RU2808729C2 - Purification of oligosaccharides from fermentation broth by filtration - Google Patents
Purification of oligosaccharides from fermentation broth by filtration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808729C2 RU2808729C2 RU2021135619A RU2021135619A RU2808729C2 RU 2808729 C2 RU2808729 C2 RU 2808729C2 RU 2021135619 A RU2021135619 A RU 2021135619A RU 2021135619 A RU2021135619 A RU 2021135619A RU 2808729 C2 RU2808729 C2 RU 2808729C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lacto
- oligosaccharide
- process stream
- target oligosaccharide
- target
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к получению олигосахаридов посредством микробной ферментации в промышленном масштабе. Более конкретно, настоящее изобретение относится к очистке целевого олигосахарида от ферментационного бульона посредством использования способов фильтрации.The present invention relates to the production of oligosaccharides by microbial fermentation on an industrial scale. More specifically, the present invention relates to the purification of a target oligosaccharide from a fermentation broth through the use of filtration methods.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND ART
Человеческое грудное молоко представляет собой сложную смесь углеводов, жиров, белков, витаминов, минеральных веществ и микроэлементов. Фракция углеводов представляет собой наиболее преобладающую фракцию твердой фазы и может быть дополнительно подразделена на лактозу и более сложные олигосахариды, так называемые олигосахариды грудного молока (ОГМ).Human breast milk is a complex mixture of carbohydrates, fats, proteins, vitamins, minerals and trace elements. The carbohydrate fraction is the most predominant solid phase fraction and can be further subdivided into lactose and more complex oligosaccharides, so-called human milk oligosaccharides (HMOs).
В то время как лактоза используется в качестве источника энергии, сложные олигосахариды не метаболизируются грудными детьми и взрослыми. На долю фракции сложных олигосахаридов приходится вплоть до 10% суммарной фракции углеводов, и она, вероятно, состоит из более чем 150 разных олигосахаридов. Распространенность и концентрация данных сложных олигосахаридов являются специфичными для человека, и, таким образом, они не обнаружены в больших количествах в молоке других млекопитающих, таких как одомашненные молочные животные. Несмотря на то, что ОГМ представляют только минорную фракцию всего человеческого грудного молока, их высоко полезное действие на развитие грудных детей стало очевидным за последние десятилетия.While lactose is used as an energy source, complex oligosaccharides are not metabolized by infants and adults. The complex oligosaccharide fraction accounts for up to 10% of the total carbohydrate fraction and is likely composed of more than 150 different oligosaccharides. The abundance and concentration of these complex oligosaccharides are specific to humans, and thus they are not found in large quantities in the milk of other mammals, such as domesticated dairy animals. Although HMOs represent only a minor fraction of all human breast milk, their highly beneficial effects on infant development have become evident over the past decades.
Наиболее распространенным ОГМ является 2'-фукозиллактоза. Дополнительные распространенные ОГМ представляют собой 3-фукозиллактозу, дифукозиллактозу, лакто-N-тетраозу, лакто-N-неотетраозу и лакто-N-фукопентаозы. Помимо данных нейтральных олигосахаридов, также в человеческом грудном молоке могут быть обнаружены кислые ОГМ, включая 3'-сиалиллактозу, 6'-сиалиллактозу и сиалиллакто-N-тетраозы, такие как LST-a, LST-b и LST-c (Таблица 1). Вплоть до 20% от общего содержания ОГМ человеческого грудного молока являются кислыми за счет наличия по меньшей мере одной группировки сиаловой кислоты. Данные структуры тесно связаны с эпитопами гликоконъюгатов поверхности эпителиальных клеток (групповые антигены крови Льюиса), и структурная гомология между ОГМ и эпитопами эпителия объясняет способность ОГМ защищать от бактериальных патогенов (Weichert et al. 2013, Nutr. Res. 33:831; Weichert et al. 2016, J. Virol. 90:4843).The most common HGM is 2'-fucosyllactose. Additional common HGMs are 3-fucosyllactose, difucosyllactose, lacto-N-tetraose, lacto-N-neotetraose, and lacto-N-fucopentaose. In addition to these neutral oligosaccharides, acidic HMOs can also be found in human breast milk, including 3'-sialyllactose, 6'-sialyllactose and sialyllacto-N-tetraoses such as LST-a, LST-b and LST-c (Table 1) . Up to 20% of the total HGM content of human breast milk is acidic due to the presence of at least one sialic acid group. These structures are closely related to epithelial cell surface glycoconjugate epitopes (Lewis blood group antigens), and the structural homology between OGM and epithelial epitopes explains the ability of OGM to protect against bacterial pathogens (Weichert et al. 2013, Nutr. Res. 33:831; Weichert et al. 2016 J Virol 90:4843).
О наличии сложных олигосахаридов в человеческом грудном молоке известно на протяжении длительного периода, и физиологические функции ОГМ стали предметом медицинского исследования на протяжении многих десятилетий (Gura 2014, Science 345:747; Kunz & Egge 2017, In McGuire, McGuire & Bode (eds) Prebiotics and Probiotics in Human Milk, Elsevier, London, pp. 3-16). Для некоторых более распространенных ОМГ конкретные функции уже идентифицированы (Bode 2012, Glycobiology 22:147; Bode & Jantscher-Krenn 2012, Adv. Nutr. 3S:383; Morrow et al. 2004, J. Pediatr. 145:297). За счет их физиологической способности ингибировать инфекционные агенты (бактерии, вирусы и бактериальные токсины), их положительного действия, оказываемого на развитие головного мозга, и их пребиотических функций, существует большая потребность во включении ОГМ в продукты питания, в частности, продукты для детского питания. В Таблице 1 предложен обзор ОГМ, которые могут быть очищены от ферментационного бульона способами, раскрытыми в данном документе.The presence of complex oligosaccharides in human breast milk has been known for a long time, and the physiological functions of OGM have been the subject of medical research for many decades (Gura 2014, Science 345:747; Kunz & Egge 2017, In McGuire, McGuire & Bode (eds) Prebiotics and Probiotics in Human Milk, Elsevier, London, pp. 3-16). For some of the more common OMGs, specific functions have already been identified (Bode 2012, Glycobiology 22:147; Bode & Jantscher-Krenn 2012, Adv. Nutr. 3S:383; Morrow et al. 2004, J. Pediatr. 145:297). Due to their physiological ability to inhibit infectious agents (bacteria, viruses and bacterial toxins), their beneficial effects on brain development, and their prebiotic functions, there is a great need for the inclusion of HMOs in food products, particularly infant formula products. Table 1 provides an overview of HMOs that can be purified from fermentation broth by the methods disclosed herein.
Ограниченная поставка отдельных ОГМ и неспособность поставить достаточные количества данных молекул привела к разработке способов на основе химического синтеза для их получения. Однако, химический синтез ОГМ оказался крайне сложным, особенно крупномасштабная масштабное получение ОГМ с достаточным качеством для применений в пищевой промышленности. В частности, для химического синтеза ОГМ, таких как 2'-FL (WO 2010/115935 А), требуется несколько вредных химических веществ, которые могут загрязнять конечный продукт.The limited supply of individual HMOs and the inability to supply sufficient quantities of these molecules has led to the development of chemical synthesis-based methods for their preparation. However, the chemical synthesis of OGM has proven to be extremely difficult, especially large-scale production of OHM with sufficient quality for applications in the food industry. In particular, the chemical synthesis of OHMs such as 2'-FL (WO 2010/115935 A) requires several harmful chemicals that can contaminate the final product.
Недостатки химического синтеза привели к разработке нескольких ферментативных способов и способов на основе ферментации (Miyazaki et al. 2010, Methods Enzymol. 480:511; Murata et al. 1999, Glycoconj. J. 16:189; Baumgartner et al. 2013, Microb. Cell Fact. M AO; Lee et al. 2012, Microb. Cell Fact. 1:48; Albermann et al. 2001, Carbohydr. Res. 334:97; US 7,521,212 B1; Fierfort & Samain 2008, J. Biotechnol. 134:216). Однако, данные способы приводят к получению сложных смесей олигосахаридов, и желательный продукт, таким образом, загрязняется исходным сырьем, таким как лактоза, а также промежуточными веществами, нежелательными побочными продуктами (например, побочными продуктами, происходящими в результате побочных активностей определенных гликозилтрансфераз) и субстратами из процесса ферментации, такими как белки, полипептиды, органические кислоты и соли.The disadvantages of chemical synthesis have led to the development of several enzymatic and fermentation-based methods (Miyazaki et al. 2010, Methods Enzymol. 480:511; Murata et al. 1999, Glycoconj. J. 16:189; Baumgartner et al. 2013, Microb. Cell Fact. M AO; Lee et al. 2012, Microb. Cell Fact. 1:48; Albermann et al. 2001, Carbohydr. Res. 334:97; US 7,521,212 B1; Fierfort & Samain 2008, J. Biotechnol. 134: 216). However, these processes result in complex mixtures of oligosaccharides, and the desired product is thus contaminated with starting materials such as lactose, as well as intermediates, unwanted by-products (for example, by-products resulting from side activities of certain glycosyltransferases) and substrates from the fermentation process, such as proteins, polypeptides, organic acids and salts.
Многие современные способы очистки отдельных олигосахаридов от смесей являются технически сложными, трудными для расширения масштабов и нерентабельными для применений в пищевой промышленности. Способы промышленного масштаба разработаны для очистки дисахаридов - лактозы и сахарозы от молочной сыворотки и кормовой патоки, соответственно, но данные способы включают множественные стадии кристаллизации, которые детально разработаны и достигают только низких выходов. Однако, молочная сыворотка и кормовые патоки являются прежде всего «пищевыми» продуктами и отнюдь не такими сложными и требовательными (сточки зрения нормативных требований), как ферментационные бульоны, содержащие рекомбинантные бактерии или дрожжи. Гель-хроматография представляет собой наилучший способ очистки сложных олигосахаридов, таких как ОГМ, полученные в результате микробной ферментации, но недостатки данного способа включают его недостаточную масштабируемость и его несовместимость с непрерывной обработкой. Гель-хроматография, таким образом, является нерентабельной и не может использоваться для получения ОГМ в промышленном масштабе.Many current methods for purifying individual oligosaccharides from mixtures are technically complex, difficult to scale up, and uneconomical for food industry applications. Industrial-scale processes have been developed to purify the disaccharides lactose and sucrose from whey and molasses, respectively, but these processes involve multiple crystallization steps that are elaborate and achieve only low yields. However, whey and molasses are primarily “food” products and are by no means as complex and demanding (from a regulatory perspective) as fermentation broths containing recombinant bacteria or yeast. Gel chromatography is the best way to purify complex oligosaccharides such as OGMs produced by microbial fermentation, but disadvantages of this method include its lack of scalability and its incompatibility with continuous processing. Gel chromatography is thus unprofitable and cannot be used to obtain OGM on an industrial scale.
Теоретически, гель-хроматография является наилучшим способом очистки сложных олигосахаридов, таких как ОГМ, продуцируемых в результате микробной ферментации, но недостатки гель-хроматографии включают ее недостаточную масштабируемость и ее несовместимость с непрерывной обработкой. Гель-хроматография, таким образом, является нерентабельной и не может быть использована для получения ОГМ в промышленном масштабе.In theory, gel chromatography is the best way to purify complex oligosaccharides such as OGM produced by microbial fermentation, but disadvantages of gel chromatography include its lack of scalability and its incompatibility with continuous processing. Gel chromatography is thus unprofitable and cannot be used to obtain OGM on an industrial scale.
После разработки эффективных способов и процессов получения ОГМ посредством микробной ферментации следующей логической стадией являлась разработка эффективных последующих способов выделения ОГМ из культурального бульона.Having developed efficient methods and processes for the production of HMOs through microbial fermentation, the next logical step was to develop efficient downstream methods for isolating HMOs from the culture broth.
В WO 2015/049331 А раскрыт способ очистки нейтральных ОГМ. В способе используют ионный обмен, электродиализ и хроматографию с псевдодвижущимся слоем (SMB - от англ. simulated moving bed) для достижения непрерывной и эффективной очистки больших количеств ОГМ. В отличие от путей химического синтеза для получения нейтральных ОГМ и их последующей очистки, описанный способ ферментации и очистки делает возможным предоставление ОГМ, не содержащих вредных химических веществ, таких как тяжелые металлы - микроэлементы и органические растворители. Способ очистки дает высоко очищенный продукт на основе ОГМ в твердой форме (посредством сушки распылением) или в виде концентрированного сиропа, который может быть использован в применениях в пищевой промышленности.WO 2015/049331 A discloses a method for purifying neutral HMOs. The method uses ion exchange, electrodialysis and simulated moving bed chromatography (SMB) to achieve continuous and efficient purification of large quantities of OGM. In contrast to chemical synthesis routes for obtaining neutral OHMs and their subsequent purification, the described method of fermentation and purification makes it possible to provide OHMs that do not contain harmful chemicals, such as heavy metals - trace elements and organic solvents. The purification process produces a highly purified OGM-based product in solid form (by spray drying) or as a concentrated syrup that can be used in food processing applications.
В WO 2015/106943 А описан простой способ очистки нейтральных ОГМ, полученных посредством микробной ферментации. В способе используется комбинация катионного обмена, анионного обмена и нанофильтрации и/или электродиализа, которая делает возможной эффективную очистку больших количеств нейтральных ОГМ. В отличие от более ранних способов очистки для нейтральных ОГМ, полученных посредством микробной ферментации, способ не включает стадий хроматографического разделения. Способ приводит к получению ОГМ в твердой форме в виде вещества, высушенного распылением, в виде кристаллического вещества или в виде концентрата, стерилизованного на фильтре. Полученные ОГМ не содержат белков и веществ, происходящих из рекомбинантных микробных штаммов, используемых для продукции, и, таким образом, являются идеальными для применений в получении пищевых продуктов, продуктов лечебного питания и корма (например, корма для домашних животных).WO 2015/106943 A describes a simple method for the purification of neutral HMOs obtained by microbial fermentation. The method uses a combination of cation exchange, anion exchange and nanofiltration and/or electrodialysis, which makes it possible to effectively purify large quantities of neutral OHMs. Unlike earlier purification methods for neutral HMOs obtained through microbial fermentation, the method does not include chromatographic separation steps. The method results in the production of OGM in solid form as a spray-dried substance, as a crystalline substance or as a filter-sterilized concentrate. The resulting HMOs do not contain proteins and substances originating from the recombinant microbial strains used for production and are thus ideal for food, health food and feed (eg pet food) applications.
В WO 2016/095924 А описан способ очистки 2'-FL посредством кристаллизации. ОГМ получали посредством микробной ферментации, и после удаления биомассы ее концентрировали посредством нанофильтрации и электродиализа. Наконец, 2'-FL селективно кристаллизовали из водного раствора, также содержащего 2', 3-ди-О-фукозиллактозу (DFL - от англ. 2', 3-ди-О-fucosyllactose), с использованием уксусной кислоты.WO 2016/095924 A describes a method for purifying 2'-FL by crystallization. OGM was obtained through microbial fermentation, and after removing the biomass, it was concentrated through nanofiltration and electrodialysis. Finally, 2'-FL was selectively crystallized from an aqueous solution also containing 2',3-di-O-fucosyllactose (DFL) using acetic acid.
LNT и LNnT могут быть отделены от углеводных побочных продуктов посредством селективного связывания с активным углем с последующим элюированием органическими растворителями и разделением посредством гель-хроматографии (Priem et al. 2002, Glycobiology 12:235; Gebus et al. 2012, Carbohydr. Res. 361:83; Baumgartner et al. 2014, ChemBioChem 15:1896). Как указано выше, гель-хроматография является удобным лабораторным способом, но она не может быть эффективно расширена в масштабе для промышленного производства.LNT and LNnT can be separated from carbohydrate by-products by selective coupling with activated carbon followed by elution with organic solvents and separation by gel chromatography (Priem et al. 2002, Glycobiology 12:235; Gebus et al. 2012, Carbohydr. Res. 361 :83;Baumgartner et al. 2014, ChemBioChem 15:1896). As stated above, gel chromatography is a convenient laboratory technique, but it cannot be effectively scaled up for industrial production.
BWO 2015/049331 А раскрыта следующая последовательность операций для очистки LNT, получаемой в результате бактериальной ферментации, с предоставлением прозрачного раствора, не содержащего частиц: электродиализ, нанофильтрация, хроматография с псевдодвижущимся слоем (SMB) с использованием сильной катионообменной смолы, электродиализ, ультрафильтрация и вторая стадия хроматографии с SMB.BWO 2015/049331 A discloses the following sequence of operations for purifying LNT produced by bacterial fermentation to provide a clear, particulate-free solution: electrodialysis, nanofiltration, pseudo-moving bed (SMB) chromatography using a strong cation exchange resin, electrodialysis, ultrafiltration and second chromatography step with SMB.
Разные способы также описаны для выделения кислотных ОГМ, особенно сиалированных лактоз или сиалированных олигосахаридов.Various methods have also been described for the isolation of acidic HMOs, especially sialylated lactoses or sialylated oligosaccharides.
В US 2007/0020736 А раскрыто получение 3'-SL с дисиалированными и трисиалированными лактозами в качестве побочных продуктов генетически модифицированного штамма бактерии Escherichia coli. 3'-SL накапливался в культуральном бульоне до концентрации ~0,8 мМ. 3'-SL очищали, используя следующие стадии: центрифугирование, адсорбция посредством пропускания супернатанта через уголь и вымывания водорастворимых солей дистиллированной водой, градиентное элюирование в водном этаноле и в конечном итоге разделение на колонке Biogel и обессоливание. Выход из 1 л бульона составлял 49 мг 3'-SL.US 2007/0020736 A discloses the production of 3'-SL with disialylated and trisialylated lactoses as by-products of a genetically modified strain of the bacterium Escherichia coli. 3′-SL accumulated in the culture broth to a concentration of ∼0.8 mM. 3'-SL was purified using the following steps: centrifugation, adsorption by passing the supernatant through charcoal and washing out water-soluble salts with distilled water, gradient elution in aqueous ethanol, and finally separation on a Biogel column and desalting. The yield from 1 liter of broth was 49 mg of 3'-SL.
Еще один раскрытый способ включает получение 3'-SL с использованием генетически модифицированного штамма Е. coli и последующее выделение посредством тепловой пермеабилизации клеток с последующим центрифугированием (Priem et al. 2002, Glycobiology 12:235). Вещество в супернатанте адсорбировали на угле, и водорастворимые соли вымывали дистиллированной водой. После градиентного элюирования в водном этаноле 3'-SL адсорбировали на сильном анионообменнике в своей HCO3 - (бикарбонат-ион) форме и элюировали с помощью линейного градиента бикарбоната натрия (NaHCO3). Последний удаляли посредством катионного обмена (с использованием смолы в своей кислотной форме), что приводило к получению коэффициента извлечения 3'-SL 49%.Another disclosed method involves producing 3'-SL using a genetically modified E. coli strain and subsequent isolation by heat permeabilization of cells followed by centrifugation (Priem et al. 2002, Glycobiology 12:235). The substance in the supernatant was adsorbed on carbon, and the water-soluble salts were washed out with distilled water. After gradient elution in aqueous ethanol, 3'-SL was adsorbed onto a strong anion exchanger in its HCO 3 - (bicarbonate ion) form and eluted using a linear gradient of sodium bicarbonate (NaHCO 3 ). The latter was removed via cation exchange (using the resin in its acidic form), resulting in a 3'-SL recovery rate of 49%.
Альтернативный способ, начиная с ферментационного бульона, включал стадии тепловой пермеабилизации, центрифугирования, подведения рН до 3,0 посредством добавления сильной катионообменной смолы в своей кислотной форме и удаления осажденных белков посредством центрифугирования (Fierfort et al. 2008, J, Biotechnol, 134:261). Затем рН супернатанта доводили до 6,0 посредством добавления слабого анионообменника в своей основной форме, и 3'-SL связывали с анионообменником в форме HCO3 -. После промывания дистиллированной водой с последующим элюированием в непрерывном градиенте NaHCO3, NaHCO3 удаляли посредством катионного обмена (с использованием смолы в своей кислотной форме) до тех пор, пока рН не падал до 3,0. Наконец, рН доводили до 6,0 посредством NaOH. При данной стратегии очистки достигали коэффициента извлечения 3'-SL 59%.An alternative method, starting from the fermentation broth, involved the steps of heat permeabilization, centrifugation, adjusting the pH to 3.0 by adding a strong cation exchange resin in its acidic form and removing precipitated proteins by centrifugation (Fierfort et al. 2008, J, Biotechnol, 134:261 ). The pH of the supernatant was then adjusted to 6.0 by adding a weak anion exchanger in its basic form, and 3'-SL was coupled to the anion exchanger in the form of HCO 3 - . After washing with distilled water followed by elution with a continuous NaHCO 3 gradient, NaHCO 3 was removed by cation exchange (using the resin in its acid form) until the pH dropped to 3.0. Finally, the pH was adjusted to 6.0 with NaOH. This purification strategy achieved a 3′-SL recovery rate of 59%.
Ферментативно полученную 3'-SL также отделяли от лактозы посредством нанофильтрации (Nordvang et al. 2014, Separ. Purif. Technol. 138:77). Авторы изобретения показали, что две разные нанофильтрационные мембраны, одна с порогом отсечения по молекулярной массе (MWCO - от англ. Molecular-weight cutoff) 600-800 Да (мембрана на основе сульфированного полиэфирсульфона (SPES - от англ. sulfonated polyethersulfone)) и другая с MWCO 1000-1400 Да (мембрана SPES), могли разделять большую часть 3'-SL от лактозы после диафильтрации. Однако, происходила значимая потеря 3'-SL во время данного процесса, и чистота была низкой, что требовало дополнительной стадии очистки на основе ионного обмена.The enzymatically produced 3'-SL was also separated from lactose by nanofiltration (Nordvang et al. 2014, Separ. Purif. Technol. 138:77). The authors of the invention showed that two different nanofiltration membranes, one with a molecular weight cutoff (MWCO) of 600-800 Da (membrane based on sulfonated polyethersulfone (SPES)) and the other with MWCO 1000-1400 Da (SPES membrane), could separate most of the 3'-SL from lactose after diafiltration. However, there was significant loss of 3'-SL during this process and the purity was low, requiring an additional ion exchange purification step.
В WO 2010/106320 А2 описан способ обогащения 3'-SL из молочной сыворотки. Сначала, белки удаляют посредством ультрафильтрации, и затем осветленный фильтрат молочной сыворотки инкубируют с ионообменной смолой с захватом 3'-SL. После элюирования с ионообменного вещества, обогащенную фракцию 3'-SL концентрируют посредством нанофильтрации для деминерализации концентрата. После деминерализации 3'-SL концентрируют и сушат, что приводит к получению конечного сухого продукта с содержанием 3'-SL 20 масс. %.WO 2010/106320 A2 describes a method for fortifying 3'-SL from whey. First, proteins are removed by ultrafiltration, and then the clarified whey filtrate is incubated with a 3'-SL capture ion exchange resin. After elution from the ion exchanger, the enriched 3'-SL fraction is concentrated by nanofiltration to demineralize the concentrate. After demineralization, 3'-SL is concentrated and dried, resulting in a final dry product containing 20 wt % 3'-SL. %.
В WO 2018/020473 А описан дополнительный способ обогащения 3'-SL и 6'-SL из жидкого источника. Оба ОГМ выделяли из маточного раствора кристаллизации лактозы посредством стадий нагревания раствора, ферментативной обработки и дополнительной ультрафильтрации и нанофильтрации. После обогащения содержание 3'-SL и 6'-SL составляло 10-30 масс. % сухой массы.WO 2018/020473 A describes a further method for enriching 3'-SL and 6'-SL from a liquid source. Both OGMs were isolated from lactose crystallization mother liquor through the steps of solution heating, enzymatic treatment, and additional ultrafiltration and nanofiltration. After enrichment, the content of 3'-SL and 6'-SL was 10-30 wt. % dry weight.
Исходя из данного предшествующего уровня техники, цель заключалась в предложении способа очистки целевых олигосахаридов, в частности, нейтральных ОГМ или сиалированных ОГМ, которые получены посредством микробной ферментации, где указанный способ легко расширить в масштабе и он подходит для изготовления указанных целевых олигосахаридов в промышленном и производственном масштабе, и который может приводить к получению продукта, имеющего чистоту, которая делает продукт подходящим для потребления человеком.Based on this prior art, the objective was to propose a method for the purification of target oligosaccharides, in particular neutral HMOs or sialylated HMOs, which are obtained through microbial fermentation, wherein said method is easy to scale up and is suitable for the production of said target oligosaccharides in industrial and production scale, and which can result in a product having a purity that makes the product suitable for human consumption.
Нужно подчеркнуть, что бульон микробной ферментации, в частности, который содержит рекомбинантные микроорганизмы (бактерии или эукариотические микроорганизмы, такие как хлебопекарные дрожжи) является гораздо более сложным, чем потоки молочных продуктов. Состав молочной сыворотки, например, является следующим: примерно 94% воды, 4-5% лактозы, 0,5-1% белков и лишь немного определенных минералов, подобно кальцию, калию и фосфору, наряду с некоторыми витаминами, простой матрикс, который только что сконцентрирован и деминерализован в потоках молочных продуктов. Напротив, матрикс раствора Сахаров, полученного из процесса ферментации на основе рекомбинантных микробов, является очень сложным, во-первых, прежде всего исходя из требования законодательно отделять рекомбинантную биомассу и инактивировать ее в соответствии с государственным регулированием. Полученный осветленный бульон представляет собой неопределенный матрикс разных солей и ионов, также содержащий тяжелые металлы и микроэлементы. Проблема такой жидкости, кроме того, заключается в удалении обломков клеток, фрагментов мембраны, таких как липиды, белки, молекул, происходящих из метаболизма микробных клеток, и главным образом ДНК. Выделение олигосахарида, полученного с помощью рекомбинантного технологического вспомогательного средства, такого как генетически модифицированные бактерии, таким образом, является даже большей проблемой, по сравнению с потоками молочной сыворотки и молочного продукта, поскольку многообразие загрязняющих веществ внутри бульона очень высоко в отношении молекулярной массы, заряженных молекул (однозарядных и многозарядных) и окрашивающих молекул.It must be emphasized that microbial fermentation broths, particularly those containing recombinant microorganisms (bacteria or eukaryotic microorganisms such as baker's yeast) are much more complex than dairy product streams. The composition of whey, for example, is as follows: approximately 94% water, 4-5% lactose, 0.5-1% protein and only a few certain minerals like calcium, potassium and phosphorus, along with some vitamins, a simple matrix that only that is concentrated and demineralized in dairy product streams. In contrast, the matrix of the Sugar solution obtained from the recombinant microbial fermentation process is very complex, firstly, primarily based on the requirement to legally separate the recombinant biomass and inactivate it in accordance with government regulations. The resulting clarified broth is an indeterminate matrix of different salts and ions, also containing heavy metals and trace elements. The problem of such a liquid, moreover, is the removal of cell debris, membrane fragments such as lipids, proteins, molecules originating from the metabolism of microbial cells, and mainly DNA. Isolation of oligosaccharide produced by a recombinant process aid, such as genetically modified bacteria, is thus an even greater challenge compared to whey and milk product streams, since the diversity of contaminants within the broth is very high in terms of molecular weight, charged molecules (single-charged and multi-charged) and coloring molecules.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Согласно настоящему изобретению предложен способ очистки целевого олигосахарида, полученного посредством ферментации периодическим или непрерывным образом из культурального бульона или ферментационного бульона, полученного посредством микробной ферментации, используя рекомбинантные штаммы для ферментации. В ранее описанных стратегиях очистки часто использовали дорогие стадии ионного обмена (требующие как катионо-, так и анионообменники). Ионообменники не могу работать непрерывно, поскольку они требуют регенерации. Культуральный бульон содержит целевой олигосахарид, биомассу, компоненты среды, соли и загрязняющие вещества, такие как другие кислоты и пигменты.The present invention provides a method for purifying a target oligosaccharide produced by batch or continuous fermentation from a culture broth or a fermentation broth produced by microbial fermentation using recombinant fermentation strains. Previously described purification strategies often used expensive ion exchange steps (requiring both cation and anion exchangers). Ion exchangers cannot operate continuously because they require regeneration. The culture broth contains the target oligosaccharide, biomass, media components, salts and contaminants such as other acids and pigments.
Во время процесса очистки культуральный бульон может быть подвергнут следующим стадиям очистки для получения целевого олигосахарида:During the purification process, the culture broth can be subjected to the following purification steps to obtain the target oligosaccharide:
1) Отделение микробных клеток от культурального бульона посредством микрофильтрации;1) Separation of microbial cells from the culture broth through microfiltration;
2) Отделение белков от осветленного культурального бульона (представляет собой технологический поток) посредством ультрафильтрации;2) Separation of proteins from the clarified culture broth (representing the process stream) by means of ultrafiltration;
3) Первая стадия нанофильтрации для удаления пептидов и высокомолекулярных (HMW - от англ. high-molecular-weight) примесей;3) The first stage of nanofiltration to remove peptides and high-molecular-weight (HMW) impurities;
4) Вторая стадия нанофильтрации для удаления воды и солей;4) Second stage of nanofiltration to remove water and salts;
5) Обработка активированным углем для удаления пигментов и других примесей;5) Treatment with activated carbon to remove pigments and other impurities;
6) Электродиализ или диафильтрация с использованием нанофильтрационной мембраны для полного удаления загрязняющих солей;6) Electrodialysis or diafiltration using a nanofiltration membrane to completely remove contaminant salts;
7) Удаление воды посредством обратного осмоса.7) Removing water through reverse osmosis.
Дополнительно, еще одна стадия электродиализа могла бы быть введена перед обработкой активированным углем для уменьшения количества загрязняющих ионов. Для получения целевых олигосахаридов в твердой форме после очистки в водном растворе вещество может быть или высушено распылением или гранулировано.Additionally, another electrodialysis step could be introduced before the activated carbon treatment to reduce the amount of contaminant ions. To obtain the target oligosaccharides in solid form after purification in aqueous solution, the substance can be either spray dried or granulated.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHIC MATERIALS
На Фиг. 1 показана схема процесса иллюстративного воплощения способа по изобретению.In FIG. 1 is a process diagram of an illustrative embodiment of the method of the invention.
На Фиг. 2 показана схема процесса еще одного иллюстративного воплощения способа по изобретению.In FIG. 2 is a process diagram of yet another illustrative embodiment of the method of the invention.
На Фиг. 3 показана схема процесса еще одного иллюстративного воплощения способа по изобретению.In FIG. 3 is a process diagram of yet another illustrative embodiment of the method of the invention.
На Фиг. 4 показана схема процесса еще одного иллюстративного воплощения способа по изобретению.In FIG. 4 is a process diagram of yet another illustrative embodiment of the method of the invention.
На Фиг. 5 показана схема процесса еще одного иллюстративного воплощения способа по изобретению.In FIG. 5 is a process diagram of yet another exemplary embodiment of the method of the invention.
На Фиг. 6 показана ВЭЖХ (высокоэффективная жидкостная хроматография)-хроматограмма осветленного ферментационного бульона, содержащего 3-фукозиллактозу.In FIG. Figure 6 shows an HPLC (high performance liquid chromatography) chromatogram of a clarified fermentation broth containing 3-fucosyllactose.
На Фиг. 7 показана ВЭЖХ-хроматограмма 3-фукозиллактозы после очистки от ферментационного бульона посредством иллюстративного воплощения способа по изобретению.In FIG. 7 shows an HPLC chromatogram of 3-fucosyllactose after purification from a fermentation broth by an exemplary embodiment of the method of the invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION
Согласно изобретению термин «чистота» относится к химической чистоте и определяет степень, до которой вещество, такое как 2'-FL, 3-FL, DFL, LNT, 3'-SL, 6'-SL или другой целевой олигосахарид (Таблица 1), не разводится или не смешивается с посторонним веществом. Следовательно, химическая чистота является показателем взаимосвязи между односоставным веществом и любыми побочными продуктами/примесями. Химическая чистота выражается в процентах (%) и рассчитывается с использованием следующей формулы:According to the invention, the term "purity" refers to chemical purity and defines the degree to which a substance such as 2'-FL, 3-FL, DFL, LNT, 3'-SL, 6'-SL or other target oligosaccharide (Table 1) , does not dilute or mix with foreign matter. Therefore, chemical purity is an indicator of the relationship between the monocomponent substance and any by-products/impurities. Chemical purity is expressed as a percentage (%) and is calculated using the following formula:
В композиции, содержащей целевой олигосахарид, чистота данного соединения может быть определена любым подходящим способом, известным специалисту в данной области, таким как высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ). Соответствующий детектор может быть выбран из группы, состоящей из электрохимического детектора, рефрактометрического (RI - от англ. refractive-index) детектора, масс-спектрометра (МС), детектора с диодной матрицей (DAD - от англ. diode-array detector) и детектора ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В ВЭЖХ, например, чистота может быть определена посредством расчета отношения площади под целевым пиком (представляющей количество целевого олигосахарида) к сумме площадей под всеми пиками (представляющей и количество целевого олигосахарида и соединений, отличных от данного вещества, на одной и той же хроматограмме). Однако, из указанного следует, что все примеси можно анализировать посредством выбранного способа ВЭЖХ. Иначе, необходим подход на основе массового баланса, а именно, определение абсолютного количества желательного продукта. В указанном подходе чистые вещества используют в качестве референса для количественного определения чистоты, которую затем оценивают относительно сухого вещества, полученного из продукта (желательный продукт плюс все примеси). Указанный подход на основе массового баланса также может быть использован для определения чистоты согласно изобретению.In a composition containing a target oligosaccharide, the purity of the compound can be determined by any suitable method known to one skilled in the art, such as high performance liquid chromatography (HPLC). The appropriate detector can be selected from the group consisting of an electrochemical detector, a refractive-index detector, a mass spectrometer (MS), a diode-array detector (DAD), and a diode-array detector. nuclear magnetic resonance (NMR). In HPLC, for example, purity can be determined by calculating the ratio of the area under a target peak (representing the amount of the target oligosaccharide) to the sum of the areas under all peaks (representing both the amount of the target oligosaccharide and compounds other than that substance in the same chromatogram). However, it follows from the above that all impurities can be analyzed using the selected HPLC method. Otherwise, a mass balance approach is required, namely, determining the absolute amount of the desired product. In this approach, pure substances are used as a reference to quantify purity, which is then assessed relative to the dry matter obtained from the product (desired product plus any impurities). This mass balance approach can also be used to determine purity according to the invention.
Согласно изобретению «культуральный бульон» или «ферментационный бульон» относится к любой жидкости после ферментации, содержащей 2'-FL, 3-FL, DFL, LNT, 3'-SL, 6'-SL или любой другой целевой олигосахарид (Таблица 1) для очистки. Термины «культуральный бульон», «ферментационный бульон» и «культуральная среда» используются в качестве симптомов в данном документе. Культуральный бульон содержит целевой олигосахарид, который должен быть очищен, а также биомассу (например, биологические клетки и обломки клеток), компоненты среды, соли и дополнительные загрязняющие вещества, такие как другие кислоты и пигменты. Биологические клетки, содержащиеся в культуральном бульоне, представляют собой биологические клетки, которые продуцируют целевой олигосахарид внутриклеточно и секретируют данное соединение в жидкую культуральную среду. Биологические клетки могут содержать или состоять из генетически модифицированных биологических клеток, например, генетически модифицированных клеток Е. coli. Генетическая модификация может включать или состоять из модификации с получением целевого олигосахарида, особенно во время фазы роста указанных биологических клеток.According to the invention, "culture broth" or "fermentation broth" refers to any liquid after fermentation containing 2'-FL, 3-FL, DFL, LNT, 3'-SL, 6'-SL or any other target oligosaccharide (Table 1) for the cleaning. The terms "culture broth", "fermentation broth" and "culture medium" are used as symptoms in this document. The culture broth contains the target oligosaccharide that must be purified, as well as biomass (eg, biological cells and cell debris), media components, salts, and additional contaminants such as other acids and pigments. The biological cells contained in the culture broth are biological cells that produce the target oligosaccharide intracellularly and secrete the compound into the liquid culture medium. Biological cells may contain or consist of genetically modified biological cells, such as genetically modified E. coli cells. Genetic modification may include or consist of modification to produce a target oligosaccharide, especially during the growth phase of said biological cells.
Термин «биомасса», в том виде, в котором он используется в данном документе, относится к совокупности биологических клеток, находящихся в ферментационном бульоне в конце стадии ферментации. Биомасса включает микробные клетки, которые продуцировали целевой олигосахарид, клетки, происходящие из данного микроорганизма, которые могли утратить свою способность продуцировать целевой олигосахарид на протяжении стадии ферментации, а также любые другие клетки, которые случайно находятся в ферментационном бульоне в конце стадии ферментации. Следовательно, по существу все биологические клетки, которые находятся в ферментационном бульоне в конце стадии ферментации, отделяют от ферментационного бульона таким образом, что осветленный ферментационный бульон, известный как «технологический поток» (любой раствор, включающий или содержащий целевые олигосахариды, которые подлежат очистке) по существу или совсем не содержит клеток.The term "biomass", as used herein, refers to the collection of biological cells present in the fermentation broth at the end of the fermentation stage. Biomass includes microbial cells that produced the target oligosaccharide, cells derived from the microorganism that may have lost their ability to produce the target oligosaccharide during the fermentation step, and any other cells that happen to be present in the fermentation broth at the end of the fermentation step. Therefore, essentially all biological cells that are present in the fermentation broth at the end of the fermentation stage are separated from the fermentation broth such that the clarified fermentation broth, known as the "process stream" (any solution including or containing the target oligosaccharides that are to be purified) contains essentially or no cells.
Биомасса предпочтительно содержит биологические клетки, которые продуцируют целевой олигосахарид, предпочтительно, бактериальные клетки, которые продуцируют целевой олигосахарид, и более предпочтительно рекомбинантные бактериальные клетки, которые продуцируют целевой олигосахарид, наиболее предпочтительно рекомбинантные клетки Е. coli, которые продуцируют целевой олигосахарид.The biomass preferably contains biological cells that produce the target oligosaccharide, preferably bacterial cells that produce the target oligosaccharide, and more preferably recombinant bacterial cells that produce the target oligosaccharide, most preferably recombinant E. coli cells that produce the target oligosaccharide.
Биомасса и/или микробные клетки могут быть удалены из ферментационного бульона посредством центрифугирования и/или фильтрации.Biomass and/or microbial cells can be removed from the fermentation broth by centrifugation and/or filtration.
В способах центрифугирования, подходящих для удаления биомассы из культурального бульона, биомассу получают в виде осадка и супернатант в виде осветленного технологического потока, который подвергают дополнительным обработкам. В подходящих способах фильтрации для удаления биомассы из культурального бульона, фильтрат становится осветленным технологическим потоком. Предпочтительный способ фильтрации для удаления биомассы представляет собой микрофильтрацию и/или ультрафильтрацию, последняя дает возможность удалять даже более маленькие частицы, чем микрофильтрация, и также большие молекулы. Микрофильтрация и ультрафильтрация могут быть проведены способом «тупиковой фильтрации» (технологический поток течет перпендикулярно фильтру) или способом фильтрации в перекрестном потоке (технологический поток течет параллельно фильтру).In centrifugation methods suitable for removing biomass from a culture broth, the biomass is obtained as a sediment and the supernatant as a clarified process stream, which is subjected to additional treatments. In suitable filtration methods for removing biomass from the culture broth, the filtrate becomes a clarified process stream. The preferred filtration method for biomass removal is microfiltration and/or ultrafiltration, the latter having the ability to remove even smaller particles than microfiltration and also larger molecules. Microfiltration and ultrafiltration can be carried out by dead-end filtration (the process stream flows perpendicular to the filter) or cross-flow filtration (the process stream flows parallel to the filter).
Микрофильтрация представляет собой способ физического разделения, в котором жидкость, содержащую частицы, пропускают через среду, причем указанная среда содержит или пористое вещество, содержащее каналы для удержания частиц (глубинная фильтрация), и/или мембрану с конкретным размером пор, делающим возможным прохождение частиц/молекул, которые меньше, чем указанный размер пор (мембранная фильтрация). Термин «микрофильтрация», в том виде, в котором он используется в данном документе, относится к способу физического разделения, где биологические клетки (и клеточные обломки) удаляют из ферментационного бульона, оставляя (осветленный) технологический поток.Microfiltration is a physical separation method in which a liquid containing particles is passed through a medium, said medium containing either a porous substance containing channels to retain the particles (depth filtration) and/or a membrane with a specific pore size allowing the passage of the particles. molecules that are smaller than the specified pore size (membrane filtration). The term "microfiltration", as used herein, refers to a physical separation method where biological cells (and cell debris) are removed from the fermentation broth, leaving a (clarified) process stream.
Подходящие мембраны для удаления биомассы посредством микрофильтрации могут иметь размер пор по меньшей мере 0,2 мкм и могли бы представлять собой половолоконные и спиральнонавитые мембраны. В качестве альтернативы, удаление биомассы могло быть достигнуто посредством микрофильтрации с использованием мембран с MWCO 100-1000 кДа, предпочтительно 150-500 кДа, для удаления биомассы, дополнительных клеточных обломков и больших белков. Например, мембраны, такие как TRISEP® DS MVP20 (размер пор 0,2 мкм) (Microdyn-Nadir GmbH, Wiesbaden, Германия), которая смотана в спираль для обеспечения компактной конструкции и лучшей эффективности, можно использовать для отделения клеток от культурального бульона. Также спиральнонавитые мембраны с размером пор 0,05-0,1 мкм, подобно TRISEP® DS МР005, которая представляет собой модуль, содержащий мембрану PES (от англ. polyethersulphone - полиэфирсульфон), и номинальным размером пор 0,05 мкм, можно использовать для разделения биомассы и белков.Suitable membranes for biomass removal by microfiltration may have a pore size of at least 0.2 μm and could be hollow fiber or spiral wound membranes. Alternatively, biomass removal could be achieved by microfiltration using membranes with MWCO of 100-1000 kDa, preferably 150-500 kDa, to remove biomass, additional cellular debris and large proteins. For example, membranes such as TRISEP® DS MVP20 (0.2 μm pore size) (Microdyn-Nadir GmbH, Wiesbaden, Germany), which is coiled to provide a compact design and better efficiency, can be used to separate cells from the culture broth. Also, spiral wound membranes with a pore size of 0.05-0.1 µm, like TRISEP® DS MP005, which is a module containing a PES (polyethersulphone) membrane and a nominal pore size of 0.05 µm, can be used for separation of biomass and proteins.
Кроме того, половолоконные модули, подобно FS10-FC FUS1582 (Microdyn-Nadir GmbH), половолоконный фильтрующий модуль с использованием мембраны PES (5 м2) с MWCO 150 кДа, можно использовать в качестве альтернативы.In addition, hollow fiber modules like the FS10-FC FUS1582 (Microdyn-Nadir GmbH), a hollow fiber filter module using a PES membrane (5 m 2 ) with a MWCO of 150 kDa, can be used as an alternative.
В итоге, в настоящем изобретении можно применять следующие возможности для удаления биомассы из ферментационного бульона:In summary, the present invention can utilize the following options for removing biomass from the fermentation broth:
i) Сбор посредством центрифугирования. Нерастворимые компоненты удаляют из культурального бульона за одну стадию. Преимущество: быстрое удаление нерастворимых компонентов.i) Collection by centrifugation. Insoluble components are removed from the culture broth in one step. Advantage: rapid removal of insoluble components.
ii) Сбор посредством микрофильтрации. Нерастворимые компоненты и большие молекулы больше определенного размера удаляют из культурального бульона за одну стадию. Спиральнонавитые мембраны или половолоконные фильтры с перекрестным потоком можно использовать для микрофильтрации с MWCO 500 кДа или больше, Преимущество: быстрое удаление нерастворимых компонентов и больших растворимых молекул больше определенного размера.ii) Collection by microfiltration. Insoluble components and large molecules above a certain size are removed from the culture broth in a single step. Spiral wound membranes or cross-flow hollow fiber filters can be used for microfiltration with MWCO of 500 kDa or greater. Advantage: Rapid removal of insoluble components and large soluble molecules above a certain size.
iii) Сбор посредством центрифугирования в сочетании с микрофильтрацией: Нерастворимые компоненты и большие молекулы больше определенного размера удаляю из культурального бульона за две стадии. Спиральнонавитые мембраны или половолоконные фильтры с перекрестным потоком можно использовать для микрофильтрации с MWCO 500 кДа или больше, Преимущество: быстрое удаление нерастворимых компонентов и больших молекул больше определенного размера без забивания микрофильтрационных мембран.iii) Collection by centrifugation combined with microfiltration: Insoluble components and large molecules above a certain size are removed from the culture broth in two steps. Spiral wound membranes or cross-flow hollow fiber filters can be used for microfiltration with MWCO of 500 kDa or greater. Advantage: Rapid removal of insoluble components and large molecules above a certain size without clogging microfiltration membranes.
Ультрафильтрация представляет собой форму мембранной фильтрации, которая фундаментально не отличается от микрофильтрации. При ультрафильтрации силы, генерируемые давлением и градиентами концентраций, приводят к удалению частиц и больших растворимых молекул посредством пропускания жидкости, содержащей такие частицы и большие растворимые молекулы, через полупроницаемую мембрану. Это обеспечивает удерживание частиц и больших растворимых молекул в так называемом ретентате, в то время как вода и низкомолекулярные (LMW - от англ. low-molecular-weight) растворенные вещества, такие как полученные нейтральные и кислотные олигосахариды, проходят через мембрану в пермеат (фильтрат). Мембраны для ультрафильтрации определяют по их MWCO, которая описывает максимальную молекулярную массу растворимой молекулы, которая может проходить через мембрану в пермеат. Любые частицы, а также молекулы больше, чем MWCO, неспособны проходить через мембрану и сохраняются в ретентате. Ультрафильтрацию можно применять в режиме перекрестного потока, где поток жидкости параллелен поверхности мембраны, или в режиме «тупиковой фильтрации», где поток жидкости перпендикулярен поверхности мембраны.Ultrafiltration is a form of membrane filtration that is not fundamentally different from microfiltration. In ultrafiltration, forces generated by pressure and concentration gradients result in the removal of particles and large soluble molecules by passing a liquid containing such particles and large soluble molecules through a semi-permeable membrane. This ensures that particles and large soluble molecules are retained in the so-called retentate, while water and low-molecular-weight (LMW) solutes, such as the resulting neutral and acidic oligosaccharides, pass through the membrane into the permeate (filtrate). ). Ultrafiltration membranes are defined by their MWCO, which describes the maximum molecular weight of a soluble molecule that can pass through the membrane into the permeate. Any particles, as well as molecules larger than MWCO, are unable to pass through the membrane and are retained in the retentate. Ultrafiltration can be applied in cross-flow mode, where the fluid flow is parallel to the membrane surface, or in “dead-end filtration” mode, where the fluid flow is perpendicular to the membrane surface.
Осветленный технологический поток, содержащий продуцируемый целевой олигосахарид, обычно содержит существенное количество нежелательных примесей, включая (но не ограничиваясь) одновалентные ионы, двухвалентные ионы, аминокислоты, полипептиды, белки органические кислоты, нуклеиновые кислоты, моносахариды и/или олигосахариды.The clarified process stream containing the target oligosaccharide produced typically contains significant amounts of undesirable impurities, including (but not limited to) monovalent ions, divalent ions, amino acids, polypeptides, organic acid proteins, nucleic acids, monosaccharides and/or oligosaccharides.
Подходящие мембраны для удаления большинства белков посредством ультрафильтрации имеют MWCO по меньшей мере 50 кДа, предпочтительно по меньшей мере 30 кДа, более предпочтительно 10 кДа и могли бы представлять собой половолоконные или спиральнонавитые мембраны. Например, мембраны, такие как SPIRA-CEL® DS UP010 (MWCO составляет 10 кДа) или SPIRA-CEL DS UP005 (MWCO составляет 5 кДа), обе из которых поставляются на рынок Microdyn-Nadir GmbH, смотаны в спираль для обеспечения компактной конструкции и лучшей эффективности, и данные мембраны можно использовать для отделения остающегося белка от культурального бульона, не содержащего клеток.Suitable membranes for removing most proteins by ultrafiltration have a MWCO of at least 50 kDa, preferably at least 30 kDa, more preferably 10 kDa, and could be hollow fiber or spiral wound membranes. For example, membranes such as SPIRA-CEL® DS UP010 (MWCO is 10 kDa) or SPIRA-CEL DS UP005 (MWCO is 5 kDa), both marketed by Microdyn-Nadir GmbH, are helix wound to provide a compact design and better efficiency, and these membranes can be used to separate remaining protein from cell-free culture broth.
Кроме того, половолоконные модули, такие как ROMICON® HF UF Cartridge РМ10 (Koch Membranes Systems, Wilmington, США), которые представляют собой мембраны PES с площадью вплоть до 12 м2 и MWCO 10 кДа, могут быть использованы в качестве альтернативы.In addition, hollow fiber modules such as ROMICON® HF UF Cartridge PM10 (Koch Membranes Systems, Wilmington, USA), which are PES membranes with area up to 12 m 2 and
Нанофильтрация представляет собой способ мембранной фильтрации, в котором мембрана содержит поры в нанометровом диапазоне (1-10 нм). Размер пор нанофильтрационных мембран меньше чем размер пор микрофильтрационных и ультрафильтрационных мембран, но больше чем размер пор мембран, используемых для обратного осмоса. Нанофильтрационные мембраны главным образом сделаны из тонких пленок полимеров, таких как полиэтилентерефталат, или металлов, таких как алюминий, с плотностями пор 1-106 пор на см2.Nanofiltration is a membrane filtration method in which the membrane contains pores in the nanometer range (1-10 nm). The pore size of nanofiltration membranes is smaller than the pore size of microfiltration and ultrafiltration membranes, but larger than the pore size of membranes used for reverse osmosis. Nanofiltration membranes are primarily made from thin films of polymers such as polyethylene terephthalate or metals such as aluminum with pore densities of 1-10 6 pores per cm 2 .
Нанофильтрацию используют в способе очистки для целевого олигосахарида для удаления LMW примесей, таких как пептиды и соли, и для увеличения концентрации олигосахаридов в осветленном технологическом потоке или элюате.Nanofiltration is used in the target oligosaccharide purification process to remove LMW impurities such as peptides and salts and to increase the concentration of oligosaccharides in the clarified process stream or eluate.
Молекулярная масса большинства ОГМ находится в диапазоне от 400 до 1200 Да. Для удаления HMW примесей (больше 1200 Да), таких как пептиды и пигменты, а также LMW примесей (меньше 400 Да), таких как соли из технологического потока, по меньшей мере требуется две стадии нанофильтрации.The molecular weight of most OGMs ranges from 400 to 1200 Da. At least two nanofiltration steps are required to remove HMW impurities (greater than 1200 Da), such as peptides and pigments, and LMW impurities (less than 400 Da), such as salts from the process stream.
После ультра фильтрации все молекулы больше 5 кДа или больше 10 кДа (в зависимости от используемой мембраны) должны быть удалены из технологического потока. Для удаления примесей, таких как пептиды и пигменты, которые ниже данного порога, но все еще больше, чем целевой олигосахарид, первая стадия нанофильтрации могла бы быть проведена с использованием MWCO, которая позволяет олигосахариду проходить в пермеат, в то время как HMW примеси остаются в ретентате.After ultrafiltration, all molecules greater than 5 kDa or greater than 10 kDa (depending on the membrane used) must be removed from the process stream. To remove impurities such as peptides and pigments that are below a given threshold but still larger than the target oligosaccharide, a first nanofiltration step could be carried out using MWCO, which allows the oligosaccharide to pass into the permeate while the HMW impurities remain in retentate.
Для отделения большей части требуемого олигосахарида от HMW примесей и для увеличения выхода желательного олигосахарида, способ должен длиться до тех пор, пока больше 70%, предпочтительно больше 80%, более предпочтительно больше 90% продукта проходит через мембрану. Дополнительно, стадия диафильтрации могла бы быть включена для увеличения выхода олигосахарида в осветленном технологическом потоке.To separate most of the desired oligosaccharide from HMW impurities and to increase the yield of the desired oligosaccharide, the process should be continued until more than 70%, preferably more than 80%, more preferably more than 90% of the product passes through the membrane. Additionally, a diafiltration step could be included to increase the yield of oligosaccharide in the clarified process stream.
После данной первой стадии нанофильтрации единственные примеси в технологическом потоке, содержащем целевой олигосахарид, должны иметь такую же молекулярную массу или меньше, чем данный олигосахарид, и могли бы включать одновалентные ионы, двухвалентные ионы, аминокислоты, органические кислоты, моносахариды и/или олигосахариды.After this first nanofiltration step, the only impurities in the process stream containing the target oligosaccharide should have the same molecular weight as or less than the given oligosaccharide, and could include monovalent ions, divalent ions, amino acids, organic acids, monosaccharides and/or oligosaccharides.
Мембраны, подходящие для первой стадии нанофильтрации, включают материалы тонкопленочных композитных мембран - полиамид или полипиперазин, достигающие разделения по размеру в диапазоне 400-1200 Да. Примеры включают мембраны HYDRACoRe70 (MWCO составляет 720 Да) или HYDRACoReSO (MWCO составляет 1000 Да), обе из мембран Hydranautics (Oceanside, США), NADIR® NP010P (MWCO составляет 1000-1500 Да) или NADIR® NP030P (MWCO составляет 500-1000 Да) (Microdyn-Nadir GmbH). Такие мембраны делают возможным поток большой интенсивности. Дополнительные примеры подходящих мембран для нанофильтрации включают Trisep® SBNF (MWCO составляет 2000 Да), нанофильтрационную мембрану на основе ацетата целлюлозы (Microdyn-Nadir GmbH) и мембраны GE-Series (MWCO составляет 1000 Да) из Suez Water Technologies & Solutions (Ratingen, Германия).Membranes suitable for the first stage of nanofiltration include thin film composite membrane materials - polyamide or polypiperazine, achieving size separation in the range of 400-1200 Da. Examples include HYDRACoRe70 membranes (MWCO is 720 Da) or HYDRACoReSO (MWCO is 1000 Da), both from Hydranautics membranes (Oceanside, USA), NADIR® NP010P (MWCO is 1000-1500 Da) or NADIR® NP030P (MWCO is 500-1000 Yes) (Microdyn-Nadir GmbH). Such membranes enable high intensity flow. Additional examples of suitable nanofiltration membranes include Trisep® SBNF (MWCO is 2000 Da), cellulose acetate nanofiltration membrane (Microdyn-Nadir GmbH) and GE-Series membranes (MWCO is 1000 Da) from Suez Water Technologies & Solutions (Ratingen, Germany ).
В дополнительном и/или альтернативном воплощении первая стадия нанофильтрации достигает следующих параметров:In an additional and/or alternative embodiment, the first nanofiltration stage achieves the following parameters:
i) выделение после фильтрации целевого олигосахарида должно составлять больше 70%, предпочтительно больше 80%, более предпочтительно больше 90%.i) the recovery after filtration of the target oligosaccharide should be greater than 70%, preferably greater than 80%, more preferably greater than 90%.
ii) концентрация целевого олигосахарида в технологическом потоке должна быть меньше 50% (масс/об.), предпочтительно меньше 40% (масс./об.), более предпочтительно меньше 30% (масс./об.), предпочтительно меньше 20% (масс./об.), более предпочтительно меньше 10% (масс/об.).ii) the concentration of the target oligosaccharide in the process stream should be less than 50% (w/v), preferably less than 40% (w/v), more preferably less than 30% (w/v), preferably less than 20% ( w/v), more preferably less than 10% (w/v).
iii) стадия должна проводиться при температуре меньше 80°С, предпочтительно меньше 50°С, более предпочтительно 4-40°С (в частности, релевантно для нанофильтрации).iii) the step should be carried out at a temperature of less than 80°C, preferably less than 50°C, more preferably 4-40°C (particularly relevant for nanofiltration).
iv) стадия должна проводиться при давлении 500-5000 кПа, предпочтительно при давлении 1000-4000 кПа, более предпочтительно при давлении 1500-3000 кПа.iv) the step should be carried out at a pressure of 500-5000 kPa, preferably at a pressure of 1000-4000 kPa, more preferably at a pressure of 1500-3000 kPa.
В предпочтительном воплощении способа технологический поток, содержащий целевой олигосахарид, концентрируют и обессоливают после первой стадии нанофильтрации посредством применения второй стадии нанофильтрации. Целевой олигосахарид может также быть сконцентрирован посредством выпаривания в вакууме (например, используя испаритель с падающей пленкой или пластинчатый испаритель) или обратного осмоса. Недостаток обеих данных методик заключается в том, что технологический поток концентрируют, но не обессоливают. Таким образом, нанофильтрация является предпочтительным способом, поскольку он может достигать одновременно концентрирования и обессоливания, например, посредством использования мембраны с пределом разделения по размеру меньше 2 нм.In a preferred embodiment of the method, the process stream containing the target oligosaccharide is concentrated and desalted after the first nanofiltration step by using a second nanofiltration step. The target oligosaccharide can also be concentrated by vacuum evaporation (eg, using a falling film evaporator or plate evaporator) or reverse osmosis. The disadvantage of both of these methods is that the process stream is concentrated, but not desalted. Thus, nanofiltration is a preferred method because it can achieve both concentration and desalting, for example by using a membrane with a size separation limit of less than 2 nm.
Способ очистки целевого олигосахарида включает стадию, на которой осветленный технологический поток из первой стадии нанофильтрации подвергают по меньшей мере одной дополнительной стадии нанофильтрации для удаления солей, меньших молекул и воды. Предпочтительно, элюат из первой нанофильтрации (представляет собой фильтрат или пермеат) подвергают непосредственно второй стадии нанофильтрации для удаления солей и меньших молекул из осветленного технологического потока.A method for purifying a target oligosaccharide includes the step of subjecting the clarified process stream from the first nanofiltration step to at least one additional nanofiltration step to remove salts, smaller molecules, and water. Preferably, the eluate from the first nanofiltration (either filtrate or permeate) is directly subjected to a second nanofiltration step to remove salts and smaller molecules from the clarified process stream.
Мембраны, подходящие для первой стадии нанофильтрации, включают материалы тонкопленочных композитных мембран - полиамид или полипиперазин, достигающие разделения по размеру в диапазоне 150-300 Да, такие как мембраны Filmtec™ NF270 (Dow Chemical Company, Midland, США) и Trisep® XN45 или TS40 (Microdyn Nadir GmbH). Такие мембраны делают возможным поток большой интенсивности. Дополнительные примеры включают мембраны Trisep® 4040-XN45-TSF (Microdyn-Nadir GmbH) или GE4040F30 и GH4040F50 (Suez Water Technologies & Solutions).Membranes suitable for first stage nanofiltration include polyamide or polypiperazine thin film composite membrane materials achieving size separations in the range of 150-300 Da, such as Filmtec™ NF270 membranes (Dow Chemical Company, Midland, USA) and Trisep® XN45 or TS40 (Microdyn Nadir GmbH). Such membranes enable high intensity flow. Additional examples include Trisep® 4040-XN45-TSF membranes (Microdyn-Nadir GmbH) or GE4040F30 and GH4040F50 (Suez Water Technologies & Solutions).
Нанофильтрация эффективно удаляет значимые количества солей и LMW примесей из технологического потока, содержащего целевой олигосахарид, перед электродиализом. Нанофильтрация также эффективно удаляет LMW загрязняющие вещества после стадии ультрафильтрации, где удаление таких загрязняющих веществ полезно для концентрирования и деминерализации раствора целевого олигосахарида. Применение нанофильтрации для концентрирования целевого олигосахарида приводит к более низкой энергии и затратам на обработку и лучшему качеству продукта за счет более ограниченного теплового воздействия.Nanofiltration effectively removes significant amounts of salts and LMW impurities from the process stream containing the target oligosaccharide prior to electrodialysis. Nanofiltration is also effective in removing LMW contaminants after the ultrafiltration step, where removal of such contaminants is beneficial for concentrating and demineralizing the target oligosaccharide solution. The use of nanofiltration to concentrate the target oligosaccharide results in lower energy and processing costs and better product quality due to more limited thermal exposure.
В способе концентрируется целевой олигосахарид из водного раствора, где концентрация целевого олигосахарида в водном растворе составляет 20% или меньше, 10% или меньше или 5% или меньше для концентрирования.The method concentrates a target oligosaccharide from an aqueous solution, where the concentration of the target oligosaccharide in the aqueous solution is 20% or less, 10% or less, or 5% or less for concentration.
В дополнительном и/или альтернативном воплощении концентрация посредством нанофильтрации должна достигать следующих параметров:In an additional and/or alternative embodiment, the concentration through nanofiltration should achieve the following parameters:
i) концентрация олигосахарида больше 100 г/л, предпочтительно больше 200 г/л, более предпочтительно больше 300 г/л, наиболее предпочтительно больше 400 г/л;i) the oligosaccharide concentration is greater than 100 g/L, preferably greater than 200 g/L, more preferably greater than 300 g/L, most preferably greater than 400 g/L;
ii) количество соли в очищенном растворе должно быть меньше 10 масс. %, предпочтительно меньше 5%, более предпочтительно меньше 2%; и/или проводимость должна быть 0,5-10,0 мСм/см2, предпочтительно 1-8 мСм /см2, более предпочтительно 1,5-4,0 мСм/см2.ii) the amount of salt in the purified solution should be less than 10 wt. %, preferably less than 5%, more preferably less than 2%; and/or the conductivity should be 0.5-10.0 mS/cm 2 , preferably 1-8 mS/cm 2 , more preferably 1.5-4.0 mS/cm 2 .
iii) стадию нужно проводить при температуре меньше 80°С, предпочтительно меньше 50°С, более предпочтительно 4-40°С (в частности релевантно для нанофильтрации).iii) the step should be carried out at a temperature of less than 80°C, preferably less than 50°C, more preferably 4-40°C (particularly relevant for nanofiltration).
iv) стадию нужно проводить при давлении 500-5000 кПа, предпочтительно при давлении 1000-4000 кПа, более предпочтительно при давлении 1500-3000 кПа.iv) the step should be carried out at a pressure of 500-5000 kPa, preferably at a pressure of 1000-4000 kPa, more preferably at a pressure of 1500-3000 kPa.
Пигменты в осветленном растворе и/или очищенном растворе можно удалять посредством обработки активированным углем. Преимущество удаления пигментов с использованием активированного угля заключается в том, что как электрически заряженные, так и электрически незаряженные (нейтральные) пигменты могут быть удалены.Pigments in the clarified solution and/or purified solution can be removed by treatment with activated carbon. The advantage of pigment removal using activated carbon is that both electrically charged and electrically uncharged (neutral) pigments can be removed.
Активированный уголь, также называемый активированным древесным углем, представляет собой форму углерода, которая обработана с образованием маленьких, низкообъемных пор, которые увеличивают площадь поверхности, доступную для адсорбции. Обычно, только 1 г активированного угля имеет площадь поверхности больше, чем 30,00 м2, как определено посредством адсорбции газа, из-за его высокой степени микропорозности.Activated carbon, also called activated charcoal, is a form of carbon that is processed to form small, low-volume pores that increase the surface area available for adsorption. Typically, only 1 g of activated carbon has a surface area greater than 30.00 m 2 as determined by gas adsorption, due to its high degree of microporosity.
Придающие окраску примеси, такие как продукты Майяра, рибофлавин и другие LMW примеси, имеют тенденцию адсорбироваться на поверхности частиц активированного угля. В отличие от полученных олигосахаридов, количество веществ, придающих окраску, гораздо меньше и/или демонстрирует в большинстве случаев гидрофобное поведение. Являясь следствием данного факта, окрашенные пигментами загрязняющие вещества имеют высокую степень удаления из технологического потока. Водорастворимые вещества, такие как олигосахариды, связываются слабее и могут быть элюированы посредством промывки водой, оставляя пигменты, адсорбированные на поверхности.Color imparting impurities such as Maillard products, riboflavin and other LMW impurities tend to adsorb to the surface of the activated carbon particles. In contrast to the resulting oligosaccharides, the amount of color imparting substances is much smaller and/or exhibits hydrophobic behavior in most cases. As a consequence of this fact, pigmented contaminants have a high rate of removal from the process stream. Water-soluble substances such as oligosaccharides bind more weakly and can be eluted by washing with water, leaving pigments adsorbed on the surface.
В дополнительном и/или альтернативном воплощении способ очистки целевого олигосахарида дополнительно включает по меньшей мере одну стадию, на которой осветленный технологический поток или элюат из предшествующей стадии очистки обрабатывают активированным углем для удаления пигментов.In an additional and/or alternative embodiment, the method for purifying a target oligosaccharide further includes at least one step in which the clarified process stream or eluate from the previous purification step is treated with activated carbon to remove pigments.
В предпочтительном воплощении обработку активированным углем следует проводить следующим образом:In a preferred embodiment, the activated carbon treatment should be carried out as follows:
i) после удаления воды и соли на второй стадии нанофильтрации; и/илиi) after removing water and salt in the second stage of nanofiltration; and/or
ii) после удаления белков посредством ультрафильтрации или после удаления оставшихся солей посредством электродиализа (в качестве альтернативы, можно вводить стадию диафильтрации).ii) after removal of proteins by ultrafiltration or after removal of remaining salts by electrodialysis (alternatively, a diafiltration step can be introduced).
Подходящий активированный уголь для удаления нейтральных олигосахаридов, пигментов и других загрязняющих веществ представляет собой (но не ограничивается) гранулированный активированный уголь, такой как Norit GAC830EN (Cabot Corporation, Бостон, США) и Epibon Y 12 х 40 spezial (Donau Carbon, Франкфурт, Германия), или активированный уголь в порошке, такой как Norit DX1, Norit SA2 (Cabot Corporation) и Carbopal MB 4 (Donau Carbon).Suitable activated carbon for removing neutral oligosaccharides, pigments and other contaminants includes, but is not limited to, granular activated carbon such as Norit GAC830EN (Cabot Corporation, Boston, USA) and Epibon Y 12 x 40 spezial (Donau Carbon, Frankfurt, Germany ), or powdered activated carbon such as Norit DX1, Norit SA2 (Cabot Corporation) and Carbopal MB 4 (Donau Carbon).
Электродиализ объединяет диализ и электролиз и может быть использован для разделения и концентрирования ионов в растворах на основе их селективной электромиграции через полупроницаемую мембрану. Применения промышленного электродиализа относятся к началу 1960-х г.г., когда данный способ использовали для деминерализации подсырной сыворотки для включения в детскую питательную смесь. Дополнительные применения включают подведение рН напитков, таких как вина, виноградное сусло, яблочный сок и апельсиновый сок.Electrodialysis combines dialysis and electrolysis and can be used to separate and concentrate ions in solutions based on their selective electromigration across a semipermeable membrane. Applications of industrial electrodialysis date back to the early 1960s, when the method was used to demineralize cheese whey for inclusion in infant formula. Additional applications include pH adjustment of beverages such as wines, grape must, apple juice and orange juice.
Обессоливание солоноватой воды для получения питьевой воды и деминерализация молочной сыворотки для получения детского питания являются наиболее широко распространенными применениями электродиализа на сегодняшний день. Основной принцип электродиализа включает электролитическую ячейку, содержащую пару электродов, погруженных в электролит для проведения ионов, соединенных с генератором постоянного тока. Электрод, соединенный с положительным полюсом генератора прямого тока, представляет собой анод, и электрод, соединенный с отрицательным полюсом, представляет собой катод. Раствор электролита затем поддерживает протекание электрического тока, который получен в результате движения отрицательных и положительных ионов в направлении анода и катода, соответственно. Мембраны, используемые для электродиализа, представляют собой по существу листы пористых ионообменных смол с отрицательно или положительно заряженными группами, и, таким образом, описаны как катионные или анионные мембраны, соответственно. Ионообменные мембраны обычно состоят из матрицы из полистирола, несущей подходящую функциональную группу (как например, сульфоновая кислота в случае катионных мембран или группа четвертичного аммония в случае анионных мембран), поперечно сшитую с дивинилбензолом.Desalination of brackish water to produce drinking water and demineralization of whey to produce infant formula are the most widespread applications of electrodialysis today. The basic principle of electrodialysis involves an electrolytic cell containing a pair of electrodes immersed in an electrolyte to conduct ions, connected to a direct current generator. The electrode connected to the positive pole of the forward current generator is the anode, and the electrode connected to the negative pole is the cathode. The electrolyte solution then maintains the flow of electric current, which is obtained as a result of the movement of negative and positive ions towards the anode and cathode, respectively. Membranes used for electrodialysis are essentially sheets of porous ion exchange resins with negatively or positively charged groups, and are thus described as cationic or anionic membranes, respectively. Ion exchange membranes typically consist of a polystyrene matrix bearing a suitable functional group (such as a sulfonic acid in the case of cationic membranes or a quaternary ammonium group in the case of anionic membranes) cross-linked to divinylbenzene.
Электролит может представлять собой водный раствор, содержащий, например, хлорид натрия, ацетат натрия, пропионат натрия и/или сульфаминовую кислоту. Электролит окружает катод и анод и позволяет току протекать в ячейке. Электродиализный пакет затем собирают таким образом, что анионные и катионные мембраны параллельны, как в фильтр-прессе между двумя блоками электродов, таким образом, что поток, подлежащий обеднению ионами, хорошо отделяется от потока, подлежащего обогащению ионами. Данные два раствора также называются разбавленным раствором (подлежащим обеднению ионами) и концентратом (подлежащим обогащению ионами).The electrolyte may be an aqueous solution containing, for example, sodium chloride, sodium acetate, sodium propionate and/or sulfamic acid. The electrolyte surrounds the cathode and anode and allows current to flow in the cell. The electrodialysis package is then assembled such that the anionic and cationic membranes are parallel, as in a filter press, between two electrode banks, such that the stream to be ion-depleted is well separated from the stream to be ion-enriched. These two solutions are also called dilute solution (to be ion-depleted) and concentrate (to be ion-enriched).
Центральной частью процесса электродиализа является пакет мембран, который состоит из нескольких анионообменных и катионообменных мембран, разделенных спейсерами, установленных между двумя электродами. Посредством применения прямого тока, анионы и катионы будут мигрировать через мембраны в направлении электродов, образуя поток (обессоленного) разбавленного раствора и поток концентрата.The central part of the electrodialysis process is the membrane stack, which consists of several anion-exchange and cation-exchange membranes separated by spacers installed between two electrodes. By applying direct current, anions and cations will migrate through the membranes towards the electrodes, forming a (desalted) dilute solution stream and a concentrate stream.
Размер пор ионообменных мембран, используемых для электродиализа, достаточно мал для предотвращения диффузии продукта из потока разбавленного раствора в поток концентрата под воздействием большого различия в концентрации у данных двух потоков.The pore size of ion exchange membranes used for electrodialysis is small enough to prevent diffusion of product from the dilute solution stream into the concentrate stream due to the large difference in concentration between the two streams.
Электролиз используется для удаления ионов из водных растворов, в то время как нейтральные и кислотные олигосахариды остаются в технологическом потоке. Важное преимущество электродиализа заключается в том, что рекомбинантные молекулы ДНК могут быть полностью удалены из раствора, содержащего целевой олигосахарид. Кроме того, количество соли в технологическом потоке может быть значимо уменьшено посредством электродиализа. Действительно, хлорид натрия может быть полностью удален из потока с продуктом. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что может быть предоставлен раствор, содержащий целевой олигосахарид, который лишен солей, подобно хлориду натрия, что предотвращает какое-либо отрицательное влияние данной соли в конечном продукте, например, детском питании.Electrolysis is used to remove ions from aqueous solutions while neutral and acidic oligosaccharides remain in the process stream. An important advantage of electrodialysis is that recombinant DNA molecules can be completely removed from a solution containing the target oligosaccharide. In addition, the amount of salt in the process stream can be significantly reduced through electrodialysis. Indeed, sodium chloride can be completely removed from the product stream. This has the advantage that a solution containing the target oligosaccharide can be provided which is devoid of salts like sodium chloride, thereby preventing any negative effect of the salt in the final product, eg baby food.
После нанофильтрации и обработки активированным углем большую часть соли и меньших по размеру органических примесей, подобно органическим кислотам, следует удалить из технологического потока. Для обеспечения эффективного удаления оставшихся солей и небольших, заряженных органических веществ проводят стадию электродиализа.After nanofiltration and activated carbon treatment, most of the salt and smaller organic impurities, like organic acids, should be removed from the process stream. To ensure effective removal of remaining salts and small, charged organic substances, an electrodialysis step is carried out.
Электродиализ может проводиться до тех пор, пока технологический поток не достигнет стабильной проводимости 0,05-1,0 мСм/см2, предпочтительно 0,1-0,5 мСм/см2, более предпочтительно 0,2-0,4 мСм/см2. Кроме того, электродиализ можно проводить до тех пор, пока концентрация солей не упадет до концентрации меньше 10,0 г/л, предпочтительно меньше 5,0 г/л, более предпочтительно меньше 1,0 г/л, наиболее предпочтительно меньше 0,2 г/л.Electrodialysis can be carried out until the process stream reaches a stable conductivity of 0.05-1.0 mS/ cm2 , preferably 0.1-0.5 mS/ cm2 , more preferably 0.2-0.4 mS/cm2 cm 2 . In addition, electrodialysis can be carried out until the salt concentration drops to a concentration of less than 10.0 g/L, preferably less than 5.0 g/L, more preferably less than 1.0 g/L, most preferably less than 0.2 g/l.
В случае нейтральных олигосахаридов стадию электродиализа следует запускать в условиях кислотного или нейтрального рН, предпочтительно рН 3-8, более предпочтительно рН 4-7. Для кислотных олигосахаридов стадию электродиализа следует запускать в условиях нейтрального рН, предпочтительно рН 6-8, более предпочтительно рН 6,5-7,5 из-за нестабильности кислотных олигосахаридов в кислотных условиях. рН раствора кислотных олигосахаридов нужно контролировать во время электролиза и подводить с помощью NaOH, при необходимости.In the case of neutral oligosaccharides, the electrodialysis step should be run under acidic or neutral pH conditions, preferably pH 3-8, more preferably pH 4-7. For acid oligosaccharides, the electrodialysis step should be run under neutral pH conditions, preferably pH 6-8, more preferably pH 6.5-7.5 due to the instability of acid oligosaccharides under acidic conditions. The pH of the acid oligosaccharide solution must be monitored during electrolysis and adjusted with NaOH if necessary.
Стадию обратного осмоса можно использовать вместо нанофильтрации для концентрирования целевого олигосахарида. Обратный осмос представляет собой способ мембраной фильтрации, при котором концентрируются частицы, больше чем 0,1 нм, в ретентате технологического потока при удалении воды. Обратный осмос, таким образом, концентрирует технологический поток, но не достигает обессоливания.A reverse osmosis step can be used instead of nanofiltration to concentrate the target oligosaccharide. Reverse osmosis is a membrane filtration method that concentrates particles greater than 0.1 nm in the retentate process stream while removing water. Reverse osmosis thus concentrates the process stream but does not achieve desalination.
Способ может концентрировать целевой олигосахарид в водном или органическом растворителе, где концентрация целевого олигосахарида составляет 20% (масс/об.) или меньше, 10% (масс./об.) или меньше или 5% (масс/об.) или меньше до концентрирования.The method may concentrate the target oligosaccharide in an aqueous or organic solvent, where the concentration of the target oligosaccharide is 20% (w/v) or less, 10% (w/v) or less, or 5% (w/v) or less to concentration.
В дополнительном и/или альтернативном воплощении стадия концентрирования должна достигать следующих параметров:In an additional and/or alternative embodiment, the concentration step should achieve the following parameters:
i) концентрация олигосахарида больше 300 г/л, предпочтительно больше 400 г/л, более предпочтительно больше 500 г/л, наиболее предпочтительно 600 г/л.i) the oligosaccharide concentration is greater than 300 g/L, preferably greater than 400 g/L, more preferably greater than 500 g/L, most preferably 600 g/L.
ii) стадию следует проводить при температуре меньше 80°С, предпочтительно меньше 50°С, более предпочтительно меньше 4-40°С (в частности, релевантно для обратного осмоса).ii) the step should be carried out at a temperature of less than 80°C, preferably less than 50°C, more preferably less than 4-40°C (particularly relevant for reverse osmosis).
iii) стадию следует проводить при давлении 500-5000 кПа, предпочтительно при давлении 1000-4000 кПа, более предпочтительно при давлении 1500-3000 кПа.iii) the step should be carried out at a pressure of 500-5000 kPa, preferably at a pressure of 1000-4000 kPa, more preferably at a pressure of 1500-3000 kPa.
В дополнительном и/или альтернативном воплощении способа раствор, содержащий нейтральный или кислотный ОГМ, концентрируют при выпаривании в вакууме (например, используя роторный испаритель или пластинчатый испаритель), и он должен достигать следующих параметров:In an additional and/or alternative embodiment of the method, the solution containing the neutral or acidic OHM is concentrated by evaporation in a vacuum (for example, using a rotary evaporator or plate evaporator), and it must achieve the following parameters:
i) концентрация олигосахарида больше 300 г/л, предпочтительно больше 400 г/л, более предпочтительно больше 500 г/л, наиболее предпочтительно больше 600 г/л.i) the oligosaccharide concentration is greater than 300 g/L, preferably greater than 400 g/L, more preferably greater than 500 g/L, most preferably greater than 600 g/L.
ii) стадию нужно проводить при температуре меньше 80°С, предпочтительно меньше 50°С, более предпочтительно 20-50°С, даже более предпочтительно 30-45°С, наиболее предпочтительно 35-45°С (в частности, релевантно в случае выпаривания в вакууме).ii) the step should be carried out at a temperature of less than 80°C, preferably less than 50°C, more preferably 20-50°C, even more preferably 30-45°C, most preferably 35-45°C (particularly relevant in the case of evaporation in a vacuum).
Для удаления каких-либо возможных загрязняющих веществ и эндотоксинов, образованных микробами, концентрированный целевой олигосахарид стерилизуют посредством фильтрации посредством пропускания через ультрафильтрационную мембрану.To remove any possible contaminants and endotoxins produced by microbes, the concentrated target oligosaccharide is sterilized by filtration through an ultrafiltration membrane.
В предпочтительном воплощении изобретения раствор очищенного олигосахарида пропускают через модуль фильтров 10 кДа или меньше, как например, фильтр с MWCO 5 кДа или 3 кДа. Подходящие ультрафильтрационные мембраны для удаления эндотоксинов имеют MWCO по меньшей мере 10 кДа, предпочтительно по меньшей мере 5 кДа, и могли бы представлять собой спиральнонавитые или половолоконные ультрафильтрационные мембраны. Примеры спиральнонавитых мембран включают мембраны SPIRA-CEL® DS UP010 (MWCO составляет 10 кДа) или DS UP005 (MWCO составляет 5 кДа) (Microdyn-Nadir GmbH) и Dairy-Pro® НрНТ UF-5K (MWCO составляет 5 кДа) из Koch Membranes Systems. Примеры половолоконных модулей включают ROMICON® HF UF Cartridge РМ5 (MWCO составляет 5 кДа) из Koch Membranes Systems или серийные мембраны Microzoa™ (MWCO составляет 3 или 6) из Pall Cooperation (Port Washington, США).In a preferred embodiment of the invention, the purified oligosaccharide solution is passed through a 10 kDa or smaller filter module, such as a 5 kDa or 3 kDa MWCO filter. Suitable ultrafiltration membranes for endotoxin removal have a MWCO of at least 10 kDa, preferably at least 5 kDa, and could be spiral wound or hollow fiber ultrafiltration membranes. Examples of spiral wound membranes include SPIRA-CEL® DS UP010 (MWCO is 10 kDa) or DS UP005 (MWCO is 5 kDa) membranes (Microdyn-Nadir GmbH) and Dairy-Pro® HPHT UF-5K (MWCO is 5 kDa) from Koch Membranes Systems. Examples of hollow fiber modules include ROMICON® HF UF Cartridge PM5 (MWCO is 5 kDa) from Koch Membranes Systems or Microzoa™ off-the-shelf membranes (MWCO is 3 or 6) from Pall Cooperation (Port Washington, USA).
В предпочтительном воплощении раствор очищенного олигосахарида подвергают сушке распылением после стерилизации посредством фильтра. Раствор может быть высушен распылением с использованием горячего воздуха для удаления предпочтительно по меньшей мере 85 масс. % или более предпочтительно по меньшей мере 90 масс. % воды. Раствор может быть высушен распылением с использованием любой традиционной системы сушки распылением, предпочтительно с присоединением сушилки с псевдоожиженным слоем.In a preferred embodiment, the purified oligosaccharide solution is spray dried after filter sterilization. The solution can be spray dried using hot air to remove preferably at least 85 wt. % or more preferably at least 90 wt. % water. The solution can be spray dried using any conventional spray drying system, preferably coupled with a fluid bed dryer.
Очищенный раствор может быть высушен распылением для достижения концентрации целевого олигосахарида 5-60 масс. %, предпочтительно 10-50 масс. %, более предпочтительно 15-45 масс. %. Температура на входе может быть установлена в диапазоне 110-150°С, предпочтительно 120-140°С, более предпочтительно 125-135°С. Температура на выходе может быть установлена в диапазоне 60-80°С, предпочтительно 65-70°С.The purified solution can be spray dried to achieve a concentration of the target oligosaccharide of 5-60 wt. %, preferably 10-50 wt. %, more preferably 15-45 wt. %. The inlet temperature can be set in the range of 110-150°C, preferably 120-140°C, more preferably 125-135°C. The outlet temperature can be set in the range of 60-80°C, preferably 65-70°C.
После сушки распылением очищенный целевой олигосахарид может иметь следующие свойства:After spray drying, the purified target oligosaccharide may have the following properties:
i) форма твердой гранулы; и/илиi) solid granule shape; and/or
ii) температура стеклования 60-90°С, предпочтительно 62-88°С, более предпочтительно 64-86°С, как определено посредством дифференциальной сканирующей калориметрии; и/илиii) glass transition temperature 60-90°C, preferably 62-88°C, more preferably 64-86°C, as determined by differential scanning calorimetry; and/or
iii) размер частиц 5-500 мкм, предпочтительно 10-300 мкм, определенный посредством лазерной дифракции; и/илиiii) particle size 5-500 μm, preferably 10-300 μm, determined by laser diffraction; and/or
iv) средний размер частиц 10-100 мкм, предпочтительно 20-90 мкм, более предпочтительно 30-80 мкм, наиболее предпочтительно 40-70 мкм, определенный посредством лазерной дифракции; и/илиiv) an average particle size of 10-100 µm, preferably 20-90 µm, more preferably 30-80 µm, most preferably 40-70 µm, determined by laser diffraction; and/or
v) аморфное состояние, предпочтительно аморфное состояние без характеристических пиков кристаллического вещества, наблюдаемых посредством рентгеновской порошковой дифракции; и/илиv) an amorphous state, preferably an amorphous state without characteristic peaks of a crystalline substance observed by X-ray powder diffraction; and/or
vi) содержание влаги 10 масс. % или меньше, предпочтительно 8 масс. % или меньше, более предпочтительно 5 масс. % или меньше.vi)
Очищенный целевой олигосахарид можно использовать для применений в питании, предпочтительно лечебном или молочном питании (например, зерновые продукты), и более предпочтительно в детском питании или в медицине, предпочтительно в профилактике или для лечения расстройств желудочно-кишечного тракта.The purified target oligosaccharide can be used for nutritional applications, preferably medical or dairy nutrition (eg, cereal products), and more preferably in infant nutrition or medicine, preferably in the prevention or treatment of gastrointestinal disorders.
В одном воплощении целевой олигосахарид представляет собой нейтральный олигосахарид или сиалированный олигосахарид, предпочтительно олигосахарид грудного молока. Целевой олигосахарид может представлять собой нейтральный ОГМ или сиалированный ОГМ. В дополнительном воплощении и/или альтернативном воплощении целевой олигосахарид выбран из группы олигосахаридов грудного молока, состоящей из 2'-фукозиллактозы, 3-фукозиллактозы, 2',3-дифукозиллактозы, лакто-N-триозы II, лакто-N-тетраозы, лакто-N-неотетраозы, лакто-N-фукопентаозы I, лакто-N-неофукопентаозы, лакто-N-фукопентаозы II, лакто-N-фукопентаозы III, лакто-N-фукопентаозы V, лакто-N-неофукопентаозы V, лакто-N-дифукогексаозы I, лакто-N-дифукогексаозы II, 6'-галактозиллактозы, 3'-галактозиллактозы, лакто-N-гексаозы и лакто-N-неогексаозы 3'-сиалиллактозы, 6'-сиалиллактозы, сиалиллакто-N-тетраозы а, сиалиллакто-N-тетраозы, сиалиллакто-N-тетраозы с, 3-фукозил-сиалиллактозы, дисиалил-лакто-N-тетраозы и фукозил-LST b.In one embodiment, the target oligosaccharide is a neutral oligosaccharide or sialylated oligosaccharide, preferably a human milk oligosaccharide. The target oligosaccharide may be a neutral OGM or a sialylated OGM. In a further embodiment and/or alternative embodiment, the target oligosaccharide is selected from the group of human milk oligosaccharides consisting of 2'-fucosyllactose, 3-fucosyllactose, 2',3-difucosyllactose, lacto-N-triose II, lacto-N-tetraose, lacto- N-neotetraose, lacto-N-fucopentaose I, lacto-N-neofucopentaose, lacto-N-fucopentaose II, lacto-N-fucopentaose III, lacto-N-fucopentaose V, lacto-N-neofucopentaose V, lacto-N-difucohexaose I, lacto-N-difucohexaose II, 6'-galactosyllactose, 3'-galactosyllactose, lacto-N-hexaose and lacto-N-neohexaose 3'-sialyllactose, 6'-sialyllactose, sialyllacto-N-tetraose a, sialyllacto-N -tetraose, sialyllacto-N-tetraose c, 3-fucosyl-sialyllactose, disialyl-lacto-N-tetraose and fucosyl-LST b.
Настоящее изобретение будет описано относительно конкретных воплощений и со ссылкой на графические материалы, но данное изобретение не ограничивается ими, а только формулой изобретения. Кроме того, термины первый, второй и тому подобное в описании и в формуле изобретения используются для проведения различия между похожими элементами и не обязательно для описания последовательности, во времени, в пространстве, по рангу или любым другим образом. Следует понимать, что термины, используемые таким образом, являются взаимозаменяемыми в соответствующих обстоятельствах, и что воплощения изобретения, описанные в данном документе, способны работать в последовательностях, отличных от описанных или проиллюстрированных в данном документе.The present invention will be described with respect to specific embodiments and with reference to drawings, but the invention is not limited thereto, but only by the claims. In addition, the terms first, second, and the like in the specification and claims are used to distinguish between like elements and not necessarily to describe sequence, in time, space, rank, or any other manner. It should be understood that the terms used in this manner are interchangeable in appropriate circumstances, and that the embodiments of the invention described herein are capable of operating in sequences other than those described or illustrated herein.
Следует отметить, что термин «содержащий», используемый в формуле изобретения, не следует считать ограничивающимся средствами, перечисленными в дальнейшем; он не исключает других элементов или стадий. Таким образом, его следует считать определяющим наличие заявленных признаков, целых чисел, стадий или компонентов, на которые ссылаются, но он не исключает наличие или добавление одного или более других признаков, целых чисел, стадий или компонентов или их групп. Таким образом, объем выражения «устройство, содержащее средства А и В» не следует ограничивать устройствами, состоящими только из компонентов А и В. Оно означает, что в отношении настоящего изобретения, единственными релевантными компонентами устройства являются А и В.It should be noted that the term “comprising” as used in the claims should not be considered limited to the means listed below; it does not exclude other elements or stages. Thus, it should be considered to determine the presence of the claimed features, integers, steps or components referred to, but it does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps or components or groups thereof. Thus, the scope of the expression "device comprising means A and B" should not be limited to devices consisting only of components A and B. It means that for the purposes of the present invention, the only relevant components of the device are A and B.
Ссылка на всем протяжении данного описания изобретения на «одно воплощение» или «воплощение» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с данным воплощением, включены в по меньшей мере одно воплощение настоящего изобретения. Таким образом, появления фраз «в одном воплощении» или «в воплощении» в разных местах по всему объему данного описания изобретения не обязательно все относятся к одному и тому же воплощению, но могут. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики могут быть объединены любым подходящим образом, как будет очевидно среднему специалисту в данной области из данного раскрытия, в одном или более воплощениях.Reference throughout this specification to “one embodiment” or “embodiment” means that the particular feature, structure, or characteristic described in connection with that embodiment is included in at least one embodiment of the present invention. Thus, appearances of the phrases “in one embodiment” or “in an embodiment” in different places throughout this specification do not necessarily all refer to the same embodiment, but may. Moreover, specific features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner, as will be apparent to one of ordinary skill in the art from this disclosure, in one or more embodiments.
Аналогично, следует понимать, что в описании иллюстративных воплощений изобретения разные признаки изобретения иногда сгруппированы вместе в одном единственном воплощении, фигуре или его описании в целях упрощения раскрытия и помощи в понимании одного или более из разных аспектов изобретения. Данный способ раскрытия, однако, не нужно считать отражающим мысль, что заявленное изобретение требует больше признаков, чем явным образом перечислены в каждом пункте. Скорее, как отражено в приведенной ниже формуле изобретения, аспекты изобретения заключаются меньше чем во всех признаках одного вышеизложенного раскрытого воплощения. Таким образом, формула изобретения после подробного описания явным образом включена тем самым в данное подробное описание, причем каждый пункт отдельно стоит в виде отдельного воплощения данного изобретения.Likewise, it should be understood that in the description of illustrative embodiments of the invention, various features of the invention are sometimes grouped together in one single embodiment, figure, or description thereof for the purpose of simplifying the disclosure and aiding in understanding one or more of the various aspects of the invention. This manner of disclosure, however, should not be taken to imply that the claimed invention requires more features than are expressly listed in each claim. Rather, as reflected in the claims below, aspects of the invention are comprised of less than all of the features of the one disclosed embodiment set forth above. Thus, the claims following the detailed description are hereby expressly incorporated into this detailed description, with each claim standing alone as a separate embodiment of the invention.
Кроме того, в то время как некоторые воплощения, описанные в данном документе, включают некоторые, но не все признаки, включенные в другие воплощения, подразумевается, что комбинации признаков разных воплощений находятся в объеме изобретения и образуют разные воплощения, как будет понятно специалистам в данной области. Например, в приведенной ниже формуле изобретения любое из заявленных воплощений можно использовать в любой комбинации.In addition, while some embodiments described herein include some, but not all, of the features included in other embodiments, it is understood that combinations of features of different embodiments are within the scope of the invention and form different embodiments, as will be appreciated by those skilled in the art. areas. For example, in the claims below, any of the claimed embodiments can be used in any combination.
Кроме того, некоторые из воплощений описаны в данном документе как способ или комбинация элементов способа, которые могут быть реализованы посредством процессора компьютерной системы или с помощью других средств выполнения функции. Таким образом, процессор с необходимыми инструкциями для осуществления такого способа или элемента способа образует средство осуществления способа или элемента способа. Кроме того, описанный в данном документе элемент воплощения аппарата представляет собой пример средства осуществления функции, выполняемой элементом, с целью осуществления изобретения.In addition, some of the embodiments are described herein as a method or combination of method elements that may be implemented by a computer system processor or other means of performing a function. Thus, a processor with the necessary instructions for implementing such method or method element constitutes means for implementing the method or method element. In addition, the apparatus embodiment described herein is an example of a means of implementing the function performed by the apparatus for the purpose of carrying out the invention.
В описании и графических материалах, предоставленных в данном документе, изложены многочисленные конкретные подробности. Однако, понятно, что воплощения изобретения можно осуществлять на практике без данных конкретных подробностей. В других примерах хорошо известные способы, структуры и методики не были показаны подробно для того, чтобы не затруднять понимание данного описания.Numerous specific details are set forth in the descriptions and graphics provided herein. However, it will be understood that embodiments of the invention may be practiced without these specific details. In other examples, well-known methods, structures and techniques have not been shown in detail so as not to obscure the understanding of this description.
Теперь изобретение будет описано с помощью подробного описания нескольких воплощений изобретения. Ясно, что другие воплощения изобретения могут быть скомпонованы в соответствии со знаниями специалистов в данной области, не отклоняясь от истинной сущности или технической идеи изобретения, причем изобретение ограничено только условиями прилагаемой формулы изобретения.The invention will now be described by way of detailed description of several embodiments of the invention. It is clear that other embodiments of the invention can be put together in accordance with the knowledge of those skilled in the art without deviating from the true spirit or technical idea of the invention, the invention being limited only by the terms of the appended claims.
Пример 1: Очистка 3-фукозиллактозы, полученной в результате бактериальной ферментацииExample 1: Purification of 3-fucosyllactose obtained from bacterial fermentation
ОГМ - 3-фукозиллактозу получали посредством бактериальной ферментации, и бактерии удаляли из данного ферментационного бульона посредством фильтрации. Для удаления бактериальных клеток ферментационный бульон фильтровали посредством микрофильтрации с использованием мембраны из полиэфирсульфона, имеющей номинальный размер пор 0,05 мкм (NADIR® МР005; Microdyn-Nadir, Wiesbaden), и посредством последующей ультрафильтрации с использованием половолоконного модуля (ULTRADYN FS-10-FS FUS-1582, MWCO 150 кДа; Microdyn-Nadir, Wiesbaden, Германия).OGM-3-fucosyllactose was produced by bacterial fermentation, and bacteria were removed from the fermentation broth by filtration. To remove bacterial cells, the fermentation broth was filtered by microfiltration using a polyethersulfone membrane having a nominal pore size of 0.05 μm (NADIR® MP005; Microdyn-Nadir, Wiesbaden) and subsequent ultrafiltration using a hollow fiber module (ULTRADYN FS-10-FS FUS-1582, MWCO 150 kDa; Microdyn-Nadir, Wiesbaden, Germany).
Бульон, не содержащий клеток, затем обрабатывали посредством диафильтрации со стадией нанофильтрации для удаления солей и меньших по размеру молекул, увеличивая чистоту 3-FL. Система обратного осмоса, типа RO40404 (Aqmos GmbH, Rodgau, Германия), была оснащена модулями нанофильтрации Filmtec™ NF270. Давление на входе было установлено на уровне 800 кПа, и раствор три раза обрабатывали равным объемом обратноосмотической воды для повышения концентрации в результате уменьшения вдвое исходного объема. Затем раствор 3-FL пропускали через половолоконный модуль нанофильтрации FS-10-FS FUS018110 кДа (Microdyn-Nadir) для удаления белков и пептидов.The cell-free broth was then processed through diafiltration with a nanofiltration step to remove salts and smaller molecules, increasing the purity of 3-FL. The reverse osmosis system, type RO40404 (Aqmos GmbH, Rodgau, Germany), was equipped with Filmtec™ NF270 nanofiltration modules. The inlet pressure was set at 800 kPa and the solution was treated three times with an equal volume of reverse osmosis water to increase the concentration by halving the original volume. The 3-FL solution was then passed through a FS-10-FS FUS018110 kDa hollow fiber nanofiltration module (Microdyn-Nadir) to remove proteins and peptides.
Ионы, похожие по размеру на 3-FL, удаляли из технологического потока посредством электродиализа с использованием системы PCCell Р15 (PCCell GmbH, Heusweiler, Германия), оснащенной пакетом мембран PCCell ED 1000А, содержащим катионообменную мембрану CEM:PCSK и анионообменную мембрану CEM:PcAcid60 с пределом разделения по размеру 60 Да. Проводимость исходных растворов составляла от 8 до 11 мСм/см2 и электродиализ продолжался до тех пор, пока проводимость не падала до 0,5 мСм/см2.Ions similar in size to 3-FL were removed from the process stream by electrodialysis using a PCCell P15 system (PCCell GmbH, Heusweiler, Germany) equipped with a PCCell ED 1000A membrane stack containing a CEM:PCSK cation exchange membrane and a CEM:PcAcid60 anion exchange membrane size separation limit is 60 Da. The conductivity of the initial solutions ranged from 8 to 11 mS/cm 2 and electrodialysis continued until the conductivity dropped to 0.5 mS/cm 2 .
Затем раствор 3-FL обрабатывали активированным углем в виде порошка для удаления пигментов. Раствор перемешивали в течение 2 ч посредством активированного угля Norit DX1, и последний затем удаляли посредством фильтрации.The 3-FL solution was then treated with powdered activated carbon to remove pigments. The solution was stirred for 2 hours with Norit DX1 activated carbon, which was then removed by filtration.
Еще один раунд электродиализа выполняли, используя ту же установку, как описано выше. Проводимость исходного раствора составляла 1,0-1,5 сСм/см2, и электродиализ продолжался до тех пор, пока проводимость не падала до 0,3 мСм/см2.Another round of electrodialysis was performed using the same setup as described above. The conductivity of the initial solution was 1.0-1.5 cS/cm 2 , and electrodialysis continued until the conductivity dropped to 0.3 mS/cm 2 .
После электродиализа раствор 3-FL концентрировали посредством обратного осмоса, используя систему обратного осмоса Emrich EMRO 1.8 (Emrich Edelstahlbau, Polch, Германия), оснащенную модулем обратного осмоса CSM RE8040BE. Раствор концентрировали до тех пор, пока скорость потока системы фильтрации не падала ниже 50 л/ч. Сухое вещество после концентрирования составляло 20-25 масс. %. Для сушки распылением (см. Пример 2), раствор 3-FL дополнительно концентрировали, используя промышленный испаритель Hei-VAP (Heidolph Instruments GmbH, Schwabach, Германия) до 45 масс. % сухого вещества. Высококонцентрированный раствор 3-FL стерилизовали посредством фильтра для удаления эндотоксинов посредством пропускания его через ультрафильтрационную мембрану 5 кДа Spira-Cell WY UP005 2440 С (Microdyn-Nadir).After electrodialysis, the 3-FL solution was concentrated by reverse osmosis using an Emrich EMRO 1.8 reverse osmosis system (Emrich Edelstahlbau, Polch, Germany) equipped with a CSM RE8040BE reverse osmosis module. The solution was concentrated until the flow rate of the filtration system fell below 50 L/h. The dry matter after concentration was 20-25 wt. %. For spray drying (see Example 2), the 3-FL solution was further concentrated using a Hei-VAP industrial evaporator (Heidolph Instruments GmbH, Schwabach, Germany) to 45 wt. % dry matter. The highly concentrated 3-FL solution was filter sterilized to remove endotoxins by passing it through a 5 kDa Spira-Cell WY UP005 2440 C ultrafiltration membrane (Microdyn-Nadir).
ВЭЖХ-хроматограммы, иллюстрирующие очистку 3-фукозиллактозы от осветленного ферментационного бульона данным способом, изображены на Фиг. 6 и Фиг. 7. На Фиг. 6 показана ВЭЖХ-хроматограмма осветленного ферментационного бульона, тогда как на Фиг. 7 показана ВЭЖХ-хроматограмма стерильного отфильтрованного технологического потока, полученного из осветленного ферментационного бульона, что приводит к получению ВЭЖХ-хроматограммы, показанной на Фиг. 6. Сравнение данных хроматограмм обнаруживает, что большинство пиков на ВЭЖХ-хроматограмме (каждый пик представляет по меньшей мере одно соединение) осветленного ферментационного бульона отсутствует на ВЭЖХ-хроматограмме стерильного отфильтрованного технологического потока.HPLC chromatograms illustrating the purification of 3-fucosyllactose from clarified fermentation broth by this method are shown in FIG. 6 and Fig. 7. In FIG. 6 shows the HPLC chromatogram of the clarified fermentation broth, while FIG. 7 shows an HPLC chromatogram of the sterile filtered process stream obtained from the clarified fermentation broth, resulting in the HPLC chromatogram shown in FIG. 6. Comparison of the chromatogram data reveals that most of the peaks in the HPLC chromatogram (each peak representing at least one compound) of the clarified fermentation broth are not present in the HPLC chromatogram of the sterile filtered process stream.
Пример 2: Получение 3-фукозиллактозы в твердой форме посредством сушки распылениемExample 2: Preparation of 3-fucosyllactose in solid form by spray drying
Раствор 3-FL, полученный посредством фильтрации и электродиализа, концентрировали до 45 масс. % и стерилизовали посредством фильтра для удаления какой-либо бионагрузки и эндотоксинов, как описано в Примере 1. Высококонцентрированный и стерильный раствор 3-FL затем подвергали сушке распылением, используя распылительную сушилку LTC-GMP (Nubilosa, Konstanz, Германия). Раствор 3-FL, 45 масс. %, пропускали через сопла распылительной сушилки при 130°С и 350 кПа, и поток регулировали для поддержания температуры выхлопа на уровне 66-67°С. Используя данные установки, получали порошок, высушенный распылением, содержащий меньше чем 5% влаги. Влагосодержание определяли посредством титрования по Карлу Фишеру.The 3-FL solution obtained by filtration and electrodialysis was concentrated to 45 wt. % and filter sterilized to remove any bioburden and endotoxins as described in Example 1. The highly concentrated and sterile 3-FL solution was then spray dried using an LTC-GMP spray dryer (Nubilosa, Konstanz, Germany). Solution 3-FL, 45 wt. %, was passed through the nozzles of a spray dryer at 130°C and 350 kPa, and the flow was adjusted to maintain the exhaust temperature at 66-67°C. Using these setups, a spray-dried powder containing less than 5% moisture was obtained. Moisture content was determined by Karl Fischer titration.
Claims (37)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19175716.0 | 2019-05-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021135619A RU2021135619A (en) | 2023-06-21 |
RU2808729C2 true RU2808729C2 (en) | 2023-12-04 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008053102A2 (en) * | 2006-10-30 | 2008-05-08 | Applexion | Method for purifying sialyllactose by means of chromatography |
RU2496342C2 (en) * | 2008-03-14 | 2013-10-27 | Фризлэнд Брэндз Б.В. | Method for isolation of oligosaccharides containing sialic acid and compositions produced in this connection that contain oligosaccharides containing sialic acid |
WO2015106943A1 (en) * | 2014-01-20 | 2015-07-23 | Jennewein Biotechnologie Gmbh | PROCESS FOR EFFICIENT PURIFICATION OF NEUTRAL HUMAN MILK OLIGOSACCHARIDES (HMOs) FROM MICROBIAL FERMENTATION |
WO2019043029A1 (en) * | 2017-08-29 | 2019-03-07 | Jennewein Biotechnologie Gmbh | Process for purifying sialylated oligosaccharides |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008053102A2 (en) * | 2006-10-30 | 2008-05-08 | Applexion | Method for purifying sialyllactose by means of chromatography |
RU2496342C2 (en) * | 2008-03-14 | 2013-10-27 | Фризлэнд Брэндз Б.В. | Method for isolation of oligosaccharides containing sialic acid and compositions produced in this connection that contain oligosaccharides containing sialic acid |
WO2015106943A1 (en) * | 2014-01-20 | 2015-07-23 | Jennewein Biotechnologie Gmbh | PROCESS FOR EFFICIENT PURIFICATION OF NEUTRAL HUMAN MILK OLIGOSACCHARIDES (HMOs) FROM MICROBIAL FERMENTATION |
WO2019043029A1 (en) * | 2017-08-29 | 2019-03-07 | Jennewein Biotechnologie Gmbh | Process for purifying sialylated oligosaccharides |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7670623B2 (en) | Purification of oligosaccharides from fermentation broth by using filtration | |
AU2018373610B2 (en) | Process for the purification of L-fucose from a fermentation broth | |
DK201900072U1 (en) | Process for efficient purification of neutral human milk oligosaccharides (hmos) from microbial fermentation | |
JP2023507247A (en) | Separation of sialylated oligosaccharides from fermentation broth | |
AU2021370933A1 (en) | Process for the purification of an acidic human milk oligosaccharide from fermentation broth | |
RU2808729C2 (en) | Purification of oligosaccharides from fermentation broth by filtration | |
WO2022263425A1 (en) | Separation of human milk oligosaccharides from a fermentation broth | |
WO2022263426A1 (en) | Separation of human milk oligosaccharides from a fermentation broth | |
DK181615B1 (en) | Separation of human milk oligosaccharides from a fermentation broth | |
DK181124B1 (en) | Separation of neutral human milk oligosaccharides from a fermentation broth | |
RU2789351C2 (en) | Method for purification of l-fucose from fermentation broth | |
EP4539967A1 (en) | Separation of human milk oligosaccharides from a fermentation broth | |
WO2022263424A1 (en) | Separation of human milk oligosaccharides from a fermentation broth | |
DK202100635A1 (en) | Separation of neutral human milk oligosaccharides from a fermentation broth |