Производство биотоплива и белка из сырья

Производство биотоплива и белка из сырья

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и системе получения выделенного биотоплива и очищенного белкового продукта из сырья. В частности, настоящее изобретение относится к объединенным производству биотоплива из сырья и очистке белкового продукта от сырья с применением способа адсорбции на взвешенном слое (ЕВА).

Уровень техники изобретения

Биотопливо может быть использовано для централизованного и децентрализованного производства электричества и тепла или в качестве заместителя бензина.

С одной стороны, биотопливо запасается в растениях “улавливанием” энергии Солнца посредством фотосинтеза. Однако, в общем, одно из преимуществ биотоплива по сравнению с большинством других типов топлива заключается в том, что биотопливо является биоразлагаемым и, таким образом, относительно безвредным для окружающей среды в случае его утечки.

Биотопливо использовали на заре автомобильной промышленности. В Германии двигатель внутреннего сгорания был рассчитан на работу на этаноле, а дизельный двигатель был изначально разработан для работы на масле земляного ореха. Однако вследствие значительной дешевизны извлечения сырой нефти (сырой минеральной нефти) промышленность предпочитала создавать двигатели, работающие на более дешевых продуктах извлечения сырых минеральных нефтей, а не на более дорогих биотопливах.

Тем не менее биотопливо продолжало оставаться отчасти интересным горючим ингредиентом, в частности, в смеси с бензином или в качестве компонента смеси газолина со спиртом, получаемым ферментацией картофеля в некоторых странах, таких Германия и Британия.

Однако, вследствие возрастающего использования горючих топлив, и в то же время чтобы избежать или ограничить давление на окружающую среду, альтернативные топливные продукты, которые относительно безвредны для окружающей среды, такие как биотоплива, получили больше внимания. Следовательно, в 2005 году биоэнергия, такая как биотопливо, покрывает приблизительно 15% мирового потребления энергии, и ее потребление продолжает возрастать.

Одна из проблем способов производства биотоплива, доступных в настоящее время, заключается в том, что выход биотоплива, полученного этими способами, недостаточно высок для поддержания низкой цены биотоплива, чтобы обеспечить его конкурентоспособность относительно традиционно используемых минеральных нефтей.

Следовательно, представлялось интересным объединить производство биотоплива с производством альтернативных ценных побочных продуктов. Один такой продукт может представлять собой белок, который традиционно выделяют из дистиллята, например, после удаления дистилляцией этанола из суспензии. Проблема данного способа заключается в том, что белок будет денатурировать в ходе высокотемпературной дистилляционной обработки и полученный белок может быть использован только в качестве добавки к корму животных.

Чтобы преодолеть данную проблему, предлагалось отделять белки от суспензии перед дистилляцией, служащей для получения этанола. Однако белковые продукты, полученные данным способом, как оказалось, имели очень высокое содержание примесей вследствие использования неспецифических способов, что делает данные продукты неподходящими для потребления человеком. Применение стандартной хроматографии, методик с использованием уплотненных адсорбционных слоев предлагалось для получения более чистых белковых продуктов, однако, оно, как оказалось, является нежелательным, поскольку производственные затраты слишком сильно возрастали, возрастало также производственное время, достигая нежелательной степени.

Следовательно, обеспечивающим преимущество являлся бы усовершенствованный способ производства биотоплива и белка, который имеет высокую степень производительности на единицу затраты, который является быстрым, который является воспроизводимым, который требует минимального числа стадий манипулирования, который специфичен, что позволяет ограничить содержание примесей в белковом продукте, и который, предпочтительно, совместим с автоматизированными и полуавтоматизированными системами с целью оптимизации работ по выделению биотоплива и очистке белкового продукта.

Сущность изобретения

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить способ и систему, которая решает вышеупомянутые проблемы известного уровня техники, связанные с производством биотоплива и белковых продуктов.

Следовательно, один аспект изобретения относится к способу получения выделенного биотоплива и очищенного белкового продукта из сырья, подходящего для производства биотоплива или производного указанного сырья. Способ включает стадии:

(i) воздействия на сырье или производное указанного сырья по меньшей мере одной первичной обработки, высвобождающей биотопливо из сырья или из производного указанного сырья,

(ii) выделения биотоплива, высвобожденного на стадии (i), с получением выделенного биотоплива,

(iii) воздействия на сырье или производное указанного сырья по меньшей мере одной вторичной обработки, дающей суспензию материалов, и

(iv) проведения обработки суспензии материалов стадии (iii) способом адсорбции на взвешенном слое, получающим очищенный белковый продукт.

Другой аспект настоящего изобретения относится к способу получения выделенного биотоплива и очищенного белкового продукта из сырья, подходящего для производства биотоплива или производного указанного сырья. Способ включает стадии:

(i) воздействия на сырье или производное указанного сырья по меньшей мере одной первичной обработки, высвобождающей биотопливо из сырья или из производного указанного сырья,

(ii) выделения биотоплива, высвобожденного на стадии (i), с получением выделенного биотоплива,

(iii) воздействия на сырье или производное указанного сырья по меньшей мере одной вторичной обработки, дающей суспензию материалов,

(iv) проведения обработки суспензии материалов стадии (iii) способом адсорбции с получением очищенного белкового продукта, и

где выход полученного белка представляет собой эквивалент по меньшей мере 10 грамм 100%-но чистого белкового продукта на кг биотоплива в расчете на сухое вещество.

Другой аспект настоящего изобретения заключается в том, чтобы дать систему объединенного производства выделенного биотоплива и очищенного белкового продукта из сырья, подходящего для производства биотоплива или производного указанного сырья. Система включает:

(a) первое средство для воздействия на сырье или производное указанного сырья по меньшей мере одной первичной обработки для высвобождения биотоплива из сырья или из производного указанного сырья,

(b) второе средство для выделения высвобожденного биотоплива из сырья или из производного указанного сырья,

(c) третье средство для воздействия на сырье или производное указанного сырья по меньшей мере одной вторичной обработки, дающей суспензию материалов, и

(d) колонну адсорбции на взвешенном слое для получения очищенного белкового продукта.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно следующим образом.

Подробное описание изобретения

Производство биотоплив, заменяющих горючую нефть и природный газ, весьма интересно, поскольку оно представляет собой эффективный путь получения высокого выхода энергии за счет эффективного производства жидких и газообразных биотоплив на основе дешевого органического материала (обычно, целлюлозы, сельскохозяйственных отходов и сточных вод). Более того, биотоплива рассматриваются как весьма экологически безопасные, поскольку углерод биотоплив, возможно, извлечен из атмосферного диоксида углерода растениями. Следовательно, сжигание данных растений не приводит к увеличению количества диоксида углерода в атмосфере Земли. Как результат, биотоплива могут рассматриваться многими как путь уменьшения количества диоксида углерода, высвобождаемого в атмосферу, посредством их использования для замещения невозобновляемых источников энергии.

Таким образом, в одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу получения выделенного биотоплива и очищенного белкового продукта из сырья, подходящего для производства биотоплива или производного указанного сырья. Способ включает стадии:

(i) воздействия на сырье или производное указанного сырья по меньшей мере одной первичной обработки, высвобождающей биотопливо из сырья или из производного указанного сырья,

(ii) выделения биотоплива, высвобожденного на стадии (i), с получением выделенного биотоплива,

(iii) воздействия на сырье или производное указанного сырья по меньшей мере одной вторичной обработки, дающей суспензию материалов,

(iv) проведения обработки суспензии материалов стадии (iii) способом адсорбции с получением очищенного белкового продукта, и

где выход полученного белка представляет собой эквивалент по меньшей мере 10 грамм 100%-но чистого белкового продукта на кг биотоплива в расчете на сухое вещество.

В настоящем контексте термин “эквивалент по меньшей мере 10 грамм 100%-но чистого белкового продукта” относится к количеству белка, присутствующего в продукте, где количество небелкового материала не учитывается при расчете содержания белка. На это также указывает формулировка “100%-но чистого белкового продукта”, которая также показывает, что существенной является именно только белковая композиция продукта, а не небелковый материал.

Небелковый материал относится к материалу, не включающему больших органических соединений, построенных из аминокислот, организованных в линейную цепь и соединенных воедино между карбоксильным атомом одной аминокислоты и аминным азотом другой аминокислоты пептидной связью. Небелковый материал может представлять собой, но не ограничен ими: жир, сахар, ДНК, липиды и так далее.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения выход полученного белка может представлять собой эквивалент по меньшей мере 10 грамм 100%-но чистого белкового продукта на кг биотоплива в расчете на сухое вещество, как например по меньшей мере 20 грамм 100%-но чистого белкового продукта на кг биотоплива в расчете на сухое вещество, например, по меньшей мере 30 грамм 100%-но чистого белкового продукта на кг биотоплива в расчете на сухое вещество, как например по меньшей мере 40 грамм 100%-но чистого белкового продукта на кг биотоплива в расчете на сухое вещество, например, по меньшей мере 50 грамм 100%-но чистого белкового продукта на кг биотоплива в расчете на сухое вещество, как например по меньшей мере 75 грамм 100%-но чистого белкового продукта на кг биотоплива в расчете на сухое вещество, например, по меньшей мере 100 грамм 100%-но чистого белкового продукта на кг биотоплива в расчете на сухое вещество, как например по меньшей мере 150 грамм 100%-но чистого белкового продукта на кг биотоплива в расчете на сухое вещество, например, по меньшей мере 200 грамм 100%-но чистого белкового продукта на кг биотоплива в расчете на сухое вещество.

Способ настоящего изобретения может представлять собой непрерывный способ получения биотоплива и белкового продукта. В настоящем изобретении термин “непрерывный способ” относится к способу, который не включает каких-либо приостановок или перерывов при реализации способа или не вызывает каких-либо не являющихся необходимыми отсрочек между каждой из операций. Более того, термин “непрерывный способ” также может означать, что способ может работать или функционировать без необходимости привлечения человеческого физического труда.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу получения выделенного биотоплива и очищенного белкового продукта из сырья, подходящего для производства биотоплива или производного указанного сырья. Способ включает стадии:

(i) воздействия на сырье или производное указанного сырья по меньшей мере одной первичной обработки, высвобождающей биотопливо из сырья или из производного указанного сырья,

(ii) выделения биотоплива, высвобожденного на стадии (i), с получением выделенного биотоплива,

(iii) воздействия на сырье или производное указанного сырья вторичной обработки, дающей суспензию материалов, и

(iv) проведения обработки суспензии материалов стадии (iii) способом адсорбции на взвешенном слое с получением очищенного белкового продукта.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения стадии (i) и (ii) проводят до проведения стадий (iii) и (iv).

В другом варианте осуществления настоящего изобретения стадии (iii) и (iv) проводят до проведения стадий (i) и (ii).

Сырье

Способ по настоящему изобретению может быть нацелен на промышленное или крупномасштабное фракционирование сырьевых материалов для производства биотоплива и белковых продуктов.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения сырье или производное указанного сырья представляет собой сырье, включающее биотопливо, или производное указанного сырья, включающее биотопливо.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения сырье, подходящее для производства биотоплива или производного указанного сырья, выбрано из группы, состоящей из растительного материала, производного растительного материала, материала животного происхождения или производного материала животного происхождения.

Предпочтительно, растительный материал или производное растительного материала выбран из группы, состоящей из материалов-производных овощей, экстрактов-производных овощей, материалов-производных фруктов, экстрактов-производных фруктов, семян, углеводсодержащих материалов, крахмалсодержащих материалов, целлюлозосодержащих материалов, зерна, травы, люцерна, крупы, хлебного злака, соевых бобов, льняного семени, рапсового семени, сахарного тростника, пальмового материала, соломы, лесоматериала, навоза, риса, шелухи, нечистот, земляного ореха, плодов картофеля, биоразлагаемых нечистот и объедков.

Предпочтительно, материал животного происхождения выбран из рыбы, материалов-производных рыбы, молока, материалов-производных молока.

В контексте настоящего изобретения термин “производное указанного сырья” относится к любому сырью или любой фракции сырья, полученной из сырья. Производное указанного сырья может быть получено после воздействия на сырье любого вида обработки, в частности названных видов обработки, но без ограничения ими: экстракции, измельчения, помола, рубки, выжимки, нарезки слоями, обдирания, прессования, раздавливания, нарезки щепками, солюбилизационного суспендирования, сепарации или любого их сочетания.

Первичная обработка

В контексте настоящего изобретения термин “первичная обработка” относится к обработке сырья или производного указанного сырья, которая ведет к высвобождению биотоплива из сырья или производного указанного сырья. Впоследствии любое высвобожденное биотопливо может быть выделено из сырья.

В настоящем контексте термины “высвобожденное биотопливо” или “высвобождение биотоплива” использованы взаимозаменяемо, и они относятся к биотопливу, полученному из сырья после воздействия на сырье любого способа обработки, вызывающего образование, выделение, экстракцию биотоплива из сырья.

В общем, существует много различных способов высвобождения биотоплива из сырья, и первичная обработка сырья может быть выбрана из группы следующего неограничивающего списка способов, состоящей из экстракции, измельчения, помола, рубки, выжимки, нарезки слоями, обдирания, прессования, раздавливания, нарезки щепками или любого их сочетания, предпочтительно, сочетания измельчения, помола, рубки, нарезки слоями, обдирания, раздавливания или нарезки щепками с последующими экстракцией, выжимкой или прессованием.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения биотопливо может быть высвобождено из сырья одним или более из способов, выбранных из группы, состоящей из прессования, экстракции, ферментации или любого их сочетания.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения биотопливо может быть получено непосредственно из сырья или производного указанного сырья прессованием сырья или производного указанного сырья и/или воздействием на сырье или производное указанного сырья экстракции и/или воздействием на сырье или производное указанного сырья ферментативного способа.

Прессование

Биотоплива, естественным образом встречающиеся в сырье или производном указанного сырья, могут быть получены воздействием на сырье или производное указанного сырья прессования. В данном способе биотопливо может находиться в полученной жидкой фазе. Впоследствии оставшаяся твердая фаза может быть подвергнута экстракции и/или ферментации для получения дополнительного биотоплива из сырья или производного указанного сырья.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения биотопливо может быть получено из сырья или производного указанного сырья, такого как масличные семена, воздействием на масличные семена механической обработки, такой как прессование с применением или без применения органического растворителя (например, гексана). Биотопливо может быть экстрагировано механически масличным прессом или экспеллером. Прессы изменяются от малых моделей с ручным приводом, которые может создать индивид, до промышленных прессов с механическим приводом. Экспеллеры имеют вращающийся винт в горизонтальном цилиндре, который с одного конца закрыт крышкой. Винт с силой нагнетает семена или орехи через цилиндр, постепенно увеличивая давление. Биотопливо покидает цилиндр через малые отверстия или щели, а прессованная масса выходит через конец цилиндра, когда снимают крышку. Температура и давление могут быть отрегулированы для различных типов сырья. Подготовка сырья может включать удаление шелухи и семенных оболочек с семян и отделение семян от соломы.

Экстракция

Биотоплива, естественным образом встречающиеся в сырье или производном указанного сырья, могут быть получены воздействием на сырье или производное указанного сырья экстракционного способа. Такой экстракционный способ может предпочтительно представлять собой способ водной экстракции, где биотопливо будет образовывать собственную жидкую фазу, поскольку оно в большинстве случаев не будет смешиваться с водой. Альтернативно, экстракционный способ может быть осуществлен с использованием органических растворителей. Впоследствии оставшаяся твердая фаза, полученная по экстракционному способу, может быть подвергнута прессованию и/или ферментации, чтобы получить дополнительное биотопливо из сырья или производного указанного сырья.

Когда биотопливо высвобождается из сырья или производного указанного сырья, такого как масличное семя, способом водной экстракции, можно избежать стадии механического прессования и возможного использования органических растворителей (таких как гексан). Методика водной экстракции может включать применение ферментов для того, чтобы увеличить выход экстракции биотоплива и/или выход экстракции белкового продукта. Биотопливо может быть отделено от водного экстракта, например, флотацией, декантацией или центрифугированием. В случае водной экстракции биотоплива, белок и биотопливо могут быть экстрагированы из твердых материалов одновременно или последовательно. Масло может быть отделено от водного экстракта до или после того, как белок адсорбирован и очищен от экстракта.

Ферментация

Биотоплива могут быть получены, высвобождены или синтетически получены воздействием на сырье или производное указанного сырья ферментативного способа, дающего ферментированный материал, включающий биотопливо.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения ферментативный способ выбран из группы, включающей спиртовое брожение (такое как метанольное брожение, этанольное брожение, пропанольное брожение или бутанольное брожение), метановое брожение и водородное брожение.

Чтобы осуществить ферментативный способ по настоящему изобретению, ферментация может быть проведена одним или более микроорганизмами, выбранными из группы, состоящей из дрожжей, бактерий и водорослей.

Предпочтительно, один или более микроорганизмов могут представлять собой продуцирующие метан бактерии. Продуцирующие метан бактерии могут быть выбраны из группы, состоящей из видов Methanobacterium, Methanobrevibacter, Methanothermus, Methanococcus, Methanomicrobium, Methanogenium, Methanospirillum, Methanoplanus, Methanosphaera, Methanosarcina, Methanolobus, Methanoculleus, Methanothrix, Methanosaeta, Methanopyrus и Methanocorpusculum.

Более того, один или более микроорганизмов могут быть выбраны из группы, состоящей из Saccharomyces cerevisiae, Pichia spp., Thermoanaerobacter spp и Zymomonas spp.

Ферментативный способ по настоящему изобретению дает ферментационный бульон, включающий биотопливо, и ферментационный бульон может включать биотопливо в количестве по меньшей мере 2% (мас./мас.), как например по меньшей мере 4% (мас./мас.), например, по меньшей мере 6% (мас./мас.), как например по меньшей мере 8% (мас./мас.), например, по меньшей мере 10% (мас./мас.).

Биотопливо, полученное по настоящему изобретению, предпочтительно, прессованием, экстракцией, ферментацией или их сочетанием, может быть отделено от ферментированного материала способом выделения.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ выделения может быть выбран из группы, состоящей из испарения, экстракции, дистилляции, центрифугирования, декантации и любого их сочетания.

Углеводсодержащее сырье, необязательно подвергнутое различным предварительным обработкам, может быть подвергнуто ферментации с использованием, например, дрожжевого штамма, продуцирующего этанол. После ферментации этанол может быть выделен из ферментационного бульона, например, испарением/дистилляцией.

Белок, полученный при ферментации, может быть выделен на нескольких различных стадиях способа:

i) Если сырье включает белок, он может быть очищен способом адсорбции в подходящий момент до инициирования ферментации.

ii) Альтернативно, белок может быть очищен от ферментационного бульона после ферментации и до или после отделения биотоплива. После ферментации ферментационный бульон будет включать белки и пептиды, происходящие из сырья, и белки, происходящие из дрожжей, которые культивировались в ферментативной среде. Необязательно, дрожжевые клетки могут быть разрушены, чтобы высвободить больше белков в ферментационный бульон, подлежащий очистке. Клетки могут быть разрушены механическим или химическим способом, включающим гомогенизацию под высоким давлением, механическое разрушение в шаровой мельнице, разрушение ультразвуком и аутолиз (ферменты и/или органические растворители могут быть включены в данную стадию).

iii) Альтернативно, белки могут быть очищены от дрожжевых клеток, которые сначала выделяют из массы ферментационного бульона. Дрожжевые клетки могут быть впоследствии разрушены, чтобы эффективно высвободить белок, как описано выше.

Вторичная обработка

В контексте настоящего изобретения термин “вторичная обработка” относится к обработке сырья или производного указанного сырья, которая ведет к получению суспензии, которая может быть использована в способе адсорбции, предпочтительно в способе адсорбции на взвешенном слое, где способ может быть использован для очистки белкового продукта.

Существуют различные способы, подходящие для вторичной обработки сырья или производного указанного сырья для получения сырья в виде суспензии. Предпочтительно, вторичная обработка выбрана из группы, состоящей из экстракции, солюбилизации, измельчения, помола, рубки, выжимки, нарезки слоями, обдирания, прессования, раздавливания, нарезки щепками, суспендирования и сепарации или любого их сочетания.

Предпочтительно, сырье или производное указанного сырья может быть суспендировано в водном растворе, давая водную суспензию материалов.

Предпочтительно, первичная обработка и/или вторичная обработка может давать твердую и по меньшей мере одну жидкую фазу.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения биотопливо и/или белковый продукт может быть выделен из/очищен от твердой фазы или производного твердой фазы.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения биотопливо и/или белковый продукт может быть выделен из/очищен от жидкой фазы или производного жидкой фазы.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения твердую фазу, полученную в результате выделения высвобожденного биотоплива на стадии (ii), суспендируют в водной фазе до воздействия на нее вторичной обработки и/или до проведения ее обработки способом адсорбции, предпочтительно способом адсорбции на взвешенном слое, с получением очищенного белкового продукта.

В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения вторичная обработка может включать экстракцию белкового продукта из твердого материала, остающегося после отделения биотоплива. Твердый материал может быть разрушен любым механическим способом и добавленной водой или водным буфером, чтобы солюбилизировать белки твердого материала. Экстракция может быть проведена при изменяющихся температуре, pH и концентрациях солей и в течение изменяющихся отрезков времени, чтобы обеспечить наивысший выход растворимого белка. Также могут быть добавлены ферменты, чтобы увеличить выход экстракции белка.

Белковые продукты, полученные способом адсорбции (элюированные с адсорбента), могут быть подвергнуты необязательной стадии ультрафильтрации, чтобы сконцентрировать белки. Предпочтительно, фильтрат со стадии ультрафильтрации может быть возвращен назад для обработки дополнительных твердых материалов, чтобы минимизировать потребление воды.

Способ адсорбции

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения белковый продукт может быть очищен способом адсорбции. Поскольку необходимо дать способ очистки белкового продукта, который является быстрым, специфичным для того, чтобы ограничить содержание примесей в белковом продукте, предпочтительно, способ адсорбции может представлять собой способ адсорбции на взвешенном слое или способ адсорбции в псевдоожиженном слое, периодическую адсорбцию, адсорбцию на суспендированном слое и адсорбцию на мембранной основе. Наиболее предпочтительно, способ адсорбции может представлять собой адсорбцию на взвешенном слое.

Среди различных технологий промышленного хроматографического разделения, разработанных в последние годы, адсорбция на взвешенном слое (EBA) успешно внедрена в определенных областях биотехнологической промышленности. EBA представляет собой тип адсорбции в псевдоожиженном слое, где уровень обратного смешения поддерживают минимальным. По сравнению с другими технологиями хроматографического разделения, EBA предлагает значительное преимущество, поскольку она может быть применена непосредственно к неочищенному питающему материалу.

При EBA слою адсорбента позволяют расшириться внутри хроматографической колонны, когда подводят поток жидкости. Расширение слоя часто проводят в колонне, имеющей установленную на каждом из ее концов сетчатую структуру, покрывающую площадь поперечного сечения колонны, или некоторые другие перфорированные устройства, которые не будут создавать турбулентность в потоке. Смотри, например, WO-A-9218237 (Amersham Pharmacia Biotech AB, Швеция). Тот же эффект также наблюдался в системе, использующей перемешиваемый входящий поток, WO-A-9200799 (UpFront Chromatography A/S). Кроме того, вероятно, подойдут и другие дистрибьюторы.

В состоянии расширенного слоя расстояния между частицами адсорбента обеспечивают свободное прохождение примесей в форме частиц, присутствующих в питающем потоке. Напротив, традиционные уплотненные слои работают как объемные фильтры, которые могут забиваться, что приводит к повышенному противодавлению, если только питающий материал тщательно не очищен. Поскольку в EBA-колонне не создается значительное давление, можно применять EBA без ограничений в размере и скорости потока, обычно имеющихся в случае колонн с уплотненным слоем.

Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения способ адсорбции не включает уплотненного слоя.

Способ EBA может быть охарактеризован весьма ограниченным обратным смешением жидкости внутри колонны в противоположность хорошо известным турбулентным псевдоожиженным слоям. Обратное смешение в слое часто измеряется как осевая дисперсия (“дисперсионное число сосуда”), смотри Levenspiel, “Chemical Reaction Engineering” 2^nd Edition, John Wiley & Sons (1972).

Перед проведением обработки суспензии материалов способом адсорбции, способ может дополнительно включать стадию регулирования pH до проведения обработки суспензии материалов способом адсорбции на взвешенном слое с получением очищенного белкового продукта.

Очистка может быть эффективно проведена подачей суспензии материалов в колонну адсорбента при скорости линейного потока по меньшей мере 3 см/мин, как например по меньшей мере 5 см/мин, например, по меньшей мере 8 см/мин, как например 10 см/мин, например, 20 см/мин. Типично, скорость потока выбрана в диапазоне 5-50 см/мин, как например в диапазоне 5-15 см/мин, например, в диапазоне 10-30 см/мин, как например в диапазоне 25-50 см/мин.

Когда суспензия материалов введена в колонну адсорбента, соотношение между частицами адсорбента, присутствующими в колонне, и суспензией материалов может быть оптимизировано, чтобы сохранить высокую емкость колонны адсорбента и получить высокую чистоту белкового продукта, подлежащего очистке. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения адсорбент, присутствующий в колонне, взят относительно содержащей белок смеси, подлежащей загрузке на колонну, так что их соотношение составляет по меньшей мере 1:1000, как например по меньшей мере 1:800, например по меньшей мере 1:600, как например по меньшей мере 1:400, например по меньшей мере 1:300, как например по меньшей мере 1:200, например по меньшей мере 1:100, как например по меньшей мере 1:50, например по меньшей мере 1:30, как например по меньшей мере 1:15, например 1:10, как например 1:5 в расчете на объем/объем.

Для получения очищенного белкового продукта элюирование может быть проведено любым способом, описанным как общепринятый и известным из уровня техники.

В альтернативном и весьма подходящем варианте осуществления настоящего изобретения элюирование адсорбированного белкового продукта может быть проведено раствором, типично выбранным из группы, состоящей из разбавленного основания, разбавленной кислоты и воды. В варианте осуществления, где стадию элюирования или промывки проводят таким раствором, раствор является разбавленным, чтобы минимизировать количество соли и других нежелательных веществ, присутствующих в элюированном продукте.

Предпочтительно, разбавленная кислота или разбавленное основание, использованная(ое) для элюирования биомолекулярного вещества, имеет концентрацию солей менее 50 мМ, предпочтительно, менее 30 мМ, еще более предпочтительно, менее 20 мМ. Определение концентрации солей проводят непосредственно для фракции элюата, содержащей белок или белки, подлежащие выделению, без дополнительного разбавления фракции элюата. В общем, подходят дешевые и нетоксичные кислоты и основания. Особенно предпочтительными основаниями являются гидроксид натрия (NaOH), гидроксид калия (KOH), гидроксид кальция (Ca(OH)₂), гидроксид аммония (NH₄OH).

В одном варианте осуществления настоящего изобретения элюирование может быть проведено с использованием элюента, включающего менее 5% (об./об.) органических растворителей, как например менее 3% (об./об.) органического растворителя, например менее 1% (об./об.) органического растворителя, как например 0% (об./об.) органического растворителя.

Адсорбент

Способ адсорбции по настоящему изобретению включает адсорбент.

В настоящем контексте термин “адсорбент” относится ко всему слою, присутствующему в колонне адсорбента, а термин “частица адсорбента” использован взаимозаменяемо с термином “частица” и относится к индивидуальным единичным частицам, которые составляют адсорбент.

Скорость потока, размер частиц и плотность частиц, все, могут влиять на расширение жидкого слоя, и важно контролировать степень расширения таким образом, чтобы удерживать частицы внутри колонны. Степень расширения может быть определена как H/H0, где H0 представляет собой высоту слоя в состоянии набитого слоя, а H представляет собой высоту слоя в расширенном состоянии. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения степень расширения H/H0 находится в диапазоне 1,0-20, таком как 1,0-10, например 1,0-6, таком как 1,2-5, например 1,5-4, таком как 4-6, таком как 3-5, например 3-4, таком как 4-6. В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения степень расширения H/H0 составляет по меньшей мере 1,0, как например по меньшей мере 1,5, например по меньшей мере 2, как например по меньшей мере 2,5, например по меньшей мере 3, как например по меньшей мере 3,5, например по меньшей мере 4, как например по меньшей мере 4,5, например по меньшей мере 5, как например по меньшей мере 5,5, например по меньшей мере 6, как например по меньшей мере 10, например по меньшей мере 20.

Плотность частицы адсорбента может составлять по меньшей мере 1,3 г/мл, более предпочтительно, по меньшей мере 1,5 г/мл, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,8 г/мл, еще более предпочтительно, по меньшей мере 2,0 г/мл, более предпочтительно, по меньшей мере 2,3 г/мл, еще более предпочтительно по меньшей мере 2,5 г/мл, наиболее предпочтительно, по меньшей мере 2,8 г/мл, чтобы обеспечить высокую продуктивность способа.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения частица адсорбента имеет усредненный по частицам размер не более 150 мкм, конкретнее, не более 120 мкм, более конкретно, не более 100 мкм, еще более конкретно, не более 90 мкм, еще более конкретно, не более 80 мкм, еще более конкретно, не более 70 мкм. Типично, частица адсорбента имеет усредненный по частицам размер в диапазоне 40-150 мкм, такой как 40-120 мкм, например 40-100, такой как 40-75, например 40-50 мкм.

В сочетании предпочтительных вариантов осуществления, где средний диаметр частиц составляет 150 мкм или менее, плотность частиц составляет по меньшей мере 1,5 г/мл, как например по меньшей мере 1,8 г/мл. Когда средний размер частиц составляет 120 мкм или менее, плотность частиц составляет по меньшей мере 1,6 г/мл, более предпочтительно, по меньшей мере 1,9 г/мл. Когда средний диаметр частиц составляет менее 90 мкм, плотность должна составлять по меньшей мере 1,8 г/мл или, более предпочтительно, по меньшей мере 2,0 г/мл. Когда средний диаметр частиц составляет менее 75 мкм, плотность должна составлять по меньшей мере 2,0 г/мл, более предпочтительно, по меньшей мере 2,3 г/мл, более предпочтительно, по меньшей мере 2,5 г/мл и, наиболее предпочтительно, по меньшей мере 2,8 г/мл.

Высокая плотность частицы адсорбента в большой степени достигается включением определенной доли плотного непористого материала ядра, предпочтительно имеющего плотность по меньшей мере 4,0 г/мл, как например по меньшей мере 5,0 г/мл. Типично, непористый материал ядра имеет плотность в диапазоне примерно 4,0-25 г/мл, как например примерно 4,0-20 г/мл, например примерно 4,0-15 г/мл, как например 12-19 г/мл, например 14-18 г/мл, как например примерно 6,0-15,0 г/мл, например примерно 6,0-10 г/мл.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения адсорбент включает частицу, имеющую функционализированный матричный полимер, несущий множество ковалентно прикрепленных функциональных групп, включающих ароматическую или гетероароматическую циклическую систему и/или одну или более кислотных групп.

Предпочтительно, функциональные группы, включающие ароматическую или гетероароматическую циклическую систему и/или одну или более кислых групп, имеют молекулярную массу не более 500 Дальтон.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения функциональные группы, включающие ароматическую или гетероароматическую циклическую систему и/или одну или более кислых групп, образуют лиганд или часть лиганда