用于反向电增强透析(REED)系统中液态组合物经改善的过程参数控制的方法和系统

说明书

本申请是申请日为2009年9月4日的中国发明专利申请(申请号：200980134817.5，申请人：嘉士伯有限公司)的分案申请。

发明领域

本发明涉及用于反向电增强透析(REED)系统中液态组合物经改善的过程参数控制的方法和系统，该系统包括至少两个反向电增强透析(REED)膜堆，其中任一膜堆中的电场方向以相对任意其它膜堆电场反转不同步的时间间隔进行反转。另外，本发明涉及用于反向电增强透析(REED)系统中液态组合物经改善的过程参数控制的方法和系统，其中通过结合DC电流调节和调节透析液组合物诱导参数控制机制。

发明背景

控制液态组合物的pH、电导率和/或靶标离子水平是在广泛技术领域比如金属精制和自发酵液体纯化有机物质中所运用的重要工业方法。

已引入许多过程以控制液态组合物的靶标离子水平或pH。在所述方法中尤其提及微量过滤法和超滤法，离子交换法和电透析法。

比如说，生物反应器在工业中广泛地用于制备宽范围的有机化学品，药物蛋白，氨基酸，引子培养物，生物燃料等，或用于生物降解目的。最通常地，生物反应器含有需要一定pH水平以维持最佳功能性的微生物。

在生物反应器pH调节的标准手段包括将碱性或酸性中和剂直接滴定入生物反应器，从而中和微生物所产生的酸性或碱性代谢物。然而，当达到一定浓度时这些代谢物的盐则常常抑制生长。

某些盐和代谢物比如生物学反应的抑制剂的积累限制了生物反应器在一般批量处理中的生产能力。最小化抑制的可能方案包括灌注系统，其中通过过滤方法(例如超滤或微量过滤)连续萃取含抑制剂的发酵肉汤，在此期间保留微生物并将新鲜底物溶液加入发酵器。在灌注系统中，仍然必需通过滴定中和剂来调节生物反应器pH而有价值底物组分也与透过物一起丢失。

与超滤和微量过滤中一般所用的膜相比，电透析也即所谓的Donnan透析法中所用的离子交换膜使得可以更有选择性地萃取小带电物质。然而，当与生物反应器直接组合时常规电透析会遭受膜污染，因而仍必需中和剂滴定来进行pH控制。

EP专利1237823公开用于在包含阳离子交换膜或阴离子交换膜的电增强透析池中自第一液体转移离子物质至第二液体的设备和方法。

US专利5,114,554公开自阴极电涂浴除去酸的方法，其中用阳离子树脂包覆导电性基材，涂覆浴的至少一部分经过超滤，而超滤液的至少一部分在包含阴离子交换膜的直流型电透析池中经过特定的电透析处理。

发明概要

需要用于液态组合物经改善的过程参数控制的方法和系统，该过程允许控制所述液态组合物的pH、靶标离子浓度和/或电导率并且减少由电场反转(电流反转)引起的浓度波动。尤其是，pH波动能对微生物系统产生负面效果，因此必须加以避免。另外，某些生物学系统，例如蛋白质表达系统，对靶标离子浓度波动是敏感的。

因此，在第一方面本发明涉及用于液态组合物的过程参数控制的方法，包括将所述液体通过第一反向电增强透析(REED)膜堆和第二REED膜堆的至少一个步骤，各堆具有：

i)至少两张离子交换膜，其间限定用于第一液体的第一室；

ii)至少两个用于第二液体的其它室，各其它室相邻于至少一个第一室；

iii)一组终端膜；

iv)通过至少两个电极在在各膜堆上施加电场的装置；

v)反转所述膜堆中电场方向的装置；

其中所述第一膜堆中的电场方向以相对所述第二膜堆中的电场反转不同步的时间间隔进行反转。

本发明的第二方面是用于液态组合物的过程参数控制的系统，所述系统至少包括第一反向电增强透析(REED)膜堆和第二REED膜堆，各堆具有：

i)至少两张离子交换膜，其间限定用于第一液体的第一室；

ii)至少两个用于第二液体的其它室，各其它室相邻于至少一个第一室；

iii)一组终端膜；和

iv)通过至少两个电极在在各膜堆上施加电场的装置；

v)反转任一膜堆中的电场方向的装置。

本发明的第三方面是根据本发明的系统用于液态组合物的过程参数控制的用途。

本发明的其它方面对本领域技术人员将由下述详述和实施例变得明显。定义