TW201904653A - 膜清洗溶液及使用其之加速膜清洗之方法 - Google Patents

膜清洗溶液及使用其之加速膜清洗之方法

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Abstract

一種用於加速清洗具有酶之膜之清洗溶液及一種pH與所述酶相容的試劑。所述清洗溶液可另外包含黏合劑及表面活性劑中之一者或兩者。一旦所述清洗溶液已包含於用於接觸所述膜一段限定時間之溶液中，則黏合劑及還原劑中之一者或兩者可添加至已接觸所述膜的所述溶液中。任選地，提高所述溶液pH及升高所述溶液之溫度中的一者或兩者可用於降低所述酶的活性。

Description

膜清洗溶液及使用其之加速膜清洗之方法 [相關申請案之交叉參考]
本申請案主張於2017年6月30日申請之同在申請中的美國臨時申請案第62/527162號之優先權，所述申請案以全文引用之方式併入本文中。
本發明係關於一種用於對過濾膜進行清洗操作之清洗溶液。本發明亦提供使用此類清洗溶液之方法。
過濾為分離一種材料與另一種。過濾可藉由使用膜實現。保留在膜上之材料表徵為保留物或濃縮物。通過膜之液體為溶質、濾液或滲透液，後者為在膜過濾方面最常用的術語。處理物流後保留於膜上之污物表徵為膜污染。此等膜濾膜隨後必須經受清洗操作以移除已在處理操作過程期間出現的任何污染，以便繼續使用此類過濾系統來繼續產生滲透液。
在乳製品、釀造及飲料以及加工食品操作中，膜板用於使所需產物組分分餾、分離及增濃。則此類膜濾膜隨後必須經受清洗操作以移除已在處理期間出現的任何污染。
通常，液壓及/或化學處理已用於清洗此等污染膜。然而，此等方法在高效移除所有沉積材料的大多數時並不完全有 效。經在此類操作中且在此類清洗操作習知所需的化學處理中習知採用的多個步驟，的確提供顯著移除污染材料之方法在能量及水利用率方面往往費時、昂貴。
已調配清洗劑以特定言之滿足污染物之性質及物理化學特性。調配此等清洗劑以試圖打破在污染物與自其構造膜之材料之間形成的黏結。
化學清洗涉及多個步驟，所述步驟必須以明確限定的順序進行。首先，必須沖洗膜以移除尚未容易地沉積於膜上之污物。可隨後將化學清洗溶液引入膜中且在膜上就地保存某一段限定時間。此類清洗步驟必須隨後繼之以另一沖洗步驟。膜習知隨後經受其他步驟以自膜移除清洗溶液，所述步驟可能包含酸處理步驟及/或鹼處理步驟，其中所採用步驟中之各者繼之以另一沖洗步驟。
四個參數主要測定清洗劑之效果。此等參數包含接觸時間、化學反應、溫度及機械能。此等參數特定言之與所使用之基於化學的清洗劑以及沉積於膜上之污染物的性質相關。本發明之目標為提供一種清洗過濾膜之方法。
清洗劑亦已包含用於酶處理膜之酶。酶處理已用於對此類膜的清洗操作以將沉積材料分解成較小化合物，使其更輕易地自膜移除。酶清洗步驟可有利地減少或消除不可逆的污染，其可能由有機污物(例如，蛋白質及脂質)吸附於膜上引起。詳言之，蛋白酶使用水分子催化各種黏結之水解反應。
本領域中仍需要提供酶類清洗溶液及有效減少或消除不可逆的污染之膜清洗操作。若液壓清洗後之過濾阻力等於先前過濾階段開始時之過濾阻力，則污染視為完全可逆。若需要應用化 學清洗，則污染視為不可逆。對可實現整體時間、水利用率、能量及化學物質中之任何一或多者減少之此類清洗操作有長久需要。
本發明係關於一種清洗膜之酶類清洗方法。不意欲受理論束縛，相對於習知清洗操作，本發明之清洗方法使得清洗時間、整體水利用率、能量及化學物質中之一或多者減少。
本發明之一態樣提供一種清洗膜之方法，所述方法包括：預沖洗膜；使用包括酶及pH與酶相容的試劑之溶液清洗膜，所述組成物之溫度與膜相容；防止二價離子在溶液中沉澱；降低酶活性；且後沖洗膜以移除溶液。在本發明之一具體例中，溶液可另外包括黏合劑。在本發明之某些具體例中，溶液另外包括表面活性劑。進一步依照本發明之此具體例，表面活性劑可包括陰離子、非離子及兩性表面活性劑中之至少一種。
根據本發明之一具體例，用於清洗膜之溶液可另外包括黏合劑。進一步依照此具體例，黏合劑可包括以下中之至少一種：乙二胺四乙酸(EDTA)及其任何鹽、(羥乙基)乙二胺三乙酸(HEDTA)及其任何鹽、三聚磷酸鉀(KTPP)、膦酸及其任何鹽、氮基三乙酸(NTA)及其任何鹽、二伸乙基三胺五乙酸(DTPA)及其任何鹽、葡萄糖酸(GA)及其任何鹽、麩胺酸二乙酸(GLDA)及其任何鹽、甲基甘胺酸二乙酸(MGDA)及其任何鹽、亞胺基二琥珀酸(IDS)及其任何鹽、胺基羧酸及其任何鹽、羥基乙烷二膦酸(HEDP)及其任何鹽、胺基三(亞甲基膦酸)(ATMP)及其任何鹽、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTC)及其任何鹽、乙二胺四(亞甲基膦酸)(EDTMP)及其任何鹽、二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)(DTPMP)及其 任何鹽、聚丙烯酸鹽、丙烯酸-順丁烯二酸共聚物及其任何鹽、及葡萄糖酸鈉(Na-葡萄糖酸鹽)及其任何組合。進一步依照本發明之此具體例，按溶液之總重量計，黏合劑的濃度為約0.001重量%至約1重量%。在本發明之一具體例中，黏合劑包括分子量在約2.5k至約5k範圍內之部分中和的聚丙烯酸。
在本發明之某些具體例中，清洗膜之方法另外包括以下步驟：添加黏合劑以使酶失活。進一步依照此等具體例，使酶失活之黏合劑包括以下中之任一者或組合：乙二胺四乙酸(EDTA)及其任何鹽、(羥乙基)乙二胺三乙酸(HEDTA)及其任何鹽、三聚磷酸鉀(KTPP)、膦酸及其任何鹽、氮基三乙酸(NTA)及其任何鹽、二伸乙基三胺五乙酸(DTPA)及其任何鹽、麩胺酸二乙酸(GLDA)及其任何鹽、甲基甘胺酸二乙酸(MGDA)及其任何鹽、亞胺基二琥珀酸(IDS)及其任何鹽、胺基羧酸及其任何鹽、羥基乙烷二膦酸(HEDP)及其任何鹽、胺基三(亞甲基膦酸)(ATMP)及其任何鹽、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTC)及其任何鹽、乙二胺四(亞甲基膦酸)(EDTMP)及其任何鹽、二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)(DTPMP)及其任何鹽、聚丙烯酸鹽、丙烯酸-順丁烯二酸共聚物及其任何鹽、及其任何組合。進一步依照本發明之此具體例，按溶液之總重量計，用於使酶失活之黏合劑的濃度為約0.005重量%至約1重量%。
在本發明之某些具體例中，用於使酶失活的黏合劑或失活黏合劑之重量比率為至少約0.2g黏合劑/公克酶，較佳約0.2至約200g黏合劑/公克酶，或更佳約0.2至約80g黏合劑/公克酶。
在本發明之一些具體例中，清洗膜之方法另外包括以下步驟：添加還原劑以使酶失活。進一步依照此等具體例，用於使 酶失活之還原劑包括二硫亞磺酸鈉。進一步依照此具體例，其中二硫亞磺酸鈉的濃度為至少約0.2重量%，較佳為約0.25重量%至約10重量%，或更佳為約0.25重量%至約2.5重量%。
在本發明之某些具體例中，視情況，增大溶液之pH及/或升高溶液溫度以降低酶活性。進一步依照此具體例，視膜耐受性而定，pH可增大至約11至約13。又進一步依照此具體例，溫度可升高至約50℃至約85℃。仍進一步依照此具體例，pH可增大至約12.0至約13.0，同時溫度可升高至約50℃至約60℃。又仍進一步依照此具體例，pH可增大至約11.0至約12.0，同時溫度可升高至約60℃至約85℃。
在本發明之一具體例中，所述膜已用於處理蛋白質。詳言之，根據本發明之某些實施例，所述膜已用於處理酸乳清、甜乳清及脫脂牛奶中之一者。
在另一態樣中，本發明提供一種清洗膜的方法，所述方法包括：用包括水之預沖洗溶液預沖洗達約2分鐘至約30分鐘之時段，使用包括酶及pH與酶相容的試劑之溶液清洗膜達約2分鐘至約45分鐘之時段，且防止任何二價離子在溶液中沉澱，藉由添加黏合劑及還原劑中的至少一種來降低酶活性，視情況，降低酶活性包括增大溶液pH及升高溶液溫度中的至少一種，在添加及視情況增加步驟後繼續洗滌膜達約至多約40分鐘，且用包括水之後沖洗溶液後沖洗達約2分鐘至約30分鐘之時段。
其他態樣及具體例將在審視以下描述時變得顯而易見。但藉由所包含的申請專利範圍指出本發明之特殊性。
1‧‧‧步驟
10‧‧‧預沖洗膜
20‧‧‧使用包括酶及pH與酶相容的試劑之溶液清洗膜及防止任何二價離子在溶液中沉澱
30‧‧‧降低酶活性
40‧‧‧後沖洗膜以移除溶液
因此，以通用術語描述本發明之後，現將參考隨附圖式，其不必按比例繪製，且其中：圖1為展示根據本發明之一具體例清洗膜之方法中步驟的流程圖；圖2為以0.5重量%的EDTA劑量為黏合劑之酶基質溶液中甜乳清粉末的水解程度變化的圖示；圖3為以0.125重量%的EDTA劑量為黏合劑之酶基質溶液中甜乳清粉末的水解程度變化的圖示；圖4為以1.0重量%的EDTA劑量為黏合劑之酶基質溶液中甜乳清粉末的水解程度變化的圖示；圖5為以0.001重量%的EDTA、0.005重量%的EDTA及0.01重量%的EDTA劑量為黏合劑之酶基質溶液中甜乳清粉末的水解程度變化的圖示；圖6為以0.46重量%的MGDA劑量為黏合劑之酶基質溶液中甜乳清粉末的水解程度變化的圖示；圖7為以0.115重量%的MGDA劑量為黏合劑之酶基質溶液中甜乳清粉末的水解程度變化的圖示；圖8為以0.33重量%的HEDP劑量為黏合劑之酶基質溶液中甜乳清粉末的水解程度變化的圖示；且圖9為以1.0重量%的聚丙烯酸鹽劑量為黏合劑之酶基質溶液中甜乳清粉末的水解程度變化的圖示。
現將在下文中更詳細地描述本發明。然而，可描述本發明之較佳具體例，但本發明可以多種不同形式實施且不應解釋為 限於本文所闡述之具體例。確切而言，提供此等具體例以使得本發明將是透徹且完整的，且將把本發明之範疇完整地傳達給熟習此項技術者。本發明之具體例不以任何方式解釋為限制本發明。
除非上下文另外明確指示，否則如本說明書及隨附申請專利範圍中所用，單數形式「一(a/an)」及「所述」包含複數個指示物。舉例而言，參考「一種酶」包含複數種此類酶。
儘管本文中採用特定術語，但其僅以通用及描述意義且不出於限制之目的使用。除非術語已另外定義，否則如本文所用之所有術語，包含技術及科學術語具有如一般熟習本發明所屬技術者通常所理解的含義。將進一步理解，術語(諸如定義於常用詞典中之術語)應解釋為具有如一般熟習本發明所屬技術者通常所理解的含義。將進一步理解，術語(諸如定義於常用詞典中之術語)應解釋為具有在相關領域及本發明的上下文中符合其含義的含義。除非本發明在本文中如此明確地定義，否則此類常用術語將不以理想化或過度形式化意義解釋。
如本文所用，「鹼性試劑」係指增大溶液pH之化合物。
如本文所用，術語「緩衝液」意謂將清洗溶液之pH維持在限制之窄範圍內的化合物。包含於本發明之清洗溶液中之緩衝液將pH維持在所需範圍中。
如本文所用，「黏合劑」為與離子黏結之物質，所述離子較佳為雙價離子，包含但不限於鈣離子及鎂離子。在本發明之一較佳具體例中，黏合劑包括雙價黏合劑。黏合劑可包含但不限於螯合物及鉗合劑。黏合劑包含能夠藉由發展防止金屬離子易於參與 或催化化學反應之錯合物而分離或滅活可存在於溶液中之金屬離子的化合物。術語「螯合劑(chelant/chelating agent)」或「鉗合劑」在本文所提供之本發明中亦可與術語「黏台劑」互換使用。黏合劑、螯合劑(chelant/chelating agent)或鉗合劑錯合物可防止某些金屬離子在膜表面上沉澱且阻塞膜孔。舉例而言，出於清洗目的存在於設備中之水可包含鈣陽離子(Ca2+)及鎂陽離子(Mg2+)，其決定水之硬度。黏合劑可包含具有Ca2+及Mg2+金屬離子之錯合物以防止此類化合物沉澱為磷酸鹽、硫酸鹽或碳酸鹽。除提供對水硬度之提高之控制的黏合劑之外，黏合劑可幫助藉由防止Ca皂類或Mg皂類堆積來控制來自皂化脂肪之經溶解的游離脂肪酸。在一非限制性實例中，硬脂酸鈉可溶於水，其將使得硬脂酸鹽保留於溶液中。然而，在皂化時，可反而形成硬脂酸鈣，其基本上不溶於水且造成無法由溶液沖洗。因此，黏合劑避免硬脂酸鈣之此類形成。
如本文所用，術語「酶」可催化已沉積於設備表面上之蛋白質材料及/或有機污物之分解。在較高溫度，通常高於60℃下，使用任何此類酶沒有幫助係因為酶在此等較高溫度下易受分解影響。更佳使用酶用於清洗，甚至更佳在約40℃至約50℃範圍內。蛋白酶(分解蛋白質)、澱粉酶(分解澱粉)及脂肪酶(分解脂肪)為在清洗系統中最常用類型之酶。
蛋白酶(亦稱為肽酶或蛋白酶)為進行蛋白水解之任何酶；蛋白質藉由肽鍵水解分解代解。蛋白酶已進化多次，且不同類別之蛋白酶可藉由完全不同的催化機制進行相同的反應。蛋白酶可發現於動物界、植物界、真菌、細菌、古菌及病毒中。一般而言，蛋白酶藉由催化類型以數種廣泛的群組進行分類，包含但不限於絲 胺酸、半胱胺酸、天冬胺酸及金屬蛋白酶(鋅)。
蛋白酶進化超家族之最新分類發現於MEROPS資料庫(參見http：//merops.sanger.ac.uk/)中。在此資料庫中，蛋白酶首先基於結構、機制及催化殘餘物順序藉由『家族』(超家族)進行分類。當前已知多於50種家族，各指示蛋白水解之獨立進化來源。
酶之天然3D結構藉由各種作用穩定，例如，藉由單價及二價離子、二硫鍵、氫鍵及疏水性相互作用。視具體3D結構及其穩定性而定，存在適用的數種滅活步驟。氫鍵及疏水性相互作用可受所有蛋白酶的pH增大及溫度升高的影響，但可接受之pH及溫度範圍可受膜板中之設備材料限制，且因此此方法無法始終用於膜清洗應用。
如本文所用，術語「還原劑」或「酶還原劑」係指能夠降低酶活性之化合物或化合物之混合物。在一非限制性實例中，酶還原劑能夠藉由分解此結構使蛋白質去摺疊。舉例而言，酶還原劑可藉由分解二硫鍵而使酶失活。此類試劑包含但不限於硫化鈉、硼氫化鈉、二硫亞磺酸鈉、二硫蘇糖醇及麩胱甘肽。
還原劑之應用限於藉由二硫鍵使蛋白酶穩定化。多種還原劑為有機硫化合物，且甚至極小的溢流可引起惡臭，其往往在處理此類酶中不為所需的。
進一步分化可對二價離子穩定化蛋白酶進行，所述蛋白酶可在應用二價離子黏合劑(如螯合劑、螯合物、鉗合劑、膦酸及其鹽及聚丙烯酸鹽)之大多數情況下失活。此類型之酶之市售實例為SAVINASE®或ALCALASE®，其各者可購自Novozymes(總部設於丹麥的巴格斯維爾德(Bagsvaerd,Denmark))。在蛋白酶不對 諸如BLAZE® Pro 100L或ESPERASE®的二價黏合劑敏感之情況下，因為二價離子可極強地與酶黏結，所以所述酶必須藉由前兩種方法(藉由暴露於還原劑以減少二硫鍵而滅活，應用極端pH或溫度升高以干擾疏水性相互作用)中之一者失活。
在一非限制性實例中，鈣對酶之穩定性至關重要。一些酶類型具有在其結構中極強地黏結的Ca離子，而其他酶可更輕易地將Ca離子釋放至周圍的水中。在不存在水硬度的情況下，在酶結構中之Ca離子與其向水相中之釋放之間可存在穩態。水相中之「游離可用」Ca離子可黏結至黏合劑、螯合物、膦酸鹽或此等物質之任何組合。酶可藉由將其Ca離子釋放於不存在Ca離子之環境中而失活。經釋放的Ca離子隨後更強地黏結至例如螯合物。因此不存在可用游離Ca離子以使酶穩定，且酶不保留活性。用pH恆穩器方法可間接量測酶活性。此方法已用於在黏合劑(其在非限制性實例中包含螯合物及膦酸鹽)存在下量測酶活性。
如本文所用，術語「表面活性劑」意謂可進行以下之任何組合之清洗溶液的活性清洗劑：使待清洗之設備中之污物濕潤及甚至滲透，使設備表面上沉積的污物鬆散，且乳化污物以使其保持懸浮於溶液中以用於自所述設備移除。表面活性劑往往亦減少清洗溶液之表面張力。可選擇性質上極性或親水性的表面活性劑，諸如帶負電的或陰離子表面活性劑。可選擇性質上非極性或疏水性的表面活性劑，諸如不具有電荷之非離子表面活性劑。儘管使用陽離子表面活性劑根據本發明之某些具體例較為不佳，但視pH而定，亦可使用兩性表面活性劑，其特性如陰離子、陽離子及非離子表面活性劑。習知地，針對特定使用溫度，已選擇清洗溶液中之表面活 性劑。
除非另外明確地提供，否則如本文所用，「體積%」係指按化合物之體積計，所提及之化合物相對於化合物在其中實施的溶液總體積的百分比。
除非另外明確地提供，否則如本文所用，「重量%」係指按化合物之重量計，所提及之化合物相對於化合物在其中實施的溶液總重量的百分比。
本文所述之本發明之一態樣係關於一種用於清洗膜的清洗溶液，其具有酶及試劑，所述試劑提供對清洗的適當pH控制。清洗溶液可另外包括黏合劑及/或表面活性劑。詳言之，當另外需要高溫及/或較高pH時，本發明之清洗溶液尤其適用於清洗膜，尤其適用於使酶最終失活。在本發明之一具體例中，清洗溶液通常包括酶及鹼性試劑。
在清洗某些膜中，對可包含於清洗溶液中之兩種類型之化合物存在嚴格限制，以及對溫度及/或pH存在上限。本發明之清洗溶液使此等限制得到滿足。
亦需要控制離子經歷沉澱。詳言之，此類離子包含鈣。在本發明之一具體例中，清洗溶液包括可包含螯合劑之黏合劑以防止溶液中存在的任何二價離子沉澱。
在本發明之一具體例中，表面活性劑可用作輔助劑或用作鹼性或酸性清洗組成物之一部分。在本發明之某些具體例中，表面活性劑可用作膜清洗佐劑以自膜改進移除蛋白質、脂肪及其他污物。在本發明之某些其他具體例中，可選擇表面活性劑以改良膜之親水性特性且改良處理滲透特性。在本發明之某些具體例中，選 擇表面活性劑以提供良好的沖洗特徵、低發泡、良好的污物移除或清洗特性、生物可降解性及/或相對較低的成本。使用在膜表面方面引起膜污染以及其他問題的表面活性劑並非較佳的。舉例而言，由於無法自表面沖洗或洗滌表面活性劑，因此某些陽離子表面活性劑可通常與膜之不可逆的污染有關。應理解，膜具有負表面電荷，且因此陽離子表面活性劑與膜表面變得強烈吸引且無法輕易地移除。表面上之任何殘餘表面活性劑充當引起導致不良產生效能的低產生及水通量率之污染物。
在某些具體例中，選擇不會不利地影響膜表面之表面活性劑，諸如，不意欲具有限制性地，陰離子表面活性劑，其由於膜及表面活性劑兩者往往皆帶負電而不易於對膜表面吸引。在本發明之某些具體例中，選擇陰離子表面活性劑以改良表面活性劑之沖洗能力，同時由於其減少的表面張力，使表面活性劑幫助清洗脂肪及蛋白質。
根據本發明之某些具體例，非離子表面活性劑可包含於清洗溶液中。非離子表面活性劑可表徵為具有積極特性，諸如除油、低發泡、濕潤及減少之表面張力。然而，可由於其一般不良的沖洗能力特徵而引起膜之污染問題的非離子表面活性劑並非較佳的。非離子表面活性劑為技術上中性分子，但其作為特定膜類型上之表面活性劑輔助劑是否會良好進行之可預測性較不確定。分子量、親水性-親脂性-平衡分支、線性、醇鏈長、Draves濕潤及乙氧基化程度無法單獨充分預測非離子表面活性劑是否會在膜上作用良好。另外，膜表面類型，諸如聚醚碸(PES)、聚亞乙烯二氟(PVDF)，具有不同的表面能量，其亦影響表面活性劑在表面上如何 作用及污染物在表面上如何作用。特定膜之分子量界限或孔隙尺寸亦將可能影響歸因於孔隙污染之表面活性劑的功能性、用於清洗孔隙之孔隙滲透、歸因於分支及分子量之膜滲透排出及歸因於線性而易於滲透。
在本發明之某些具體例中，表面活性劑包括一或多種包含以下中之任一者或組合的陰離子表面活性劑：烷基(C12)苯磺酸Na-鹽；烷基(C12)苯磺酸、十二烷基苯磺酸；烷烴(C13-17)磺酸Na-鹽、次級烷磺酸鹽；2-乙基己基硫酸鹽；異丙苯磺酸鹽；二甲苯磺酸鹽；烷氧基磷酸烷芳酯K-鹽；α-烯烴磺酸Na-鹽；及烷基醚羧酸，其在非限制性實例中包含烷基(C4-8)醚(5EO)羧酸、烷基(C8)醚(5EO)羧酸、烷基(C4)醚(6EO)羧酸及烷基(C8)醚(8EO)羧酸。根據本發明之某些具體例，可與本文所揭示之其他表面活性劑中的任一者組合使用本文所揭示之陰離子表面活性劑。
在本發明之某些具體例中，表面活性劑包括一或多種包含以下中之任一者或組合的非離子表面活性劑：氧化胺，諸如而不意欲為限制性的，氧化烷基二甲基胺，在一非限制性實例中諸如氧化烷基(C12-14)二甲基胺；多葡萄糖苷，在一非限制性實例中諸如C10多葡萄糖苷；烷基糖苷，在非限制性實例中諸如C8烷基糖苷；十三烷基醇乙氧基化物；己-1-醇乙氧基化物；槐糖脂(sophorolipid)，其為可由非致命性的酵母菌物種合成之表面活性糖脂化合物；甘油磷脂，其為可發現於多種食品中之卵磷脂脂肪；及聚乙二醇。根據本發明之某些具體例，可與本文所揭示之其他表面活性劑中的任一者組合使用本文所揭示之非離子表面活性劑中的任一者。
在本發明之某些其他具體例中，非離子表面活性劑通常可表徵為存在有機疏水性基團及有機親水性基團，且可藉由縮合有機脂族、烷基芳族或聚氧伸烷基疏水性化合物與在常見實踐中為環氧乙烷或其聚水合產物，聚乙二醇之親水性鹼性氧化物部分製備。在本發明之某些具體例中，丙二醇可包含於清洗溶液中。清洗溶液可包括具有羥基、羧基、胺基或醯胺基及反應性氫原子之疏水性化合物，其可與環氧乙烷，或其聚水合加合物，或其與諸如環氧丙烷之環氧烷(alkoxylene)的混合物縮合以形成非離子表面活性劑。與任何特定疏水性化合物縮合的親水性聚氧伸烷基部分之長度可易於調整而產生具有所需親水性與疏水性之間的平衡度的水可分散性或水溶性化合物。
本發明中適用的非離子表面活性劑可包含：一莫耳具有6至24個碳原子之飽和或不飽和、直鏈或分支鏈醇與3至50莫耳環氧乙烷之縮合產物；藉由與甘油酯、甘油及多羥基(糖或脫水山梨糖醇/山梨糖醇)醇反應形成之聚乙二醇酯、其他烷酸酯；乙氧基化之C6-C18脂肪醇及C6-C18混合乙氧基化及丙氧基化之脂肪醇，尤其具有水溶性之脂肪醇；平均乙氧基化程度為約3至約50的C10-C18乙氧基化之脂肪醇；非離子烷基多糖，其平均包含含有約6至約30個碳原子之疏水性基團及多醣(例如多糖苷)、含有約1.3至10個糖單元之親水性基團；式R1-(OC2H4)n-(OH)之格爾伯特(Guerbet)醇乙氧基化物，其中R1為分支C9-C20烷基，且n為約2至約10；式R1-(OC2H4)n-(OH)之格爾伯特醇乙氧基化物，其中R1為分支C10至C18烷基，且n為5至10或7至9。在本發明之某些具體例中，R1可為C8至C12分支鏈烷基，且n為2至4。
清洗溶液之表面活性劑可包含具有含約6至約24個碳原子之烷烴基團的烷烴磺酸鹽。在某些非限制性實例中，烷烴磺酸鹽可包含次級烷烴磺酸鹽，諸如C14-C17次級烷基磺酸鈉。
在本發明之某些具體例中，表面活性劑包括一或多種包含以下中之任一者或組合的兩性表面活性劑：烷基(C12-14)二甲基甜菜鹼；烷基(C12-14)胺基二丙酸單Na-鹽；烷基(C8)胺基二丙酸單Na-鹽；及椰油醯兩性二丙酸Na-鹽。根據本發明之某些具體例，可與本文所揭示之其他表面活性劑中的任一者組合使用本文所揭示之兩性表面活性劑。
根據本發明之某些具體例，在其他官能化合物可包含於清洗溶液中時，清洗溶液將至少包括酶及pH與酶相容的試劑。在本發明之一具體例中，清洗溶液可包括約5至約1000ppm、約10至約750ppm、約25至約600ppm或約50至約500ppm之酶。在本發明之一較佳具體例中，清洗溶液包括絲胺酸蛋白酶。
在本發明之某些具體例中，清洗溶液包含酶穩定劑以使溶液中之酶穩定。舉例而言，穩定劑可為產生鈣離子及/或鎂離子之水溶性試劑。此類離子之濃度變化可能視多種因素(包含所併入之酶之多樣性、類型及濃度)而定。在某些非限制性實例中，酶穩定劑可包括氯化鈣二水合物及/或甲酸鈉。可採用之水溶性鈣鹽或鎂鹽之非限制性實例包含氯化鈣、氫氧化鈣、甲酸鈣、蘋果酸鈣、順丁烯二酸鈣、氫氧化鈣及乙酸鈣。對應於所經識別之鹽之鈣鹽或鎂鹽亦可為適用的。不意欲為限制性的，在某些情況下，增大含量之鈣及/或鎂可為適用的。
在某些條件下，不意欲為限制性的，鈣對為酶穩定性 至關重要。一些酶類型使鈣離子變得與其結構極強地黏結。其他酶可更易於將鈣離子釋放至周圍的水中。當然，酶之多樣性、濃度及其他清洗溶液條件亦可影響鈣離子保持黏結至酶的程度。詳言之，當基本上缺乏水硬度存在時，穩態可建立在酶結構中之鈣離子與鈣離子向水相中之釋放之間。水相中之「游離可用」鈣離子可黏結至黏合劑，其在非限制性實例中包含螯合物、膦酸鹽、葡萄糖酸鹽或此等物質之任何組合或充當黏合劑的任何物質。在本發明之一具體例中，酶可藉由將與其黏結的鈣離子釋放於無鈣離子存在之環境中而失活。在此情形下釋放鈣離子為當鈣離子變為更強地黏結至清洗溶液中存在的黏合劑時。因此，將無任何可用游離鈣離子使酶穩定，且酶將不再為活性的。
在本發明之某些具體例中，清洗溶液可包括鹼性試劑。在本發明之一具體例中，清洗溶液可包括約0.01至約2重量%、約0.01至約1重量%、或約0.01至約0.5重量%或約0.01至0.2重量%之鹼性試劑。在本發明之某些具體例中，包含足夠量之鹼性試劑以提供在約8.5至約12、或較佳約9至約11範圍內的清洗溶液pH。
在本發明之其他具體例中，清洗溶液可包括緩衝液。在本發明之一具體例中，清洗溶液可包括約0.05至約1重量%、約0.05至約0.8重量%、約0.1至約0.5重量%之緩衝液。可包含於清洗溶液中之pH調節劑包含氫氧化鉀(例如，在4.5-6.5重量%範圍內)、碳酸氫鈉(例如，在8-12重量%範圍內)及碳酸鈉(例如，在4-8重量%範圍內)中之任何一或多者。
在本發明之某些具體例中，清洗溶液另外包括黏合 劑。根據本發明之某些實施例，清洗溶液可包括約1至約500ppm、約10至約500ppm、約25至約300ppm、或約50至約200ppm之黏合劑。
可包含於本發明之清洗溶液中之黏合劑的非限制性實例為乙二胺四乙酸(EDTA)及其任何鹽、(羥乙基)乙二胺三乙酸(HEDTA)及其任何鹽、三聚磷酸鉀(KTPP)、膦酸及其任何鹽、氮基三乙酸(NTA)及其任何鹽、二伸乙基三胺五乙酸(DTPA)及其任何鹽、葡萄糖酸(GA)及其任何鹽、麩胺酸二乙酸(GLDA)及其任何鹽、甲基甘胺酸二乙酸(MGDA)及其任何鹽、亞胺基二琥珀酸(IDS)及其任何鹽、胺基羧酸及其任何鹽、羥基乙烷二膦酸(HEDP)及其任何鹽、胺基三(亞甲基膦酸)(ATMP)及其任何鹽、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTC)及其任何鹽、乙二胺四(亞甲基膦酸)(EDTMP)及其任何鹽、二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)(DTPMP)及其任何鹽、聚丙烯酸鹽、葡萄糖酸鈉(Na-葡萄糖酸鹽)及其任何組合。根據本發明之一具體例，部分中和的聚丙烯酸(M在約2.5k至約5k範圍內)可包含於清洗溶液中。
在本發明之某些其他具體例中，清洗溶液可包括烷基多葡萄糖苷，所述烷基為約C2至約C18、約C5至約C12或約C8至約C10。根據本發明之某些具體例，烷基硫酸或其任何鹽可包含於清洗溶液中。在本發明之某些具體例中，表面活性劑可包含2-乙基己基硫酸鹽、烷基(C8)胺基二丙酸單Na-鹽、C10多葡萄糖苷、及烷基(C12)苯磺酸Na-鹽及其任何組合及與本文所揭示之其他表面活性劑的任何組合。
在本發明之其他具體例中，清洗溶液另外包括表面活 性劑。在本發明之一具體例中，清洗溶液可包括約1至約2000ppm、約25至約1000ppm、約50至約750ppm或較佳約150至約1000ppm之表面活性劑。
本發明之一態樣提供本發明之清洗溶液在清洗膜中的用途。圖1為展示根據本發明之一具體例清洗膜之方法中步驟的流程圖。清洗膜之方法1包含預沖洗膜的步驟10。預沖洗時間可經受約2分鐘至約30分鐘之間。
清洗膜之另一步驟1包含使用包括酶及pH與酶相容的試劑之溶液清洗膜及防止任何二價離子在溶液中沉澱20。含有酶及pH與膜相容且溫度與膜相容的試劑之清洗溶液經組態。此清洗步驟可經受約2分鐘至約45分鐘之間。
清洗膜之另一步驟1包含降低酶活性30。如本文進一步描述，降低酶活性30可包含以下中之任何一或多者：添加黏合劑、添加還原劑、增大pH及升高溫度。不意欲受理論束縛，為降低酶活性之任何pH增大及溫度升高30受膜能夠耐受的程度限制。另外，膜必須與所用任何黏合劑及/或還原劑相容。降低酶活性30可經受至多約45分鐘。
清洗膜之另一步驟1包含後沖洗膜以移除溶液40。後沖洗時間可經受約2分鐘至約30分鐘之間。
在本發明之一具體例中，一種清洗膜之方法包含以下步驟：預沖洗膜；使用包括酶及pH與酶相容的試劑之溶液清洗膜，所述組成物之溫度與膜相容；防止任何二價離子在溶液中沉澱；降低酶活性；且後沖洗膜以移除溶液。在本發明之某些具體例中，溶液可另外包括黏合劑及表面活性劑中之至少一種。
在本發明之一具體例中，清洗膜之方法可另外包括以下步驟：添加黏合劑以使酶失活。在本發明之某些具體例中，降低酶活性之步驟包含添加還原劑。在本發明之又一具體例中，減少酶之步驟可包含增大pH及升高溶液溫度中的一者或兩者。
較佳地，足夠的黏合劑將用於在其進行清洗操作中之其所需功能之後使酶失活。在本發明之一實施例中，添加至清洗溶液中之黏合劑可包括約1至約6000ppm、約5至約2000ppm、或約10至約500ppm的溶液。為移除鈣鹽，清洗溶液可包括約1至約4000ppm之額外黏合劑。可添加之黏合劑之非限制性實例包含：乙二胺四乙酸(EDTA)及其任何鹽、(羥乙基)乙二胺三乙酸(HEDTA)及其任何鹽、三聚磷酸鉀(KTPP)、膦酸及其任何鹽、氮基三乙酸(NTA)及其任何鹽、二伸乙基三胺五乙酸(DTPA)及其任何鹽、麩胺酸二乙酸(GLDA)及其任何鹽、甲基甘胺酸二乙酸(MGDA)及其任何鹽、亞胺基二琥珀酸(IDS)及其任何鹽、胺基羧酸及其任何鹽、羥基乙烷二膦酸(HEDP)及其任何鹽、胺基三(亞甲基膦酸)(ATMP)及其任何鹽、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTC)及其任何鹽、乙二胺四(亞甲基膦酸)(EDTMP)及其任何鹽、二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)(DTPMP)及其任何鹽、聚丙烯酸鹽、丙烯酸-順丁烯二酸共聚物及其任何鹽及其任何組合。
在本發明之一具體例中，黏合劑之總量相對於酶含量為至少約0.2g黏合劑/g溶液中存在的酶、約0.2g黏合劑/g溶液中存在的酶、至約200g黏合劑/g溶液中存在的酶、或約0.2g黏合劑/g溶液中存在的酶至約80g黏合劑/g溶液中存在的酶。在本發明之某些具體例中，黏合劑包括EDTA，且清洗溶液包括約0.2g EDTA/g溶液中存在的酶至約80g EDTA/g酶溶液中存在的酶、約0.2g EDTA/g溶液中存在的酶至約60g EDTA/g溶液中存在的酶、或約0.2g EDTA溶液中存在的酶至約40g EDTA/g溶液中存在的酶。
在本發明之某些其他具體例中，黏合劑包括MGDA，且清洗溶液包括約0.2g MGDA/g溶液中存在的酶至約100g MGDA/g溶液中存在的酶、約0.2g MGDA/g溶液中存在的酶至約80g MGDA/g溶液中存在的酶、或約0.5g MGDA/g溶液中存在的酶至約60g MGDA/g溶液中存在的酶。
在本發明之一具體例中，清洗步驟下之溶液pH可為約2.0至約11.0、約7.0至約11.0、約8至約11、或約8.5至約10.5。在本發明之某些具體例中，清洗步驟下之溶液溫度可為約10℃至約70℃、約30℃至約50℃、低於約60℃、或低於約50℃。
在本發明之一具體例中，溶液接觸膜約2至約90分鐘、約10分鐘至約60分鐘、或約10分鐘至約45分鐘。在本發明之一具體例中，酶活性降低可至少部分地歸因於添加黏合劑及還原劑中之至少一種。
在本發明之某些具體例中，pH可增大至約10.5至約13.5、約8.5至約13.0、約11.0至約12.0、或約12.0至約13.0。在本發明之其他具體例中，溫度可升高至低於約55℃、低於約70℃、低於約75℃或低於約80℃。在本發明之某些具體例中，溫度升高至約50℃至約70℃、約50℃至約60℃、約60℃至約85℃、或約60℃至約70℃。
在本發明之某些具體例中，pH增大至約8.5至約 13.5，且溫度升高至約50℃至約85℃、或約50℃至約70℃。在本發明之某些其他具體例中，pH增大至約8.5至約13.5，且溫度升高至約50℃至約60℃。在本發明之再其他具體例中，pH增大至約8.5至約13.0，且溫度升高至約50℃至約70℃。在本發明之又再其他具體例中，pH增大至約8.5至約13.0，且溫度升高至約60℃至約85℃或約60℃至約70℃。在本發明之又其他具體例中，pH增大至約8.5至約11.5，且溫度升高至約50℃，在此之後隨後添加還原劑以降低酶活性。
在本發明之一具體例中，酶活性減弱至少約50%、至少約60%、至少約70%、至少約80%、至少約85%、至少約90%、或至少約95%。在本發明之某些具體例中，酶活性可藉由增大溶液pH或升高溶液溫度達約2分鐘至約45分鐘、約5分鐘至約30分鐘、或約10分鐘至約20分鐘中之至少一種來降低。在本發明之某些具體例中，酶活性藉由增大溶液pH或升高溶液溫度達約15分鐘中之至少一種來降低。
清洗膜之方法可包括將鹼性試劑添加至接觸膜的溶液中，之後添加黏合劑以降低酶活性。
在本發明之一具體例中，清洗膜之方法進行而不自膜沖洗溶液達清洗溶液與膜接觸的時間至用於降低酶活性的時間之間。
本發明之一具體例，提供一種清洗膜之方法以用於處理任何可溶性蛋白質污物，所述方法包含以下步驟：用包括水之預沖洗溶液預沖洗達約2分鐘至約30分鐘之時段；根據溶液之定義及如本文所進一步定義之清洗步驟使用包括酶及pH與酶相容的試 劑之溶液清洗膜達約2分鐘至約45分鐘之時段；添加黏合劑及還原劑中之一者或兩者，視情況包含增大溶液pH及升高溶液溫度中之至少一種；在添加及視情況增加步驟後繼續洗滌膜達約至多約45分鐘；且用包括水之後沖洗溶液後沖洗達約2分鐘至約30分鐘之時段。
溶液中之酶活性可使用pH恆穩器方法來間接量測。pH恆穩器方法可用於在黏合劑(其在非限制性實例中包含螯合物、膦酸鹽及葡萄糖酸鹽)存在下量測酶活性。蛋白酶在蛋白質上之作用產生酸官能基。因此，蛋白質之水解隨時間降低溶液pH。在酶分解期間釋放胺基酸之程度可藉由保持溶液pH恆定所需的苛性鹼之量來量測。此外，不意欲受理論束縛，較佳將pH維持在酶活性在其最大時的值。另外，與pH組合之溫度需要維持在使酶活性最大化的較佳值。
水解程度藉由以下方程式識別：
其中：DH%=水解程度，%
V=所添加的NaOH體積，mL
N=NaOH溶液的莫耳濃度，mol/L
M=蛋白質總質量，g
α=在水解期間釋放之α-胺基解離的平均程度
htot=肽鍵總數，mmol/g
[實施例]
本發明藉由參考以下實施例進一步界定，所述實施例描述清洗溶液及方法以進行根據本發明的乳製品類膜操作之加速清洗及膜清洗操作中之其效能。
[實施例1]
針對不同酶的滅活測試使用比色分析進行以測定酶活性。首先調配pH為9.53的0.5重量%緩衝液之標準溶液。使用此標準溶液形成單獨的酶溶液。添加不同濃度之氫氧化鈉(NaOH)以將溶液pH調整至所需程度。表1識別酶溶液，其使用蛋白酶ALCALASE® 2.5L、ESPERASE® 8.0L、SAVINASE® Ultra 16 XL及BLAZE® Pro 100L調配，其所有皆適用於蛋白質之水解，其各自可購自Novozymes(總部設於丹麥的巴格斯維爾德)。
表2展示在不同溫度下表1中識別之溶液的酶活性。標示為100%之彼等溶液指示大於量測方法之偵測上限的酶活性，而標示為u.d.之彼等識別低於量測方法之偵測極限的酶活性。
表3A識別一系列具有0.5重量%之緩衝液及0.2重量%之ESPERASE 8.0L的清洗溶液。量測在各種稀釋量下在不同濃度之酶還原劑二硫亞磺酸鈉(Na2S2O4)下之清洗溶液之酶活性，其中此等結果亦示於表3A中。標示為o.d.之彼等溶液指示高於量測方法之偵測極限的酶活性，而標示為u.d.之彼等識別低於量測方法之偵測極限的酶活性。
類似測試針對一系列具有0.5重量%之緩衝液及0.5重量%之BLAZE Pro 100L的清洗溶液進行，其結果包含於表3B中。
表3A及3B中之測試展示在50℃下於五分鐘之接觸時間內，0.25重量%之二硫亞磺酸鈉濃度使ESPERASE 8.0L失活，但不使BLAZE Pro 100L失活。
[實施例2]
有關黏合劑-例如，EDTA、KTPP、IDS、PBTC或ATMP及最終碳酸鈉緩衝液系統自身，作為非限制性示例性黏合劑-對使用溶液中降低酶活性有最大影響的研究，藉由混合不同黏合劑連同屬於絲胺酸蛋白酶之類別、或更精確地屬於枯草桿菌酶(subtilases)的酶ESPERASE 8.0L或ALCALASE 2.5L型DX進行測試。
清洗溶液在無酶之逆滲透(RO)水中製備且加熱至50℃。將清洗溶液之pH調整至9.0，且隨後添加酶。將清洗溶液之溫度維持在50℃達60分鐘。在添加酶且在添加酶後的以下間隔時取清洗溶液之兩個樣品：10分鐘、20分鐘、30分鐘及60分鐘。在取時，將樣品立刻置放於冰浴中以淬滅進一步反應，且量測樣品之酶活性。表4識別測試的清洗溶液，其包含苛性鹼、表面活性劑、緩衝液及蛋白酶ESPERASE 8.0L。
表5展示剛添加至清洗溶液中後、添加20分鐘後及添加60分鐘後ESPERASE 8.0L之相對活性。應注意*意謂無緩衝液。
如表5中所示，60分鐘後ESPERASE 8.0L活性的最大降低用清洗溶液24(20分鐘後63%相對活性及60分鐘後54%相對活性)達成，其使用0.0157重量% EDTA+0.0033重量% ATMP之黏合劑組合，之後為清洗溶液20(20分鐘後65%相對活性及60分鐘後59%相對活性)，其使用0.0157重量% EDTA+0.0495重量% KTPP+0.0033重量% ATMP之黏合劑組合。
表6識別測試的清洗溶液，其包含苛性鹼、緩衝液及蛋白酶ALCALASE 2.5L。
表7展示剛添加至清洗溶液中後、添加20分鐘後及添加60分鐘後ALCALASE 2.5L之相對活性。應注意*意謂無緩衝液。
如表7中所示，60分鐘後ALCALASE 2.5L活性的最大降低用清洗溶液32(20分鐘後35%相對活性及60分鐘後3%相對活性)達成，其使用0.0157重量% EDTA+0.0495重量% KTPP+0.0033重量% ATMP之黏合劑組合，之後為清洗溶液30(20分鐘後39%相對活性及60分鐘後10%相對活性)，其使用0.0157重量% EDTA+0.0495重量% KTPP+0.0033重量% ATMP之黏合劑組合。
[實例3]
對使用一類黏合劑之多種不同類型之酶進行一系列測試。用於此等測試之蛋白酶為ALCALASE® 2.5L、ESPERASE® 8.0L、SAVINASE® Ultra 16 XL、SAVINASE® Evity 16 XL及BLAZE® Pro 100L，其各自可購自Novozymes(總部設於丹麥的巴格斯維爾德)。所測試之黏合劑為EDTA、MGDA、NTA、GLDA、HEDTA、DTPA、葡萄糖酸鹽、KTPP、ATMP、PBTC、HEDP、EDTMP、DTPMP及聚丙烯酸鹽之鹽。
按溶液之總體積計，製備在軟水中具有0.25體積%之甜乳清濃度的100ml基質溶液。此藉由添加約0.9588g之密度為0.3084g/ml/1L軟水的80%甜乳清粉末溶液來達成。將溶液加熱至50℃且將溶液pH調整至10。將具有5體積%之酶濃度之0.3ml酶溶液添加至經加熱經調整pH的基質溶液中。此經合併之溶液隨後用0.1M NaOH滴定以將pH維持在10達10分鐘之時程。隨後將黏合劑添加且與溶液混合達30分鐘之時程，同時仍將pH保持在10。隨後將約0.09588g之新鮮乳清粉末溶液添加至100ml溶液中，且溶液用0.1M NaOH滴定以將pH維持在10達10分鐘之時程。
乳清蛋白質濃縮物之htot值為8.8，且50℃下之1/α值及10之pH為1。水解程度DH%經酶添加、黏合劑添加及新鮮酶添加之時程計算。如所示資料，DH%首先迅速增長，隨後隨時間較慢增長。同時，苛性鹼亦與基質反應。此反應程度之效果使用「空白」溶液來量測，其不含任何酶。
添加黏合劑後，視物質而定，減弱或終止DH%中之任何變化。添加新鮮基質後，酶繼續作用且遵循與實驗之開始所經 歷之類似的反應速率，或失活，其中水解之任何變化主要為僅與基質反應之苛性鹼的結果。
在pH為10及50℃下，表8A、8B及8C為作為向對應所提及之酶基質溶液投配之黏合劑不同濃度的EDTA-Na鹽提供甜乳清粉末之DH%變化。
圖2提供用0.5重量%作為黏合劑之EDTA投配之酶基質溶液中甜乳清粉末的DH%變化的圖示。由於水解程度遵循在實驗開始時發現的類似反應速率，因此結果展示酶BLAZE Pro 100L 在用0.5重量% EDTA投配後添加新鮮基質30分鐘之後仍具活性。然而，由於添加新鮮基質後水解程度遵循如針對空白溶液發現的反應速率，因此所測試SAVINASE Ultra 16 XL及SAVINASE Evity 16 XL酶藉由0.5重量% EDTA失活。
圖3為用作為黏合劑之0.125重量% EDTA投配之酶基質溶液提供甜乳清粉末的DH%變化的圖示，同時圖4為用作為黏合劑之1.0重量% EDTA投配之酶基質溶液提供甜乳清粉末的DH%變化的圖示。隨著EDTA之量減少，由於添加新鮮基質後水解程度遵循如針對空白溶液發現的反應速率，因此所測試酶SAVINASE Ultra 16 XL及ALCALASE 2.5L失活。然而，如圖3中所示，添加EDTA及新鮮基質後，所測試ESPERASE 8.0L仍為活性的。參見圖4，隨著EDTA之量增加，由於水解程度遵循與實驗開始時發現的類似的反應速率，因此所測試酶ESPERASE 8.0L及BLAZE Pro 100L在用1.0重量% EDTA進行投配後添加新鮮基質後仍具活性30分鐘。
如表8A中所示之資料表明且圖5中圖示說明，甚至當SAVINASE Ultra 16 XL酶類基質溶液用0.01重量% EDTA投配時，由於添加新鮮基質後，水解程度遵循如針對空白溶液發現的反應速率，因此此黏合劑在使此濃度下之此酶失活方面仍有效。然而，由於添加新鮮基質後，在此減少濃度之EDTA下水解程度不繼續遵循空白溶液的反應速率，因此用濃度低至0.001重量% EDTA或甚至0.005重量% EDTA之投配在使SAVINASE Ultra 16 XL酶失活方面無效。
在pH為10及50℃下，表9A及9B為作為向對應所 提及之酶基質溶液投配之黏合劑的0.115重量%、0.23重量%及0.46重量%之MGDA-Na鹽提供甜乳清粉末之DH%變化。
圖6為用作為黏合劑之0.46重量% MGDA投配之酶基質溶液提供甜乳清粉末的DH%變化的圖示，同時圖7為用作為黏合劑之0.115重量% MGDA投配之酶基質溶液提供甜乳清粉末的DH%變化的圖示。如圖6中所示，由於水解程度遵循與實驗開始時發現的類似反應速率，因此酶BLAZE Pro 100L在添加0.46重量% MGDA與添加新鮮基質後30分鐘仍具活性。然而，由於添加新鮮基質後，水解程度遵循如針對空白溶液發現的反應速率，因此所測試SAVINASE Ultra 16 XL及SAVINASE Evity 16 XL酶藉由0.46% MGDA失活，且至少SAVINASE Ultra 16 XL酶藉由0.115重量% MGDA失活(參見圖7)。
在pH為10及50℃下，表10為作為向對應所提及之酶基質溶液投配之黏合劑的0.33重量% HEDP-Na鹽提供甜乳清粉 末的DH%變化。
圖8提供用作為黏合劑之0.33重量% HEDP投配之酶基質溶液中甜乳清粉末的DH%變化的圖示。如此圖中所示，添加0.33重量% HEDP及添加新鮮基質後30分鐘，針對所測試ESPERASE 8.0L及BLAZE Pro 100L之水解程度遵循與在實驗開始時發現的類似的反應速率，其指示此等酶仍具活性。相比之下，由於添加新鮮基質後，水解程度遵循與空白溶液類似的反應速率，因此所測試SAVINASE及ALCALASE 2.5L藉由添加0.33重量% HEDP而失活。
在pH為10及50℃下，表11向作為向SAVINASE ULTRA 16 XL酶基質溶液投配之各種黏合劑之1.0重量%聚丙烯酸鹽、0.48重量% ATMP及0.57重量% EDTMP的Na鹽提供甜乳清粉末的DH%變化。
圖9提供用作為黏合劑之1.0重量%聚丙烯酸鹽投配之酶基質溶液中甜乳清粉末的DH%變化的圖示。此測試揭示當1.0重量%聚丙烯酸鹽用於使SAVINASE Ultra 16 XL失活時，與實驗開始時相比，添加額外基質(從測試開始40min後)之水解程度遵循顯著減小的速率。然而，與空白溶液相比，反應速率增大，其指示Savinase Ultra 16XL不完全失活。
在pH為10及50℃下，表12為作為向對應所提及之酶基質溶液投配之黏合劑的0.63重量% KTPP提供甜乳清粉末的DH%變化。
在pH為10及50℃下，表13為作為向SAVINASE Ultra 16 XL酶基質溶液投配之黏合劑的0.37重量%及1.0重量% Na-葡萄糖酸鹽提供甜乳清粉末的DH%變化。
在pH為10及50℃下，表14為作為向對應所提及之酶基質溶液投配之黏合劑的0.45重量% HEDTA-Na鹽提供甜乳清 粉末的DH%變化。
在pH為10及50℃下，表15向作為向SAVINASE Ultra 16 XL酶基質溶液投配之各種黏合劑之0.66重量% DTPA、0.08重量% NTA及0.46重量% GLDA的Na鹽提供甜乳清粉末的DH%變化。
在pH為10及50℃下，表16為作為向SAVINASE Ultra 16 XL酶基質溶液投配之各種黏合劑的0.36重量% PBTC及0.75重量% DTPMP提供甜乳清粉末Na鹽的DH%變化。
表17提供測試結果之概述，其中在pH為10及50 ℃下黏合劑之鹽中之各者向酶基質溶液投配。「D」表示酶失活，而「A」表示酶在第二基質添加之後具有活性。「-」表示未測試。如此表所示，在pH為10及50℃下之清洗條件下，大多數所有測試黏合劑展示SAVINASE Ultra 16 XL之失活。某些濃度下的測試黏合劑在使SAVINASE Evity 16 XL失活方面有效。所測試黏合劑在使BLAZE Pro 100L及ESPERASE 8.0L失活方面無效。0.125重量% EDTA及0.33重量% HEDP能夠使ALCALASE 2.5L失活。
表18展示使用SAVINASE Ultra 16 XL之黏合劑測試之鹽的結果。
用SAVINASE Ultra 16 XL之酶清洗可藉由以經識別濃度添加黏合劑而失活，除使用表18中之葡萄糖酸鹽及PBTC之外，在此清洗溶液中無中間物沖洗且無額外失活步驟使用，例如，酸減小pH。此顯著減少總清洗時間且因此加速膜清洗。
表19展示有效使SAVINASE Evity 16 XL酶失活的黏合劑測試之鹽之結果。
表19中之結果展示以類似方式使用黏合劑亦可使SAVINASE Evity 16XL失活，且SAVINASE Evity 16XL亦可用於加速膜清洗程序。
表20展示對BLAZE Pro 100L酶之黏合劑測試之鹽的結果。
表21展示對ESPERASE 8.0L酶之黏合劑測試之鹽的結果。
表22展示對ALCALASE 2.5L酶之黏合劑測試之鹽 的結果。
表22中之結果展示以類似方式使用黏合劑亦可使ALCALASE 2.5L失活，且ALCALASE 2.5L亦可用於加速膜清洗程序。
總之，不意欲受理論束縛，此等測試表明構造用於具有強鈣黏結之酶(諸如BLAZE Pro 100L及ESPERASE 8.0L)往往不易於藉由黏合劑而失活。相反，通常必須施用增大之pH及/或升高之溫度以使酶失活，所述酶在某種程度上或完全耐受此類黏合劑且亦可用於加速膜清洗程序。
[實施例4]
進行此等測試以展示實驗室膜測試設備中本發明之選定清洗方案之工作原理。使用含有四(4)個膜單元之半自動實驗室膜測試設備。此等單元中之各者之膜表面面積為20×5cm2。超過濾(UF)膜類型用於此等測試，且其由可購自Alfa Laval型GR81PP之聚醚碸(PES)製成。四(4)個單元並聯運行且使用自四(4)個單元收集之資訊取均值。此等測試之污染溶液包含含0.55重量%之80重量% WPC酸乳清粉末的軟水。以下識別測試程序之步驟：
1 用苛性鹼溶液清洗新膜：基於氫氧化鈉(NaOH)之溶液，具有pH 12及0.0375重量%之鈉-2-乙基己基硫酸鹽。
2 量測清洗水通量(CWF)或CWF(1)。
3 在初始溫度2-3℃下藉由使用以上所識別之酸乳清溶液實施一(1)小時過濾來實施污染。
4 沖洗
5 量測CWF(2)
6 用所描述清洗溶液進行清洗。
7 沖洗
8 量測CWF(3)
如以上所識別，在污染步驟前後及清洗步驟後量測清洗水通量(CWF)。使用下式以百分比計算CWF：
下表23識別所測試之三種單獨的清洗溶液及此等溶液中之各者之CWF結果。
如表23中之結果展示，用溶液3清洗膜後，CWF完全恢復且視為乾淨的。不需要額外失活步驟或膜濕潤來分別使酶失活及恢復膜之濕潤。在隨後步驟及用於隨後加熱清洗溶液及循環清洗溶液及沖洗步驟之能量需求中，此本發明清洗溶液顯著減少清洗時間以及用於中間物沖洗之水的使用。
另外，將提供濃縮產物調配物，其在清洗過程中用水稀釋時將使以上經識別之溶液之濃度實現。
熟習此項技術者將想到本發明涉及的本文所闡述之本發明之多種修飾及其他具體例，其具有本文之描述中呈現教示內容之益處。熟習此項技術者應瞭解，在不脫離本發明之廣義發明理念之情況下，可對本文所述之具體例作出改變。因此，應理解，本發明不限於所揭示之特定具體例，但預期涵蓋所包含之申請專利範圍所限定的本發明精神及範疇內之修改。

Claims (26)

  1. 一種清洗膜之方法，包括：預沖洗所述膜(10)；使用包括酶及pH與所述酶相容的試劑之溶液清洗所述膜，所述組成物之溫度與所述膜相容；防止所述溶液中之任何二價離子沉澱(20)；降低所述酶之活性(30)；及後沖洗所述膜以移除所述溶液(40)。
  2. 如請求項1之方法，其中，所述溶液另外包括黏合劑。
  3. 如請求項2之方法，其中，所述黏合劑包括以下中之至少一種：乙二胺四乙酸(EDTA)及其任何鹽、(羥乙基)乙二胺三乙酸(HEDTA)及其任何鹽、三聚磷酸鉀(KTPP)、膦酸及其任何鹽、氮基三乙酸(NTA)及其任何鹽、二伸乙基三胺五乙酸(DTPA)及其任何鹽、葡萄糖酸(GA)及其任何鹽、麩胺酸二乙酸(GLDA)及其任何鹽、甲基甘胺酸二乙酸(MGDA)及其任何鹽、亞胺基二琥珀酸(IDS)及其任何鹽、胺基羧酸及其任何鹽、羥基乙烷二膦酸(HEDP)及其任何鹽、胺基參(亞甲基膦酸)(ATMP)及其任何鹽、2-膦酸丁烷-1,2,4-三甲酸(PBTC)及其任何鹽、乙二胺四(亞甲基膦酸)(EDTMP)及其任何鹽、二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)(DTPMP)及其任何鹽、聚丙烯酸鹽、丙烯酸-順丁烯二酸共聚物及其任何鹽及葡萄糖酸鈉(Na-葡萄糖酸鹽)。
  4. 如請求項3之方法，其中，按所述溶液之總重量計，所述黏合劑的濃度為約0.001重量%至約1重量%。
  5. 如請求項3之方法，其中，所述聚丙烯酸鹽包括分子量在約 2.5k至約5k範圍內之部分中和的聚丙烯酸。
  6. 如請求項1之方法，其中，所述溶液另外包括表面活性劑。
  7. 如請求項6之方法，其中，所述表面活性劑包括陰離子、非離子及兩性表面活性劑中之至少一種。
  8. 如請求項1之方法，其中，降低所述酶之活性(30)包括將失活黏合劑添加至所述溶液中。
  9. 如請求項8之方法，其中，所述失活黏合劑包括以下中之至少一種：乙二胺四乙酸(EDTA)及其任何鹽、(羥乙基)乙二胺三乙酸(HEDTA)及其任何鹽、三聚磷酸鉀(KTPP)、膦酸及其任何鹽、氮基三乙酸(NTA)及其任何鹽、二伸乙基三胺五乙酸(DTPA)及其任何鹽、麩胺酸二乙酸(GLDA)及其任何鹽、甲基甘胺酸二乙酸(MGDA)及其任何鹽、亞胺基二琥珀酸(IDS)及其任何鹽、胺基羧酸及其任何鹽、羥基乙烷二膦酸(HEDP)及其任何鹽、胺基參(亞甲基膦酸)(ATMP)及其任何鹽、2-膦酸丁烷-1,2,4-三甲酸(PBTC)及其任何鹽、乙二胺四(亞甲基膦酸)(EDTMP)及其任何鹽、二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)(DTPMP)及其任何鹽、聚丙烯酸鹽及丙烯酸-順丁烯二酸共聚物及其任何鹽。
  10. 如請求項9之方法，其中，按所述溶液之總重量計，所述失活黏合劑的濃度為約0.005重量%至約1重量%。
  11. 如請求項8之方法，其中，所述失活黏合劑比所述酶之重量比為至少約0.2g黏合劑/公克酶。
  12. 如請求項11之方法，其中，所述失活黏合劑之重量比為約0.2至約200g黏合劑/公克酶。
  13. 如申請求項11之方法，其中，所述失活黏合劑之重量比為約 0.2至約80g黏合劑/公克酶。
  14. 如請求項1之方法，其中，降低所述酶之活性(30)包括將還原劑添加至所述溶液中。
  15. 如請求項14之方法，其中，所述還原劑包括二硫亞磺酸鈉。
  16. 如請求項15之方法，其中，所述二硫亞磺酸鈉濃度為至少約0.2重量%。
  17. 如請求項16之方法，其中，所述二硫亞磺酸鈉濃度為約0.25重量%至約10重量%。
  18. 如請求項16之方法，其中，所述二硫亞磺酸鈉濃度為約0.25重量%至約2.5重量%。
  19. 如請求項1之方法，其中，降低所述酶之活性(30)包括提高所述溶液pH及升高所述溶液之溫度中之至少一種。
  20. 如請求項19之方法，其中，所述pH提高至約11至約13。
  21. 如請求項19之方法，其中，所述溫度升高至約50℃至約85℃。
  22. 如請求項19之方法，其中，所述pH提高至約12.0至約13.0，且所述溫度升高至約50℃至約60℃。
  23. 如請求項19之方法，其中，所述pH提高至約11.0至約12.0，且所述溫度升高至約60℃至約85℃。
  24. 如請求項1之清洗膜之方法，其中，所述膜已用於處理蛋白質。
  25. 如請求項24之清洗膜之方法，其中，所述膜已用於處理酸乳清、甜乳清及脫脂牛奶中的一者。
  26. 一種清洗膜之方法，包括：用包括水之預沖洗溶液預沖洗約2分鐘至約30分鐘之時段(10)； 使用包括酶及pH與所述酶相容的試劑之溶液清洗所述膜達約2分鐘至約45分鐘之時段，防止所述溶液中之任何二價離子沉澱(20)；藉由添加黏合劑及還原劑中之至少一種來降低所述酶之活性；任選地，降低所述酶之活性包括提高所述溶液pH及升高所述溶液溫度中之至少一種；降低所述酶之活性(30)至多約40分鐘；以及用包括水之後沖洗溶液後沖洗約2分鐘至約30分鐘之時段(40)。
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