Способ фракционирования сырья с помощью хроматографической системы с псевдодвижущимся слоем и последовательным соединением элементов
Настоящее изобретение относится к хроматографическому разделению веществ. Предложен способ фракционирования сырья на две или более фракций с помощью хроматографической последовательной системы с псевдодвижущимся слоем (SMB). SMB-система предусматривает контур разделения, предусматривающий по меньшей мере 2 отсека. Способ включает цикл разделения, предусматривающий по меньшей мере одну стадию подачи, по меньшей мере одну стадию циркуляции и по меньшей мере одну стадию элюирования. При этом растворенные вещества в сырье образуют профиль разделения по мере того, как они проходят через контур разделения; и при этом профиль разделения проходит более одного раза или менее одного раза через по меньшей мере часть контура разделения в каждом цикле разделения. При этом присутствуют по меньшей мере два пути потока в контуре разделения в ходе каждой стадии подачи цикла разделения. По меньшей мере один из указанных путей потока представляет собой активный путь потока, где жидкость активно протекает через отсек(и), который(ые) образует(ют) путь потока. И по меньшей мере один из указанных путей потока представляет собой пассивный путь потока, где жидкость активно не протекает через отсек(и), который(ые) образует(ют) путь потока, и где часть профиля разделения удерживается в отсеке(ах), который(ые) формирует пассивный путь потока. Причем сырье, подлежащее фракционированию, представляет собой свеклосахарную мелассу, барду или зеленую патоку. Также предложены продукты, получаемые этим способом. Изобретение позволяет увеличить выход и повысить чистоту целевой фракции. 3 н. и 32 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл., 2 пр.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет заявки Великобритании № 1419852.7, поданной 7 ноября 2014 г., которая включена в данный документ посредством ссылки.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к способу фракционирования сырья на две или более фракции, обогащенные различными компонентами, и более конкретно к способу фракционирования сырья на две или более фракции с помощью хроматографической системы с псевдодвижущимся слоем (SMB) и последовательным соединением элементов, где SMB-система предусматривает контур разделения, содержащий по меньшей мере 2 отсека; и при этом способ предусматривает цикл разделения, предусматривающий по меньшей мере одну стадию подачи, по меньшей мере одну стадию циркуляции и по меньшей мере одну стадию элюирования; при этом растворенные вещества в сырье образуют профиль разделения по мере того, как они проходят через контур разделения; и профиль разделения проходит более одного раза или менее одного раза через контур разделения в каждом цикле разделения; и при этом присутствуют по меньшей мере два пути потока в контуре разделения в ходе каждой стадии подачи цикла разделения; и при этом по меньшей мере один из указанных путей потока представляет собой активный путь потока и по меньшей мере один из указанных путей потока представляет собой пассивный путь потока.
Предпосылки изобретения
Хроматограф непрерывного действия с псевдодвижущимся слоем был раскрыт в патенте США № 2985589 (Broughton et al.). В данном способе смесь, подлежащую фракционированию, подают в один слой хроматографической смолы, а элюент подают в другой слой хроматографической смолы, и две фракции с продуктом извлекают практически одновременно. Присутствуют по меньшей мере четыре слоя хроматографической смолы, образующие один контур хроматографического разделения с непрерывной циркуляцией профиля разделения, и точки подачи и извлечения продукта смещаются непрерывно и постадийно в направлении движения потока, главным образом, при скорости циркуляции профиля разделения в котуре для хроматографического разделения.
Для способов хроматографического разделения с псевдодвижущимся слоем были разработаны две или более петель и два или более режимов профилей с целью более эффективного использования слоя смолы для хроматографического разделения для достижения повышенной разделяющей способности, повышенных показателей выхода, чистоты фракций и концентраций сухого вещества фракций.
Способ с псевдодвижущимся слоем и последовательным соединением элементов, применимый для выделения бетаина и сахарозы из свеклосахарной мелассы, описан в патенте Финляндии 86416. В этом способе один профиль полного или практически полного разделения циркулирует в хроматографической системе разделения.
В патенте Финляндии 86416 раскрыт способ выделения бетаина и сахарозы из свеклосахарной мелассы, предусматривающий способ с использованием псевдодвижущегося слоя. Хроматографическая система предусматривает по меньшей мере три слоя смолы, расположенных последовательно. Бетаин и сахарозу разделяют в одинаковой последовательности разделения, предусматривающей фазу подачи мелассы, где мелассу в качестве сырья подают в один из указанных слоев хроматографической смолы, а элюент и воду подают практически одновременно в другой из указанных слоев хроматографической смолы, фазу элюирования и фазу циркуляции. Эти фазы повторяются либо один, либо несколько раз в ходе последовательности разделения.
Кроме того, в патенте США № 6093326 и патенте США № 5637225 излагаются способы с использованием псевдодвижущегося слоя. В US 6093326 излагается процесс фракционирования мелассы и в US 5637225 излагается процесс фракционирования варочной кислоты. Как описано в этих публикациях, способ с использованием псевдодвижущегося слоя может включать несколько петель хроматографического разделения и несколько профилей разделения в каждом контуре.
В способе, раскрытом в патенте США № 6093326, поток жидкости обеспечивается в системе, содержащей по меньшей мере два слоя хроматографической смолы, а продукт или продукты выделяют в ходе многостадийной последовательности. Цикл разделения предусматривает фазы подачи, элюирования и циркуляции. В ходе фазы циркуляции жидкость, присутствующая в слоях хроматографической смолы, циркулирует в двух или более контурах разделения, содержащих один, два или более слоев хроматографической смолы.
В WO 1997045185 раскрыт способ фракционирования раствора на две или более фракции с помощью способа хроматографии с использованием псевдодвижущегося слоя, где по меньшей мере два профиля разделения циркулируют в одном и том же контуре. Указанный способ можно применять для фракционирования варочной кислоты с получением фракции с высоким содержанием моносахаридов и/или фракции с высоким содержанием лигносульфонатов. Кроме того, мелассу или барду можно фракционировать таким образом, чтобы получить фракции с высоким содержанием сахара, например, сахарозы и/или бетаина. Минимальная длина слоя, необходимая для этого способа, представляет собой по меньшей мере длину двух профилей разделения без избыточного перекрытия.
В WO 2002089946 описан способ фракционирования раствора на две или более фракции с помощью способа с псевдодвижущимся слоем и последовательным соединением элементов, где профиль разделения циркулирует в колонках более одного раза или менее одного раза. В способах, приведенных в данном документе в качестве примера, на каждой стадии подачи используются все из отсеков в контуре хроматографического разделения.
В данной области техники существует потребность в дополнительных способах, которые способны обеспечить эффективное разделение сложных смесей, обеспечивающих фракции с продуктом с высоким выходом и чистотой и высокой концентрацией фракций с продуктом.
Настоящее изобретение обеспечивает альтернативные/улучшенные способы разделения, которые обеспечивают одно или несколько из следующих полезных эффектов: высокие показатели выхода фракций с продуктом, высокие показатели чистоты фракций с продуктом, высокие концентрации фракций с продуктом и высокая разделяющая способность.
Краткое описание изобретения
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предусматривается способ фракционирования сырья на две или более фракции с помощью хроматографической системы с псевдодвижущимся слоем (SMB) и последовательным соединением элементов,
где SMB-система предусматривает контур разделения, предусматривающий по меньшей мере 2 отсека; и
при этом способ включает цикл разделения, предусматривающий по меньшей мере одну стадию подачи, по меньшей мере одну стадию циркуляции и по меньшей мере одну стадию элюирования;
при этом растворенные вещества в сырье образуют профиль разделения по мере того, как они проходят через контур разделения; и при этом профиль разделения проходит более одного раза или менее одного раза через контур разделения в каждом цикле разделения; и
при этом присутствуют по меньшей мере два пути потока в контуре разделения в ходе каждой стадии подачи цикла разделения; и при этом по меньшей мере один из указанных путей потока представляет собой активный путь потока и по меньшей мере один из указанных путей потока представляет собой пассивный путь потока.
В соответствии с другими аспектами настоящего изобретения предусмотрены хроматографические фракции, содержащие бетаин или сахарозу, как определено в данном документе, получаемые с помощью способа в соответствии с вышеуказанным аспектом настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлены примеры возможных путей потока в SMB-системе из четырех отсеков.
На фиг. 2 представлены стадии цикла разделения примера 1.
На фиг. 3 представлены стадии цикла разделения примера 2.
На фиг. 4 представлен профиль разделения, полученный в цикле разделения примера 1.
На фиг. 5 представлен профиль разделения, полученный в цикле разделения примера 2.
Подробное описание изобретения
Сырье
В контексте данного документа термин «сырье» относится к материалу, который является объектом хроматографической очистки. В соответствии с одним вариантом осуществления сырьем может быть исходный материал. В соответствии с другим вариантом осуществления сырье может быть частично очищенным, повторно используемым материалом, полученным в результате хроматографических способов (рециркулирующая фракция). В соответствии с другим вариантом осуществления сырьем может быть смесь исходного материала и рециркулирующей фракции.
В соответствии с одним вариантом осуществления сырьем является раствор, содержащий смесь компонентов.
В соответствии с одним вариантом осуществления сырье может быть выбрано из варочных кислот, свеклосахарной мелассы, в частности, B-мелассы и C-мелассы, зеленой патоки, барды, фруктозных/глюкозных сиропов, свекольных соков, смесей инвертированных сахаров, гидролизатов крахмала, гидролизатов древесины, растворов молочной сыворотки и других растворов, содержащих лактозу, растворов, содержащих лактулозу, растворов, содержащих мальтозу, растворов, содержащих мальтит, растворов, содержащих аминокислоты, ферментативных бульонов, содержащих различные органические кислоты, такие как лимонная кислота, глюконовая кислота, гидролизатов багассы и растворов, содержащих рамнозу, арабинозу, маннозу, рафинозу, инозит, маннит, сорбит, ксилит, эритрит, глутаминовую кислоту, глицерин и/или тагатозу, и растворов изомальтулозы и трегалулозы и т. п.
Предпочтительно сырье выбрано из варочной кислоты, свеклосахарной мелассы и зеленой патоки. Более предпочтительно сырье выбрано из свеклосахарной мелассы или зеленой патоки.
В данном контексте варочная кислота означает жидкость, используемую при варке сульфитного щелока, или ее часть, жидкость, получаемую в результате варки, или ее часть, жидкость, применяемую при варке сульфита, или ее часть, или жидкость, удаляемую после варки сульфита, или ее часть.
Фракции
Извлеченные фракции могут включать фракции с продуктом, т. е., фракции, достаточно обогащенные одним из продуктов, представляющих интерес, и рециркулирующие фракции, т. е. фракции, которые необходимо повторно очистить.
Фракции, полученные с помощью способа по настоящему изобретению, могут быть обогащены продуктами, выбранными из группы, состоящей из глюкозы, фруктозы, сахарозы, бетаина, рамнозы, арабинозы, маннозы, рафинозы, лактозы, лактулозы, мальтозы, мальтита, инозита, маннита, глицерина, ксилита, ксилозы, сорбита, эритрита, органических кислот, в частности, аминокислот, таких как глутаминовая кислота. Если эти фракции являются достаточно обогащенными (т. е. чистота продукта составляет 80 вес. % или больше от сухого вещества, предпочтительно 85 вес. % или больше от сухого вещества, более предпочтительно 90 вес. % или больше от сухого вещества), то эти фракции можно обозначать как фракции с продуктом.
Альтернативно, фракции, полученные с помощью способа по настоящему изобретению, можно возвращать в отсеки/колонку(колонки) или объединять с исходным материалом. Также может иметь место манипуляция перед возвратом этих фракций в систему разделения, например, их можно концентрировать с помощью выпаривания. Эти фракции можно обозначить как рециркулирующие фракции.
В соответствии со способом по настоящему изобретению может быть более одного продукта, представляющего интерес, и, таким образом, более одного вида фракций с продуктом.
В соответствии с одним вариантом осуществления способ по настоящему изобретению предусматривает фракции, обогащенные сахарозой, и фракции, обогащенные бетаином.
В соответствии с одним вариантом осуществления в способе применяется свеклосахарная меласса в качестве сырья и фракции с продуктом обогащены бетаином и сахарозой.
Предпочтительно фракция с продуктом, обогащенная сахарозой, характеризуется концентрацией сахарозы по меньшей мере приблизительно 20 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 23 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 25 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 28 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 30 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 31 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 33 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 35 г/100 мл.
Предпочтительно фракция с продуктом, обогащенная сахарозой, характеризуется чистотой сахарозы 80 вес. % или больше от сухого вещества, предпочтительно 85 вес. % или больше от сухого вещества, более предпочтительно 90 вес. % или больше от сухого вещества, более предпочтительно от 90 до 95 вес. % от сухого вещества.
Предпочтительно фракция с продуктом, обогащенная бетаином, характеризуется концентрацией бетаина по меньшей мере приблизительно 2,5 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 2,8 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,2 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,4 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,5 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,6 г/100 мл, более предпочтительно приблизительно 3,6/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,8 г/100 мл, более предпочтительно приблизительно 3,8 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 4,0 г/100 мл, более предпочтительно приблизительно 4,0 г/100 мл.
Предпочтительно фракция с продуктом, обогащенная бетаином, характеризуется чистотой бетаина 70 вес. % или больше от сухого вещества, предпочтительно 75 вес. % или больше от сухого вещества, более предпочтительно 80 вес. % или больше от сухого вещества, более предпочтительно от 890 до 85 вес. % от сухого вещества.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение предусматривает хроматографическую фракцию, содержащую по меньшей мере приблизительно 75 вес. % бетаина от сухого вещества и характеризующуюся концентрацией бетаина по меньшей мере приблизительно 2,5 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 2,8 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,2 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,4 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,5 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,6 г/100 мл, более предпочтительно приблизительно 3,6 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,8 г/100 мл, более предпочтительно приблизительно 3,8 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 4,0 г/100 мл, более предпочтительно приблизительно 4,0 г/100 мл, получаемого с помощью способа по настоящему изобретению.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение предусматривает хроматографическую фракцию, содержащую по меньшей мере приблизительно 80 вес. % бетаина от сухого вещества и характеризующуюся концентрацией бетаина по меньшей мере приблизительно 2,5 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 2,8 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,2 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,4 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,5 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,6 г/100 мл, более предпочтительно приблизительно 3,6 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,8 г/100 мл, более предпочтительно приблизительно 3,8 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 4,0 г/100 мл, более предпочтительно приблизительно 4,0 г/100 мл, получаемого с помощью способа по настоящему изобретению.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение предусматривает хроматографическую фракцию, содержащую от приблизительно 80 до приблизительно 85 вес. % бетаина от сухого вещества и характеризующуюся концентрацией бетаина по меньшей мере приблизительно 2,5 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 2,8 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,2 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,4 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,5 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,6 г/100 мл, более предпочтительно приблизительно 3,6 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 3,8 г/100 мл, более предпочтительно приблизительно 3,8 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 4,0 г/100 мл, более предпочтительно приблизительно 4,0 г/100 мл, получаемого с помощью способа по настоящему изобретению.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение предусматривает хроматографическую фракцию, содержащую по меньшей мере приблизительно 85 вес. % сахарозы от сухого вещества и характеризующуюся концентрацией сахарозы по меньшей мере приблизительно 20 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 23 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 25 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 28 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 30 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 31 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 33 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 35 г/100 мл, получаемой с помощью способа по настоящему изобретению.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение предусматривает хроматографическую фракцию, содержащую по меньшей мере приблизительно 90 вес. % сахарозы от сухого вещества и характеризующуюся концентрацией сахарозы по меньшей мере приблизительно 20 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 23 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 25 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 28 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 30 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 31 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 33 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 35 г/100 мл, получаемой с помощью способа по настоящему изобретению.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение предусматривает хроматографическую фракцию, содержащую от приблизительно 90 до приблизительно 95 вес. % сахарозы от сухого вещества и характеризующуюся концентрацией сахарозы по меньшей мере приблизительно 20 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 23 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 25 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 28 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 30 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 31 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 33 г/100 мл, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 35 г/100 мл, получаемой с помощью способа по настоящему изобретению.
SMB-система
В контексте данного документа термин «SMB-система» относится к оборудованию, которое обеспечивает фракционирование сырья и которое функционирует в соответствии с принципами псевдодвижущегося слоя (SMB).
SMB-система, как правило, предусматривает по меньшей мере два отсека, соединенных последовательно, и соединительные трубки. SMB-система может дополнительно содержать наносы, емкости для элюента, каналы для подачи и элюента, аппаратуру для циркуляции, теплообменники, каналы извлечения фракций с продуктом, клапаны, регуляторы потока и давления и устройства, которые могут измерять концентрацию, плотность, оптическую активность и электрическую проводимость. Подходящие системы хорошо известны специалисту в данной области.
В контексте данного документа термин «отсек» относится к части хроматографического оборудования, содержащей неподвижную фазу.
В соответствии с одним вариантом осуществления отсек может дополнительно содержать, помимо неподвижной фазы, переднюю часть для распределения входящего потока жидкости в неподвижной фазе (распределительное устройство) и заднюю часть для сбора выходящего потока жидкости из неподвижной фазы (устройство для сбора проб).
Подходящие распределительные устройства и устройства для сбора проб были раскрыты в WO2004060526, который включен в данный документ посредством ссылки.
Один или несколько отсеков могут быть расположены в колонке. Если колонка содержит лишь один отсек, то эти два термина можно применять взаимозаменяемо.
Отсеки соединены между собой таким образом, что они образуют контур разделения. В контексте данного документа термин «контур разделения» относится к контуру из отсеков, которые соединены между собой таким образом, что входное отверстие каждого отдельно взятого отсека соединено с выходным отверстием предыдущего отсека, а выходное отверстие указанного отсека соединено с входным отверстием следующего отсека.
В соответствии с одним вариантом осуществления SMB-система предусматривает контур разделения, содержащий 2-28 отсеков, предпочтительно 2-15 отсеков, более предпочтительно 2-12 отсеков, более предпочтительно 2-10 отсеков, более предпочтительно 2-8 отсеков, более предпочтительно 2-6 отсеков, более предпочтительно 2-4 отсека.
В соответствии с одним вариантом осуществления SMB-система предусматривает контур разделения, содержащий по меньшей мере три отсека.
В соответствии с одним вариантом осуществления SMB-система предусматривает контур разделения, содержащий 3-28 отсеков, предпочтительно 3-15 отсеков, более предпочтительно 3-12 отсеков, более предпочтительно 3-10 отсеков, более предпочтительно 3-8 отсеков, более предпочтительно 3-6 отсеков, более предпочтительно 3 или 4 отсека.
В соответствии с одним вариантом осуществления SMB-система предусматривает контур разделения, содержащий по меньшей мере четыре отсека.
В соответствии с одним вариантом осуществления SMB-система предусматривает контур разделения, содержащий 4-28 отсеков, предпочтительно 4-15 отсеков, более предпочтительно 4-12 отсеков, более предпочтительно 4-10 отсеков, более предпочтительно 4-8 отсеков, более предпочтительно 4-6 отсеков, более предпочтительно 4 или 5 отсеков.
В соответствии с одним вариантом осуществления SMB-система предусматривает контур разделения, содержащий по меньшей мере пять отсеков.
В соответствии с одним вариантом осуществления SMB-система предусматривает контур разделения, содержащий 5-28 отсеков, предпочтительно 5-15 отсеков, более предпочтительно 5-12 отсеков, более предпочтительно 5-10 отсеков, более предпочтительно 5-8 отсеков, более предпочтительно 5 или 6 отсеков.
В соответствии с одним вариантом осуществления SMB-система предусматривает контур разделения, содержащий по меньшей мере шесть отсеков.
В соответствии с одним вариантом осуществления SMB-система предусматривает контур разделения, содержащий 6-28 отсеков, предпочтительно 6-15 отсеков, более предпочтительно 6-12 отсеков, более предпочтительно 6-10 отсеков, более предпочтительно 6-8 отсеков.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления контур разделения предусматривает четыре отсека/состоит из четырех отсеков.
Путь потока
В контексте данного документа термин «путь потока» относится к временному маршруту, по которому может протекать жидкость. Путь потока можно создать в пределах контура разделения за счет управления клапанами, регулирующими различные входные и выходные отверстия каждого отсека в контуре разделения.
Путь потока может состоять из одного отсека или более одного отсека, соединенных последовательно.
Путь потока может представлять собой активный путь потока или пассивный путь потока.
В контексте данного документа термин «активный путь потока» относится к пути потока, в котором жидкость активно движется (например, нагнетается) через отсек(отсеки), которые составляют путь потока. В активном пути потока жидкость, поступающую к выходному отверстию отсека, можно собирать в виде фракции или ее можно повторно вводить через трубки во входное отверстие в следующем отсеке.
В контексте данного документа термин «пассивный путь потока» относится к пути потока, в котором жидкость не протекает активно (например, не нагнетается) через отсеки, которые составляют путь потока.
Например, на фиг. 1A представлен контур разделения из четырех отсеков. Соединения между отсеками не показаны, показаны только пути потока. Контур разделения состоит из двух путей потока. Первый путь потока между отсеками 1 и 2 является активным, поскольку подаваемый материал нагнетается в отсек 1 и одновременно фракция с продуктом извлекается из отсека 2. Второй путь потока между отсеками 3 и 4 является пассивным, поскольку, несмотря на то, что отсеки 3 и 4 соединены, активный поток жидкости между отсеками отсутствует и ничего не подается или не извлекается из этих отсеков.
На фиг. 1B представлен контур разделения из четырех отсеков. Соединения между отсеками не показаны, показаны только пути потока. Контур разделения состоит из трех путей потока. Первый путь потока в колонке 1 представляет собой активный путь потока, поскольку подаваемый материал активно поступает в колонку 1, а фракция с продуктом извлекается из колонки 1. Второй путь потока в колонке 2 представляет собой активный путь потока, поскольку вода активно поступает в колонку 2, а фракция с продуктом извлекается из колонки 2. Третий путь потока между отсеками 3 и 4 является пассивным, поскольку, несмотря на то, что отсеки 3 и 4 соединены, активный поток жидкости между отсеками отсутствует и ничего не подается или не извлекается из указанных отсеков.
На фиг. 1С представлен контур разделения из четырех отсеков. Соединения между отсеками не показаны, показаны только пути потока. Контур разделения состоит из одного пути потока. Путь потока является активным, поскольку жидкость активно протекает между всеми отсеками в контуре разделения. Ни сырье, ни элюент не поступает ни в какой из отсеков, и никакие фракции не извлекаются из отсеков, однако жидкость в системе движется циклически.
Неподвижная фаза
Неподвижной фазой может быть хроматографическая смола. В соответствии с одним вариантом осуществления неподвижная фаза представляет собой ионообменную смолу. Ионообменная смола может представлять собой катионообменную смолу или анионообменную смолу. Смолу выбирают в зависимости от смеси исходного материала, которая подлежит фракционированию и/или продуктов, которые подлежат выделению. Подходящие смолы и их свойства известны специалистам в данной области.
В соответствии с одним вариантом осуществления смола имеет полимерную основу. Предпочтительно полимер состоит из стироловых или акриловых мономеров. Акриловые мономеры могут быть выбраны из метилакрилата, этилакрилата, бутилакрилата, метилметакрилата, акрилонитрила и акриловых кислот.
Стироловый и акриловый можно перекрестно сшить с помощью сшивающего средства, например, дивинилбензола (DVB). Подходящая степень перекрестного сшивания составляет от приблизительно 1% до приблизительно 20%, предпочтительно от приблизительно 3% до приблизительно 15%, более предпочтительно от приблизительно 3% до приблизительно 8%.
Катионообменная смола может представлять собой сильнокислую катионообменную смолу или слабокислую катионообменную смолу. Катионообменная смола может находиться в форме одновалентных и/или двухвалентных металлов, например, в форме Na+ и/или K+, или в форме Ca2+, Ba2+, Mg2+ и/или Sr2+. Также могут быть применимы смолы в форме H+ и NH4+. Однако можно применять другие ионные формы.
Анионообменная смола может представлять собой сильноосновную или слабоосновную анионообменную смолу, имеющую предпочтительно акриловый скелет. Анионообменные смолы могут находиться в форме OH-, Cl- или SO42-. Однако также можно применять другие ионные формы.
Одной предпочтительной неподвижной фазой является сильнокислая катионообменная смола в форме одновалентного металла, который преимущественно находится в форме Na+ и/или K+. Другой предпочтительной неподвижной фазой является слабокислая катионообменная смола в форме одновалентного металла, который преимущественно находится в форме Na+ и/или K+.
Смолы также могут представлять собой гелевые смолы. Производителями подходящих смол являются, например, Finex, Dow, Bayer и Rohm & Haas.
В качестве неподвижных фаз также применимы углеродные пирополимеры и активированный уголь, связанный с полимером.
В соответствии с одним вариантом осуществления неподвижная фаза характеризуется средним размером гранул от приблизительно 50 мкм до приблизительно 500 мкм. Предпочтительно средний размер гранул составляет от приблизительно 50 мкм до приблизительно 400 мкм. Предпочтительно средний размер гранул составляет от приблизительно 50 мкм до приблизительно 300 мкм. Предпочтительно средний размер гранул составляет от приблизительно 50 мкм до приблизительно 250 мкм. Более предпочтительно средний размер гранул составляет от приблизительно 50 мкм до приблизительно 200 мкм.
В соответствии с одним вариантом осуществления неподвижная фаза характеризуется средним размером гранул от приблизительно 100 мкм до приблизительно 500 мкм. Предпочтительно средний размер гранул составляет от приблизительно 100 мкм до приблизительно 400 мкм. Предпочтительно средний размер гранул составляет от приблизительно 100 мкм до приблизительно 300 мкм. Предпочтительно средний размер гранул составляет от приблизительно 100 мкм до приблизительно 250 мкм. Более предпочтительно средний размер гранул составляет от приблизительно 100 мкм до приблизительно 200 мкм.
В соответствии с одним вариантом осуществления неподвижная фаза характеризуется средним размером гранул от приблизительно 200 мкм до приблизительно 500 мкм. Предпочтительно средний размер гранул составляет от приблизительно 200 мкм до приблизительно 400 мкм. Предпочтительно средний размер гранул составляет от приблизительно 200 мкм до приблизительно 350 мкм. Более предпочтительно средний размер гранул составляет от приблизительно 200 мкм до приблизительно 300 мкм.
В соответствии с одним вариантом осуществления неподвижная фаза характеризуется средним размером гранул от приблизительно 250 мкм до приблизительно 500 мкм. Предпочтительно средний размер гранул составляет от приблизительно 250 мкм до приблизительно 400 мкм. Предпочтительно средний размер гранул составляет от приблизительно 250 мкм до приблизительно 350 мкм.
В соответствии с одним вариантом осуществления высота неподвижной фазы в отсеке составляет предпочтительно от приблизительно 0,2 до 6 метров. Более предпочтительно высота неподвижной фазы в отсеке составляет от приблизительно 0,2 до 5 метров. Более предпочтительно высота неподвижной фазы в отсеке составляет от приблизительно 0,2 до 4 метров. Более предпочтительно высота неподвижной фазы в отсеке составляет от приблизительно 0,2 до 3 метров. Более предпочтительно высота неподвижной фазы в отсеке составляет от приблизительно 0,5 до 2,5 метров. Более предпочтительно высота неподвижной фазы в отсеке составляет от приблизительно 0,5 до 2,0 метров.
В соответствии с одним вариантом осуществления высота неподвижной фазы в отсеке составляет предпочтительно от приблизительно 0,8 до 2,5 метров. Более предпочтительно высота неподвижной фазы в отсеке составляет от приблизительно 1,0 до 2,5 метров. Более предпочтительно высота неподвижной фазы в отсеке составляет от приблизительно 1,0 до 2,0 метров.
В соответствии с одним вариантом осуществления высота неподвижной фазы в отсеке составляет предпочтительно от приблизительно 1 до 5 метров. Более предпочтительно высота неподвижной фазы в отсеке составляет от приблизительно 1 до 4 метров. Более предпочтительно высота неподвижной фазы в отсеке составляет от приблизительно 1 до 3 метров.
В соответствии с одним вариантом осуществления высота неподвижной фазы в отсеке составляет предпочтительно от приблизительно 2 до 5 метров. Более предпочтительно высота неподвижной фазы в отсеке составляет от приблизительно 2 до 4 метров. Более предпочтительно высота неподвижной фазы в отсеке составляет от приблизительно 2 до 3 метров.
Отсеки могут быть частично или полностью заполнены неподвижной фазой. Предпочтительно отсеки полностью заполнены неподвижной фазой. В контексте данного документа выражение «полностью заполненный» означает, что практически весь объем отсека заполнен неподвижной фазой, кроме пространства, занятого распределительными устройствами и устройствами для сбора проб.
Цикл разделения
В контексте данного документа «цикл разделения» относится к последовательности стадий, которые можно повторять. Цикл представляет собой предварительно определенную последовательность стадий в предварительно определенном порядке, который включает по меньшей мере одну стадию подачи, стадию циркуляции и стадию элюирования.
В соответствии с одним вариантом осуществления цикл разделения предусматривает/состоит из от приблизительно 1 до приблизительно 50 стадий.
В соответствии с другим вариантом осуществления цикл разделения состоит из от приблизительно 2 до приблизительно 50 стадий. В соответствии с другим вариантом осуществления цикл разделения состоит из от приблизительно 10 до приблизительно 50 стадий. В соответствии с другим вариантом осуществления цикл разделения состоит из от приблизительно 10 до приблизительно 40 стадий.
В соответствии с другим вариантом осуществления цикл разделения состоит из от приблизительно 15 до приблизительно 40 стадий. В соответствии с другим вариантом осуществления цикл разделения состоит из от приблизительно 15 до приблизительно 30 стадий. В соответствии с другим вариантом осуществления цикл разделения состоит из от приблизительно 10 до приблизительно 30 стадий.
В соответствии с другим вариантом осуществления цикл разделения состоит из от приблизительно 6 до приблизительно 30 стадий. В соответствии с другим вариантом осуществления цикл разделения состоит из от приблизительно 6 до приблизительно 25 стадий. В соответствии с другим вариантом осуществления цикл разделения состоит из от приблизительно 6 до приблизительно 20 стадий.
В соответствии с одним вариантом осуществления способа по настоящему изобретению цикл разделения выполняют от 1 до 5 раз, предпочтительно 1, 2 или 3 раза, более предпочтительно один раз.
В контексте данного документа «стадия подачи» относится к стадии в цикле разделения, на которой сырье подают в контур разделения и по меньшей мере одну фракцию извлекают из контура разделения.
В контексте данного документа «стадия циркуляции» относится к стадии в цикле разделения, на которой в основном не подают сырье или элюент в контур разделения и в основном не извлекают никаких фракций из контура разделения.
В контексте данного документа «стадия элюирования» относится к стадии, на которой элюент подают в SMB-систему и по меньшей мере одну фракцию извлекают из контура разделения.
Стадия в цикле разделения может предусматривать одну или несколько из вышеупомянутых стадий подачи, циркуляции и/или элюирования/состоять из них, т. е. эти стадии можно осуществлять одновременно. Кроме того, указанные стадии можно повторять один или несколько в ходе цикла.
На каждой стадии цикла разделения путь потока или пути потока создается/создаются в контуре разделения за счет управления клапанами, которые регулируют входящий поток и выходящий поток жидкости из отсеков в контуре разделения.
Специалисту в данной области будет понятно, что, как правило, цикл разделения повторяют до тех пор, пока не будет достигнут равновесный профиль разделения, и затем процесс продолжается преимущественно в состоянии равновесия. Равновесие определяется как равновесие профиля разделения. Равновесие профиля разделения, как правило, достигается через приблизительно 6-12 циклов, в частности, через приблизительно 6-10 циклов, в частности, через приблизительно 6-8 циклов. Равновесие профиля разделения может быть достигнуто через приблизительно 7 циклов.
В контексте данного документа термин «профиль разделения» относится к соотношению компонентов сырья по мере того, как они проходят через SMB-систему, предпочтительно в равновесном состоянии. Профиль разделения можно наблюдать с помощью измерения электрической проводимости и/или плотности в динамике, по мере того как жидкость протекает в равновесной системе в ходе цикла разделения. Профиль разделения содержит компоненты, характеризующиеся низкой скоростью продвижения, компоненты, характеризующиеся средней скоростью продвижения, и компоненты, характеризующиеся высокой скоростью продвижения. Соответственно, профиль разделения представляет собой полный или в значительной степени полный профиль сухих твердых веществ сырья.
Способ
В хроматографических способах с псевдодвижущимся слоем (SMB) и последовательным соединением элементов компоненты, присутствующие в сырье, разделяют в серии соединенных между собой отсеков, содержащих неподвижную фазу.
В способах с псевдодвижущимся слоем и последовательным соединением элементов все из потоков жидкости не движутся непрерывно. Потоки имеют место при подаче сырья и/или элюента, циркуляции профиля разделения и извлечении фракций. Скорость потока и объемы различных подаваемых материалов и фракций с продуктом можно регулировать в соответствии с целями разделения (выход, чистота, разделяющая способность). Этот способ обычно включает три основных вида стадий: подача, элюирование и циркуляция.
В способе по настоящему изобретению профиль разделения может циркулировать более одного раза или менее одного раза через контур хроматографического разделения перед забором всех предварительно определенных фракций или перед следующей подачей подаваемого материала или подаваемых материалов и элюента или элюентов следующего цикла.
Традиционно и, в частности, в хроматографии с псевдодвижущимся слоем (SMB) и последовательным соединением элементов фракцию с продуктом или рециркулирующую фракцию извлекают из первого отсека и/или последнего отсека в контуре разделения, связанных с отсеком, в который поступило сырье, с целью полного расхода неподвижной фазы.
В отличие от этого, настоящее изобретение предусматривает способ фракционирования сырья на две или более фракций с помощью хроматографической системы с псевдодвижущимся слоем (SMB) и последовательным соединением элементов,
где SMB-система предусматривает контур разделения, предусматривающий по меньшей мере 2 отсека; и
при этом способ включает цикл разделения, предусматривающий по меньшей мере одну стадию подачи, по меньшей мере одну стадию циркуляции и по меньшей мере одну стадию элюирования; и
при этом присутствуют по меньшей мере два пути потока в контуре разделения в ходе каждой стадии подачи цикла разделения; и при этом по меньшей мере один из указанных путей потока представляет собой активный путь потока и по меньшей мере один из указанных путей потока представляет собой пассивный путь потока.
Неожиданно было обнаружено, что при удерживании части профиля разделения в отсеках, которые образуют пассивные пути потока, перед повторным введением ее в профиль разделения на последующей стадии в цикле разделения, имеют место один или несколько из следующих полезных эффектов: высокие показатели выхода фракций с продуктом, высокие показатели чистоты фракций с продуктом, высокие концентрации фракций с продуктом и высокая разделяющая способность.
В способе по настоящему изобретению продукт или продукты выделяют с помощью многостадийного цикла разделения, предусматривающего следующие стадии: стадию подачи, стадию элюирования и стадию циркуляции.
Способ по настоящему изобретению характеризуется тем, что на каждой стадии подачи присутствуют по меньшей мере два пути потока и по меньшей мере один из путей потока представляет собой пассивный путь потока.
В соответствии с настоящим изобретением цикл разделения образуется из предварительно определенных стадий, которые осуществляют в предварительно определенном порядке один или несколько раз в ходе осуществления способа разделения.
Цикл разделения предусматривает a) по меньшей мере одну стадию подачи, b) по меньшей мере одну стадию циркуляции и c) по меньшей мере одну стадию элюирования. Каждую из этих стадий от a) до c) можно осуществлять одновременно. Стадии от a) до c) применяют столько раз, сколько необходимо, пока профиль разделения не осуществит циркуляцию в контуре хроматографического разделения более одного раза или менее одного раза в ходе одного цикла.
В соответствии с одним вариантом осуществления цикл разделения предусматривает от 1 до 10 стадий подачи, предпочтительно от 1 до 6 стадий подачи, более предпочтительно от 1 до 5 стадий подачи, более предпочтительно 1, 2, 3 или 4 стадии подачи.
В соответствии с одним вариантом осуществления по меньшей мере первая стадия в цикле разделения представляет собой стадию подачи. В соответствии с другим вариантом осуществления по меньшей мере первые две стадии в цикле разделения представляют собой стадии подачи. В соответствии с другим вариантом осуществления по меньшей мере первые три стадии в цикле разделения представляют собой стадии подачи.
В соответствии с одним вариантом осуществления первые 1, 2, 3, 4 или 5 стадий в цикле разделения представляют собой стадии подачи.
В соответствии с одним вариантом осуществления в ходе по меньшей мере одной стадии подачи сырье подают в один из отсеков в активном пути потока и по меньшей мере одну фракцию с продуктом или рециркулирующую фракцию извлекают из этого же и/или следующего отсека в этом же пути потока.
В соответствии с одним вариантом осуществления в ходе каждой стадии подачи сырье подают в один из отсеков в активном пути потока и по меньшей мере одну фракцию с продуктом или рециркулирующую фракцию собирают из этого же и/или следующего отсека в этом же пути потока.
В соответствии с другим вариантом осуществления в ходе по меньшей мере одной стадии подачи сырье подают в один из отсеков в активном пути потока и по меньшей мере одну фракцию с продуктом собирают из следующего отсека в этом же пути потока.
В соответствии с другим вариантом осуществления в ходе каждой стадии подачи сырье подают в один из отсеков в активном пути потока и по меньшей мере одну фракцию с продуктом собирают из следующего отсека в этом же пути потока.
В соответствии с другим вариантом осуществления в ходе по меньшей мере одной стадии подачи сырье подают в один из отсеков в активном пути потока и практически одновременно элюент подают в следующий отсек в контуре разделения. Предпочтительно в соответствии с данным вариантом осуществления фракцию с продуктом и/или рециркулирующую фракцию извлекают из обоих отсеков, в которые поступает сырье или элюент.
В соответствии с другим вариантом осуществления контур разделения предусматривает 2n отсеков и по меньшей мере на одной стадии подачи цикла разделения присутствуют n+1 путей потока, и при этом по меньшей мере один из n+1 путей потока представляет собой пассивный путь потока и по меньшей мере один из n+1 путей потока представляет собой активный путь потока, где n представляет собой число от 1 до 20.
В соответствии с другим вариантом осуществления контур разделения предусматривает 2n отсеков и на каждой стадии подачи цикла разделения присутствуют n+1 путей потока, и при этом по меньшей мере один из n+1 путей потока представляет собой пассивный путь потока и по меньшей мере один из n+1 путей потока представляет собой активный путь потока, где n представляет собой число от 1 до 20.
Предпочтительно n равняется от 1 до 14, более предпочтительно n равняется от 1 до 10, более предпочтительно n равняется от 1 до 8, более предпочтительно от 1 до 6, более предпочтительно 1, 2, 3 или 4, более предпочтительно 1, 2 или 3.
В соответствии с одним вариантом осуществления контур разделения предусматривает 2n отсеков и по меньшей мере на одной стадии подачи цикла разделения присутствуют n путей потока, и при этом по меньшей мере один из n путей потока представляет собой пассивный путь потока и по меньшей мере один из n путей потока представляет собой активный путь потока, где n представляет собой число от 2 до 20.
В соответствии с другим вариантом осуществления контур разделения предусматривает 2n-1 отсеков и по меньшей мере на одной стадии подачи цикла разделения присутствуют n путей потока, и при этом по меньшей мере один из n путей потока представляет собой пассивный путь потока и по меньшей мере один из n путей потока представляет собой активный путь потока, где n представляет собой число от 2 до 20.
В соответствии с одним вариантом осуществления контур разделения предусматривает 2n отсеков и на каждой стадии подачи цикла разделения присутствуют n путей потока, и при этом по меньшей мере один из n путей потока представляет собой пассивный путь потока и по меньшей мере один из n путей потока представляет собой активный путь потока, где n представляет собой число от 2 до 20.
В соответствии с другим вариантом осуществления контур разделения предусматривает 2n-1 отсеков и на каждой стадии подачи цикла разделения присутствуют n путей потока, и при этом по меньшей мере один из n путей потока представляет собой пассивный путь потока и по меньшей мере один из n путей потока представляет собой активный путь потока, где n представляет собой число от 2 до 20.
Предпочтительно n равняется от 2 до 14, более предпочтительно n равняется от 2 до 10, более предпочтительно n равняется от 2 до 8, более предпочтительно от 2 до 6, более предпочтительно 2, 3 или 4, более предпочтительно 2 или 3.
В соответствии с одним вариантом осуществления по меньшей мере одна стадия подачи предусматривает только один или два пассивных пути потока. В соответствии с одним вариантом осуществления по меньшей мере одна стадия подачи предусматривает только один пассивный путь потока.
В соответствии с одним вариантом осуществления каждая стадия подачи цикла разделения предусматривает только один или два пассивных пути потока. В соответствии с одним вариантом осуществления каждая стадия подачи цикла разделения предусматривает только один пассивный путь потока.
В соответствии с одним вариантом осуществления по меньшей мере на одной стадии подачи цикла разделения соотношение активных и пассивных путей потока составляет от приблизительно 3:1 до 1:3. В соответствии с другим вариантом осуществления соотношение активных и пассивных путей потока составляет от приблизительно 2:1 до 1:2. В соответствии с другим вариантом осуществления соотношение активных и пассивных путей потока составляет приблизительно 2:1. В соответствии с другим вариантом осуществления соотношение активных и пассивных путей потока составляет приблизительно 1:1.
В соответствии с одним вариантом осуществления на каждой стадии подачи цикла разделения соотношение активных и пассивных путей потока составляет от приблизительно 3:1 до 1:3. В соответствии с другим вариантом осуществления соотношение активных и пассивных путей потока составляет от приблизительно 2:1 до 1:2. В соответствии с другим вариантом осуществления соотношение активных и пассивных путей потока составляет приблизительно 2:1. В соответствии с другим вариантом осуществления соотношение активных и пассивных путей потока составляет приблизительно 1:1.
В соответствии с одним вариантом осуществления по меньшей мере на одной стадии подачи цикла разделения последний путь потока по отношению к пути потока, в который поступает сырье, представляет собой пассивный путь потока.
В соответствии с одним вариантом осуществления на каждой стадии подачи цикла разделения последний путь потока по отношению к пути потока, в который поступает сырье, представляет собой пассивный путь потока.
В соответствии с одним вариантом осуществления по меньшей мере на одной стадии подачи цикла разделения число отсеков, составляющих активные пути потока, равняется числу отсеков, которые составляют пассивные пути потока.
В соответствии с одним вариантом осуществления на каждой стадии цикла разделения число отсеков, составляющих активные пути потока, равняется числу отсеков, которые составляют пассивные пути потока.
В соответствии с одним вариантом осуществления контур разделения предусматривает четыре отсека/состоит из четырех отсеков, и при этом способ включает цикл разделения, предусматривающий стадию подачи, при этом отсеки составляют один активный путь потока и по меньшей мере один пассивный путь потока. Предпочтительно отсеки составляют один активный путь потока и один пассивный путь потока.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения контур разделения предусматривает четыре отсека/состоит из четырех отсеков, и при этом способ включает цикл разделения, предусматривающий стадию подачи, при этом имеет место путь потока между двумя последовательными отсеками и путь потока между другими двумя последовательными отсеками, при этом один путь потока является активным и другой путь потока является пассивным.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения контур разделения предусматривает четыре отсека/состоит из четырех отсеков, и при этом способ включает цикл разделения, предусматривающий по меньшей мере две стадии подачи, при этом имеет место путь потока между двумя последовательными отсеками и путь потока между другими двумя последовательными отсеками, при этом один путь потока является активным и другой путь потока является пассивным.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения контур разделения предусматривает четыре отсека/состоит из четырех отсеков, и при этом способ включает цикл разделения, предусматривающий стадию подачи, при этом имеют место два активных пути потока, каждый из которых состоит из одного отсека, и пассивный путь потока между остальными двумя последовательными отсеками. Предпочтительно сырье подают в один из активных путей потока и элюент подают в следующий активный путь потока.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения контур разделения предусматривает четыре отсека/состоит из четырех отсеков, и при этом способ включает цикл разделения, при этом по меньшей мере на одной стадии подачи имеют место два отсека, задействованных в активных путях потока, и два отсека, задействованных в пассивных путях потока.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения контур разделения предусматривает четыре отсека/состоит из четырех отсеков, и при этом способ включает цикл разделения, при этом по меньшей мере на двух стадиях подачи имеют место два отсека, задействованных в активных путях потока, и два отсека, задействованных в пассивных путях потока.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения контур разделения предусматривает четыре отсека/состоит из четырех отсеков, и при этом способ включает цикл разделения, при этом на каждой стадии подачи имеют место два отсека, задействованных в активных путях потока, и два отсека, задействованных в пассивных путях потока.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения контур разделения предусматривает четыре отсека/состоит из четырех отсеков, при этом цикл разделения предусматривает:
a) стадию подачи, где два отсека вместе образуют активный путь потока, и предпочтительно сырье подают в один отсек, а фракцию с продуктом извлекают из следующего отсека в активном пути потока, при этом остальные отсеки образуют пассивный путь(пути) потока(потоков); и/или
b) стадию подачи, предусматривающую два активных пути потока, каждый из которых состоит из одного отсека, и один пассивный путь потока, предпочтительно при этом сырье подают в один отсек, а рециркулирующую фракцию извлекают из этого же отсека, и элюент подают в отсек следующего активного пути потока, а фракцию с продуктом извлекают из этого же отсека; и/или
c) стадию подачи, где два отсека вместе образуют активный путь потока, и предпочтительно сырье подают в один отсек, а фракцию с продуктом извлекают из следующего отсека, при этом остальные отсеки образуют пассивный путь(пути) потока(потоков).
В каждом из вышеупомянутых вариантов осуществления цикл разделения может дополнительно предусматривать стадию циркуляции, при этом главным образом ничего не подают в SMB-систему или не собирают из нее; стадию элюирования, где элюент подают в один из отсеков и по меньшей мере одну фракцию собирают из этого же или из следующих отсеков; при этом способ предусматривает по меньшей мере одну стадию подачи, циркуляции и элюирования на цикл.
В соответствии с одним вариантом осуществления одну или несколько из стадий подачи, элюирования и циркуляции можно осуществлять практически одновременно. В соответствии с другим вариантом осуществления стадии подачи и элюирования можно осуществлять практически одновременно.
В соответствии с одним вариантом осуществления профиль разделения проходит более одного раза через контур разделения в каждом цикле разделения.
В соответствии с одним вариантом осуществления профиль разделения проходит приблизительно два раза через контур разделения в каждом цикле разделения.
В соответствии с другим вариантом осуществления профиль разделения проходит менее одного раза через контур разделения в каждом цикле разделения.
В соответствии с одним вариантом осуществления продвижение профиля разделения можно определить с помощью измерения общего объема жидкости (сырья и элюента), подаваемой в ходе цикла разделения.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения профиль разделения является узким и слой смолы для хроматографического разделения (неподвижная фаза), требуемый для надлежащего результата разделения, является протяженным. В соответствии с этим вариантом осуществления профиль разделения циркулирует через контур хроматографического разделения более одного раза, в этом случае слой смолы расходуется эффективно. «Эффективно расходоваться» в данном контексте означает, что профиль разделения главным образом заполняет весь наполнитель. Профиль разделения может циркулировать, например, 1,5 раза, 1,7 раза, два раза или 3 раза и т. д. в зависимости от числа колонок. Если профиль сухого вещества циркулирует 1,5 раза, то это означает, что в системе из 6 колонок первая стадия цикла повторяется в ходе следующей стадии цикла через три колонки. Преимущественно профиль разделения циркулирует два раза.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения профиль разделения является протяженным, т. е. широким, а длина слоя, необходимая для надлежащего разделения, является небольшой, в этом случае профиль разделения циркулирует менее одного раза через контур хроматографического разделения перед первой стадией следующего цикла. Профиль разделения может также циркулировать, например, 0,7 раза через контур хроматографического разделения. Это означает, что например, в системе из 10 колонок первая стадия следующего цикла повторяется уже через 7 колонок.
Способ по настоящему изобретению предпочтительно осуществляют при температуре от 10°C до 90°C. Более предпочтительно при температуре от приблизительно 40°C до 95°C. Более предпочтительно при температуре от приблизительно 60°C до 95°C. Более предпочтительно при температуре от приблизительно 65°C до 95°C. Более предпочтительно при температуре от приблизительно 65°C до 90°C.
В соответствии с другим вариантом осуществления способ по настоящему изобретению предпочтительно осуществляют при температуре от 20°C до 90°C. Более предпочтительно при температуре от приблизительно 20°C до 60°C. Более предпочтительно при температуре от приблизительно 20°C до 40°C.
Способ по настоящему изобретению предпочтительно осуществляют с применением давления в системе от приблизительно 1 бара до приблизительно 15 бар. Более предпочтительно от приблизительно 1 бара до приблизительно 10 бар.
В соответствии с одним вариантом осуществления используемым элюентом является растворитель, такой как спирт, в частности, этанол, или вода или их смесь, в частности, смесь этанола и воды. Предпочтительно используемым элюентом является вода.
Способ по настоящему изобретению предпочтительно осуществляют при линейной скорости потока от приблизительно 0,4 до приблизительно 20 м/ч, предпочтительно линейная скорость потока составляет от 1 до 12 м/ч.
Примеры
Справочный пример 1 - хроматографическое разделение мелассы (NSRL)
Контур разделения SMB-системы предусматривал четыре отсека, соединенных последовательно, насос подачи, циркуляционные насосы, насос для подачи воды в качестве элюента, а также клапаны входных и выходных отверстий для различных технологических потоков. Каждый отсек содержал один слой смолы высотой 2,2 м и диаметром 0,111 м. Применяемая смола представляла собой сильнокислую катионообменную смолу (SAC), DVB 6,2%, со средним размером частиц 283 мкм.
Подаваемый материал представлял собой C-мелассу, разбавленную до Bx50 рециркулирующей фракцией. Состав сырья представлен ниже в таблице.
Фракционирование выполняли посредством цикла разделения из 19 стадий (фиг. 2), как изложено ниже. Цикл разделения выполняли 10 раз перед извлечением любых фракций.
Стадия 1. 2,9 л сырья подавали в колонку 1 при скорости потока 70 л/ч и 2,9 л рециркулирующей фракции собирали из колонки 4.
Стадия 2. 1,8 л сырья подавали в колонку 1 при скорости потока 21 л/ч и 1,8 л рафината собирали из колонки 1. Одновременно 1,5 л воды подавали в колонку 2 при скорости потока 90 л/ч и 1,5 л рециркулирующей фракции собирали из колонки 4.
Стадия 3. 1,8 л сырья подавали в колонку 1 при скорости потока 21 л/ч и 1,8 л рафината собирали из колонки 1. Одновременно 7,7 л воды подавали в колонку 2 при скорости потока 90 л/ч и 7,7 л сахарозы собирали из колонки 4.
Стадия 4. 2,9 л сырья подавали в колонку 1 при скорости потока 70 л/ч и 2,9 л фракции с сахарозой собирали из колонки 4.
Стадия 5. 2,5 л подвергали циркуляции в контуре при скорости потока 70 л/ч, образованной колонками 1, 2, 3 и 4.
Стадия 6. 5,0 л воды подавали в колонку 3 при скорости потока 70 л/ч и 5,0 л рафината собирали из колонки 2.
Стадия 7. 5,2 л воды подавали в колонку 1 при скорости потока 70 л/ч и 5,2 л бетаина собирали из колонки 4.
Стадия 8. 4,6 л воды подавали в колонку 1 при скорости потока 65 л/ч и 4,6 л рафината собирали из колонки 3. Одновременно 6,7 л воды подавали в колонку 4 при скорости потока 90 л/ч и 6,7 л бетаина собирали из колонки 4.
Стадия 9. 5,0 л подвергали циркуляции в контуре при скорости потока 70 л/ч, образованной колонками 1, 2, 3 и 4.
Стадия 10. 4,6 л воды подавали в колонку 1 при скорости потока 70 л/ч и 4,6 л рафината собирали из колонки 4.
Стадия 11. 5,1 л подвергали циркуляции в контуре при скорости потока 70 л/ч, образованной колонками 1, 2, 3 и 4.
Стадия 12. 4,5 л воды подавали в колонку 2 при скорости потока 70 л/ч и 4,5 л рафината собирали из колонки 1.
Стадия 13. 5,4 л подвергали циркуляции в контуре при скорости потока 70 л/ч, образованной колонками 1, 2, 3 и 4.
Стадия 14. 4,5 л воды подавали в колонку 3 при скорости потока 70 л/ч и 4,5 л рафината собирали из колонки 2.
Стадия 15. 5,4 л подвергали циркуляции в контуре при скорости потока 70 л/ч, образованной колонками 1, 2, 3 и 4.
Стадия 16. 4,5 л воды подавали в колонку 4 при скорости потока 70 л/ч и 4,5 л рафината собирали из колонки 3.
Стадия 17. 5,4 л подвергали циркуляции в контуре при скорости потока 48 л/ч, образованной колонками 1, 2, 3 и 4.
Стадия 18. 4,5 л воды подавали в колонку 1 при скорости потока 75 л/ч и 4,5 л рафината собирали из колонки 4.
Стадия 19. 2,1 л подвергали циркуляции в контуре при скорости потока 80 л/ч, образованной колонками 1, 2, 3 и 4.
Концентрация сахарозы, выход и чистота фракций, а также средняя концентрация бетаина, выход и чистота фракций представлены ниже.
Пример 2 - хроматографическое разделение мелассы (iNSRL)
SMB-система предусматривала четыре отсека, соединенных последовательно, насос подачи, циркуляционные насосы, насос для подачи воды в качестве элюента, а также клапаны входных и выходных отверстий для различных технологических потоков. Каждый отсек содержал один слой смолы высотой 2,2 м и диаметром 0,111 м. Применяемая смола представляла собой сильнокислую катионообменную смолу (SAC), DVB 6,2%, со средним размером частиц 283 мкм.
Подаваемый материал представлял собой C-мелассу (применяемую в примере 1), разбавленную до Bx50 рециркулирующей фракцией. Состав сырья представлен ниже в таблице.
Фракционирование выполняли посредством цикла разделения из 19 стадий (фиг. 3), как изложено ниже. Цикл разделения выполняли 10 раз перед извлечением любых фракций.
Стадия 1. 2,9 л раствора подаваемого материала подавали в колонку 1 при скорости потока 60 л/ч и 2,9 л бетаина собирали из колонки 2. Колонки 3 и 4 были незадействованными одновременно.
Стадия 2. 4,5 л сырья подавали в колонку 1 при скорости потока 56 л/ч и 4,5 л рафината собирали из колонки 1. Одновременно 5,0 л воды подавали в колонку 2 при скорости потока 68 л/ч и 5,0 л бетаина собирали из колонки 2. Колонки 3 и 4 были незадействованными одновременно.
Стадия 3. 1,0 л раствора подаваемого материала подавали в колонку 1 при скорости потока 60 л/ч и 1,0 л бетаина собирали из колонки 2. Колонки 3 и 4 были незадействованными одновременно.
Стадия 4. 4,3 л подвергали циркуляции в контуре при скорости потока 50 л/ч, образованной колонками 1, 2, 3 и 4.
Стадия 5. 4,5 л воды подавали в колонку 3 при скорости потока 50 л/ч и 4,5 л рафината собирали из колонки 2.
Стадия 6. 5,2 л подвергали циркуляции в контуре при скорости потока 55 л/ч, образованной колонками 1, 2, 3 и 4.
Стадия 7. 4,5 л воды подавали в колонку 4 при скорости потока 60 л/ч и 4,5 л рафината собирали из колонки 3.
Стадия 8. 5,2 л подвергали циркуляции в контуре при скорости потока 60 л/ч, образованной колонками 1, 2, 3 и 4.
Стадия 9. 4,3 л воды подавали в колонку 1 при скорости потока 60 л/ч и 4,3 л рафината собирали из колонки 4.
Стадия 10. 5,0 л подвергали циркуляции в контуре при скорости потока 60 л/ч, образованной колонками 1, 2, 3 и 4.
Стадия 11. 4,2 л воды подавали в колонку 2 при скорости потока 60 л/ч и 4,2 л рафината собирали из колонки 1.
Стадия 12. 5,4 л подвергали циркуляции в контуре при скорости потока 60 л/ч, образованной колонками 1, 2, 3 и 4.
Стадия 13. 4,1 л воды подавали в колонку 3 при скорости потока 60 л/ч и 4,1 л рафината собирали из колонки 2.
Стадия 14. 5,2 л подвергали циркуляции в контуре при скорости потока 60 л/ч, образованной колонками 1, 2, 3 и 4.
Стадия 15. 4,2 л воды подавали в колонку 4 при скорости потока 65 л/ч и 4,2 л рафината собирали из колонки 3.
Стадия 16. 5,4 л воды подавали в колонку 3 при скорости потока 63 л/ч и 5,4 л сахарозы собирали из колонки 2.
Стадия 17. 4,0 л воды подавали в колонку 1 при скорости потока 65 л/ч и 4,0 л сахарозы собирали из колонки 2. Одновременно 4,0 л воды подавали в колонку 3 при скорости потока 65 л/ч и 4,0 л рафината собирали из колонки 4.
Стадия 18. 1,7 л воды подавали в колонку 1 при скорости потока 65 л/ч и 1,7 л рециркулирующей фракции собирали из колонки 2. Одновременно 1,1 л воды подавали в колонку 3 при скорости потока 65 л/ч и 1,1 л рафината собирали из колонки 4.
Стадия 19. 2,1 л воды подавали в колонку 3 при скорости потока 60 л/ч и 2,1 л рециркулирующей фракции собирали из колонки 2.
Способ осуществляли два раза, и средняя концентрация сахарозы, выход и чистота фракций, а также средняя концентрация бетаина, выход и чистота фракций представлены ниже.
Результаты
| Концентрация сахарозы г/100 г |
Концентрация бетаина г/100 г |
Концентрация сахарозы г/100 мл |
Концентрация бетаина г/100 мл |
|
| Пример 1 (сравнительный) |
26,6 | 2,9 | 29,56 | 2,92 |
| Пример 2 | 28,3 | 3,8 | 31,58 | 3,80 |
| Выход сахарозы | Выход бетаина | Чистота сахарозы | Чистота бетаина | |
| Пример 1 (сравнительный) |
92,2 | 88,2 | 92,7 | 76,7 |
| Пример 2 | 93,0 | 93,1 | 92,6 | 79,5 |
Результаты демонстрируют, что способ по настоящему изобретению обеспечивает значительное повышение концентрации фракции с сахарозой и значительное повышение концентрации фракции с бетаином. Как выход сахарозы, так и выход бетаина, а также чистота бетаина являются повышенными. Чистота сахарозы сохранялась.
Все ссылки, включая публикации, патентные заявки и патенты, приведенные в данном документе, включены в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте и в той же степени, как если бы каждая ссылка была отдельно и конкретно указана как включенная посредством ссылки и изложена в данном документе во всей своей полноте (в максимальной степени, допускаемой законом).
Все заголовки и подзаголовки используются в данном документе лишь для удобства и не должны быть истолкованы как ограничивающие настоящее изобретение каким-либо образом.
Применение какого-либо и всех примеров или иллюстративного пояснения (например, «такой как»), представленных в данном документе, предназначено лишь для лучшего освещения настоящего изобретения и не ограничивает объем настоящего изобретения, если не указано иное. Никакое пояснение в настоящем описании не следует истолковывать как указывающее на какой-либо не заявленный элемент в качестве необходимого для целей практического осуществления настоящего изобретения.
Упоминание и включение патентных документов в данный документ выполнено лишь для удобства и не отражает какой-либо аспект действительности, патентоспособности и/или юридической силы таких патентных документов.
Настоящее изобретение включает все модификации и эквиваленты объекта, упоминаемого в прилагаемой формуле изобретения согласно действующему законодательству.
1. Способ фракционирования сырья на две или более фракций с помощью хроматографической последовательной системы с псевдодвижущимся слоем (SMB),
где SMB-система предусматривает контур разделения, предусматривающий по меньшей мере 2 отсека; и
при этом способ включает цикл разделения, предусматривающий по меньшей мере одну стадию подачи, по меньшей мере одну стадию циркуляции и по меньшей мере одну стадию элюирования; и
при этом растворенные вещества в сырье образуют профиль разделения по мере того, как они проходят через контур разделения; и при этом профиль разделения проходит более одного раза или менее одного раза через по меньшей мере часть контура разделения в каждом цикле разделения;
при этом присутствуют по меньшей мере два пути потока в контуре разделения в ходе каждой стадии подачи цикла разделения; и при этом по меньшей мере один из указанных путей потока представляет собой активный путь потока, где жидкость активно протекает через отсек(и), который(ые) образует(ют) путь потока, и по меньшей мере один из указанных путей потока представляет собой пассивный путь потока, где жидкость активно не протекает через отсек(и), который(ые) образует(ют) путь потока, и где часть профиля разделения удерживается в отсеке(ах), который(ые) формирует пассивный путь потока; и
где сырье, подлежащее фракционированию, представляет собой свеклосахарную мелассу, барду или зеленую патоку.
2. Способ по п. 1, где в ходе каждой стадии подачи сырье подают в один из отсеков активного пути потока, и по меньшей мере одну фракцию с продуктом или рециркулирующую фракцию собирают из этого же и/или следующего отсека в этом же пути потока.
3. Способ по любому из предыдущих пунктов, где в ходе по меньшей мере одной стадии подачи сырье подают в один из отсеков в активном пути потока, и по меньшей мере одну фракцию с продуктом собирают из следующего отсека в этом же пути потока.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, где в ходе по меньшей мере одной стадии подачи сырье подают в один из отсеков в активном пути потока, и практически одновременно элюент подают в следующий отсек в контуре разделения.
5. Способ по п. 4, где фракцию с продуктом и/или рециркулирующую фракцию извлекают из каждого из отсеков, в который поступает сырье или элюент.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, где контур разделения предусматривает 2n отсеков, и по меньшей мере на одной стадии подачи цикла разделения присутствуют n+1 путей потока, и при этом по меньшей мере один из n+1 путей потока представляет собой пассивный путь потока, и по меньшей мере один из n+1 путей потока представляет собой активный путь потока, где n представляет собой число от 1 до 20.
7. Способ по п. 6, где n равняется от 1 до 14, более предпочтительно n равняется от 1 до 10, более предпочтительно n равняется от 1 до 8, более предпочтительно от 1 до 6, более предпочтительно 1, 2, 3 или 4, более предпочтительно 1, 2 или 3.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, где контур разделения предусматривает 2n отсеков, и по меньшей мере на одной стадии подачи цикла разделения присутствуют n путей потока, и при этом по меньшей мере один из n путей потока представляет собой пассивный путь потока, и по меньшей мере один из n путей потока представляет собой активный путь потока, где n представляет собой число от 2 до 20.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, где контур разделения предусматривает 2n-1 отсеков, и по меньшей мере на одной стадии подачи цикла разделения присутствуют n путей потока, и при этом по меньшей мере один из n путей потока представляет собой пассивный путь потока, и по меньшей мере один из n путей потока представляет собой активный путь потока, где n представляет собой число от 2 до 20.
10. Способ по любому из пп. 8 и 9, где n равняется от 2 до 14, более предпочтительно n равняется от 2 до 14, более предпочтительно n равняется от 2 до 10, более предпочтительно n равняется от 2 до 8, более предпочтительно от 2 до 6, более предпочтительно 2, 3 или 4, более предпочтительно 2 или 3.
11. Способ по любому из предыдущих пунктов, где каждая стадия подачи цикла разделения предусматривает только один или два пассивных пути потока, предпочтительно только один пассивный путь потока.
12. Способ по любому из предыдущих пунктов, где соотношение активных и пассивных путей потока на каждой стадии подачи составляет от 3:1 до 1:3.
13. Способ по любому из предыдущих пунктов, где соотношение активных и пассивных путей потока на каждой стадии подачи составляет 1:1.
14. Способ по любому из предыдущих пунктов, где на каждой стадии подачи цикла разделения последний путь потока в контуре разделения по отношению к пути потока, в который поступает подаваемый материал, является пассивным путем потока.
15. Способ по любому из предыдущих пунктов, где на каждой стадии подачи число отсеков, составляющих активные пути потока, равняется числу отсеков, которые составляют пассивные пути потока.
16. Способ по любому из предыдущих пунктов, где контур разделения предусматривает четыре отсека, и при этом способ включает цикл разделения, предусматривающий стадию подачи, при этом имеют место путь потока между двумя последовательными отсеками и путь потока между другими двумя последовательными отсеками, при этом один путь потока является активным, а другой путь потока является пассивным.
17. Способ по любому из предыдущих пунктов, где контур разделения предусматривает четыре отсека, и при этом способ включает цикл разделения, предусматривающий стадию подачи, при этом имеют место два активных пути потока, каждый из которых состоит из одного отсека, и пассивный путь потока между остальными двумя последовательными отсеками.
18. Способ по любому из предыдущих пунктов, где контур разделения предусматривает четыре отсека, и при этом способ включает цикл разделения, где на каждой стадии подачи присутствуют два отсека, задействованных в активных путях потока, и два отсека, задействованных в пассивных путях потока.
19. Способ по любому из предыдущих пунктов, где одну или несколько из стадий подачи, элюирования и циркуляции осуществляют практически одновременно.
20. Способ по любому из предыдущих пунктов, где профиль разделения проходит более одного раза через контур разделения в каждом цикле разделения.
21. Способ по любому из предыдущих пунктов, где профиль разделения проходит менее одного раза через контур разделения в каждом цикле разделения.
22. Способ по любому из предыдущих пунктов, где профиль разделения проходит два раза через контур разделения в каждом цикле разделения.
23. Способ по любому из предыдущих пунктов, где отсеки содержат неподвижную фазу, выбранную из хроматографической смолы, предпочтительно ионообменной смолы.
24. Способ по любому из предыдущих пунктов, где отсеки содержат катионообменную смолу.
25. Способ по любому из предыдущих пунктов, где отсеки содержат слабокислую катионообменную смолу.
26. Способ по любому из предыдущих пунктов, где отсеки содержат сильнокислую катионообменную смолу.
27. Способ по любому из предыдущих пунктов, где элюент представляет собой воду.
28. Способ по любому из предыдущих пунктов, где SMB-система характеризуется линейной скоростью потока от 0,4 до 20 м/ч, предпочтительно от 1 до 12 м/ч.
29. Способ по любому из предыдущих пунктов, где меласса представляет собой B-мелассу или C-мелассу.
30. Способ по любому из предыдущих пунктов, где сырье представляет собой свеклосахарную мелассу, и фракция с продуктом содержит главным образом бетаин.
31. Способ по любому из предыдущих пунктов, где фракция с продуктом содержит по меньшей мере 3 г/100 мл бетаина.
32. Способ по любому из предыдущих пунктов, где сырье представляет собой свеклосахарную мелассу, и фракция с продуктом содержит главным образом сахарозу.
33. Способ по любому из предыдущих пунктов, где фракция с продуктом содержит по меньшей мере 30 г/100 мл сахарозы.
34. Хроматографическая фракция, содержащая по меньшей мере 75 вес. % бетаина от сухого вещества и характеризующаяся концентрацией бетаина по меньшей мере 3,5 г/100 мл, получаемой с помощью способа по любому из пп. 1-28.
35. Хроматографическая фракция, содержащая по меньшей мере 85 вес. % сахарозы от сухого вещества и характеризующаяся концентрацией сахарозы по меньшей мере 30 г/100 мл, получаемой с помощью способа по любому из пп. 1-28.
