CN109569300A - 一种发酵液分离纯化的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发酵液分离纯化的系统和方法，包括:碟片离心机、高压均质机、中空纤维超滤装置、缓冲液罐、重悬罐、第一均质罐、第二均质罐和储液袋。所述的发酵液分离纯化的系统，提供一种工程菌高密度发酵液离心—菌体破碎—破菌液超滤的装置，用于胞内表达的可溶性蛋白、包涵体以及胞外分泌表达的重组蛋白的后处理过程，并且可以兼顾管路清洗。

Description

一种发酵液分离纯化的系统和方法

技术领域

本发明涉及生物制药工程技术领域领域，具体而言，涉及一种发酵液分离纯化的系统和方法。

背景技术

生物药是制药行业近年来发展最快的子行业之一，从过去几年全球药物销售排行榜中可以看出，销量前10的药物中，生物药的比例逐年上升。2017年，7种为生物大分子药，充分展现了市场对于生物药的认可。当前已上市生物药物主要为基因工程菌表达的重组蛋白、细胞因子以及哺乳动物细胞表达的单克隆抗体等。

目前，重组蛋白生产工艺中，发酵液固液分离以及破菌液的后处理为相对独立的单元操作，各设备单独设置控制系统，造成生产线结构复杂，不利于自动化生产以及在线清洗。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种发酵液分离纯化的系统，所述的发酵液分离纯化的系统，提供一种工程菌高密度发酵液离心—菌体破碎—破菌液超滤的装置，用于胞内表达的可溶性蛋白、包涵体以及胞外分泌表达的重组蛋白的后处理过程，并且可以兼顾管路清洗。

本发明的第二目的在于提供一种使用所述发酵液分离纯化的系统的工程菌高密度发酵液离心—菌体破碎—破菌液超滤集一体的方法。

一种发酵液分离纯化的系统，包括:碟片离心机、高压均质机、中空纤维超滤装置、缓冲液罐、重悬罐、第一均质罐、第二均质罐和储液袋；

所述碟片式离心机上设置有进料管路、上清液管路和渣相管路，所述进料管路与发酵液罐底放料管路相连，所述上清液管路与排污管路连接，所述渣相管路与所述重悬罐相连接；

所述重悬罐的出料管与所述第一均质罐的进料管相连接；

所述重悬罐的出料管与所述第二均质罐的进料管相连接；

所述第一均质罐相连接和所述第二均质罐均与均质机相连接；

所述第一均质罐相连接和所述第二均质罐的出料管均与所述中空纤维超滤装置的进料管相连接；

所述中空纤维超滤装置的出料管与所述储液袋相连；

所述缓冲液罐与所述碟片离心机、所述重悬罐、所述第一均质罐、所述第二均质罐、所述中空纤维超滤装置相连接。

优选的，所述均质机出料管路上设置毛细管换热器。

优选的，所述重悬罐设置有出料阀门。

优选的，所述第一均质罐和所述第二均质罐均与装有清洗缓冲液的清洗液罐连接，更优选的，所述清洗液罐与所述第一均质罐、所述第二均质罐之间设置有蠕动泵。

优选的，所述均质机的进口和出口之间设置跨接管路。

一种发酵液离心分离菌体的方法，使用所述的发酵液分离纯化的系统，包括以下步骤：

(1)由缓冲液储罐输送一定量缓冲液对管路、重悬罐和碟片离心机进行冲洗；

(2)发酵终止后，发酵罐升压，罐底阀门和放料管道阀门打开，然后物料输送出发酵系统边界；

(3)由碟片离心机实现发酵液的分离，离心后的澄清液管路和渣相管路由碟片离心机输送至目的管路或容器；

(4)碟片离心机上清液管路连接排污管路，在该管路上需预留接口，用于清液收集；碟片离心机排渣管路连接至重悬罐，当排渣泵工作时，连接重悬罐的阀门自动打开，用于物料接收，重悬罐执行菌体重悬工艺，并收集菌体。

优选的，在步骤(2)中，所述升压至0.15-0.20Mpa。

一种发酵液破菌和超滤的方法，使用所述的发酵液分离纯化的系统，包括以下步骤：

(1)通过压力将部分缓冲液从缓冲液罐中输送至均质罐和重悬罐，用于冲洗罐壁、管路、均质机和中空纤维超滤装置；

(2)来自碟片离心机或固体投料口的菌体与来自缓冲液罐的破菌缓冲液经充分剪切搅拌后，通过重悬罐下部设置的出料泵输送至均质罐中；

(3)来自缓冲液罐的破菌缓冲液由上部进入均质罐，启动均质罐底部的出料泵和均质机开始均质，当第一均质罐物料即将走空时，自动切换至第二均质罐进料或进行自循环，防止空气进入均质机中，损坏均质阀；均质机出料管路上设置毛细管换热器，利用冷却水对破菌后料液进行降温，换热器进液管路设置自动阀门，用于温度的调节；

(4)均质结束后会向无物料的均质罐中输送的缓冲液，用于冲洗罐壁、管路和均质机，冲洗后的物料至含有物料的罐中；冲洗后，启动中空纤维澄清程序，物料经浓缩和洗滤两部后透过至储液袋中，洗滤用的缓冲液来自缓冲液储罐。

优选的，在步骤(3)中，所述冷水的温度为-9～-5℃，优选为-7℃。

一种收集包涵体的方法，使用所述的发酵液分离纯化的系统，包括以下步骤：

(1)通过压力将部分缓冲液从缓冲液罐中输送至均质罐和重悬罐，用于冲洗罐壁、管路、均质机和碟片离心机；

(2)来自离心机或固体投料口的菌体与来自缓冲液罐的破菌缓冲液经充分剪切搅拌后，通过重悬罐下部设置的出料泵输送至均质罐中；

(3)来自缓冲液罐的破菌缓冲液由上部进入均质罐，启动均质罐底部的出料泵和均质机开始均质，设定生产过程的流量和均质压力，当第一均质罐物料即将走空时，自动切换至第二均质罐进料或进行自循环，防止空气进入均质机中，损坏均质阀；均质机出料管路上设置毛细管换热器，利用冷却水对破菌后料液进行降温，换热器进液管路设置自动阀门，用于温度的调节；

(4)均质结束后向无物料的均质罐中输送一定量的缓冲液，用于冲洗罐壁、管路和均质机，冲洗后的物料至含有物料的罐中；冲洗结束后，开启碟片离心机、均质罐罐底阀、送料泵和碟片离心机进料阀，对均质后的物料进行分离，离心得到的包涵体经排渣泵输送至重悬罐中，用蠕动泵从客户自行配备的储液桶中输送一定量的清洗缓冲液至重悬罐中，经充分搅拌后输送至均质罐中；

(5)重复步骤(4)2次，然后用蠕动泵向均质罐中加入相同的清洗缓冲液，用于离心机和管路的冲洗，重悬罐最低点设置收集阀门，用于清洗后包涵体的收集。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)所述的发酵液分离纯化的系统，提供一种工程菌高密度发酵液离心—菌体破碎—破菌液超滤的装置，用于胞内表达的可溶性蛋白、包涵体以及胞外分泌表达的重组蛋白的后处理过程，并且可以兼顾管路清洗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的装置的结构示意图。

附图标记：

1-第一均质罐； 2-第二均质罐； 3-中空纤维超滤装置；

4-重悬罐； 5-缓冲液罐； 6-高压均质机；

7-碟片离心机； 8-发酵液； 9-储液袋1；

10-储液袋2； 11-储液袋3。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种发酵液分离纯化的系统，包括:碟片离心机7、高压均质机6、中空纤维超滤装置3、缓冲液罐5、重悬罐、第一均质罐1、第二均质罐2和储液袋；

所述碟片式离心机上设置有进料管路、上清液管路和渣相管路，所述进料管路与发酵液罐底放料管路相连，所述上清液管路与排污管路连接，所述渣相管路与所述重悬罐相连接；

所述重悬罐的出料管与所述第一均质罐1的进料管相连接；

所述重悬罐的出料管与所述第二均质罐2的进料管相连接；

所述第一均质罐1相连接和所述第二均质罐2均与均质机相连接；

所述第一均质罐1相连接和所述第二均质罐2的出料管均与所述中空纤维超滤装置3的进料管相连接；

所述中空纤维超滤装置3的出料管与所述储液袋相连；

所述缓冲液罐5与所述碟片离心机7、所述重悬罐、所述第一均质罐1、所述第二均质罐2、所述中空纤维超滤装置3相连接。

优选的，所述均质机出料管路上设置毛细管换热器。

优选的，所述重悬罐设置有出料阀门。

优选的，所述第一均质罐1和所述第二均质罐2均与装有清洗缓冲液的清洗液罐连接，更优选的，所述清洗液罐与所述第一均质罐1、所述第二均质罐2之间设置有蠕动泵。

优选的，所述均质机的进口和出口之间设置跨接管路。

一种发酵液离心分离菌体的方法，使用所述的发酵液分离纯化的系统，包括以下步骤：

(1)由缓冲液储罐输送一定量缓冲液对管路、重悬罐和碟片离心机7进行冲洗；

(2)发酵终止后，发酵罐升压，罐底阀门和放料管道阀门打开，然后物料输送出发酵系统边界；

(3)由碟片离心机7实现发酵液的分离，离心后的澄清液管路和渣相管路由碟片离心机7输送至目的管路或容器；

(4)碟片离心机7上清液管路连接排污管路，在该管路上需预留接口，用于清液收集；碟片离心机7排渣管路连接至重悬罐，当排渣泵工作时，连接重悬罐的阀门自动打开，用于物料接收，重悬罐执行菌体重悬工艺，并收集菌体。

优选的，在步骤(2)中，所述升压至0.15-0.20Mpa。

一种发酵液破菌和超滤的方法，使用所述的发酵液分离纯化的系统，包括以下步骤：

(1)通过压力将部分缓冲液从缓冲液罐5中输送至均质罐和重悬罐，用于冲洗罐壁、管路、均质机和中空纤维超滤装置3；

(2)来自碟片离心机7或固体投料口的菌体与来自缓冲液罐5的破菌缓冲液经充分剪切搅拌后，通过重悬罐下部设置的出料泵输送至均质罐中；

(3)来自缓冲液罐5的破菌缓冲液由上部进入均质罐，启动均质罐底部的出料泵和均质机开始均质，当第一均质罐1物料即将走空时，自动切换至第二均质罐2进料或进行自循环，防止空气进入均质机中，损坏均质阀；均质机出料管路上设置毛细管换热器，利用冷却水对破菌后料液进行降温，换热器进液管路设置自动阀门，用于温度的调节；

(4)均质结束后会向无物料的均质罐中输送的缓冲液，用于冲洗罐壁、管路和均质机，冲洗后的物料至含有物料的罐中；冲洗后，启动中空纤维澄清程序，物料经浓缩和洗滤两部后透过至储液袋中，洗滤用的缓冲液来自缓冲液储罐。

优选的，在步骤(3)中，所述冷水的温度为-9～-5℃，优选为-7℃。

一种收集包涵体的方法，使用所述的发酵液分离纯化的系统，包括以下步骤：

(1)通过压力将部分缓冲液从缓冲液罐5中输送至均质罐和重悬罐，用于冲洗罐壁、管路、均质机和碟片离心机7；

(2)来自离心机或固体投料口的菌体与来自缓冲液罐5的破菌缓冲液经充分剪切搅拌后，通过重悬罐下部设置的出料泵输送至均质罐中；

(3)来自缓冲液罐5的破菌缓冲液由上部进入均质罐，启动均质罐底部的出料泵和均质机开始均质，设定生产过程的流量和均质压力，当第一均质罐1物料即将走空时，自动切换至第二均质罐2进料或进行自循环，防止空气进入均质机中，损坏均质阀；均质机出料管路上设置毛细管换热器，利用冷却水对破菌后料液进行降温，换热器进液管路设置自动阀门，用于温度的调节；

(4)均质结束后向无物料的均质罐中输送一定量的缓冲液，用于冲洗罐壁、管路和均质机，冲洗后的物料至含有物料的罐中；冲洗结束后，开启碟片离心机7、均质罐罐底阀、送料泵和碟片离心机7进料阀，对均质后的物料进行分离，离心得到的包涵体经排渣泵输送至重悬罐中，用蠕动泵从客户自行配备的储液桶中输送一定量的清洗缓冲液至重悬罐中，经充分搅拌后输送至均质罐中；

(5)重复步骤(4)2次，然后用蠕动泵向均质罐中加入相同的清洗缓冲液，用于离心机和管路的冲洗，重悬罐最低点设置收集阀门，用于清洗后包涵体的收集。

实施例1(离心收集菌体)

(1)发酵结束后，发酵罐升压至0.05-0.2Mpa。启动离心程序，设定离心机转速9000rpm。配制离心和破菌缓冲液，并于缓冲液罐5中定容。

(2)依次开启发酵罐放料阀门、离心机进料阀门、离心机排渣阀门，开始离心，离心所得菌体通过离心机排渣阀门接收至储液袋中保存。

实施例2(离心后直接破菌)

(1)发酵结束后，发酵罐升压至0.05-0.2Mpa。启动离心程序，设定离心机转速9000rpm。配制离心和破菌缓冲液，并于缓冲液罐5中定容。

(2)依次开启发酵罐放料阀门、离心机进料阀门、离心机排渣阀门、重悬罐4进料阀门，开始离心，离心所得菌体通进入重悬罐4中。设定重悬罐4搅拌转速100-400rpm，剪切机转速1000-4000rpm，将菌体充分混悬。

(3)启动重悬罐4物料输送泵，将物料输送至第一或第二均质罐2中，均质罐搅拌转速100-400rpm。

(4)设定均质压力700-900bar，均质温度10-30℃。开启均质罐底部出料阀门和物料输送泵，启动均质机，开始均质。如第一均质罐1中的物料破菌至第二均质罐2中，则第二次破菌料液走向为第二均质罐2至第一均质罐1。重复以步骤(4)1-3次。

实施例3(离心冻存后的菌体再破菌)

(1)将实施例1所保存的菌体，通过重悬罐4投料口进入罐中，缓冲液罐5输送缓冲液至重悬罐4。设定重悬罐4搅拌转速100-400rpm，剪切机转速1000-4000rpm，将菌体充分混悬。

(2)启动重悬罐4物料输送泵，将物料输送至第一或第二均质罐2中，均质罐搅拌转速100-400rpm。

(3)设定均质压力700-900bar，均质温度10-30℃。开启均质罐底部出料阀门和物料输送泵，启动均质机，开始均质。如第一均质罐1中的物料破菌至第二均质罐2中，则第二次破菌料液走向为第二均质罐2至第一均质罐1。重复以步骤(3)1-3次。

实施例4(中空纤维超滤)

(1)如实施例2和实施例3，均质破菌结束后，开始进行中空纤维超滤。设定第二均质罐2循环液位10-40cm，浓缩倍数2-4倍，洗虑倍数3-6倍，开始超滤。

(2)超滤出料和回流端为第二均质罐2，开始循环。透过液通过储液袋接收并存储。超滤结束后，依次清洗各罐和设备。

实施例5(包涵体收集)

(1)如实施例2和实施例3，均质破菌结束后，进行包涵体收集工艺。设定离心机离心转速7000-9500rpm，排渣时间2-10min。

(2)依次开启第一或第二均质罐2出料阀、物料输送泵、离心机进料阀、和重悬罐4进料阀，开始离心。

(3)离心结束后，通过蠕动泵将包涵体清洗液输送至重悬罐4中，设定重悬罐4搅拌转速100-400rpm，剪切机转速1000-2000rpm，将包涵体充分混悬。

(4)开启重悬罐4底部出料阀、物料输送泵和第一均质罐1进料阀，将重悬罐4中的物料输送至均质罐中，重复步骤(2)和(3)1-3次，进行包涵体收集和洗涤。

(5)开启重悬罐4底部单独设置的放料阀，将清洗后的包涵体收集至储液袋中存储。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

Claims (10)

1.一种发酵液分离纯化的系统，其特征在于，包括:碟片离心机、高压均质机、中空纤维超滤装置、缓冲液罐、重悬罐、第一均质罐、第二均质罐和储液袋；

所述碟片式离心机上设置有进料管路、上清液管路和渣相管路，所述进料管路与发酵液罐底放料管路相连，所述上清液管路与排污管路连接，所述渣相管路与所述重悬罐相连接；

所述重悬罐的出料管与所述第一均质罐的进料管相连接；

所述重悬罐的出料管与所述第二均质罐的进料管相连接；

所述第一均质罐相连接和所述第二均质罐均与均质机相连接；

所述第一均质罐相连接和所述第二均质罐的出料管均与所述中空纤维超滤装置的进料管相连接；

所述中空纤维超滤装置的出料管与所述储液袋相连；

所述缓冲液罐与所述碟片离心机、所述重悬罐、所述第一均质罐、所述第二均质罐、所述中空纤维超滤装置相连接。

2.根据权利要求1所述的发酵液分离纯化的系统，其特征在于，所述均质机出料管路上设置毛细管换热器。

3.根据权利要求1所述的发酵液分离纯化的系统，其特征在于，所述重悬罐设置有出料阀门。

4.根据权利要求1所述的发酵液分离纯化的系统，其特征在于，所述第一均质罐和所述第二均质罐均与装有清洗缓冲液的清洗液罐连接，优选的，所述清洗液罐与所述第一均质罐、所述第二均质罐之间设置有蠕动泵。

5.根据权利要求1所述的发酵液分离纯化的系统，其特征在于，所述均质机的进口和出口之间设置跨接管路。

6.一种发酵液离心分离菌体的方法，使用如权利要求1-5任一项所述的发酵液分离纯化的系统，其特征在于，包括以下步骤：

(1)由缓冲液储罐输送一定量缓冲液对管路、重悬罐和碟片离心机进行冲洗；

(2)发酵终止后，发酵罐升压，罐底阀门和放料管道阀门打开，然后物料输送出发酵系统边界；

(3)由碟片离心机实现发酵液的分离，离心后的澄清液管路和渣相管路由碟片离心机输送至目的管路或容器；

(4)碟片离心机上清液管路连接排污管路，在该管路上需预留接口，用于清液收集；碟片离心机排渣管路连接至重悬罐，当排渣泵工作时，连接重悬罐的阀门自动打开，用于物料接收，重悬罐执行菌体重悬工艺，并收集菌体。

7.根据权利要求6所述的发酵液离心分离菌体的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述升压至0.15-0.20Mpa。

8.一种发酵液破菌和超滤的方法，使用如权利要求1-5任一项所述的发酵液分离纯化的系统，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过压力将部分缓冲液从缓冲液罐中输送至均质罐和重悬罐，用于冲洗罐壁、管路、均质机和中空纤维超滤装置；

(2)来自碟片离心机或固体投料口的菌体与来自缓冲液罐的破菌缓冲液经充分剪切搅拌后，通过重悬罐下部设置的出料泵输送至均质罐中；

(3)来自缓冲液罐的破菌缓冲液由上部进入均质罐，启动均质罐底部的出料泵和均质机开始均质，当第一均质罐物料即将走空时，自动切换至第二均质罐进料或进行自循环，防止空气进入均质机中，损坏均质阀；均质机出料管路上设置毛细管换热器，利用冷却水对破菌后料液进行降温，换热器进液管路设置自动阀门，用于温度的调节；

(4)均质结束后会向无物料的均质罐中输送的缓冲液，用于冲洗罐壁、管路和均质机，冲洗后的物料至含有物料的罐中；冲洗后，启动中空纤维澄清程序，物料经浓缩和洗滤两部后透过至储液袋中，洗滤用的缓冲液来自缓冲液储罐。

9.根据权利要求8所述的发酵液破菌和超滤的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述冷却水的温度为-9～-5℃，优选为-7℃。

10.一种收集包涵体的方法，使用如权利要求1-5任一项所述的发酵液分离纯化的系统，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过压力将部分缓冲液从缓冲液罐中输送至均质罐和重悬罐，用于冲洗罐壁、管路、均质机和碟片离心机；

(2)来自离心机或固体投料口的菌体与来自缓冲液罐的破菌缓冲液经充分剪切搅拌后，通过重悬罐下部设置的出料泵输送至均质罐中；

(3)来自缓冲液罐的破菌缓冲液由上部进入均质罐，启动均质罐底部的出料泵和均质机开始均质，设定生产过程的流量和均质压力，当第一均质罐物料即将走空时，自动切换至第二均质罐进料或进行自循环，防止空气进入均质机中，损坏均质阀；均质机出料管路上设置毛细管换热器，利用冷却水对破菌后料液进行降温，换热器进液管路设置自动阀门，用于温度的调节；

(4)均质结束后向无物料的均质罐中输送一定量的缓冲液，用于冲洗罐壁、管路和均质机，冲洗后的物料至含有物料的罐中；冲洗结束后，开启碟片离心机、均质罐罐底阀、送料泵和碟片离心机进料阀，对均质后的物料进行分离，离心得到的包涵体经排渣泵输送至重悬罐中，用蠕动泵从客户自行配备的储液桶中输送一定量的清洗缓冲液至重悬罐中，经充分搅拌后输送至均质罐中；

(5)重复步骤(4)2次，然后用蠕动泵向均质罐中加入相同的清洗缓冲液，用于离心机和管路的冲洗，重悬罐最低点设置收集阀门，用于清洗后包涵体的收集。