CN112236206B - 用模拟移动床进行的分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在无需在EBA柱的出口处的泵的情况下以EBA‑SMB操作模式从液体进料混合物中分离一种或多种组分的方法。本发明还涉及具有膨胀床吸附柱的模拟移动床分离装置，其可以在根据本发明的方法中使用。

Description

用模拟移动床进行的分离方法
技术领域
本发明涉及在使用膨胀床吸附柱的模拟移动床装置中从混合物中分离至少一种组分的方法。本发明还涉及具有膨胀床吸附柱的模拟移动床分离装置。
背景技术
模拟移动床(SMB)装置已在Chin等人(2004)的综述论文(Chin CY和Wang N-H.L.(2004)《模拟移动床设备设计(Simulated Moving Bed Equipment Designs)》，在《分离和纯化综述(Separation and Purification Reviews)》，第33卷，第77-155页)中进行了描述。
在从混合物中分离组分时使用膨胀床柱已得到广泛研究，该研究强烈集中于生物大分子如蛋白质、肽、核酸和病毒颗粒的吸附/捕获纯化。实施EBA(膨胀床吸附)的一些主要动机包括：(1)在在基于细胞培养的料流和带有某些悬浮固体的料流的情况下减少预处理步骤，因为浑浊粘性料流可以流经EBA柱，而不会堵塞，且同时实现捕获目标分子；和(2)EBA柱的低或可忽略背压可以实现提高生产率的高流速。
EBA的原理和方法已经由Amersham Biosciences在《膨胀床吸附-原理和方法(Expanded Bed Adsorption-Principles and Methods)》(ISBN 18-1124-26)中和由Frej等人(2018)(K.A.-K.Frej和R.A.Hjorth(2018)，在《生物制药加工》(BiopharmaceuticalProcessing)中的“膨胀床吸附(Expanded Bed Adsorption)”，第13章，第269-277页(ISBN：978-0-08-100623-8)描述。
在来自Upfront的几项专利中已经描述由于EBA模式而在高流速下操作的优点，包括公开免疫球蛋白(一种特殊类型的蛋白质)纯化的WO98/08603，公开生物大分子(DNA、RNA、细菌、病毒)纯化的WO2004/082397，其描述在高流速和高温下纯化生物分子。
在专利文件EP 1994972中已经描述使用膨胀床柱在SMB装置中从混合物中分离有用成分的方法。特别地，此文件涉及从粗制农业和乳制品源(尤其是从土豆汁)中分离组分诸如蛋白质。
发明内容
根据本发明，使用带有膨胀床柱的SMB装置的分离过程的控制已被大大简化。特别地，可以操作过程，其中仅入口泵的存在就足以在SMB模式下稳定地操作EBA。
在迄今为止描述的EBA-SMB系统中，为了适当地控制柱中床的高度，需要在每个柱的入口和出口处的大量控制单元，例如包括形成出口控制单元的可移动接头、阀和泵的多个组件。出人意料地，发现该系统可以在减少形成控制单元的组件的情况下可靠地操作。特别地，发现系统可以在柱的出口端没有泵且没有可移动接头的情况下操作，并且在整个分离过程中仍可以保持稳定的流化床柱。
具体实施方式
根据一个特定的实施方式，本发明可以描述为在模拟移动床分离装置(“装置”)中从液体进料混合物比如含有悬浮固体的细胞悬浮液中分离至少一种组分的方法，其中分离产生产物出口料流且其中分离装置包括：
具有入口控制单元和出口控制单元的多个分离单元，通过该入口控制单元和出口控制单元，可以在每个分离单元中以向上流动建立混合物的液体流，从而为每个单元引入输入料流和输出料流；
其中分离单元的每个包括分离基质的膨胀床；
其中在多个步骤期间，可以保持通过多个分离单元的向上流动；和
其中分离单元的每个可涉及进料步骤、洗涤步骤、洗脱步骤、清洁步骤、平衡步骤或补偿步骤中的一个；
多个入流控制单元，每个入流控制单元包括至少一个泵和/或至少一个阀，该多个入流控制单元可连通地联接到所述多个分离单元中的每个；
多个出流控制单元，每个出流控制单元由至少一个阀组成，该出流控制单元可连通地联接到所述多个分离单元中的每个；
其中控制单元建立通过所述多个分离单元的液体流，并且
其中在分离单元的每个中的分离基质的膨胀床保持在预定液位。
根据另一特定实施方式，本发明涉及在模拟移动床分离装置中从液体进料混合物中分离至少一种组分的方法，
其中分离装置包括多个分离单元，每个分离单元具有固定的入口和固定的出口，在模拟移动床分离装置的操作期间，通过入口和出口可以在每个分离单元中以向上的方向建立液体流，从而为每个分离单元引入输入料流和输出料流；
其中多个分离单元的每个包括分离基质的膨胀床；
其中在分离单元的每个中，在分离基质床上方的空间完全充满液体，而在分离基质床上方没有气体空间；
其中所述多个分离单元的每个可连通地联接到至少一个入流控制单元和至少一个出流控制单元；
其中每个入流控制单元包括至少一个泵和至少一个阀；
其中每个出流控制单元包括至少一个阀，而没有泵；
其中液体进料混合物被顺序地进料到每个分离单元的入口；
其中分离单元的每个随后经受洗涤步骤、洗脱步骤、清洁步骤、平衡步骤或补偿步骤中的一个；和
其中收集含有至少一种组分的纯化产物出口料流。
在另一方面，本发明提供模拟移动床分离装置，
其中分离装置包括多个分离单元，每个分离单元具有固定的入口和固定的出口，在模拟移动床分离装置的操作期间，通过入口和出口可以在每个分离单元中以向上的方向建立液体流，从而为每个分离单元引入输入料流和输出料流；
其中多个分离单元的每个包括分离基质的膨胀床；
其中在分离单元的每个中，在分离基质床上方的空间完全充满液体，而在分离基质床上方没有气体空间；
其中所述多个分离单元的每个可连通地联接到至少一个入流控制单元和至少一个出流控制单元；
其中每个入流控制单元包括至少一个泵和至少一个阀；
其中每个出流控制单元包括至少一个阀，而没有泵；
除了使用术语“装置”之外，还可以使用术语“系统”或术语“设备”。
EP2139573教导为了调节通过EBA柱的流速，需要两个泵：一个在柱入口的上游，一个在柱出口的下游。
EBA柱采用出口泵的关键原因是为了保持膨胀床顶部的液位，如Upfront的专利US9220997B2中所解释的。该专利描述相比于膨胀床表面和上方的液位，根据可移动顶部接头的位置控制出口泵。此外，出口泵可以保持恒定的柱压力。在Avebe U.A.的EP1994972B1中描述的EBA-SMB概念的情况下，进一步实现此原理，其中EBA柱被设计有可移动的顶部接头。但是，Jin(2015)(Z.Jin(2015)，《制药工程(Pharmaceutical Engineering)》，一月/二月2015，1-12的《膨胀床吸附-柱和工艺设计的挑战与进展(Expanded bed adsorption-challenges and advances in column and process design)》)描述了仅具有入口泵的简单第三代EBA批处理系统设置。此设置简化了系统设计。
根据本发明的“分离单元”可以是任何色谱单元，尤其是膨胀床吸附单元。
分离单元可以包括一个柱或可以包括多个柱。当分离单元包括两个或更多个柱时，这些柱可以串联或并联操作。
根据本发明，每个分离单元完全充满液体，在分离单元的顶部没有空间。特别地，分离单元的每个柱完全充满液体，在其顶部没有含有空气或任何其他气体的空间。
根据本发明，EBA设计涉及固定的出口。这意指在每个分离单元(或如果分离单元包括一个以上的柱时，则在每个柱)上都没有可移动的顶部接头，并且出口流速可以由入口泵控制。根据本发明，每个分离单元(或如果分离单元包括一个以上的柱时，则每个柱)具有固定的入口。这意指在分离装置(或柱)的入口处也没有可移动的(底部)接头。因此，简化了EBA-SMB系统和自动化设计，而无需在每个出口增加泵。
当然，在根据本发明的方法中，可以通过以下来控制分离基质的床液位：监测分离基质床的顶部与分离单元(或柱)的顶部之间的距离并在距离偏离预设值时通过调节入口泵的速度来改变分离单元的液体流速。本领域技术人员将能够提供这种液位控制而无需过多实验。
EP1994972B1中描述的分离过程涉及多个EBA柱，每个EBA柱均与入流控制单元和出流控制单元联接。这些控制单元分别由泵和阀组成，以便控制通过相应柱的液体流量。此外，出流控制单元还含有可移动接头。
在柱的顶部使用可移动接头的缺点是可移动接头上方空间的结垢和污染风险以及设计和控制分离方法的复杂性。
根据本发明发现，当在每个EBA柱的出口处没有泵和可移动接头时，分离过程也可以可靠地执行。
如本文所用的“液体进料混合物”是指含有一种或多种待分离组分的液体介质。此“液体进料混合物”可以仅含有溶解的组分，或者可以在要分离的组分之外，还含有颗粒物质。含有颗粒物质的液体进料混合物可以是例如生物汤，诸如源自微生物或哺乳动物细胞的发酵肉汤或包含植物提取物的复杂生物料流，源自第一、第二和第三代生物燃料原料的提取物，或来自制药、生化、食品加工或乳业的生物料流，其粘度或浊度或密度高于水。
根据本发明的可以从液体进料混合物中分离的组分可以是例如小分子量组分，诸如氨基酸、糖、羧酸、有机酸、酯、酰胺、胺、腈、硝基-化合物、苯酚、醚、醛、酮、醇、脂质、烃、卤化物、类固醇、生物碱、小肽。
商业生产的肽涵盖诸如二肽和三肽。这些包括源自牛、山羊、绵羊、水牛和骆驼的乳制品水解产物的肽，并且包含环状二肽，衍生自酪蛋白的肽，衍生自乳清的肽，水解的酪蛋白，水解的乳清。商业生产的有机酸可包括乙酸、乳酸、柠檬酸、衣康酸、琥珀酸和丙酸。商业生产的糖包括单糖和二糖，诸如木糖、葡萄糖、果糖和蔗糖。这些糖也可以源自各种原料，诸如甜菜、甘蔗、土豆、草、木材或其他半纤维素原料。商业生产的醇包括丁醇、乙醇、丙醇、丁二醇和丙二醇。除此之外，该技术还适用于根据药理学在小分子术语下定义的高价值化合物。这些物品的实例是抗生素的前体，从植物苷类获得的生物碱，聚酮化合物和类固醇。
根据本发明的可以从液体进料混合物中分离的组分还可以是例如大分子，诸如生物大分子，例如多肽、蛋白质、诸如DNA和RNA的多核苷酸、多糖。
根据本发明的可以从液体进料混合物中分离的组分也可以是病毒颗粒，诸如病毒或病毒组分。
根据本发明，“从液体进料混合物中分离至少一种组分”可以涉及从进料混合物中分离一种组分，或者可以涉及从进料混合物中分馏出两种或更多种组分。
根据本发明的“模拟移动床分离装置”包括以串联方式和以闭环方式操作的多个基本吸附或分离区，所述区的每个在两个连续的用于进料或洗脱液或稀释的进料或再生液或洗涤液，或用于萃取液或萃余液的连续萃取的顺序注入点之间包括吸附剂，以及没有吸附剂的回路中的循环容量。模拟移动床在本文中进一步简称为SMB。
因此，可以通过依次将液体进料混合物进料至每个分离单元并在此进料步骤之后进行洗涤步骤、洗脱步骤、清洁步骤和任选的平衡步骤来建立至少一种组分的分离。在这些步骤中的任何一个之间，可以引入补偿步骤，以补偿由于关于改变工艺条件的床层控制引起的变化区域持续时间。补偿区域有助于在循环操作时保持恒定的循环时间，从而保持循环稳定状态。
通过示例的方式，我们在下面的描述中说明处理步骤。在执行本发明的方法的替代方式中，还可以包括一个或多个附加步骤，或者可以删除一个或多个步骤。
在进料步骤期间，EBA柱中的条件适合于结合分离单元中待分离的一种或多种组分。特别地，分离基质中的条件适合于结合分离单元中待分离的一种或多种组分。
在洗涤步骤中，可以将液体进料混合物中的任何污染物从分离单元中除去。
待分离的一种或多种组分可以在洗脱步骤中从分离单元上洗脱，其中施加条件，其解决特定组分与分离单元中分离基质的结合。
在随后的清洁步骤中，可以去除残留在分离单元中的污染物，而在平衡步骤中，分离单元准备接收下一批液体进料混合物。
在本发明的上下文中，“分离基质”意指与官能团连接的固体颗粒材料，其可以可逆地与本发明方法中待分离的组分结合。颗粒材料可以由有机或无机化合物制成。合适的无机材料例如是陶瓷、二氧化硅和玻璃珠。优选的无机材料是二氧化硅。合适的有机材料例如是琼脂糖、纤维素、葡聚糖、苯乙烯或使用二乙烯基苯作为交联剂的丙烯酸类单体。优选的有机材料是琼脂糖和苯乙烯二乙烯基苯基型基质。基质还可涉及有机和无机材料的组合，例如基于琼脂糖的基质与基于碳化钨的芯材。基质可以是多孔的，非多孔的或凝胶型的。
构成分离基质的颗粒材料的平均颗粒直径的下限可以优选为300μm，更优选为150μm，更优选为50μm，低至10μm。平均颗粒直径的上限可以为800μm，更优选为600μm，更优选为300μm。平均颗粒直径范围优选在50μm至800μm之间，更优选在20μm至400μm之间，甚至更优选在50μm至300μm之间。颗粒大小分布可以是同一柱中不同颗粒大小(其中<90％的相似大小的吸附剂珠)的不均匀分布，也可以是均匀分布，优选柱中>90％的相似颗粒大小，更优选>95％，更优选100％相似颗粒大小。本文中相似的颗粒大小意指与平均颗粒大小的偏差最大为+/-20％，更优选为与平均颗粒大小的最大偏差为+/-10％，更优选与平均颗粒大小的最大偏差为+/-1％。平均颗粒密度或比重需要高于进料流的平均颗粒密度或比重，并且可以在1.01g/ml至4.0g/ml之间变化，优选在1.05-2g/ml之间变化。
在本发明的上下文中，术语“膨胀床”意指通过引入向上流动的液体料流使吸附剂珠处于悬浮状态，这引起颗粒之间的液体空隙体积增加1.1至4倍，优选在1.1至2.5倍之间，更优选在1.1至2倍之间。
与上述颗粒材料连接的官能团可以是阳离子或阴离子基团，或混合的阳离子和阴离子基团，或疏水基团，或对要分离或纯化的特定实体具有亲和力的基团，或混合的阳离子和疏水基团，或混合的阴离子和疏水基团，或混合的亲和和离子交换基团，或混合的亲和和疏水性基团，或可引起色谱型分离的任何官能团或非官能团。
官能团可以永久地或可逆地连接至颗粒材料。优选地，官能团通过共价键永久连接，或通过静电或疏水或范德华相互作用或多种类型连接的组合半永久连接。
本领域技术人员将能够选择合适的分离基质，以从特定的液体进料混合物中分离和/或纯化所需的一种或多种组分。
在本发明的特定实施方式中，SMB装置包括多个入流检测器，其可以提供与装置内的化学或物理参数的检测相对应的输出信号。
根据本发明的“入流检测器”在实施方式中是检测器，其可以监测分离装置中的液体料流的化学或物理参数。
根据本发明的“化学或物理参数”可以例如是pH、电导率、吸光度、电磁波、超声和/或分离单元中分离基质的液位。
在图1所示的分离装置中，存在八个柱(项目编号116-123)，这些柱可以通过项目编号为67-106的输入阀以及通过可用于在分离单元内串联布置某些柱的编号为59-66的阀可操作地连接到例如6个分离单元中。通过使用输入端口(项目编号7-11)，相应进料料流(诸如液体进料混合物和用于步骤诸如洗涤、洗脱和再生的进料料流)可以由泵(125-129)输送到分离单元。通过输出端口(项目编号2-6)，一种或多种产物料流(含有待分离的一种或多种组分)以及步骤(诸如洗涤、洗脱和再生)的废物料流可以通过项目编号为19-58的输出阀离开分离装置，每个柱中的床液位由液位传感器(项目编号为108-115)监控。此外，分离系统还包括用于流经输出端口3(项目编号4)的料流的pH(项目编号为15)、电导率(项目编号16)和吸收度(项目编号17)的传感器。
在本发明的特定实施例中，SMB装置包括控制系统(C)，诸如处理器，其能够处理来自入流检测器的输出信号并且能够调节入流控制单元和出流控制单元，同时实现在分离单元的每个中的分离基质的膨胀床的预定液位。其示意图示如图2所示，其中该系统以单柱(C-001)例示，该单柱是根据本发明的分离装置的一部分。
在本发明的上下文中，“入流控制单元”是连接至分离单元的上游端(即，液体料流进入分离单元的位置)的单元。入流控制单元可以是结合泵和阀的功能的单件设备。可替代地，入流控制单元可以是分别布置为单件设备的泵和阀的功能单元。入流控制单元可以位于分离单元的上游端，且也可以位于分离装置内更远的地方。
在本发明的上下文中，“出流控制单元”是阀，其连接至分离单元的下游端，即，液体料流离开分离单元的位置。出流控制单元可以位于分离单元的下游端，或其可以位于分离装置内更远的地方。
术语“上游”和“下游”涉及相对于分离装置中的流动方向的项目或特征的布置，其中相对于流动产生装置(诸如泵)的第一位置，液体流中更靠近流动产生装置的第二位置是“上游”，而液体流中更远离流动产生装置的第三位置是“下游”。
在实施方式中，分离装置包括具有入口和出口控制单元的多个分离单元。入口和出口控制单元被配置为建立液体流，其在向上的方向上流过每个分离单元，特别是流过每个分离单元中的一个或多个柱，从而为每个分离单元引入入口料流和出口料流。
分离单元和特别是每个分离单元中的一个或多个柱各自均布置在基本竖直的位置。这意指柱的纵向、竖直和横向轴线与理想的竖直位置偏离不超过10度，优选不超过9度，优选不超过8度，优选不超过7度，优选不超过6度，优选不超过5度，优选不超过4度，优选不超过3度，优选不超过2度，优选不超过1度，优选不超过0.5度，优选不超过0.2度，优选不超过0.1度，优选不超过0.05度。
向上方向上的流动在本文是指从柱底到柱顶的流动。
在说明性实施例1和图1中，在总共8个柱的实施方式中描述本发明。然而，本发明涉及具有任意个(多于两个)柱的装置。出于实用目的，该装置优选含有不超过50个柱，优选不超过40个柱，更优选不超过30个柱，更优选不超过20个柱，更优选不超过10个柱。
术语“多个”是指两个或更多个。关于所引用的“多个分离单元”，分离单元的最小数量是两个。为了实用目的，装置优选含有不超过20个分离单元，优选不超过15个分离单元，更优选不超过100个分离单元，更优选不超过8个分离单元，更优选不超过6个分离单元。
本领域技术人员将理解本文中的术语“基本上”或“大致上”以及类似的术语。术语“基本上”或“大致上”还可以包括具有“全部地”，“完全地”，“全部”等的实施方式。因此，在实施方式中，也可以基本上或大致上去除形容词。在适用的情况下，术语“基本上”或术语“大致上”也可以涉及90％或更高，诸如95％或更高，尤其是99％或更高，甚至更特别是99.5％或更高，包括100％。
术语“包括”还包括其中术语“包括”是指“由...组成”的实施方式。
术语“和/或”特别地涉及“和/或”之前和之后提到的一个或多个项目。例如，短语“项目1和/或项目2”以及类似的短语可以涉及项目1和项目2中的一个或多个。术语“包括”在一个实施方式中可以指“由……组成”，但是在另一实施方式中可以指“至少含有所定义的物质和任选地一种或多种其他物质”。
此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相似的要素，而不一定用于描述顺序或时间顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施方式能够以不同于本文描述或说明的其他顺序来操作。
本文中，可以在操作期间描述装置、设备或系统。如本领域技术人员将清楚的，本发明不限于操作方法或操作中的装置、设备或系统。
应当注意，上述实施方式是说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围情况下设计许多替代实施方式。
动词“包括”及其词形变化的使用不排除权利要求中所述的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。除非上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括(comprise/comprising)”等应理解为包括性含义，而不是排他性或穷举性含义；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。
元件之前的冠词“一”或“一个”不排除存在多个这类元件。
本发明可以通过包括几个不同元件的硬件以及通过适当编程的计算机来实现。在装置权利要求，设备权利要求或系统权利要求中，列举几种手段，这些手段中的几种可以由一个且相同的硬件来体现。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
本发明还提供控制系统诸如处理器，其可以控制装置、设备或系统，或者可以执行本文描述的方法或过程。更进一步，本发明还提供计算机程序产品，当在功能上联接到该装置、设备或系统或由该装置、设备或系统包括的计算机上运行时，该计算机程序产品控制这类装置、设备或系统的一个或多个可控元件。
本发明还适用于包括说明书中描述的和/或附图中示出的一个或多个特征的装置、设备或系统。本发明还涉及方法或过程，其包括说明书中描述的和/或附图中示出的一个或多个特征。
此专利中讨论的各个方面可以组合以提供附加的优点。此外，本领域技术人员将理解，可以组合实施方式，并且也可以组合两个以上的实施方式。此外，某些功能可以构成一个或多个分区应用程序的基础。
术语“控制”和类似术语尤其至少指确定元件的行为或监控元件的运行。因此，本文中的“控制”和类似术语可以例如指将行为强加到元件上(确定行为或监控元件的运行)等，例如测量、显示、致动、打开、移动、改变温度等。除此之外，术语“控制”和类似术语还可以包括监视。因此，术语“控制”和类似术语可以包括将行为施加在元件上，并且还将行为施加在元件上并监视该元件。元件的控制可以通过控制系统来完成，该控制系统也可以称为“控制器”。因此，控制系统和元件可以至少暂时地或永久地在功能上联接。元件可以包括控制系统。在实施方式中，控制系统和元件可以不物理联接。可以通过有线和/或无线控制进行控制。术语“控制系统”还可以指多个不同的控制系统，它们尤其是在功能上联接并且其中例如一个控制系统可以是主控制系统，而一个或多个其他控制系统可以是从控制系统。控制系统可以包括或可以功能上联接到用户界面。
系统、或设备或装置可以以“模式”或“操作模式”或“操作的模式”的方式执行动作。同样，在一种方法中，可以以“模式”或“操作模式”或“操作的模式”的方式执行动作或阶段或步骤。术语“模式”也可以被指示为“控制模式”。这并不排除系统、或设备或装置也可以适于提供另一种控制模式或多种其他控制模式。同样，这不可以排除执行模式之前和/或执行模式之后可以执行一个或多个其他模式。
然而，在实施方式中，控制系统可以是可用的，其适于至少提供控制模式。如果可以使用其他模式，则可以特别地经由用户界面来执行对这类模式的选择，但是其他选项，诸如根据传感器信号或(时间)方案来执行模式，也可以是可行的。在实施方式中，操作模式还可以指仅可以在单个操作模式下(即“开”，而没有进一步的可调性)操作的系统、设备或装置。
模拟的移动床分离装置可以包括控制系统或可以在功能上联接至控制系统。
控制系统可以被配置为控制多个分离单元。特别地，控制系统可以被配置为控制入口和出口控制单元。因此，控制系统可以被配置为控制一个或多个入口料流和一个或多个出口料流。因此，控制系统可以被配置为在多个步骤期间控制通过多个分离单元的向上的流动。更进一步，在实施方式中，控制系统可以被配置为控制每个入流控制单元的至少一个泵和至少一个阀。特别地，控制系统被配置为顺序地控制液体向每个分离单元的入口的进料(如在操作期间，液体被顺序向每个分离单元的入口进料)。控制系统被配置为控制步骤的开始(其中每个分离单元可随后经受)，并在分离单元中维持所需的条件(诸如基质床液位和流速)以及步骤的结束。更进一步地，控制系统特别地被配置为控制洗涤步骤、洗脱步骤、清洁步骤、平衡步骤或补偿步骤(其中每个分离单元随后可以经受)中的一个或多个。此外，控制系统可以被配置为控制每个出流控制单元。在特定实施方式中，控制系统被配置为控制每个出流控制单元的至少一个阀。
控制系统可以根据化学或物理参数中的一个或多个来进行控制。因此，控制系统可以根据参数进行控制。术语“参数”也可以指多个不同的参数。在实施方式中，控制系统被配置为根据参数的预定阈值进行控制。在其他实施方式中，控制系统可以被配置为根据时间进行控制。在另外的实施方式中，控制系统可以被配置为根据液体进料混合物的类型进行控制。在另外的实施方式中，控制系统可以被配置为根据液体进料混合物到装置的通量进行控制。
附图说明
图1：在实施例1中进一步说明EBA-SMB设置。下表中给出图1中的编号的含义：
Figure BDA0002721493800000131
Figure BDA0002721493800000141
项目编号116-123代表八个柱(C-001-C008)。
项目编号108-115(LI/001-LI/008)代表液位传感器，它们分别监视相应柱中分离基质的液位(以mm表示)。
项目编号19-106均代表内径为2mm的电磁阀。
分离装置包括具有入口和出口的八个柱(编号为116至123)，通过该入口和出口，可以在每一柱中在向上的方向上建立混合物的液体流。
每个柱包括分离基质的膨胀床。
每个柱可连通地联接到入流控制单元和出流控制单元。
每个入流控制单元包括泵(P)和阀(项目编号67至106中的一个或多个)。
每个出流控制单元均由阀(项目编号19到58的一个或多个)组成，而没有泵。
所包括的入流检测器是用于pH测量的项目15，用于测量电导率的项目16和用于测量UV吸收率的项目17。
图2：示意表示EBA-SMB控制，具有不同传感器，包括液位传感器(LI-001)、pH(QI-001)、电导率(QI-002)和UV传感器(QI-003)，它们将信号发送到控制器C，其进一步将信号发送到有源柱入口泵(P-001)。
图3：循环时间与pH
实施例
实施例1
EBA-SMB设置
如权利要求中所述的EBA-SMB技术由多个EBA柱组成，每个柱连接到由至少一个阀和一个泵组成的输入控制单元和由至少一个阀组成的输出控制单元。表1中描述用于以EBA-SMB模式进行测试的EBA柱的规格。
表1：膨胀床柱尺寸
Figure BDA0002721493800000151
表2：图1中所述的EBA-SMB设置包括
Figure BDA0002721493800000152
EBA-SMB软件
根据本发明使用的EBA-SMB软件运行工作程序，其是对SMB循环内柱位置的基于时间的切换的改编。由于EBA-SMB工作程序可需要根据柱位置执行床液位控制，因此需要注意的是，每个位置的恒定时间将引起每个位置输入料流的可变床体积。因此，在具有主动床液位控制的位置的情况下，将恒定体积用作切换的设置点。然而，这进一步导致此类位置的切换时间不一致，这可引起某些位置处的柱累积或不可用。为了避免这种情况，已经推导带有补偿位置的方法，该方法解决在具有主动床液位控制的位置的情况下切换时间不一致的问题。根据过程的灵活性，这些补偿位置也可用于优化EBA-SMB。
表3：凝胶类型基质的性质
Figure BDA0002721493800000161
表4：进料成分
液体进料混合物 含GABA的发酵汤
GABA浓度 70-110g/l
生物质干重浓度 1-16g/l
糖 0.1-2g/l
有机酸 0.5-5g/l
甘油 0.1-1.4g/l
密度 1010-1100g/l
黏度 1.1-1.3mPa.s
pH 4-6.5
测试条件：
通过使用EBA-SMB设置测试各种过程条件来获得结果，该设置涉及在SMB循环期间的均匀和可变区域切换时间。表3和表4描述基质的性质和进料组成。
如下表(表5)所述，实验涉及：
1.进料量/ml沉降床基质体积(SBV)的变化
2.洗脱缓冲液中NaOH浓度的变化
3.进料和洗脱步骤中柱数量的变化
4.夹带排斥(ER)，其中柱中移至新步骤的液空由该特定步骤的输入液体料流替代
5.延长的洗脱以防止单次泵进料的非理想流量分配超过1步骤
6.富含产物的洗脱料流的馏分将用于使用特定的输出端口收集洗脱峰样品
表5：用于实验002、003和005的泵流速、输入料流、入口号、出口号和切换时间与SMB步骤
Figure BDA0002721493800000171
表6：用于实验006和007的泵流速、输入料流、入口号、出口号和切换时间与SMB步骤
Figure BDA0002721493800000172
测试结果：
在图3中描述几个切换的循环时间期间的pH曲线。观察到，在表4中描述的条件下，该系统表现出循环稳态性能。
表7：使用表5和表6中所述的条件执行的测试的实验结果
Figure BDA0002721493800000181
结论：
根据表7中所述的结果，得出以下结论，
1.减少每个柱的进料量并将进料区柱的数量从1增加至2并伴有ER，引起进料区GABA回收率从约50％(EXP002、003、005)增加至约74％(EXP006、007)，但处于较低结合能力50g/L SBV。然而，考虑到8-柱配置以及关键吸附洗涤和洗脱区，进料区可容纳的最大柱数量仅为2。因此，为了在更高结合能力下进一步提高收率并捕获GABA的突破，需要在进料区配置多于2个柱。
2.在洗脱缓冲液中的NaOH浓度从5wt％增加到8wt％时，进料区中的GABA回收率从约55％(EXP002)增加到约84％(EXP005)。这种变化还导致产物滴定度从33g/L增加到47g/L。
3.除上述因素外，观察到部分洗脱产物馏分在ER期间在洗脱洗涤区中收集(EXP006)。在此工作程序期间，洗脱洗涤区采用与再生洗涤相同的泵。由于没有流量分配机制来确保流向两个不同区域的流量相等，因此在SMB循环过程中会产生洗脱产物料流的不理想流动，这将洗脱回收率降低至60％。通过延长洗脱(EXP007)的运行可以避免这种情况，其中增加洗脱区持续时间来收集完整产物馏分，然后再将柱送至洗脱洗涤区。此方法在结合能力为50g/SBV时可引起84％的洗脱回收率，产物滴定度50g/L。
这些EBA-SMB实验研究的总体结论是，可以进一步优化系统，以改善进料区的GABA回收率并提高总产率。结果，当进料区中有更多的柱可用时，由于更高的结合能力，可以提高产物滴定度，而不会影响产率。单独的入口泵/柱可避免需要膨胀洗脱区。在优化研究期间在定义的床液位控制机制下，EBA-SMB技术本身稳定执行。基于杂质分析，EBA-SMB过程从未澄清的发酵汤中实现≥92％GABA的纯度，相当于使用填充床吸附从澄清汤中纯化GABA的情况下的≥93％的GABA纯度。从目前的结果来看，在最佳条件下，与SMB填充床相比，生产率提高2倍。因此，进行该案例消除澄清步骤并提高生产率。

Claims (15)

1.一种在模拟移动床分离装置中从液体进料混合物中分离至少一种组分的方法，
其中所述分离装置包括多个分离单元，每个分离单元具有固定的入口和固定的出口，在所述模拟移动床分离装置的操作期间，通过所述入口和出口能够在每个分离单元中以向上的方向建立液体流，从而为每个分离单元引入输入料流和输出料流；
其中所述多个分离单元的每个包括分离基质的膨胀床；
其中在所述分离单元的每个中，在所述分离基质床上方的空间完全充满液体，而在所述分离基质床上方没有气体空间；
其中所述多个分离单元的每个可连通地联接到至少一个入流控制单元和至少一个出流控制单元；
其中每个入流控制单元包括至少一个泵和至少一个阀；
其中每个出流控制单元包括至少一个阀，而没有泵；
其中所述液体进料混合物被顺序地进料到每个分离单元的所述入口；
其中所述分离单元的每个随后经受洗涤步骤、洗脱步骤、清洁步骤、平衡步骤或补偿步骤中的一个；和
其中收集含有所述至少一种组分的纯化产物出口料流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中每个分离单元的所述固定的出口设置有固定顶部适配器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中每个分离单元包括一个或多个柱。
4.根据权利要求3所述的方法，其中分离单元包括两个或更多个串联操作的柱。
5.根据权利要求3所述的方法，其中分离单元包括两个或更多个并联操作的柱。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述装置包括多个入流检测器，其能够提供与化学或物理参数的检测相对应的输出信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述装置还包括处理器，其能够处理来自所述入流检测器的所述输出信号并且能够调节所述入流控制单元和出流控制单元，同时保持在每个所述分离单元中的所述分离基质的所述膨胀床的预定液位。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述液体进料混合物是生物汤。
9.一种模拟移动床分离装置，
其中所述分离装置包括多个分离单元，每个分离单元具有固定的入口和固定的出口，在所述模拟移动床分离装置的操作期间，通过所述入口和出口能够在每个分离单元中以向上的方向建立混合物的液体流，从而为每个分离单元引入输入料流和输出料流；
其中所述多个分离单元的每个包括分离基质的膨胀床；
其中在所述分离单元的每个中，在所述分离基质床上方的空间完全充满液体，而在所述分离基质床上方没有气体空间；
其中所述多个分离单元中的每个可连通地联接到至少一个入流控制单元和至少一个出流控制单元；
其中每个入流控制单元包括至少一个泵和至少一个阀；
其中每个出流控制单元包括至少一个阀，而没有泵。
10.根据权利要求9所述的模拟移动床分离装置，其中每个分离单元的所述固定的出口设置有固定顶部适配器。
11.根据权利要求9或10所述的模拟移动床分离装置，其中每个分离单元包括一个或多个柱。
12.根据权利要求11所述的模拟移动床分离装置，其中分离单元包括两个或更多个串联操作的柱。
13.根据权利要求11所述的模拟移动床分离装置，其中分离单元包括两个或更多个并联操作的柱。
14.根据权利要求9或10所述的模拟移动床分离装置，其中所述装置包括多个入流检测器，其能够提供与化学或物理参数的检测相对应的输出信号。
15.根据权利要求14所述的模拟移动床分离装置，其中所述装置还包括处理器，所述处理器能够处理来自所述入流检测器的所述输出信号并且能够调节所述入流控制单元和出流控制单元，同时保持在每个所述分离单元中的所述分离基质的所述膨胀床的预定液位。
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