WO2022196698A1 - 原料液減容方法及びシステム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method and system for reducing the volume of raw material liquid.
- raw material liquids in purification processes for peptides, DNA, RNA, enzymes, derivative compounds thereof, and raw materials thereof include water, various organic solvents, They may contain organic acids, salts, etc., respectively.
- the composition of the solvent and the concentration of the organic acid, salt, etc. are each adjusted within a predetermined range, so that the valuable substance can stably exist in the raw material liquid. Therefore, in the volume reduction process of the raw material solution, if the solvent composition changes, or the concentration of the organic acid, salt, etc. fluctuates, peptides, etc. will precipitate, aggregate, denature, etc., resulting in a poor volume reduction yield.
- peptides and the like are very expensive, a high yield is required for a volume reduction process for a raw material solution containing them.
- the present invention is capable of adjusting the component composition of the raw material liquid to a desired value when reducing the volume of the raw material liquid, thereby suppressing precipitation, aggregation, and denaturation of valuable substances. It is an object of the present invention to provide a volume reduction method and a raw material liquid volume reduction system for use in this method.
- a raw material liquid volume reduction method for reducing the volume of a raw material liquid containing at least a valuable substance and a first solvent The raw material liquid is further comprising a secondary component other than the valuable substance and the first solvent, or comprising a mixed solvent containing the first solvent and the second solvent as a solvent
- the raw material solution volume reduction method includes: a first process of removing the first solvent from the raw material liquid; a second treatment for adjusting the concentration of the second solvent or the subcomponent in the raw material liquid by a dialysis method using a dialysis membrane; is a method that combines Raw material liquid volume reduction method.
- the concentration measurement is performed by specific gravity measurement, pH measurement, conductivity measurement, liquid level measurement, optical rotation measurement, refractive index measurement, near-infrared spectroscopic analysis, and gravimetric measurement.
- ADCs antibody-drug conjugates
- the second solvent is one or more selected from water, acetonitrile, methanol, ethanol, and isopropanol
- the secondary component is one or more selected from the group consisting of organic acids, polymers (excluding the valuables), and buffer salts.
- a raw material solution volume reduction system for reducing the volume of a raw material solution containing at least a valuable substance and a first solvent,
- the raw material liquid is further comprising a secondary component other than the valuable substance and the first solvent, or comprising a mixed solvent containing the first solvent and the second solvent as a solvent
- the raw material liquid volume reduction system includes: a first unit that removes the first solvent from the raw material liquid; a second unit that adjusts the concentration of the second solvent or the subcomponent in the raw material liquid by a dialysis method using a dialysis membrane; is a system that combines Raw material liquid volume reduction system.
- ⁇ Aspect 28>> The concentration measurement mechanism performs specific gravity measurement, pH measurement, conductivity measurement, liquid level measurement, optical rotation measurement, refractive index measurement, and near-infrared spectroscopic analysis of the raw material liquid whose volume is cyclically reduced.
- the raw material liquid volume reduction method of the present invention when reducing the volume of the raw material liquid, the component composition of the raw material liquid after volume reduction can be adjusted to a desired value. Therefore, the raw material liquid volume-reduced by the method of the present invention has the precipitation aggregation and modification of valuable substances suppressed to the utmost limit, has an excellent yield of valuable substances, and has a composition that meets the requirements of the next step. have.
- the volume reduction system of the present invention the raw material liquid volume reduction method having the above advantages can be efficiently implemented.
- FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining an example of a raw material liquid volume reduction system of the present invention
- FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining another example of the raw material solution volume reduction system of the present invention
- FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining still another example of the raw material solution volume reduction system of the present invention
- FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining still another example of the raw material solution volume reduction system of the present invention
- FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining still another example of the raw material solution volume reduction system of the present invention
- FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining still another example of the raw material solution volume reduction system of the present invention
- the raw material liquid volume reduction method of the present invention is a raw material liquid volume reduction method for reducing the volume of a raw material liquid containing at least a valuable substance and a first solvent,
- the raw material liquid is further comprising a secondary component other than the valuable substance and the first solvent, or comprising a mixed solvent containing the first solvent and the second solvent as a solvent
- the raw material liquid volume reduction method includes: a first process of removing the first solvent from the raw material liquid; a second process of adjusting the concentration of the second solvent or the subcomponent in the raw material liquid by a dialysis method using a dialysis membrane; It is a method of combining
- the present inventors focused on the dialysis method as a means of maintaining or gently adjusting the solvent composition and the concentration of subcomponents.
- the solvent composition or subcomponent concentration in the raw material liquid gradually approaches the solvent composition or subcomponent concentration of the dialysate over time.
- the raw material liquid to be volume-reduced by the volume-reducing method of the present invention is a solution or dispersion containing at least a valuable substance and a first solvent.
- This raw material liquid is It further contains an auxiliary component other than the valuable substance and the first solvent, or it contains a mixed solvent containing the first solvent and the second solvent as the solvent.
- Raw material liquids applicable to the volume reduction method of the present invention include, for example, foods; pharmaceuticals; seawater; and produced water discharged from gas fields, oil fields, and the like.
- a non-natural amino acid is an artificial compound that does not exist in nature and refers to a compound having one amino acid skeleton in the molecule.
- Non-natural amino acids as pharmaceutical raw materials in the present disclosure include labeled amino acids, functionalized amino acids, and the like.
- a labeled amino acid is a compound in which a desired labeled compound is attached to the amino acid skeleton.
- Labeling compounds include, for example, dyes, fluorescent substances, luminescent substances, enzyme substrates, coenzymes, antigenic substances, protein-binding substances and the like.
- Examples of functionalized amino acids include photoresponsive amino acids, photoswitch amino acids, fluorescent probe amino acids, fluorescent labeled amino acids and the like.
- Sugars include, for example, monosaccharides, disaccharides, sugar chains (excluding disaccharides), sugar chain derivatives, and the like.
- Monosaccharides include, for example, glucose, fructose, galactose, mannose, ribose, deoxyribose and the like.
- disaccharides include maltose, sucrose, lactose and the like.
- vaccines include hepatitis A vaccine, hepatitis B vaccine, hepatitis C vaccine, and the like;
- nucleic acids include oligonucleotides, RNA, aptamers, decoys, and the like;
- Antibiotics include, for example, streptomycin, vancomycin;
- Antibody drug conjugates (ADCs) include, for example, brentuximab vedotin (ADCETRIS), trastuzumab emtansine (Kadcyra), gemtuzumab ozogamicin (Mylotarg) and the like; Each is mentioned.
- yeast examples include Saccharomyces cerevisiae, Pichia stipitis, Candida shehatae, Pachysolen tannophilus and the like, including mutant strains thereof.
- vitamins include vitamin A, vitamin B, vitamin C and the like, and derivatives and salts thereof are also included.
- Vitamin B includes, for example, vitamin B6, vitamin B12, and the like.
- a solvent is a compound capable of dissolving or dispersing the value and, if present, secondary ingredients.
- Solvents are typically one or more selected from water and organic solvents.
- the organic solvent is an organic compound having one or more carbon atoms, and in one aspect, it is a compound that exists as a liquid at normal pressure at 0°C or higher and lower than 50°C. However, carboxylic acid is excluded from the solvent in the present invention.
- organic solvents include alcohols, esters, ethers, aprotic polar compounds, aromatic compounds, aliphatic compounds, chlorinated hydrocarbons, ketones and the like.
- Polymers used as subcomponents exclude those that fall under the category of valuable substances.
- Examples of polymers that can be used as subcomponents in the present invention include polyethylene oxide, polypropylene oxide, copolymers of ethylene oxide and propylene oxide, and the like.
- a raw material liquid often contains a plurality of subcomponents.
- the amount of the subcomponents in the raw material liquid is arbitrarily set according to the solubility and chemical stability of the valuable substance, the convenience of the reaction scheduled after volume reduction, and the like. you can
- forward osmosis membrane module can be used by reading "forward osmosis membrane” as “nanofiltration membrane”.
- Determination of the concentration of at least one of the components in the raw material liquid is performed, for example, by specific gravity measurement, pH measurement, conductivity measurement, liquid level measurement, optical rotation measurement, refractive index measurement, near-infrared spectroscopic analysis, weight measurement, etc. of the raw material liquid. can be determined using the measurement results of Then, when the raw material liquid is reduced to the desired volume reduction rate, both the first treatment and the second treatment are stopped to complete the volume reduction of the raw material liquid.
- the volume reduction rate can be known by an appropriate method such as weight measurement of the raw material liquid, liquid level measurement, or the like.
- the raw material liquid volume reduction system in FIG. 5 applies an evaporation unit as a first unit that causes gas to flow into a container that stores the raw material liquid to evaporate the first solvent in the raw material liquid and move it out of the container.
- the raw liquid volume reduction system (1) in FIG. 5 includes an evaporation unit (900), a dialysis membrane module (100), a raw liquid tank (200), a dialysate tank (300), and a trap (400). have.
- the evaporation unit (900) has a blower (BL) for flowing gas in the raw material liquid tank (200) and a pipe for sending the evaporated first solvent (b) to the trap (400).
- Adjustment of the concentration of the second solvent or subcomponents by the dialysis membrane module (100) is performed in the same manner as in the raw liquid volume reduction system (1) of FIG.
- the pump (P) is placed from the bottom of the raw material liquid tank (200) to one space (for example, the space inside the hollow fiber membrane) of the forward osmosis membrane module (500). is used to supply the raw material liquid (a) at an appropriate flow rate. After passing through the hollow fiber membrane, the raw material liquid (a) is returned to the raw material liquid tank (200) and circulated.
- This return position is preferably a position far from the collection position for supplying to the forward osmosis membrane module (500) and at the bottom of the raw material liquid tank (200).
- This return position is preferably a position far from the collection position for supplying to the forward osmosis membrane module (500) and at the bottom of the raw material liquid tank (200).
- the raw liquid volume reduction system (4) in FIG. 8 is another embodiment in which a forward osmosis membrane module (500) is used as the first volume reduction unit, and in the flow direction of the raw liquid (a), It is a system in which a dialysis membrane module (100) as a second unit and a forward osmosis membrane module (500) as a first unit are arranged in series in this order.
- the raw liquid (a) taken out from the bottom of the raw liquid tank (200) first passes through the dialysis membrane module (100) and then passes through the forward osmosis membrane module ( 500) has passed.
- it may be configured to first pass through the forward osmosis membrane module (500) and then pass through the dialysis membrane module (100).
- the raw material liquid volume reduction system (5) in FIG. 9 is another embodiment in which the nanofiltration membrane module (700) is used as the first volume reduction unit.
- the raw material liquid (a) taken out from the bottom of the raw liquid tank (200) first passes through the dialysis membrane module (100) and then passes through the nanofiltration membrane module ( 700).
- it may be configured to pass through the dialysis membrane module (100) after first passing through the nanofiltration membrane module (700).
- ⁇ Dialysis membrane module 1> A hollow fiber ultrafiltration membrane made of polyethersulfone and having an inner diameter of 0.7 mm and an outer diameter of 1.0 mm was used as the substrate layer. 130 of these hollow fiber ultrafiltration membranes were packed into a cylindrical plastic housing with a diameter of 2 cm and a length of 10 cm. was made. 2.5 g of piperazine and 0.8 g of sodium lauryl sulfate were placed in a 0.5 L container, and 489.2 g of pure water was added to dissolve them to prepare 0.5 kg of the first solution used for interfacial polymerization.
- ⁇ Nanofiltration membrane module 1> A module prepared in the same manner as the "forward osmosis membrane module 1" was used as the “nanofiltration membrane module 1".
- ⁇ Evaporation unit> a blower (BL) for sending air into the raw material liquid tank (200), a pipe for discharging the introduced gas and the first solvent (b) evaporated by this gas to the outside of the raw material liquid tank (200), Evaporation unit 1 having the same configuration as the evaporation unit (900) shown in FIG.
- the length of the portion of the hollow fiber membrane not embedded in the adhesive resin was about 10 cm, and the total membrane area of the inner surface of the hollow fiber membrane was adjusted to about 0.02 m 2 .
- Two membrane modules with the same specifications were produced. In these membrane modules, FS-392B manufactured by Fluoro Technology Co., Ltd. is passed through the outer space of the hollow fiber membranes in a state of being concentrated three times, applied to the outside of the hollow fiber membranes, and then dried. Thus, a membrane module 1 for membrane distillation was obtained. Of the membrane modules 1 for membrane distillation obtained by the above method, one module was disassembled and the contact angle was measured without analyzing the porous hollow fiber membrane.
- the evaluation of acetonitrile permeability was performed using water as a reference liquid and a 1 M aqueous solution of acetonitrile with a concentration of 1 mol/L as a test liquid.
- the test liquid is applied to the inner space of the hollow fibers of each module at an average linear velocity of 0.04 m/sec, and the reference liquid is applied to the outer space of the hollow fibers at an average linear velocity of 0.025 m/sec.
- this raw material liquid (a) was filled in a raw material liquid tank (200) having a capacity of 1,000 mL.
- a draw solution (d) 1,200 g of a 50 wt % isopropanol aqueous solution was filled in the draw solution tank (600).
- the dialysate tank (300) was filled with 1,200 g of water as the dialysate (e).
- the raw material liquid (a) and the draw solution (d) were passed through the forward osmosis membrane module (500) as the first unit.
- the raw material liquid (a) was flowed at a flow rate of 120 mL/min, and the draw solution (d) was flowed at a flow rate of 240 mL/min.
- the dialysis method as the second treatment the raw material liquid (a) and the dialysate (e) were passed through the dialysis membrane module (100) as the second unit.
- the raw material liquid (a) was flowed at a flow rate of 120 mL/min, and the dialysate (e) was flowed at a flow rate of 240 mL/min.
- the concentration of acetonitrile in the solvent of the raw material liquid (a) was Later, the concentration decreased from the initial concentration of 50 wt% to 31 wt%, and the water-rich composition was maintained thereafter.
- the volume of the raw material liquid was reduced while maintaining the solvent composition of the raw material liquid within the desired range, and the volume of the raw material liquid was reduced without damaging valuables. was verified.
- Examples 2 to 6 In the same manner as in Example 1, except that the composition of the raw material liquid and the dialysate (e) to be circulated in the dialysis membrane module (100), which is the second unit, were changed as shown in Table 2, did the driving.
- Example 8 the nanofiltration membrane module 1 produced above was used as the nanofiltration membrane module (700) using the raw material liquid volume reduction system (3) shown in FIG. 7 in which the first treatment was performed by nanofiltration. The operation was carried out in the same manner as in Example 1, except that .
- Example 9 the raw material liquid volume reduction system (1) shown in FIG. Operation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the composition of the liquid and the dialysate (e) to be circulated in the dialysis membrane module (100), which is the second unit, were changed as shown in Table 2. did
- Example 1 Operation was performed in the same manner as in Example 1, except that the dialysis membrane module (100) was not used. After 4 hours from the start of the operation, when the volume reduction ratio reached 2.6 times, cloudiness was confirmed in the raw material liquid, so the operation was stopped. The white turbid raw material liquid was filtered to remove the precipitated solids, and the glutathione disulfide concentration in the filtrate was analyzed to calculate the yield of the valuable substance. The yield of valuables in Comparative Example 1 was 59.9%. In addition, a small amount of the raw material liquid was extracted every hour from the start of operation, and the concentration of acetonitrile was tracked by gas chromatography analysis. It was confirmed that the content had increased to 61 wt% at the time.
- the membrane distillation membrane module 1 was used instead of the dialysis membrane module (100), and instead of the dialysis treatment, the membrane distillation treatment was performed while cooling water at 10°C was circulated.
- the operation was carried out analogously to Example 1. After 4 hours from the start of operation, a change in the appearance of the membrane module for membrane distillation suggesting membrane wetting was confirmed, so the operation was stopped.
- the glutathione disulfide concentration in the raw material liquid (a) was analyzed by ICP-MS analysis, and the yield at the time of shutdown was calculated. The yield of glutathione disulfide was 45%.
- Reference Signs List 1, 2, 3, 4 raw liquid volume reduction system 100 dialysis membrane module 110 housing 111 dialysate inlet 112 dialysate outlet 120 dialysis membrane 121 base layer 122 active layer 130, 530 adhesive resin 200 raw liquid tank 300 dialysate tank 400 Trap 500 forward osmosis membrane module 510 housing 511 draw solution inlet 512 draw solution outlet 520 forward osmosis membrane 521 substrate layer 522 active layer 600 draw solution tank 700 nanofiltration membrane module 800 permeate tank 900 evaporation unit a feed solution b first solvent c reduced raw material solution d draw solution e dialysate f raw material solution with adjusted component concentration g second solvent or auxiliary component BL blower HM hydrometer LG level gauge P pump V valve
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Abstract
Description
例えば、ペプチド、DNA、RNA、及び酵素、並びにこれらの誘導体化合物、並びにこれらの原料(以下「ペプチド等」という。)の精製プロセスにおける原料液は、ペプチド等、水の他に、各種有機溶媒、有機酸、塩等をそれぞれ含む場合がある。このような原料液は、溶媒の組成、有機酸、塩等の濃度が、それぞれ所定の範囲に調整されていることによって、有価物は、原料液中に安定して存在することができる。
したがって、原料液の減容過程において、溶媒組成が変化し、或いは、有機酸、塩等の濃度が変動すると、ペプチド等が析出、凝集、変性等して、減容の収率が悪くなることがある。この点、ペプチド等は非常に高価であるため、これらを含む原料液の減容プロセスには、高い収率が求められる。
有機溶媒濃度を維持しながら原料液を減容する方法として、溶媒を原料液に添加しながら、膜濃縮する方法が知られている(特許文献1)。
また、原料液中の特定の成分を、膜を介して移動させる方法として、透析法が知られている。(非特許文献1)
すなわち、本発明を実施する形態の一例は、以下のとおりである。
《態様1》少なくとも有価物及び第1溶媒を含む原料液を減容する、原料液減容方法であって、
前記原料液は、
前記有価物及び前記第1溶媒以外の副成分を更に含むか、又は
溶媒として、前記第1溶媒及び第2溶媒を含む混合溶媒を含み、
前記原料液減容方法は、
前記原料液から、前記第1溶媒を除去する第1の処理と、
透析膜を用いる透析法によって、前記原料液中の、前記第2溶媒又は前記副成分の濃度を調整する第2の処理と、
を組み合わせて行う方法である、
原料液減容方法。
《態様2》前記第2の処理に用いられる前記透析膜が分子篩膜である、態様1に記載の原料液減容方法。
《態様3》前記第1の処理が、逆浸透法、ナノ濾過法、及び正浸透法のいずれかの、膜を用いる減容処理である、態様2に記載の原料液減容方法。
《態様4》前記第1の処理が、正浸透法である、態様2に記載の原料液減容方法。
《態様5》前記第1の処理に用いられる前記膜の、前記第2溶媒又は前記副成分の透過性よりも、
前記第2の処理に用いられる前記分子篩膜の、前記第2溶媒又は前記副成分の透過性の方が大きい、
態様3又は4に記載の原料液減容方法。
《態様6》前記第1の処理を行った後に、前記第2の処理を行うことを含む、態様1~5のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
《態様7》前記第2の処理を行った後に、前記第1の処理を行うことを含む、態様1~5のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
《態様8》前記第1の処理と、前記第2の処理とを、並列に行い、各処理後の原料液を混合することを含む、態様1~5のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
《態様9》原料液に対して、前記第1の処理及び前記第2の処理を循環的に行う、態様6~8のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
《態様10》循環的に減容されている原料液中の成分の少なくとも1つの濃度測定を行い、得られた測定値に応じて、前記第1の処理及び前記第2の処理のうちの少なくとも1つの処理の、実施若しくは停止、又は運転条件の変更を決定する、態様9に記載の原料液減容方法。
《態様11》前記濃度測定を、前記循環的に減容されている原料液の、比重測定、pH測定、導電率測定、液位測定、旋光度測定、屈折率測定、近赤外分光分析、及び重量測定から成る群から選択される1種以上の測定結果を用いて行う、態様10に記載の原料液減容方法。
《態様12》前記有価物が医薬品原料である、態様1~11のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
《態様13》前記有価物の数平均分子量が100~50,000である、態様1~12のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
《態様14》前記有価物が、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、糖、ワクチン、核酸、抗生物質、抗体薬物複合体(ADC)、及びビタミンからなる群から選ばれる1種以上である、態様1~13のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
《態様15》前記第2溶媒が、水、アセトニトリル、メタノール、エタノール、及びイソプロパノールから選ばれる1種以上であり、
前記副成分が、有機酸、重合体(前記有価物を除く)、及びバッファー塩からなる群から選ばれる1種以上である、
態様1~14のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
《態様16》前記原料液の温度が1℃以上50℃以下の範囲に調整されている、態様1~15のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
《態様17》前記正浸透法に用いる誘導溶液の溶質として、メタノール、エタノール、イソプロパノール、及びt-ブタノールから選ばれる少なくとも1種を用いる、態様3~5のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
《態様18》少なくとも有価物及び第1溶媒を含む原料液を減容する、原料液減容システムであって、
前記原料液は、
前記有価物及び前記第1溶媒以外の副成分を更に含むか、又は
溶媒として、前記第1溶媒及び第2溶媒を含む混合溶媒を含み、
前記原料液減容システムは、
前記原料液から、前記第1溶媒を除去する第1のユニットと、
透析膜を用いる透析法によって、前記原料液中の、前記前記第2溶媒又は前記副成分の濃度を調整する第2のユニットと、
を組み合わせたシステムである、
原料液減容システム。
《態様19》前記第2のユニットに用いられる前記透析膜が分子篩膜である、態様18に記載の原料液減容システム。
《態様20》前記第1のユニットが、逆浸透法、ナノ濾過法、及び正浸透法のいずれかの、膜を用いる減容処理を行うユニットである、態様19に記載の原料液減容システム。
《態様21》前記第1のユニットが、正浸透法を行うユニットである、態様20に記載の原料液減容システム。
《態様22》前記第1のユニットに含まれる前記膜の、前記第2溶媒又は前記副成分の透過性よりも、
前記第2のユニットに含まれる前記分子篩膜の、前記第2溶媒又は前記副成分の透過性の方が大きい、
態様20又は21に記載の原料液減容システム。
《態様23》前記原料液の流れ方向において、前記第1のユニット及び前記第2のユニットが、この順に直列に接続されている、態様18~22のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
《態様24》前記原料液の流れ方向において、前記第2のユニット及び前記第1のユニットが、この順に直列に接続されている、態様18~22のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
《態様25》前記第1のユニットと、前記第2のユニットとが、並列に接続されており、各ユニットから排出された原料液を混合する機構を含む、態様18~22のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
《態様26》前記第1のユニット及び前記第2のユニットによる原料液の処理を循環的に行う機構を含む、態様23~25のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
《態様27》循環的に減容されている原料液中の成分の少なくとも1つの濃度測定を行う濃度測定機構、並びに
前記濃度測定機構から得られた測定値に応じて、前記第1のユニット及び前記第2のユニットのうちの少なくとも1つのユニットの、運転若しくは停止、又は運転条件の変更を決定する機構
を含む、態様26に記載の原料液減容システム。
《態様28》前記濃度測定機構が、前記循環的に減容されている原料液の、比重測定、pH測定、導電率測定、液位測定、旋光度測定、屈折率測定、近赤外分光分析、及び重量測定から成る群から選択される1種以上の測定結果を用いて濃度決定を行う機構である、態様27に記載の原料液減容システム。
《態様29》前記有価物が医薬品原料である、態様18~28のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
《態様30》前記有価物の数平均分子量が100~50,000である、態様18~29のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
《態様31》前記有価物が、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、糖、ワクチン、核酸、抗生物質、抗体薬物複合体(ADC)、及びビタミンからなる群から選ばれる1種以上である、態様18~30のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
《態様32》前記第2溶媒が、水、アセトニトリル、メタノール、エタノール、及びイソプロパノールから選ばれる1種以上であり、
前記副成分が、有機酸、重合体(前記有価物を除く)、及びバッファー塩からなる群から選ばれる1種以上である、態様18~31のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
《態様33》前記原料液の温度を1℃以上50℃以下の範囲に調整する機構を含む、態様18~32のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
《態様34》前記正浸透法に用いる誘導溶液の溶質として、メタノール、エタノール、イソプロパノール、及びt-ブタノールから選ばれるアルコールを用いる、態様20~22のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
本発明の減容システムを用いると、上記のような利点を有する原料液減容方法を、効率よく実施することができる。
本発明の原料液減容方法は、少なくとも有価物及び第1溶媒を含む原料液を減容する、原料液減容方法であって、
前記原料液は、
前記有価物及び前記第1溶媒以外の副成分を更に含むか、又は
溶媒として、前記第1溶媒及び第2溶媒を含む混合溶媒を含み、
前記原料液減容方法は、
前記原料液から、前記第1溶媒を除去する第1の処理と、
透析膜を用いる透析法によって、前記原料液中の、前記第2溶媒又は前記副成分の濃度を調整する第2の処理と、
を組み合わせて行う方法である。
このような有価物を含む原料液を濃縮する手段として、従来から、蒸留法、減圧蒸留法、膜蒸留法、浸透気化膜法、蒸気透過膜法、逆浸透膜法、ナノ濾過膜法、正浸透膜法等が用いられている。しかし、どのような手段を用いても、原料液に含まれる複数の成分の化学的・物理的性質の差異に起因して、特定の成分が原料液から優先的に除かれて、溶媒の組成、又は副成分の濃度が変化する場合がある。このようなことが起こると、原料液の減容中に、有価物が析出し、凝集し、又は変性する懸念がある。
これを解消する方法の1つとして、溶媒組成及び副成分の濃度を維持するように、減容中に、逐次溶媒及び副成分を原料液に添加することが考えられる。しかし、この方法では、溶媒又は副成分が添加される場所の近傍で、これらの濃度が急激に変化するため、有価物の析出、凝集、及び変性のリスクは解消されない。
このような透析法を、上記の減容手段と組み合わせることによって、有価物の溶解性及び化学的安定性を維持しながら、原料液を減容することが可能となった。
本発明は、上記のような作用機構により、有価物が析出、凝集、及び変性するリスクを極限まで小さくしながら、原料液を減容することができる。
〈原料液〉
本発明の減容方法で減容対象となる原料液は、少なくとも有価物及び第1溶媒を含む、溶液又は分散液である。
この原料液は、
有価物及び第1溶媒以外の副成分を更に含むか、又は
溶媒として、第1溶媒及び第2溶媒を含む混合溶媒を含む。
本発明の減容方法に適用される原料液としては、例えば、食品;医薬品;海水;ガス田、油田等から排出される随伴水等を挙げることができる。しかしながら、加熱を要さずに減容可能であるとの本発明の利点を考慮すると、本発明の減容方法は、加熱により分解が懸念される物質、特に、医薬品原料、機能性化学種等を有価物として含む原料液に適用することが有効である。
本開示において、有価物とは、医薬品原料、機能性化学種等を指す。
医薬品原料としては、例えば、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、糖、ワクチン、核酸、抗生物質、抗体薬物複合体(ADC)、酵母、ビタミン等が挙げられる。
必須アミノ酸としては、例えば、トリプトファン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、トレオニン、バリン、ロイシン、イソロイシン等が挙げられる。非必須アミノ酸としては、例えば、アルギニン、グリシン、アラニン、セリン、チロシン、システイン、アスパラギン、グルタミン、プロリン、アスパラギン酸、グルタミン酸等が挙げられる。
非天然アミノ酸とは、天然に存在しない人工の化合物であって、分子内にアミノ酸骨格を1個有する化合物を指す。本開示における医薬品原料としての非天然アミノ酸としては、標識アミノ酸、機能化アミノ酸等が挙げられる。
標識アミノ酸は、アミノ酸骨格に所望の標識化合物が結合している化合物である。標識化合物としては、例えば、色素、蛍光物質、発光物質、酵素基質、補酵素、抗原性物質、タンパク質結合性物質等が挙げられる。
機能化アミノ酸としては、例えば、光応答性アミノ酸、光スイッチアミノ酸、蛍光プローブアミノ酸、蛍光標識アミノ酸等が挙げられる。
タンパク質は、一般的には、アミノ酸残基が結合した化合物のうち、ペプチドよりも長鎖のものを指す。本明細書におけるタンパク質としては、例えば、インターフェロンα、インターフェロンβ、インターロイキン1~12、成長ホルモン、エリスロポエチン、インスリン、顆粒状コロニー刺激因子(G-CSF)、組織プラスミノーゲン活性化因子(TPA)、ナトリウム利尿ペプチド、血液凝固第VIII因子、ソマトメジン、グルカゴン、成長ホルモン放出因子、血清アルブミン、カルシトニン、リパーゼGアマノ50等が挙げられる。
単糖類としては、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、リボース、デオキシリボース等が挙げられる。二糖類としては、例えば、マルトース、スクロース、ラクトース等が挙げられる。
本開示における糖鎖とは、二糖類を除く概念であり、例えば、セルロース、グリコサミノグリカン、デンプン、サクラン、デキストラン、デキストリン、イヌリン、カードラン、フコイダン、フルクタン、プルラン、ペクチン、ポリデキストロース、マルトデキストリン、リグニン、キシラン、マンナン、グルコマンナン、グルクロノキシラン、キシロース等が挙げられる。糖鎖誘導体としては、例えば、N-アセチルグルコサミン、N-アセチルガラクトサミン、N-アセチルノイラミン酸等の、糖類誘導体等が挙げられる。
核酸としては、例えば、オリゴヌクレオチド、RNA、アプタマー、デコイ等が;
抗生物質としては、例えば、ストレプトマイシン、バンコマイシン等が;
抗体薬物複合体(ADC)としては、例えば、ブレンツキシマブ ベドチン(アドセトリス)、トラスツズマブ エムタンシン(カドサイラ)、ゲムツズマブオゾガマイシン(マイロターグ)等が;
それぞれ挙げられる。
酵母としては、例えば、Saccharomyces cerevisiae、Pichia stipitis、Candida shehatae、Pachysolen tannophilus等が挙げられ、これらの変異株も含まれる。
ビタミンとしては、例えば、ビタミンA、ビタミンB、ビタミンC等が挙げられ、これらの誘導体、塩等も含まれる。ビタミンBには、例えば、ビタミンB6、ビタミンB12等が包含される。
機能性化学種としては、例えば、金属ナノ粒子、半導体ナノ粒子、金属コロイド、ナノダイヤモンド、多孔質ナノクレイ、金属有機構造体(MOFs)、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラフェン、酸化グラフェン、カーボンナノホーン、セルロースナノファイバー等、及びこれらの修飾体、前駆体、原料等が挙げられる。
本開示において、溶媒とは、有価物、及び存在する場合には副成分を溶解又は分散し得る化合物である。
溶媒は、典型的には、水及び有機溶媒から選択される1種又は2種以上である。
有機溶媒は、炭素原子を1つ以上有する有機化合物であり、一態様においては、常圧で0℃以上50℃未満において液体で存在する化合物である。
ただし、本発明における溶媒から、カルボン酸は除かれる。
有機溶媒としては、例えば、アルコール、エステル、エーテル、非プロトン性極性化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物、塩素化炭化水素、ケトン等が挙げられる。
アルコールとして、例えば、メタノール、エタノール、1-プロピルアルコール、イソプロパノール、ノルマルブタノール、sec-ブタノール、t-ブタノール、ヘキサフルオロイソプロピルアルコール等が;
エステルとして、例えば、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル等が;
エーテルとして、例えば、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、シクロペンチルメチルエーテル、t-ブチルメチルエーテル、アニソール、1,2-ジメトキシエタン等が;
非プロトン性極性化合物として、例えば、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ニトロメタン、スルホラン等が;
芳香族化合物として、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、ピリジン等が;
脂肪族化合物として、例えば、ヘプタン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、テトラリン等が;
塩素化炭化水素として、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2―ジクロロエタン、1,2-ジクロロエテン、1,1,1-トリクロロエタン、1,1,2-トリクロロエテン、クロロベンゼン等が;
ケトンとして、例えば、アセトン、メチルブチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が;
アルデヒドとして、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブタナール、アクロレイン、ベンズアルデヒド、フルフラール、バニリン等が;
それぞれ挙げられる。
原料液の溶媒が、複数の溶媒を含むとき、これらのうちの1種が第1溶媒であって、第1溶媒以外の1種以上が第2溶媒であってよい。
本開示において、第1溶媒及び第2溶媒は、固定された概念ではなく、原料液に含まれる有価物の種類によって、可変的である。すなわち、ある有価物Aを含む原料液では第1溶媒であった溶媒Aが、他の有価物Bを含む原料液では第2溶媒である場合がある。
しかしながら、本発明の原料液減容方法が適用される原料液についての、非限定的な典型例としては、例えば、以下の例が挙げられる。
第1溶媒が水であり、第2溶媒が、アセトニトリル、メタノール、エタノール、及びイソプロパノールから選ばれる1種以上である場合;
第1溶媒が、メタノール、エタノール、イソプロパノール及びアセトニトリルから選ばれる1種以上であり、第2溶媒が水である場合;
第1溶媒が、メタノール、エタノール、及びテトラヒドロフランから選ばれる1種以上であり、第2溶媒がヘキサンである場合;
第1溶媒が水であり、第2溶媒が、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、及びジメチルスルホキシドから選ばれる1種以上である場合;
等。
原料液の溶媒が、第1溶媒及び第2溶媒を含むとき、第1溶媒及び第2溶媒の配合割合は、減容の前後を通じて、有価物の溶解性及び化学的安定性、並びに減容後に予定されている反応の都合等に応じて、任意に設定されてよい。
本開示において、副成分とは、原料液に任意的に含まれる成分であり、原料液に含まれる成分のうちの有価物及び溶媒以外の成分を指す。原料液の溶媒が、第1溶媒及び第2溶媒を含むとき、副成分は、原料液に含まれる成分のうちの、有価物、第1溶媒、及び第2溶媒以外の成分を指す。
副成分は、例えば、有機酸、重合体(有価物を除く)、バッファー塩等である。
本発明における副成分としての有機酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、クエン酸、フルオロ酢酸、ジフルオロ酢酸、トリフルオロ酢酸、シュウ酸、グルコン酸、乳酸、グリコール酸、グリセリン酸等が挙げられる。
塩又はバッファー塩としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸二水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸マグネシウムクエン酸ナトリウム、クエン酸マグネシウム等の有機酸塩、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、アンモニア等が挙げられる。
原料液中には、複数の副成分が存在する場合も多い。
原料液が副成分を含むとき、原料液中の副成分の量は、有価物の溶解性及び化学的安定性、並びに減容後に予定されている反応の都合等に応じて、任意に設定されてよい。
本開示における原料液は、有価物、第1溶媒、第2溶媒、及び副成分を含有していてもよい。この場合、本発明の原料液減容方法によって、第2溶媒及び副成分の濃度がそれぞれ所望値に調整された減容液を得ることができる。
有価物、第1溶媒、第2溶媒、及び副成分を含有する原料液のうち、本発明の原料液減容方法に好ましく適用される例として、
第1溶媒が水であり、
第2溶媒が、アセトニトリル、メタノール、エタノール、及びイソプロパノールから選ばれる1種以上であり、
副成分が、酢酸およびトリフルオロ酢酸から選ばれる1種以上である場合が挙げられる。
特に、第1溶媒が水であり、第2溶媒がアセトニトリルであり、副成分が酢酸である場合が挙げられ、これらを、水50:アセトニトリル49:酢酸1の重量比で含む場合が典型である。
本開示において、透過性とは、第2溶媒又は副成分が膜を透過するときの、透過の容易性の程度を示す。
本開示における透過性は、以下のようにして測定することができる。
第1溶媒中に、第2溶媒又は副成分を所定濃度にて溶解させた試験液を調製する。一方、第1溶媒から成る参照液を準備する。これらの試験液と参照液とを、膜を介して所定時間接触させたときに、膜を透過して試験液から参照液に移動した第2溶媒又は副成分の量を定量する。そして、この透過成分量を、試験液の濃度、膜面積、及び接触時間で割り付けた値を、透過性として評価する。
試験液中の第2溶媒又は副成分の所定濃度、及び接触時間は、典型的には、1mol/L及び20分である。しかしながら、1mol/Lの濃度では、膜を破壊するような成分(例えば、トリフルオロ酢酸等)の場合には、試験液中の第2溶媒又は副成分の所定濃度、及び接触時間として、0.01mol/L及び180分間を採用してよい。
具体的には、例えば、後述の実施例に記載の方法により、測定することができる。
本開示において、有価物の収率とは、原料液減容方法によって得られた有価物の総量を、当該原料液減容プロセスに投入した有価物の総量で除した値を、百分率で表した値を指す。
ただし、原料液減容方法の実施中に有価物が析出又は凝集した場合は、化学構造に変化がなくとも、同一の有価物とはみなされない。また、当然ながら、原料液減容方法の実施中に、有価物の化学構造が変化した場合は、同一の有価物とはみなされない。
本開示の原料液減容方法によれば、有価物の収率を、70%以上とすることができ、80%以上とすることができ、90%以上とすることができ、95%以上とすることができ、更に、99%以上とすることができる。
本開示において、減容倍率とは、減容前の原料液の質量を、減容後の原料液の質量で除した値を指す。本発明の原料液減容方法によると、有価物の安定性を損なわずに、高度の減容倍率で、原料液を減容することができる。
本発明の原料液減容方法によると、有価物の安定性を損なうことなく、原料液を、3倍以上、4倍以上、又は5倍以上の減容倍率で減容することができる。減容倍率の上限は、原料液に含まれる有価物の濃度及び溶解性にもよるが、概ね50倍程度である。
本開示において、分子篩膜とは、限外濾過膜の孔径よりも分画分子量が小さい膜を指す。本開示における分子篩膜は、分画分子量が5,000以下、4,000以下、又は3,000以下であることで定義される。本発明における分子篩膜の分画分子量は、例えば、2,000以下、1,500以下、1,000以下、又は750以下であってもよい。分子篩膜の分画分子量の下限は、100程度である。
したがって、本開示の原料液の減容方法における第1の処理では、正浸透膜、ナノ濾過膜等として、分子篩膜を用いてよい。
前記原料液は、
前記有価物及び前記第1溶媒以外の副成分を更に含むか、又は
前記溶媒として、第1溶媒及び第2溶媒を含む混合溶媒を含み、
前記原料液減容方法は、
前記原料液から、前記第1溶媒を除去する第1の処理と、
透析膜を用いる透析法によって、前記原料液中の、前記第2溶媒又は前記副成分の濃度を調整する第2の処理と、
を組み合わせて行う方法である。
以下、本発明の好ましい実施形態を、非限定的な例として具体的に詳細に説明する。
本発明の原料液減容方法における第1の処理は、原料液から主として第1溶媒を除く処理である。
このような第1の処理としては、例えば、エバポレート、薄膜蒸留、蒸発法、膜蒸留法、浸透気化膜法、蒸気透過膜法、逆浸透膜法、ナノ濾過膜法、正浸透膜法等が挙げられる。上記蒸発法とは、原料液の入った容器に気体を流通させて、原料液中の第1溶媒を気化させて、容器外に除去する方法である。
これらの処理のうち、蒸発法、逆浸透膜法、ナノ濾過膜法、及び正浸透膜法は、非加熱で原料液から第1溶媒を取り除くことができるため、熱による有価物の変性が少なく、有効である。
また、減容効率の観点からは、第1の処理は、逆浸透法、ナノ濾過法、正浸透法等の、膜を用いる減容処理であることが好ましい。
これらの処理のうち、正浸透膜法は、適切な誘導溶液を用いることによって、機械的な駆動力を要せずに、高度の駆動力で第1溶媒を移動させるため、特に有効である。
以下、本発明の原料液減容方法における第1の処理の一例として、正浸透法について説明する。
図1は、正浸透膜を用いた溶媒移動の作用機構を示す模式図である。
図1において、正浸透膜(520)の片側では原料液(a)が流れ、反対側では原料液(a)よりも浸透圧が高い誘導溶液(d)が流れ、両液は正浸透膜(520)を介して接している。すると、原料液(a)と誘導溶液(d)との浸透圧差を駆動力として、原料液(a)中の主として第1溶媒(b)が、正浸透膜(520)を通過して、誘導溶液(d)中に移動する。
正浸透膜の形態は、例えば、中空糸膜状、チューブラー状、及び平膜状の、いずれの構造でも構わない。中空糸膜状の正浸透膜は、スペーサー等を用いずに、原料液及び誘導溶液が通る流路を形成することができ、均一な減容を行えることから、好ましい。
基材層を構成する多孔膜の材質としては、具体的には、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース系高分子、ポリケトン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリベンズイミダゾール等、及びこれらの架橋体等が挙げられ、これらから選ばれる少なくとも1種を主成分とすることが好ましい。中空糸状の正浸透膜を構成する多孔膜の素材としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリアミド、及びポリイミド、並びにこれらの架橋体から選ばれる少なくとも1種を主成分とすることが、耐溶剤性の観点から好ましい。
多官能性酸ハライドとは、一分子中に2個以上の酸ハライド基を有する酸ハライド化合物である。具体的には、例えば、
シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、グルタル酸、1,3,5-シクロヘキサントリカルボン酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸等の脂肪酸のハライド化合物;
フタル酸、イソフタル酸、1,3,5-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸、1,3-ベンゼンジカルボン酸、1,4-ベンゼンジカルボン酸等の芳香族酸の酸ハライド化合物;
等を用いることができる。これらの酸ハライド化合物は、単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明においては、経済性、入手の容易さ、取り扱い易さ、反応の容易さ等の点から、特に、トリメシン酸クロリド単独、又はトリメシン酸クロリドとイソフタル酸クロリドとの混合物、若しくはトリメシン酸クロリドとテレフタル酸クロリドとの混合物が好ましく用いられる。
芳香族アミノ化合物として、具体的には、例えば、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,3’-ジアミノジフェニルアミン、3,5-ジアミノ安息香酸、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、3,4’-ジアミノジフェニルスルホン、1,3,5-トリアミノベンゼン、1,5-ジアミノナフタレン等を挙げることができる。これらは、単独で、又はこれらの混合物を用いることができる。
本発明における芳香族アミノ化合物としては、経済性、入手の容易さ、取り扱い易さ、反応の容易さ等の点から、特にm-フェニレンジアミン及びp-フェニレンジアミンから選ばれる1種以上が好適に用いられる。
多官能性酸ハライド及び多官能性アミンの界面重合は、定法に従って実施することができる。
活性層に加熱処理を施すことによって、理由は定かではないが、誘導溶液の逆拡散が低減されることが期待できる。
有機溶媒としては、原料液に含まれる溶媒として上記に挙げた有機溶媒を用いてよい。具体的には、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、及びt-ブタノールから選ばれる少なくとも1種が好ましい。
有機酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、クエン酸、フルオロ酢酸、ジフルオロ酢酸、トリフルオロ酢酸、シュウ酸、グルコン酸、乳酸、グリコール酸、グリセリン酸等が挙げられる。
バッファー塩としては、例えば、前記有機酸の金属塩等の他、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸二水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機塩;酢酸ナトリウム、酢酸マグネシウムクエン酸ナトリウム、クエン酸マグネシウム等の有機酸塩;等が挙げられる。
図1では、原料液(a)と誘導溶液(d)とが並行流となるように両液を流しているが、両液の流れは対向流でもよい。
図2の正浸透膜モジュール(500)では、ハウジング(510)内に、複数の中空糸状の正浸透膜(520)が収納されている。正浸透膜(520)の両端は、接着樹脂(530)により、ハウジング(510)に接着固定されている。ハウジング(510)の側面には、2本のハウジング側管がある。これらハウジング側管のうちの片方は誘導溶液入口(511)であり、他方は誘導溶液出口(512)である。
ハウジング(510)内は、正浸透膜(520)の外壁及び接着樹脂(530)により、原料液(a)が流れる空間と、誘導溶液(d)が流れる空間とに、2分割されており、両空間は、正浸透膜(520)の内壁を介して第1溶媒が行き来できる他は、流体的に遮断されている。
同様に、ハウジング(510)の側管のうちの誘導溶液入口(511)から誘導溶液(d)を流すと、誘導溶液(d)は、中空糸状の正浸透膜(520)の外側空間を流れて行き、誘導溶液出口(512)から流出する。
これらにより、原料液(a)と誘導溶液(d)とは、正浸透膜(520)を介して接することができる。このとき、原料液(a)から誘導溶液(d)に、両液の浸透圧の違いによって有価物以外が移動する。正浸透膜法では、このような機構により、減容が行われる。
原料液(a)の流量、及び/又は誘導溶液(d)の流量が大きい場合、正浸透膜(520)の、特に活性層、の両側の浸透圧差の影響がより大きくなるため、正浸透膜の膜面積当たりの第1溶媒の透過量は大きくなる。
図2の正浸透膜モジュール(500)では、原料液(a)と誘導溶液(d)とが、並行流となるように両液を流していが、両液の流れは対向流でもよい。
図2の正浸透膜モジュール(500)における接着樹脂(530)としては、機械的強度が良好で、かつ100℃における耐熱性を有することが望まれる。接着樹脂(530)として使用できる樹脂としては、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂、熱硬化性のウレタン樹脂、セラミックタイプの接着剤、ポリエチレンや低融点金属等を溶融して得られるシール材等が挙げられる。耐熱性の観点ではエポキシ樹脂が好ましく、ハンドリング性の観点ではウレタン樹脂が好ましい。
ハウジング(510)に正浸透膜(520)を接着固定する方法は、中空糸膜モジュール作製に関する既知の接着方法に従えばよい。
第1の処理の別の一例としての、ナノ濾過法について説明する。
ナノ濾過法では、原料液をナノ濾過膜の片面に供給して、原料液供給側を加圧する。すると、原料液のうち主として第1溶媒がナノ濾過膜を通過して除去されて、原料液の減容が行われる。第2溶媒又は副成分は原料液中に残存する。
ナノ濾過膜としては、公知のナノ濾過膜を使用することができる。
ナノ濾過膜の形態は、例えば、中空糸膜状、チューブラー状、及び平膜状の、いずれの構造でも構わない。中空糸膜状のナノ濾過膜は、スペーサー等を用いずに、原料液及び透過液(第1溶媒)が通る流路を形成することができ、均一な減容を行えることから、好ましい。
ナノ濾過膜の材質としては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース系高分子、ポリケトン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリベンズイミダゾール等、及びこれらの架橋体等が挙げられ、これらから選ばれる少なくとも1種を主成分とすることが好ましい。
第1の処理の更に別の一例としての、蒸発法について説明する。
蒸発法は、原料液の入った容器に気体を流通させて、原料液中のうちの蒸気圧の大きい成分(第1溶媒)を優先的に気化させて、容器外に除去することにより、原料液の減容が行われる。蒸気圧の小さい成分(第2溶媒又は副成分)は、原料液に残存する。
原料液の入った容器に流通させる気体としては、例えば、空気、窒素、アルゴン等が挙げられる。
本発明の原料液濃縮方法における第2の処理は、透析膜を用いる透析法によって、原料液中の、第2溶媒又は副成分の濃度を調整し、減容後の原料液の成分組成を、有価物が変性、凝集、又は析出しない範囲に維持するための処理である。
第2の処理では、透析法を用いる。特に、有価物が透析膜を透過して散逸することを効果的に阻止できるという点で、透析膜として分子篩膜を用いることが有効である。
以下、本発明の原料液減容システムにおける第2の処理の一例として、透析膜として分子篩膜を用いた透析法について説明する。
図3において、透析膜(120)の片側では原料液(a)が流れ、反対側では透析液(e)が流れ、両液は透析膜(120)を介して接している。
このとき、原料液(a)中の第2の溶媒又は副成分(g)の濃度と、透析液(e)中の第2の溶媒又は副成分(g)の濃度との間に差があると、濃厚液から希薄液へと第2の溶媒又は副成分(g)が移動する。この移動は、両液の第2の溶媒又は副成分(g)の濃度差を駆動力として起こるため、どちらの方向への移動も起こり得る。
本発明の原料液減容システムにおける第2の処理では、このような移動によって、原料液(a)中の第2の溶媒又は副成分(g)の濃度は、透析液(d)の濃度に漸近し、原料液(a)の成分組成が所望の範囲に維持されるのである。
第1の処理が、膜を用いる減容処理である場合、
第1の処理に用いられる膜の、第2溶媒又は副成分の透過性よりも、
第2の処理に用いられる透析膜の、第2溶媒又は副成分の透過性の方が、
大きい方が、好ましい。
透析膜の第2溶媒又は副成分の透過性が大きいほど、第2溶媒又は副成分の、透析膜を介した移動が速やかに行われ、第2の溶媒又は副成分の濃度が透析液の濃度に漸近する効果が得られ易くなり、原料液中の第2溶媒又は副成分濃度を効果的に補正できるため、好ましい。
この点、基材層上に活性層を形成するときのモノマーの選択によって、第2溶媒又は副成分の透過性を任意にコントロールできるという点から、活性層の素材としてはポリアミドが望ましい。
なお、透析膜の活性層を形成するために用いられる多官能性酸ハライドの一部又は全部として、酸無水物に変換された多官能性酸ハライド化合物を用いてもよい。具体的には、例えば、無水トリメリット酸クロライド、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、などである。
また、透析膜の活性層を形成するために用いられる多官能性アミンの一部又は全部として、ピペラジン類を用いると、第2溶媒又は副成分の透過性が高くなることから、望ましい。
一方で、これも上述のとおり、原料液に含まれる第2溶媒又は副成分の透過性については、正浸透膜の透過性よりも、透析膜の透過性の方が大きいことが好ましい。
ともに同質の材料から成る、正浸透及び透析膜において、第2溶媒又は副成分の透過性に差を設けるには、例えば、基材層上に活性層を形成するときの、モノマーの選択、界面重合条件の調節、界面重合後の後処理等によることができる。
例えば、界面重合に用いる多官能性アミンとして、脂肪族アミン化合物を用いることにより、第2溶媒又は副成分の透過性を高くすることができる。
透析液のpHは、配管、分析機器等に対する悪影響を避ける観点から、pH1以上14以下が好ましく、pH2以上13以下が更に好ましい。
したがって、透析膜(120)の両側に、原料液と透析液とを適切な流速で流す必要がある。
図3では、原料液(a)と誘導溶液(d)とが並行流となるように両液を流しているが、両液は対向流でもよい。
なお、原料液の組成によっては、原料液と透析液との浸透圧差によって、透析液内の第1溶媒が透析膜を透過して原料液中に移動し、原料液が増容することがあり得る。この場合、透析膜と接触する原料液を加圧することにより、原料液の増容を抑制できる。原料液の加圧圧力は、0.05MPaG以上が望ましく、0.1MPaG以上がより好ましく、0.2MPaG以上が更に好ましい。
図4の透析膜モジュール(100)では、ハウジング(110)内に、複数の中空糸状の透析膜(120)が収納されている。透析膜(120)の両端は、接着樹脂(130)により、ハウジング(110)に接着固定されている。ハウジング(110)の側面には、2本のハウジング側管がある。これらハウジング側管のうちの片方は透析液入口(111)であり、他方は透析液出口(112)である。
ハウジング(110)内は、透析膜(120)の外壁及び接着樹脂(130)により、原料液(a)が流れる空間と、透析液(d)が流れる空間とに、2分割されており、両空間は、透析膜(120)の内壁を介して第2溶媒又は副成分が行き来できる他は、流体的に遮断されている。
同様に、ハウジング(110)の側管のうちの透析液入口(111)から透析液(d)を流すと、透析液(e)は、中空糸状の透析膜(120)の外側空間を流れて行き、透析液出口(112)から流出する。
これらにより、原料液(a)と透析液(e)とは、透析膜(120)を介して接することができる。このとき、原料液(a)及び透析液(d)に含まれる成分濃度の大小に応じて、原料液(a)から透析液(e)に、又は透析液(d)から原料液(a)に、第2溶媒又は副成分(g)が移動する。透析法では、このような機構により、第2溶媒又は副成分の濃度の調整が行われる。
原料液(a)の流量、及び/又は透析液(e)の流量が大きい場合、透析膜(120)、特に活性層、の両側の濃度差の影響がより大きくなるため、透析膜の膜面積当たりの第2溶媒又は副成分の移動量は大きくなる。
図4の透析膜モジュール(100)では、原料液(a)と透析液(e)とが、並行流となるように両液を流しているが、両液の流れは対向流でもよい。
第1処理及び第2の処理を行う順番は任意である。例えば、
第1の処理を行った後に、第2の処理を行ってもよいし;
第2の処理を行った後に、第1の処理を行ってもよいし;
第1処理及び第2の処理を同時に行ってもよい。
第1処理及び第2の処理を同時に行うとは、例えば、第1の処理と第2の処理とを並列に行って、各処理後の原料液を混合する場合をいう。
第1の処理と第2の処理とを、任意の順で行う場合、原料液をどちらかの処理に供するための配管と、処理後の原料液を他方の処理に供するための配管とが、直列に接続されていてよい。
第1の処理と第2の処理とを並列に行う場合、例えば、原料液を第1の処理に供するための配管と、原料液を第2の処理に供するための配管とが、並列に接続されていてよい。
原料液を原料液タンク中に貯留し、原料液タンク中の原料液の一部を取り出して、第1の処理及び第2の処理に、この順に供し、第1の処理及び第2の処理後の原料液を、原料液タンクに戻す操作を繰り返すこと;
原料液を原料液タンク中に貯留し、原料液タンク中の原料液の一部を取り出して、第2の処理及び第1の処理に、この順に供し、第2の処理及び第1の処理後の原料液を、原料液タンクに戻す操作を繰り返すこと;
原料液を原料液タンク中に貯留し、
原料液タンク中の原料液の一部を取り出して、第1の処理に供し、第1の処理後の原料液を、原料液タンクに戻す操作を繰り返すこと、及び
原料液タンク中の原料液の一部を取り出して、第2の処理に供し、第2の処理後の原料液を、原料液タンクに戻す操作を繰り返すこと
を並列に(同時に)行う操作を繰り返すこと;
等の方法が好ましい。
例えば、この成分分析によって、原料液中の第1溶媒の濃度が適正範囲の下限を下回りそうになったときは、第1の処理を一時停止する、又は第1の処理の処理条件を穏やかにすることが考えられる。
一方、原料液中の第1溶媒の濃度が適正範囲の上限を上回りそうになったときは、第1の処理の処理条件を厳しくすることが考えられる。
また、原料液中の第2溶媒又は副成分の濃度が適正範囲を外れそうになったときは、第2の処理に用いる透析液中の、第2溶媒又は副成分の濃度を変更することが考えられる。具体的には、減容の速度は、減容初期よりも減容後半の方が速くなる傾向にある。そのため、減容後半には、循環使用中の透析液中の第2溶媒又は副成分の濃度が上昇して、原料液中の第2溶媒又は副成分の濃度の調整効率が低くなることが考えられる。このような場合、例えば、減容の途中で、循環使用中の透析液を廃棄し、初期組成の透析液に入れ替えて、原料液中の第2溶媒又は副成分の濃度の調整効率を向上させることが考えられる。
そして、原料液が所望の減容率まで減容されたら、第1の処理及び第2の処理双方を停止して、原料液の減容を終了する。
減容率は、例えば、原料液の重量測定、液面レベル測定等の適宜の方法によって、知ることができる。
例えば、ICP-MS(誘導結合高周波プラズマ質量分析)、核磁気共鳴分光(NMR)法、ガスクロマトグラフィー質量分析(GC/MS)法、比色法、蛍光法、高速液体クロマトグラフ(HPLC)等の各種の公知の分析方法を用いることができる。
原料液に含まれる有価物の析出、変性等を抑制しつつ、高い減容率を実現するためには、なお、第1の処理と第2の処理とを並列に行うことが好ましい。第1の処理と第2の処理とを並列に行う方が、減容を行う際に、原料液の組成を所定の範囲に維持し易い傾向にある。
本発明の別の観点によると、原料液減容システムが提供される。
本発明の原料液減容システムは、本発明の原料液減容方法を実施するためのシステムである。
したがって、本発明の原料液減容システムは、
少なくとも有価物及び第1溶媒を含む原料液を減容する、原料液減容システムであって、
前記原料液は、
前記有価物及び前記第1溶媒以外の副成分を更に含むか、又は
溶媒として、前記第1溶媒及び第2溶媒を含む混合溶媒を含み、
前記原料液減容システムは、
前記原料液から、前記第1溶媒を除去する第1のユニットと、
透析膜を用いる透析法によって、前記原料液中の、前記前記第2溶媒又は前記副成分の濃度を調整する第2のユニットと、
を組み合わせたシステムである。
以下、本発明の原料液減容システムの構成について、図面を参照しつつ、より詳細に説明する。
図5~図8に、本発明の原料液減容システムの構成例を示した。
図5の原料液減容システム(1)は、蒸発ユニット(900)と、透析膜モジュール(100)と、原料液タンク(200)と、透析液タンク(300)と、トラップ(400)とを有する。
蒸発ユニット(900)は、原料液タンク(200)に、気体を流すための送風機(BL)と、蒸発した第1溶媒(b)をトラップ(400)に送るための配管とを有する。
原料液タンク(200)から排出された第1溶媒(b)の蒸気は、トラップ(400)によって、再度液化して回収することが可能である。
第1のユニットとして蒸発ユニット(900)を用い、原料液タンク(200)内への気体を送る方法によると、原料液(a)の液面及びその近傍で減容が起こるため、原料液タンク(200)中の場所によって原料液(a)の組成が異なる結果になることが懸念される。この点、原料液タンク(200)に攪拌装置(図示せず)を設けることにより、原料液タンク(200)内の原料液(a)の組成を均一に保つことができ、有価物の析出、凝集、及び変性を抑制しながら、減容を行うことができる。
図5の原料液減容システム(1)では、蒸発ユニット(900)によって、蒸気圧の大きい成分(第1溶媒)が優先的に除かれる。そのため、蒸発ユニット(900)によって減容された後の原料液(a)中では、蒸気圧の小さい成分(例えば、有価物、及び第2溶媒又は副成分)の濃度は高くなるのが一般的である。
図5の原料液減容システム(1)では、原料液(a)を満たした原料液タンク(200)の下部より、ポンプ(P)により、透析膜モジュール(100)の一方の空間(例えば、中空糸状膜内側の空間)に、適切な流量で原料液(a)を送る。この際に、流量計等(図示せず)により原料液(a)の流量を、手動又は自動で調整する。一方、透析液(d)を満たした透析液タンク(300)から、ポンプ(P)により、透析膜モジュール(100)の他方の空間(例えば、中空糸状膜外側の空間)に、透析液(d)が供給される。そして、原料液(a)と透析液(d)との濃度差により、原料液(a)中の第2溶媒又は副成分の濃度が、透析液(d)中の第2溶媒又は副成分の濃度に近づくように補正される。濃度が補正された後の原料液(a)は、透析膜モジュール(100)より出て行き、原料液タンク(200)に戻って循環する。
図6の原料液減容システム(2)は、正浸透膜モジュール(500)と、原料液タンク(200)と、誘導溶液タンク(600)と、透析膜モジュール(100)と、透析液タンク(300)とを有する。
図6の原料液減容システム(2)では、原料液タンク(200)に、正浸透膜モジュール(500)と透析膜モジュール(100)とが、並列に接続されている。
透析膜モジュール(100)による、第2溶媒又は副成分の濃度の調整は、図5の原料液減容システム(1)と同じ方法で行われる。
正浸透膜モジュール(500)による減容では、原料液タンク(200)の底部から、正浸透膜モジュール(500)の一方の空間(例えば、中空糸状膜内側の空間)に、ポンプ(P)を用いて原料液(a)を適切な流量で供給する。原料液(a)は、中空糸膜の内を通過した後に、原料液タンク(200)に戻され循環する。この戻り位置は、正浸透膜モジュール(500)に供給するための採取位置から遠い位置であって、かつ、原料液タンク(200)の底部であって、にすることが好ましい。採取位置から遠い位置に戻すと、原料液(a)中の第2溶媒又は副成分の濃度が、ショートパスによって過度に高められることを抑制することができる。また、原料液タンクの底部に戻すと、原料液(a)中の有価物が、原料液タンク(200)の壁面等で析出して、失われることを防ぐことができる。
一方、正浸透膜モジュール(500)の他方の空間(例えば、中空糸状膜蒸留用膜の外側空間)には、ポンプ(P)を用いて、原料液(a)よりも浸透圧の高い誘導溶液(d)を導入する。
図7の原料液減容システム(3)は、ナノ濾過膜モジュール(700)と、原料液タンク(200)と、透過液タンク(800)と、透析膜モジュール(100)と、透析液タンク(300)とを有する。
図7の原料液減容システム(3)では、原料液タンク(200)に、ナノ濾過膜モジュール(700)と透析膜モジュール(100)とが、並列に接続されている。
透析膜モジュール(100)による第2溶媒又は副成分の濃度の調整は、図5の原料液減容システム(1)と同じ方法で行う。
ナノ濾過膜モジュール(700)による減容では、原料液タンク(200)の底部から、ナノ濾過膜モジュール(700)の一方の空間(例えば、中空糸状膜内側の空間)に、ポンプ(P)を用いて原料液(a)を適切な流量で供給する。原料液(a)は、中空糸膜の内を通過した後に、バルブ(V)によって流量を絞られることにより、ナノ濾過膜モジュール(700)に圧力がかかる。この圧力によってナノ濾過膜を透過した透過液(第1溶媒)が、透過液タンク(800)に集められる。バルブ(V)を通過した原料液(a)は、原料液タンク(200)に戻され循環する。この戻り位置は、ナノ濾過膜モジュール(700)に供給するための採取位置から遠い位置であって、かつ、原料液タンク(200)の底部にすることが好ましい。採取位置から遠い位置に戻すと、原料液(a)中の第2溶液または副成分の濃度が、ショートパスによって過度に高められることを抑制することができる。また、原料液タンクの底部に戻すと、原料液(a)中の有価物が、原料液タンク(200)の壁面等で析出てし、失われることを防ぐことができる。
図5~図9の原料液減容システムにおいては、比重計(HM)にて原料液(a)の比重を追跡することができる。これにより、原料液(a)中の第2成分又は副成分の濃度をモニターすることができる。そして、必要に応じて、第1又は第2のユニットの運転し、若しくは停止し、又は運転条件を変更して、有価物が析出、凝集、及び変性しない範囲で、原料液(a)の組成を調整しながら、減容を行うことが可能である。
原料液(a)の性状(例えば、原料液中の成分の少なくとも1つの濃度)をモニターする項目としては、例示した比重測定の他に、pH測定、導電率測定、旋光度測定、屈折率測定、紫外光分析、可視光分析、赤外光分析、近赤外光分析等を用いることができる。これらの分析から選択される1種以上の測定結果を用いて、例えば、原料液中の成分の少なくとも1つの濃度を決定することができる。この結果と、液面計の測定値、液の重量等とを同時にモニターし、必要に応じて、第1又は第2のユニットの運転若しくは停止、又は運転条件の変更を行うことにより、原料液(a)中の第2溶媒又は副成分の濃度を維持しつつ、減容を行うことができる。
更に、原料液(a)中の第2溶媒又は副成分の濃度の推定に、回帰分析、クラス分類、クラスタリング、ニューラルネットワークを利用した深層学習(ディープラーニング)等の、公知のAI技術、又はそれらの組み合わせで得られた推定モデルを用いると、より高精度な濃度推定ができるため、より好ましい。
こうした方法によって、原料液(a)中の第2溶媒又は副成分の濃度を高精度にモニタリングし、適宜運転条件を操作することによって、第2溶媒又は副成分の濃度を、より高い精度で好適な範囲で維持しつつ、減容を行うことができる。そのため、有価物が析出、凝集、又は変性するリスクを一層減じることができ、好ましい。
基材層として、内径0.7mm、外径1.0mmのポリエーテルスルホン製の中空糸状限外濾過膜を用いた。この中空糸状限外濾過膜130本を、2cm径、10cm長の円筒状プラスチックハウジングに充填し、両端部を接着剤で固定することにより、有効膜内表面積約0.02m2の基材層モジュールを作製した。
0.5L容器に、ピペラジン2.5g及びラウリル硫酸ナトリウム0.8gを入れ、更に純水489.2を加えて溶解し、界面重合に用いる第1溶液を0.5kg調製した。
別の0.5L容器に、トリメシン酸クロリド0.8gを入れ、n-ヘキサン399.2gを加えて溶解し、界面重合に用いる第2溶液0.4kgを調製した。
これらの溶液を、第1溶液、第2溶液の順に、中空糸状限外濾過膜の内側を通過するように、上記の支持層モジュールに通液して、中空糸状限外濾過膜の内側面上で界面重合を行い、支持層上に活性層を形成して、中空糸状の透析膜とした。
その後、得られた中空糸状の透析膜の内側を純水で洗浄することにより、ポリエーテルスルホン製の中空糸状限外濾過膜から成る支持層の内側表面上にポリアミドから成る活性層を有する、中空糸状の透析膜130本が収納された透析膜モジュール1を作製した。
第1溶液の調製において、ピペラジン2.5gの代わりにm-フェニレンジアミン10gを用いた以外は、透析膜モジュールと同様にして、ポリエーテルスルホン製の中空糸状限外濾過膜から成る支持層の内側表面上にポリアミドから成る活性層を有するモジュールを作製した。次いで、中空糸の内側空間に、85℃の熱水を30分間流した後、20℃の水を30分間流した。続いて、モジュールを、オートクレーブ((株)トミー精工製、ES-315)中に入れ、125℃の高温水蒸気を4時間供して加熱処理を行った後、中空糸の内側空間に20℃の水を30分以上流して水洗することにより、中空糸状の正浸透膜130本が収納された正浸透膜モジュール1を作製した。
上記の「正浸透膜モジュール1」と同様に作製したモジュールを、「透析膜モジュール2」として使用した。
上記の「正浸透膜モジュール1」と同様に作製したモジュールを、「ナノ濾過膜モジュール1」として使用した。
原料液タンク(200)内に空気を送る送風機(BL)と、導入された気体及びこの気体によって蒸発した第1溶媒(b)を原料液タンク(200)外に排出するための配管と、前記配管によって送られてきた第1溶媒(b)を貯留するためのトラップ(400)とを用いて、図5に示した蒸発ユニット(900)と同じ構成の蒸発ユニット1を作製した。
内径0.7mm、外径1.3mm、ASTM-F316-86に準拠して求めた平均孔径0.21μm、最大孔径0.29μm、及び空隙率72%のPVDF製の多孔質中空糸膜を、長さ15cmに切出した。
得られた中空糸膜の複数本を用いて、膜蒸留用膜モジュール1を作製した。
膜モジュールの作製は、接着樹脂として熱硬化性のエポキシ樹脂を使用して、上記の中空糸膜を遠心接着によりハウジング内に接着固定することにより行った。このとき、中空糸膜のうちの、接着樹脂に埋没していない部分の長さが約10cmとなり、中空糸膜の内表面の合計膜面積が約0.02m2となるように調整した。
同じ仕様の膜モジュールを2本作製した。
これらの膜モジュールのうちの、中空糸膜の外側空間に、フロロテクノロジー社製のFS-392Bを、3倍に濃縮した状態で通液し、中空糸膜の外側に塗布してから乾燥させることにより、膜蒸留用膜モジュール1を得た。
以上の方法で得られた膜蒸留用膜モジュール1のうち、1本のモジュールを解体して多孔質中空糸膜の分析をいず接触角を測定した。多孔質中空糸膜の水接触角は、23℃の温度及び50%の相対湿度の条件下で、2μLの純水を滴下し、液滴と中空糸膜外側表面とが形成する角度を画像解析により算出することにより、求めた。測定は5回行い、数平均値を算出した。得られた中空糸膜外側表面の接触角は132°であり、極めて強い疎水性を有していることが確認された。
膜蒸留用膜モジュール1の残りの1本は、比較例3において使用した。
ローダミンB(分子量479)の0.002wt%水溶液を試験用供給液として、得られた透析膜モジュール1及び正浸透膜モジュール1の分画分子量を測定した。
各モジュールの中空糸の内側空間に、上記の試験用供給液を、平均線速4cm/sec、圧力0.2MPaGで流通させる条件にて、濾過を開始した。この濾過を20分間継続して、状態を安定させた後、濾液を採取した。
採取した濾液の波長552nmにおける吸光度を測定して、濾液中のローダミンBの濃度を調べたところ、透析膜モジュール1及び正浸透膜モジュール1いずれについても、試験用供給液のローダミンB濃度の1/10以下であった。
この結果は、透析膜モジュール1及び正浸透膜モジュール1の分画分子量が、いずれも479以下であることを意味している。
この結果により、透析膜モジュール1及び正浸透膜モジュール1が、いずれも分子篩膜モジュールであることを確認した。
得られた透析膜モジュール1及び正浸透膜モジュール1について、第1溶媒を水として、第2溶媒としてのアセトニトリル、及び副成分としての酢酸の透過性をそれぞれ測定した。
アセトニトリルの透過性の評価は、参照液として水を、試験液として濃度1mol/Lのアセトニトリル1M水溶液を、それぞれ用いて行った。各モジュールの中空糸内側空間に平均線速0.04m/secにて試験液を、中空糸外側空間に平均線速0.025m/secにて参照液を、両液の流れが並行流になるように、それぞれ循環させた。循環開始から20分後に、参照液中のアセトニトリル濃度を測定し、試験液から中空糸膜を通過して参照液に移動したアセトニトリルの量を定量した。得られた値(g)を、試験液の初期濃度(M=mol/L)、並びに各モジュールの膜面積(m2)及び循環時間(h)の積(m2・h・M)で割り付けた値を、透過性とした。
試験液として、濃度1mol/Lの酢酸水溶液を用いた他は、上記と同様にして、酢酸の透過性も評価した。
上記の結果を、表1に示す。
実施例1では、第1の処理を正浸透法によって行う、図6に示した原料液減容システム(2)を用い、正浸透膜モジュール(500)として、上記で作製した正浸透膜モジュール1を用いた。
原料液(a)としては、有価物としてのグルタチオンジスルフィド0.2wt%、第1溶媒としての水298.2g、第2溶媒としてのアセトニトリル298.2g、及び副成分としての酢酸3.6gを含有する溶液を用いた。この原料液(a)の溶媒中のアセトニトリル初期濃度は、50wt%である。
この原料液(a)600gを、容量1,000mLの原料液タンク(200)に充填した。一方、誘導溶液(d)として、50wt%濃度のイソプロパノール水溶液1,200gを、誘導溶液タンク(600)に充填した。
更に、透析液(e)としての水1,200gを、透析液タンク(300)に充填した。
第2の処理としての透析法を行うために、第2のユニットとしての透析膜モジュール(100)に、上記の原料液(a)と、透析液(e)を流通させた。原料液(a)の流量は120mL/分とし、透析液(e)の流量は240mL/分とし、両液が並行流となるように、流通を行った。
透析液更新後、運転を継続し、合計8時間の運転の結果、原料液(a)の質量が46.2gになり、減容倍率が13倍に達した。この時点で運転を停止した。
ICP-MS分析によって、原料液(a)中のグルタチオンジスルフィド濃度を分析して、収率を計算した。グルタチオンジスルフィドの収率は99%以上であった。
また、運転開始から1時間ごとに原料液(a)を少量抜き出し、ガスクロマトグラフィー分析によってアセトニトリルの濃度を追跡した結果、原料液(a)の溶媒中のアセトニトリルの濃度は、運転開始から120分後に、初期濃度の50wt%から31wt%まで低下し、その後も水リッチな組成が維持されていた。
これによって、本発明の方法によって、原料液の溶媒組成を所望の範囲で維持したまま、原料液の減容が行われたこと、及び有価物を損なうことなく原料液の減容が行われたことが検証された。
原料液の組成、及び第2のユニットである透析膜モジュール(100)に流通させる透析液(e)を、それぞれ、表2に記載のとおりに変更した他は、実施例1と同様にして、運転を行った。
第2のユニットである透析膜モジュール(100)として、透析膜モジュール2を使用した他は、実施例1と同様にして、運転を行った。
実施例8では、第1の処理をナノ濾過法によって行う、図7に示した原料液減容システム(3)を用い、ナノ濾過膜モジュール(700)として、上記で作製したナノ濾過膜モジュール1を用いた他は、実施例1と同様にして、運転を行った。
実施例9では、第1の処理を蒸発法によって行う、図5に示した原料液減容システム(1)を用い、蒸発ユニット(900)として、上記で作成した蒸発ユニット1を使用し、原料液の組成、及び第2のユニットである透析膜モジュール(100)に流通させる透析液(e)を、それぞれ、表2に記載のとおりに変更した他は、実施例1と同様にして、運転を行った。
透析膜モジュール(100)を使用しなかった他は、実施例1と同様にして、運転を行った。
運転開始から4時間後、減容倍率が2.6倍になったとき、原料液に白濁が確認されたため、運転を停止した。
白濁した原料液を濾過して、析出した固体を除き、濾液中のグルタチオンジスルフィド濃度を分析することにより、有価物の収率を計算した。比較例1における有価物の収率は59.9%であった。
また、運転開始から1時間ごとに原料液を少量抜き出し、ガスクロマトグラフィー分析によってアセトニトリルの濃度を追跡した結果、アセトニトリル濃度は、継時的に上昇しており、初期濃度の50wt%から、運転停止時点では61wt%にまで上昇していたことが確認された。
正浸透膜モジュール(500)を使用しなかった他は、実施例1と同様にして、運転を行った。原料液タンク(200)中の原料液の重量を追跡しつつ、運転を行ったところ、運転開始から1時間が経過した後でも、原料液の質量減少が確認されなかった。そのため、本比較例では、減容が進行していないと判断し、運転を停止した。
第2のユニットとして、透析膜モジュール(100)の代わりに膜蒸留用膜モジュール1を使用し、透析処理の代わりに、10℃の冷却水を循環させながら膜蒸留処理を行った他は、実施例1と同様にして、運転を行った。運転開始から4時間後、膜蒸留用膜モジュールの膜濡れを示唆する外観上の変化を確認したため、運転を停止した。ICP-MS分析によって、原料液(a)中のグルタチオンジスルフィド濃度を分析して、運転停止時点での収率を計算した。グルタチオンジスルフィドの収率は45%であった。
透析膜モジュール(100)を使用しなかった他は、実施例9と同様にして、運転を行った。
また、比較例2の結果から、第2の処理のみを行った場合には、原料液の減容は行われないことが分かった。
更に、比較例3の結果から、第2の処理を膜蒸留法によった場合には、原料液の減容は行われるものの、原料液に含まれていた有価物の収率は低い値に留まった。
これらに対して、第1の処理による減容と、第2の処理である透析法とを組み合わせる、本発明の方法によると、原料液に析出物が発生することなく、高度の倍率の減容を行えることが検証された。これは、本発明の方法によると、原料液中の溶媒組成及び副成分の濃度が所望の範囲に維持されつつ、原料液の減容が行われるためであると考えられる。
以上のことから、本発明の方法によって、高い有価物収率にて、高度の倍率の減容を行い得ることが検証された。
100 透析膜モジュール
110 ハウジング
111 透析液入口
112 透析液出口
120 透析膜
121 基材層
122 活性層
130、530 接着樹脂
200 原料液タンク
300 透析液タンク
400 トラップ
500 正浸透膜モジュール
510 ハウジング
511 誘導溶液入口
512 誘導溶液出口
520 正浸透膜
521 基材層
522 活性層
600 誘導溶液タンク
700 ナノ濾過膜モジュール
800 透過液タンク
900 蒸発ユニット
a 原料液
b 第1溶媒
c 減容された原料液
d 誘導溶液
e 透析液
f 成分濃度が調整された原料液
g 第2溶媒又は副成分
BL 送風機
HM 比重計
LG 液面計
P ポンプ
V バルブ
Claims (34)
- 少なくとも有価物及び第1溶媒を含む原料液を減容する、原料液減容方法であって、
前記原料液は、
前記有価物及び前記第1溶媒以外の副成分を更に含むか、又は
溶媒として、前記第1溶媒及び第2溶媒を含む混合溶媒を含み、
前記原料液減容方法は、
前記原料液から、前記第1溶媒を除去する第1の処理と、
透析膜を用いる透析法によって、前記原料液中の、前記第2溶媒又は前記副成分の濃度を調整する第2の処理と、
を組み合わせて行う方法である、
原料液減容方法。 - 前記第2の処理に用いられる前記透析膜が分子篩膜である、請求項1に記載の原料液減容方法。
- 前記第1の処理が、逆浸透法、ナノ濾過法、及び正浸透法のいずれかの、膜を用いる減容処理である、請求項2に記載の原料液減容方法。
- 前記第1の処理が、正浸透法である、請求項2に記載の原料液減容方法。
- 前記第1の処理に用いられる前記膜の、前記第2溶媒又は前記副成分の透過性よりも、
前記第2の処理に用いられる前記分子篩膜の、前記第2溶媒又は前記副成分の透過性の方が大きい、
請求項3又は4に記載の原料液減容方法。 - 前記第1の処理を行った後に、前記第2の処理を行うことを含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
- 前記第2の処理を行った後に、前記第1の処理を行うことを含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
- 前記第1の処理と、前記第2の処理とを、並列に行い、各処理後の原料液を混合することを含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
- 原料液に対して、前記第1の処理及び前記第2の処理を循環的に行う、請求項6~8のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
- 循環的に減容されている原料液中の成分の少なくとも1つの濃度測定を行い、得られた測定値に応じて、前記第1の処理及び前記第2の処理のうちの少なくとも1つの処理の、実施若しくは停止、又は運転条件の変更を決定する、請求項9に記載の原料液減容方法。
- 前記濃度測定を、前記循環的に減容されている原料液の、比重測定、pH測定、導電率測定、液位測定、旋光度測定、屈折率測定、近赤外分光分析、及び重量測定から成る群から選択される1種以上の測定結果を用いて行う、請求項10に記載の原料液減容方法。
- 前記有価物が医薬品原料である、請求項1~11のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
- 前記有価物の数平均分子量が100~50,000である、請求項1~12のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
- 前記有価物が、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、糖、ワクチン、核酸、抗生物質、抗体薬物複合体(ADC)、及びビタミンからなる群から選ばれる1種以上である、請求項1~13のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
- 前記第2溶媒が、水、アセトニトリル、メタノール、エタノール、及びイソプロパノールから選ばれる1種以上であり、
前記副成分が、有機酸、重合体(前記有価物を除く)、及びバッファー塩からなる群から選ばれる1種以上である、
請求項1~14のいずれか一項に記載の原料液減容方法。 - 前記原料液の温度が1℃以上50℃以下の範囲に調整されている、請求項1~15のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
- 前記正浸透法に用いる誘導溶液の溶質として、メタノール、エタノール、イソプロパノール、及びt-ブタノールから選ばれる少なくとも1種を用いる、請求項3~5のいずれか一項に記載の原料液減容方法。
- 少なくとも有価物及び第1溶媒を含む原料液を減容する、原料液減容システムであって、
前記原料液は、
前記有価物及び前記第1溶媒以外の副成分を更に含むか、又は
溶媒として、前記第1溶媒及び第2溶媒を含む混合溶媒を含み、
前記原料液減容システムは、
前記原料液から、前記第1溶媒を除去する第1のユニットと、
透析膜を用いる透析法によって、前記原料液中の、前記前記第2溶媒又は前記副成分の濃度を調整する第2のユニットと、
を組み合わせたシステムである、
原料液減容システム。 - 前記第2のユニットに用いられる前記透析膜が分子篩膜である、請求項18に記載の原料液減容システム。
- 前記第1のユニットが、逆浸透法、ナノ濾過法、及び正浸透法のいずれかの、膜を用いる減容処理を行うユニットである、請求項19に記載の原料液減容システム。
- 前記第1のユニットが、正浸透法を行うユニットである、請求項20に記載の原料液減容システム。
- 前記第1のユニットに含まれる前記膜の、前記第2溶媒又は前記副成分の透過性よりも、
前記第2のユニットに含まれる前記分子篩膜の、前記第2溶媒又は前記副成分の透過性の方が大きい、
請求項20又は21に記載の原料液減容システム。 - 前記原料液の流れ方向において、前記第1のユニット及び前記第2のユニットが、この順に直列に接続されている、請求項18~22のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
- 前記原料液の流れ方向において、前記第2のユニット及び前記第1のユニットが、この順に直列に接続されている、請求項18~22のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
- 前記第1のユニットと、前記第2のユニットとが、並列に接続されており、各ユニットから排出された原料液を混合する機構を含む、請求項18~22のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
- 前記第1のユニット及び前記第2のユニットによる原料液の処理を循環的に行う機構を含む、請求項23~25のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
- 循環的に減容されている原料液中の成分の少なくとも1つの濃度測定を行う濃度測定機構、並びに
前記濃度測定機構から得られた測定値に応じて、前記第1のユニット及び前記第2のユニットのうちの少なくとも1つのユニットの、運転若しくは停止、又は運転条件の変更を決定する機構
を含む、請求項26に記載の原料液減容システム。 - 前記濃度測定機構が、前記循環的に減容されている原料液の、比重測定、pH測定、導電率測定、液位測定、旋光度測定、屈折率測定、近赤外分光分析、及び重量測定から成る群から選択される1種以上の測定結果を用いて濃度決定を行う機構である、請求項27に記載の原料液減容システム。
- 前記有価物が医薬品原料である、請求項18~28のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
- 前記有価物の数平均分子量が100~50,000である、請求項18~29のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
- 前記有価物が、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、糖、ワクチン、核酸、抗生物質、抗体薬物複合体(ADC)、及びビタミンからなる群から選ばれる1種以上である、請求項18~30のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
- 前記第2溶媒が、水、アセトニトリル、メタノール、エタノール、及びイソプロパノールから選ばれる1種以上であり、
前記副成分が、有機酸、重合体(前記有価物を除く)、及びバッファー塩からなる群から選ばれる1種以上である、請求項18~31のいずれか一項に記載の原料液減容システム。 - 前記原料液の温度を1℃以上50℃以下の範囲に調整する機構を含む、請求項18~32のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
- 前記正浸透法に用いる誘導溶液の溶質として、メタノール、エタノール、イソプロパノール、及びt-ブタノールから選ばれるアルコールを用いる、請求項20~22のいずれか一項に記載の原料液減容システム。
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