過濾同多糖的方法
【專利說明】過濾同多糖的方法
[0001] 本發明涉及一種使用對稱管狀膜過濾包含葡聚糖和生物質的含水發酵肉湯的改 進方法。
[0002] 在天然存在的石油中，石油存在于多孔儲集巖的開孔中，所述儲集巖通過非滲透 性覆蓋層覆蓋與地面隔離。所述開孔可為極細的開孔、毛細管、孔等。細孔頸可具有例如僅 約Ιμπι的直徑。除石油（包括天然氣級分）之外，油藏包含含有或多或少鹽的水。
[0003] 在石油開采中，區分為一次采油、二次采油和三次采油。在一次采油中，在井鉆入 油藏中之后，石油由于油藏的自身壓力而自發經由該井流至地面。取決于油藏類型，借助一 次采油通常僅可開采油藏中存在的石油量的約5-10%，其后特性壓力不再足以開采。在二 次采油中，油藏中的壓力通過注入水和/或蒸汽而維持，但是即使借助該技術也不能完全 開采石油。三次石油開采包括其中使用合適的化學品作為采油助劑的方法。這些包括"聚 合物驅替（polymer flooding) "。在聚合物驅替中，代替水將增稠聚合物的水溶液經由注入 井注入石油油藏中。與使用水或蒸汽相比，這能夠進一步提高產量。
[0004] 對于聚合物驅替，已經提出許多不同的水溶性聚合物，合成聚合物如聚丙烯酰胺 或包含丙烯酰胺和其他單體的共聚物以及天然來源的水溶性聚合物。
[0005] 對于聚合物驅替，一種重要的天然來源的聚合物種類由衍生自葡萄糖的支化同多 糖形成。由葡萄糖單元構成的多糖也已知為葡聚糖。所述支化同多糖具有由β-1,3-連接 的葡萄糖單元構成的主鏈，其根據統計學大約每3個單元與另一葡萄糖單元以β -1，6-糖 苷方式連接。該類支化同多糖的水溶液具有有利的物理化學性質，使得它們特別適合于聚 合物驅替。
[0006] 具有所述結構的同多糖由多種真菌菌株，例如由擔子菌綱裂裙菌（Schizophyllum commune)分泌，其表現絲狀生長并且在生長期間分泌具有從約2至約25*106g/mol的典型 分子量Mw的上述結構的同多糖（俗名裂裥菌素）。還可提及由齊整小核菌（Sclerotium rolfsii)分泌的上述結構的同多糖（俗名：小核菌葡聚糖）。
[0007] 通過真菌菌株的發酵和隨后發酵肉湯的過濾制備包含β-1，3-連接的葡萄糖單 元的支化同多糖的方法是已知的。然而，迄今為止通過發酵制備同多糖的工業方法的限制 因素為必須要過濾大量的發酵肉湯。已知在甚至8g/l的低濃度以上，葡聚糖形成高粘度的 凝膠，其僅能在工業上困難地處理。因此，對葡聚糖的大量需求不能通過在發酵過程中獲得 較高濃度的葡聚糖而滿足。相反，必須提高發酵肉湯本身的量。這使得必須過濾大量的發 酵肉湯。然而，迄今為止已知的過濾方法并不適合用于過濾大量的發酵肉湯，這是因為它們 在過濾過程中僅可在l〇kg/h/m2或更低的平均通量下操作。
[0008] EP 271 907 A2和EP 504 673 Al公開了用于制備由β-1,3-連接的葡萄糖單元 構成的支化葡聚糖的方法和真菌菌株。制備通過菌株在攪拌和通氣下的分批發酵進行。營 養培養基基本由葡萄糖、酵母提取物、磷酸二氫鉀、硫酸鎂和水構成。聚合物由真菌分泌至 含水發酵肉湯中，并且最后由包含生物質的發酵肉湯分離，例如通過離心或過濾分離出聚 合物水溶液。
[0009] aUdo Rau ? ^ B i 〇 sy n th e s e ? Produktion und Eigenschaften von .e:Xtr:aZ:ellulS.re:H Pilz-Glucanen"，Habilitationsschrift，Technical University of Braunschweig，1997,第70-95頁"描述了通過連續或不連續發酵制備裂裥菌素，其中裂裥菌 素的分離可借助交叉流動過濾進行（在上述引文中，第75頁）。為了分離細胞物質，測試具 有0. 5μπι、2μπι、10μπι和20μπι的開孔的多種不銹鋼膜。
[0010] "Udo Rau，"Biopolymers"，A. Steinbilchel 編輯，第 6 卷，第 63-79 頁，WILEY-VCH publishers，New York，2002"描述了通過連續或不連續發酵制備裂裥菌素。對于分離不 含細胞和不含細胞碎片的裂裥菌素推薦離心和交叉流動微濾（在上述引文中，第78頁，第 10. 1段）。其中對于交叉流動微濾提出使用來自Krebsoege (現為GKN)的具有10 μ m的開 孔尺寸的燒結不銹鋼膜。
[0011] WO 2003/016545 A2公開了使用齊整小核菌制備小核菌葡聚糖的連續方法。對于 純化，描述了使用具有20 μ m的開孔尺寸的不銹鋼過濾器以至少7m/s的跨過濾器流動速度 的交叉流動過濾。
[0012] WO 2011/082973 A2描述了借助不對稱膜移除細胞，其中分離層的開孔尺寸為 Ιμπι至10 μπι。可以使用平膜（flat membrane)或不對稱管狀膜，單通道組件或多通道組 件。
[0013] 在 Haarstrick 等·（Bioprocess· Engineering 6 (1991) 179-186)中，使用具有 0. 45 μL?至1.0 μL?的開孔尺寸的陶瓷管狀膜"來自Millipore的PSK CER"分離細胞。這 些管狀膜不適合用于由發酵肉湯分離裂裥菌素，這是因為開孔尺寸太小而不允許裂裥菌素 通過該開孔。
[0014] 在Chem. -Ing. -Tech. 63(1991)，第7期，第Α468頁中，對于由高分子量聚合物溶液 分離菌絲體碎片，推薦使用不銹鋼織造平膜。
[0015] 在 Haarstrick( "Mechanische Trennverfahren zur Gewinnung zellfreier, hochviskoser P〇lysaCCllaridIfellllg?Il von Schizophyllum commune ATCC 38548"， 論文，Technical University of Braunschweig，1992)中，使用具有 0.5 μηι、2μηι、10μηι、 100 μ m和200 μ m的公稱開孔尺寸，8mm的內徑和300mm的通道長度的織造不銹鋼網篩分離 細胞（第10和63頁）。
[0016] 在 Journal of Membrane Science 117 (1996)，第 237-249 頁中，描述了由發酵肉 湯超過濾黃原膠。
[0017] GIT Fachzeitung Labor (12/92,第 1233-1238 頁）描述了具有細胞再循環的支化 葡聚糖的連續制備。該設置在文獻中還稱為具有外部膜階段的膜生物反應器。為了從發酵 循環分離支化葡聚糖，提出借助具有200 μ m開孔尺寸的不銹鋼膜的交叉流動過濾。作為第 二純化階段的另一方法，作者未成功地檢測陶瓷膜的交叉流動過濾。作為其實驗的結果，他 們得出結論是交叉流動微濾不適合于由含有菌絲體、高粘度的培養物懸浮液分離細胞。
[0018] 用于從發酵肉湯分離葡聚糖的現有技術中所述的方法不能以經濟方式以工業規 模操作。
[0019] 因此，需要一種由包含生物質和葡聚糖的發酵肉湯分離葡聚糖的方法，其中使發 酵肉湯以高平均流動速度通過對稱管狀膜而不會不利地影響所得葡聚糖水溶液的品質，例 如呈更高含量的細胞碎片的形式。
[0020] 高平均通量顯示由包含生物質和葡聚糖的發酵肉湯分離葡聚糖的方法可以以栗 送的物料通過量操作，這使得該方法經濟。
[0021] 上述目標通過提供一種在過濾裝置中使用具有圓柱形形狀且具有的內徑為多2mm 至< 6mm的對稱管狀膜由包含葡聚糖和生物質的含水發酵肉湯分離出葡聚糖水溶液的方 法實現。
[0022] 因此，本發明在一個實施方案中提供了一種在過濾裝置中由包含葡聚糖和生物質 的含水發酵肉湯分離出葡聚糖水溶液的方法，該方法至少包括如下步驟：
[0023] a)將包含含水發酵肉湯的進料料流引入過濾裝置中，
[0024] b)使進料料流通過至少一個具有圓柱形形狀且具有開孔的管狀膜，
[0025] c)移除包含葡聚糖水溶液的滲透物料流，
[0026] 其中所述管狀膜具有的內徑為多2mm至< 6mm。
[0027] 因此，本發明在另一實施方案中提供了一種在過濾裝置中由包含葡聚糖和生物質 的含水發酵肉湯分離出葡聚糖水溶液的方法，該方法至少包括如下步驟：
[0028] a)將包含含水發酵肉湯的進料料流引入過濾裝置中，
[0029] b)使進料料流通過至少一個具有圓柱形形狀且具有開孔的對稱管狀膜，
[0030] C)移除包含葡聚糖水溶液的滲透物料流，
[0031] 其中所述對稱管狀膜具有的內徑為多2mm至< 6_。
[0032] 因此，本發明在另一實施方案中提供了一種在過濾裝置中由包含葡聚糖和生物質 的含水發酵肉湯分離出葡聚糖水溶液的方法，該方法至少包括如下步驟：
[0033] a)將包含含水發酵肉湯的進料料流引入過濾裝置中，
[0034] b)使進料料流通過至少一個具有圓柱形形狀且具有開孔的對稱管狀膜，
[0035] c)移除包含葡聚糖水溶液的滲透物料流，
[0036] 其中所述對稱管狀膜具有的內徑為彡2mm至彡6mm且分離限值根據ASTM F 795 測定為^ 〇