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技术方案

本发明专利技术涉及用于在反向电增强透析（ＲＥＥＤ）系统中进行液态组合物的过程参数控制的方法和系统，其包含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流反转不同步的时间间隔进行反转。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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，本专利技术涉及用于 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。
技术介绍
控制液态组合物的pH、电导率和/或靶标离子水平是在广泛
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Dorman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1 237 823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。专利技术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，在第一方面本专利技术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；ν)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。本专利技术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；ν)反转任一膜堆中的电场方向的装置。本专利技术的第三方面是根据本专利技术的系统用于液态组合物的过程参数控制的用途。本专利技术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。定义在本专利技术的上下文中术语"靶标离子"意在涵盖不希望的离子例如发酵过程中 的抑制剂，以及构成自液态组合物除去的希望产品的离子。作为靶标离子的非限制性实例 可以提及乳酸根离子。乳酸是乳酸细菌(LAB)培养物的已知抑制剂，并且因此对于含活LAB 培养物的生物反应器，乳酸可以是REED方法的靶标离子。术语"靶标离子"不涵盖氢离 子。在本专利技术的上下文中术语〃反向电增强透析〃或〃 REED"涵盖AX-REED和 CX-REED。在本专利技术的上下文中术语〃 AX-REED"意指这样的REED设置，其中阴离子交换膜 用作在料液与透析液之间的屏障并且使得便于在两种液体间交换阴离子。在本专利技术的上下文中术语〃 CX-REED"意指这样的REED设置，其中阳离子交换膜 用作在料液与透析液之间的屏障并且使得便于在两种液体间交换阳离子。在本专利技术的上下文中术语"电场反转"或"电流反转"意指REED电极的极性变 化，引起DC电流方向反转，这使得便于离子通过离子交换膜的迁移。在本专利技术的上下文中术语"电流反转间隔"意指任一给定REED堆的各次电流反 转之间的时间。在本专利技术的上下文中术语"分散间隔"意指在具有不同步电流反转间隔的多个 REED堆的REED系统中第一 REED堆的电流反转与第二或其它REED堆的后继电流反转之间 的时间。在本专利技术的上下文中术语"堆"意指REED系统的单元，其包含至少两张离子交 换膜、一组终端膜和围绕所述膜的至少两个电极的组合的一个或多个重复套组。在本专利技术的上下文中术语"多REED膜堆"意指膜和间隔物的两个或多个堆，各 堆置于一对电极之间。在本专利技术的上下文中术语"控制"或"调控"意指用REED手动或自动调节所希 望的参数例如PH、靶标离子浓度、电导率的能力。附图说明本专利技术随附图进行公开，其中图1显示相似生物反应器系统的两条pH曲线，其中参照系统由单个REED堆控制 而根据本专利技术的系统由4个并联REED堆控制。专利技术详述REED 原理反向电增强透析(REED)法在类似所谓的Dorman透析设置的板框式 (plate-and-frame)膜设置中运用离子交换膜。Dorman透析设置运用由化学势差异作驱动 力引起的扩散，而在REED法中由跨膜DC电流设置来推进和调控离子交换。REED法期望用 于将会导致过大而无法穿透膜的倾向于聚集在离子交换膜表面(该效果称为膜污染)的组 分(例如蛋白)的工作液。通过运用REED法的对称设置，能够间歇反转电流方向而不显著 干扰分离过程。一般地，工作液(料液)流经REED系统，其中带负电的离子(阴离子)与其它 阴离子交换，从而称为阴离子交换REED设置(AX-REED)，或者在阳离子交换REED设置 (CX-REED)中带正电的离子(阳离子)与其它阳离子交换。透析液携带与料液离子交换的 离子。在板框式设置中，堆叠数张分别被流间隔物分开的膜以使得便于交替设置料液和透 析液。在分离期间，两张膜围绕各进料间隔物室，这使得便于将离子从料液运出或自透 析液运入料液。所述至少两个电极的极性间歇地变化。电场方向/电流的各次反转引起受影响的离子极化特征在膜表面和在膜内的短 期重建，而围绕各进料室的两张膜相互交换功能。这导致分离过程的短期反转，而之前被除 去的离子被推回料液直至重建膜特征。有利的是，在膜污染积累所允许的情况下保持任一 REED堆中电流反转间的间隔尽量长，原因是各次反转引入短暂分离中止本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．用于液态组合物的过程参数控制的方法，其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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·加德，
申请(专利权)人：尤莱格分离有限公司，
类型：发明
国别省市：DK