1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Біологія
  3. Концентрування та висушування біопрепаратів

Концентрування та висушування біопрепаратів

У культуральної рідини після закінчення процесу ферментації містяться мікроорганізми, продукти їх життєдіяльності, залишки поживного середовища, піногасник, розчинні і нерозчинні речовини. Цільовим продуктом біосинтезу можуть бути безпосередньо самі мікроорганізми, або їх метаболіти, розчинені в культуральній рідині або знаходяться всередині клітин мікроорганізмів.

Майже у всіх випадках для отримання цільового продукту необхідно відокремити зважену фазу – масу мікроорганізмів від культуральної рідини.

Культуральні рідини зазвичай є складними сумішами і містять велику кількість компонентів, багато з яких мають близькі фізико-хімічними властивостями.
Публікуйте ваші матеріали для студентів, вчителів та педагогів!

Сайт знайомств з можливістю просування анкети

Розмісти свій сайт на хостингу AGAVA! Зручно і Просто!
Поряд з розчиненими мінеральними солями, вуглеводами, білками і іншими органічними речовинами культуральні рідини містять в значній кількості полідисперсні колоїдні частинки і суспензії. Отже, вони є не тільки багатокомпонентними розчинами, а й суспензиями. Дисперсна фаза цих суспензій складається з міцелію або клітин мікроорганізмів, а також з твердих частинок, що містяться в багатьох поживних середовищах – борошна, пластівців з кукурудзяного екстракту і т. П. Вміст мікроорганізмів у культуральної рідини, як правило, дуже низька. В 1 л міститься зазвичай 5-10 г сухої біомаси. Відділення такої кількості зваженої фази-важка технологічна задача, яку доводиться вирішувати шляхом концентрування біомаси різними способами (флотірованіе, сепарування, упаривание).

У виробничих умовах доводиться витрачати значну кількість енергії на обробку великих обсягів труднофільт-руемих суспензій.

Способи відділення клітинної біомаси мікроорганізмів від культуральної рідини можна розділити на:

– Механічні (відстоювання, фільтрування, центрифугування)

– Теплотехнічні (сушіння).

Залежно від кінцевої мети вибирають різні поєднання цих способів. При виборі схеми концентрування та вилучення біомаси проводять попередню економічну оцінку обраного способу з урахуванням товарної форми біопрепаратів, концентрації мікроорганізмів в культуральної рідини та ін.

Більшість цільових продуктів мікробіологічного синтезу нестабільні і схильні до впливу різних факторів. Білки, наприклад, виключно чутливі до нагрівання, зміни рН середовища, до багатьох фізичних і хімічних впливів.

Дуже часто виділити цільовий продукт за допомогою одного методу практично неможливо. Тому застосовують комбінацію декількох методів.

1.Метод виділення і концентрації ПРОДУКТІВ мікробіологічного синтезу

При виборі методу виділення та концентрування того чи іншого продукту мікробіологічного синтезу необхідно враховувати наступні фактори:

1. Фізико-хімічні властивості культуральної рідини.

2. Властивості виділяється продукту (термолабильность, стійкість до різних хімічних агентів та ін.).

3. Вимоги до кінцевої формі продукту (ступінь чистоти і ступінь концентрування).

4. Технологічні та техніко-економічні показники (вихід продукту, продуктивність обладнання, необхідність подальшої обробки та ін.).

Всі методи виділення продуктів мікробіологічного синтезу з культуральної рідини ділять на дві групи:

1. Екстракція, іонний обмін, адсорбція, кристалізація – якщо цільовий продукт в розчині.

2. Осадження, фільтрування, центрифугування, сепарування – якщо цільовий продукт у вигляді твердої фази.

Часто неможливо виділити цільовий продукт за допомогою одного методу, тоді застосовують комбінацію декількох методів і в процесі виділення переводять продукт з розчинної форми в нерозчинну (або навпаки). Як правило, при виділенні розчинених речовин культуральну рідину доводиться піддавати попередній обробці і очищення за допомогою осадження, фільтрування, центрифугування, сепарування і мембранних методів (електродіаліз, ультра – і мікрофільтрація).

1.1. ОСАДЖЕННЯ

Осадження (седиментація) – це процес розшарування дисперсних систем під дією сили тяжіння і відділення дисперсної фази у вигляді осаду.

Найпростіший випадок седиментации – відстоювання застосовують у наступних випадках:

1. При діаметрі часток більше 3 мкм, коли броунівський рух не робить істотного впливу на процес відстоювання.

2. При виділенні стабільних продуктів, коли фактор часу не має вирішального значення.

3. При більш низьких, ніж при інших методах, витратах.

4. В особливих випадках, коли необхідно розділити частки на фракції за розміром чи щільності на підставі їх різних швидкостей осадження.

5. Якщо необхідно попередньо розділити суспензію на дві фракції – осад і надосадову рідину, які в подальшому можна обробляти на різному устаткуванні.

Швидкість осадження біомаси з культуральної рідини невелика і складає порядку 10-6 – 10-7 м / с.

Для прискорення процесу осадження застосовують:

1. Коагулянти – речовини, що переводять зважені частинки в агрегатно-нестійкий стан.

2. Флокулянти – речовини, що сприяють руйнуванню колоїдних структур і утворення великих пластівців.

В якості коагулянтів застосовують звичайно желатин, рибний клей, казеїн, як флокулятов – метилцеллюлозу, пектин, альгінат натрію тощо.

1.2. ЦЕНТРИФУГУВАННЯ

Центрифугування – це поділ неоднорідних систем під впливом поля відцентрових сил.

Для центрифугування застосовують центрифуги різних конструкцій.

Центрифуги, що мають високий фактор поділу і оснащені тарілчастим барабаном називають сепараторами. У мікробіологічної промисловості сепаратори є одним з найпоширеніших типів центрифуг. Сепаратори дозволяють сконцентрувати осад до вологості 60-90%.

В останні роки з’явилися спеціальні герметичні сепаратори, що дозволяють вести процес сепарування в автоматизованому режимі, оптимально підібраному для специфічних умов конкретних культуральних рідин.

Області застосування центрифугування:

1. Виділення біомаси з культуральної рідини (дріжджі, бактерії, гриби).

2. Відділення різних цільових продуктів мікробіологічного синтезу (антибіотики, ферменти, вітаміни та ін.), Переведених попередньо в тверду фазу.

3. Поділ емульсій, що утворюються при екстракції.

Недоліки центрифугування:

1. Складність конструкції, висока енергоємність і вартість.

2. Складність експлуатації (ненадійність, вібрація, шум, необхідність періодичної розбирання і миття).

3. Вплив на клітину відцентрової сили, нагрівання, труднощі герметизації і забезпечення асептичних умов ведення процесу.

Головні переваги центрифугування і сепарування – висока продуктивність і високий ступінь концентрування – дозволяють успішно конкурувати з іншими способами виділення і концентрування як в промислових, так і в лабораторних умовах.

1.3. ФІЛЬТРУВАННЯ

Фільтрування – це поділ твердої і рідкої фаз суспензії при пропущенні її через пористу перегородку.

Кінцева мета фільтрування – отримання твердої або рідкої фази (коли одна з них є відходом), а також одночасне отримання твердої і рідкої фаз.

Фільтрування – гідродинамічний процес, швидкість якого прямо пропорційна різниці тисків, створюваної по обидва боки фільтрувальної перегородки і обернено пропорційна опору, який випробують рідиною при її русі через пори перегородки і шар утвореного осаду.

На процес фільтрування впливає ряд факторів, які можна розділити на дві групи:

1. Макрофактори – різниця тисків, товщина шару осаду, в’язкість рідкої фази та ін. Ці фактори свідомо відомі і контролюються за допомогою приладів.

2. микрофакторов – розмір і форма частинок осаду і пір фільтрувальної перегородки, товщина подвійного електричного шару на поверхні частинок і ін. Ці фактори менш вивчені і їх характеризують лише непрямими методами. Саме мікрофактори мають вирішальний вплив на процес фільтрування і ускладнюють його масштабування.

При фільтруванні культуральної рідини утворюються здебільшого драглисті пластівчасті або дрібнозернисті опади, що володіють великим опором. Середня швидкість фільтрації при цьому складає всього 50 л / м2 на годину.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Гіпотеза сімбіогенеза