1 Лекции 15, 16 Выделение целевых продуктов микробиологического синтеза 1 Концентрирование и отделение биомассы от культуральной жидкости 2 Выделение инактивированной биомассы 3 Выделение жизнеспособных микроорганизмов 4 Выделение продуктов метаболизма из культуральной жидкости 5 Модификация и стабилизация продуктов

2 Конечные стадии биотехноло- гических производств

3 При выборе метода выделения и очистки учитывают факторы: свойства культуральной жидкости (вязкость, рН, температура и др.); свойства выделяемого продукта (термолабильность, химическая стойкость и др.); требования к конечной форме продукта (общая и биологическая концентрация, лекарственная форма, степень чистоты и др.); технологические и технико-экономические показатели.

4 Концентрирование и отделение биомассы от культуральной жидкости Механические способы: отстаивание, отстаивание, флотирование, флотирование, фильтрование, фильтрование, центрифугирование центрифугирование Проблема! Культуральные жидкости - многокомпонентные растворы и, одновременно, суспензии. 1

5 Осаждение (седиментация) – процесс, в котором при добавлении некоторых реагентов или при изменении физико- химических условий происходит расслоение дисперсных систем под действием силы тяжести и отделение дисперсной фазы в виде нерастворимого осадка. Методы седиментации: отстаивание (осаждения частиц диаметром более 3 мкм); коагуляция, флокуляция (использование вещества, способствующие седиментации: коагулянты (вещества, переводящие взвешенные частицы в агрегатно неустойчивое состояние) и флокулянты (вещества, способствующие разрушению коллоидных структур и образованию крупных хлопьев)); высаливание (осаждение белков высококонцентрированными нейтральными солями (сульфат аммония, сульфат натрия)); осаждение органическими растворителями (метиловый, этиловый, изопропиловый спирты, изопропаноламин); осаждение высокомолекулярными полимерами (декстраны, полисахариды, полиэтиленгликоль); осаждение ионами металлов;, лактоза, кизельгур). применение носителей (крахмал, лактоза, кизельгур). 1

6 (для концентрирования дрожжей) Флотация (для концентрирования дрожжей) 1

7 Фильтрование Способы улучшения фильтруемости: основана она на денатурации белка при повышенной температуре. Тепловая коагуляция основана она на денатурации белка при повышенной температуре. широко применяется в производстве антибиотиков, которые сравнительно устойчивы при низком значении рН раствора. Кислотная коагуляция широко применяется в производстве антибиотиков, которые сравнительно устойчивы при низком значении рН раствора. Для ускорения фильтрования культуральной жидкости широко практикуется (силикатные порошки (перлит, диатомит и др.) или древесная мука). Для ускорения фильтрования культуральной жидкости широко практикуется применение фильтровальных порошков (силикатные порошки (перлит, диатомит и др.) или древесная мука). непосредственно в культуральной жидкости при добавлении реагентов, образующих в ней нерастворимый осадок (соли Са, Ва, Fe, A1 и др., образующие в водной среде осадки с анионами серной, фосфорной, щавелевой и других кислот). метод образования наполнителя непосредственно в культуральной жидкости при добавлении реагентов, образующих в ней нерастворимый осадок (соли Са, Ва, Fe, A1 и др., образующие в водной среде осадки с анионами серной, фосфорной, щавелевой и других кислот). – флокулянтами. обработка высокомолекулярными полиэлектролитами – флокулянтами. 1

8 Поверхность фильтрации м2 Диаметр барабана 1-3 м Длина барабана 3,5-4,0 м Частота вращения от 0,1 до 3 об/мин Мощность двигателей фильтра 0,1-4,5 кВт. 1

9 Рамный фильтр-пресс 1

10 Центрифугирование Применяется, если: суспензия фильтруется слишком медленно; суспензия фильтруется слишком медленно; возникает необходимость максимального освобождения культуральной жидкости от содержащихся в ней частиц; возникает необходимость максимального освобождения культуральной жидкости от содержащихся в ней частиц; требуется обеспечить непрерывный процесс сепарации, когда фильтры рассчитаны на периодическое действие. требуется обеспечить непрерывный процесс сепарации, когда фильтры рассчитаны на периодическое действие. 1

11 Центрифуги классифицируют: по величине фактора разделения (тихоходные менее 1000, скоростные до 5000 и сверхцентрифуги более 5000): по величине фактора разделения (тихоходные менее 1000, скоростные до 5000 и сверхцентрифуги более 5000): где w – угловая скорость течения жидкости, R – радиус барабана, R – радиус барабана, g – ускорение поля тяжести; g – ускорение поля тяжести; по физической сущности процесса – осадительные (отстойные) и фильтрующие; по физической сущности процесса – осадительные (отстойные) и фильтрующие; по характеру работы (периодические и непрерывные); по характеру работы (периодические и непрерывные); по конструкции опор и расположению оси барабана (подвесные вертикальные (на колонках), вертикальные стоячие (с подпертым валом), горизонтальные, наклонные); по конструкции опор и расположению оси барабана (подвесные вертикальные (на колонках), вертикальные стоячие (с подпертым валом), горизонтальные, наклонные); по способу выгрузки осадка (центрифуги с выгрузкой ручной, гравитационной, шнековой, ножами и скребками, пульсирующими поршнями и др.). по способу выгрузки осадка (центрифуги с выгрузкой ручной, гравитационной, шнековой, ножами и скребками, пульсирующими поршнями и др.). 1

12 1

13 1

14 К вопросу о разделении суспензий 1

15 Центрифуги со скоростью вращения ротора до об/мин и оснащенные тарельчатым барабаном называют сепараторами По технологическому назначению сепараторы делят на три класса: По технологическому назначению сепараторы делят на три класса:, применяемые для выделения жидкостей, не растворимых одна в другой, и для концентрирования суспензий и эмульсий; сепараторы-разделители, применяемые для выделения жидкостей, не растворимых одна в другой, и для концентрирования суспензий и эмульсий;, предназначенные для выделения твердых частиц (в том числе клеток из жидкости); сепараторы осветлители, предназначенные для выделения твердых частиц (в том числе клеток из жидкости); для выполнения двух или более операций переработки жидкой смеси. комбинированные сепараторы для выполнения двух или более операций переработки жидкой смеси. 1

Бактофуга «Альфа Лаваль» 16 1

Сепаратор-декантер 17 1

18 1

19 Упаривание – концентрирование растворов путем частичного удаления растворителя испарением при нагревании жидкостей Концентрация сухих веществ в упаренной культуральной жидкости % Концентрация сухих веществ в упаренной культуральной жидкости % Температура ºС Температура ºС Время – индивидуально для каждого продукта Время – индивидуально для каждого продукта Давление ? Давление ? 1

20 Однокорпусная и многокорпусная выпарная установка 1

21 Мембранные методы разделения (концентрирования) продуктов биосинтеза Коллоидные частицы микроорганизмы Микроэмульсии Молекулы Ионы Углеводы, соли 1

22 Преимущества мембранных методов: концентрирование и очистка происходят без изменения агрегатного состояния и фазовых превращений; концентрирование и очистка происходят без изменения агрегатного состояния и фазовых превращений; перерабатываемый продукт не подвергается тепловым и химическим воздействиям; перерабатываемый продукт не подвергается тепловым и химическим воздействиям; механическое и гидродинамическое воздействие на биологический материал незначительно; механическое и гидродинамическое воздействие на биологический материал незначительно; легко обеспечивают герметичность и асептические условия; легко обеспечивают герметичность и асептические условия; аппаратурное оформление просто по конструкции, компактно, отсутствуют движущиеся детали; аппаратурное оформление просто по конструкции, компактно, отсутствуют движущиеся детали; процесс не обладает высокой энергоемкостью, а в большинстве случаев энергия затрачивается только на перекачивание растворов. процесс не обладает высокой энергоемкостью, а в большинстве случаев энергия затрачивается только на перекачивание растворов.Недостатки: некоторые материалы, из которых изготавливаются мембраны, не выдерживают очень высоких и очень низких значений рН или высоких температур и быстро изнашиваются; некоторые материалы, из которых изготавливаются мембраны, не выдерживают очень высоких и очень низких значений рН или высоких температур и быстро изнашиваются; возникают определенные трудности при обработке суспензий. возникают определенные трудности при обработке суспензий. 1

23 Требования к промышленным установкам для мембранной фильтрации большая рабочая поверхность мембран в единице объёма аппарата; большая рабочая поверхность мембран в единице объёма аппарата; простота в сборке и монтаже; простота в сборке и монтаже; равномерное распределение жидкости над мембранной поверхностью при движении жидкости по секциям или элементам аппарата и высокая скорость ее течения; равномерное распределение жидкости над мембранной поверхностью при движении жидкости по секциям или элементам аппарата и высокая скорость ее течения; сравнительно небольшой перепад давления в аппарате; сравнительно небольшой перепад давления в аппарате; механическая прочность, герметичность и т. д. механическая прочность, герметичность и т. д. 1

24 Типы аппаратов для мембранной фильтрации по способу укладки мембран: аппараты типа «фильтр-пресс» с плоскокамерными фильтрующими элементами; аппараты типа «фильтр-пресс» с плоскокамерными фильтрующими элементами; аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами; аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами; аппараты с рулонными или спиральными фильтрующими элементами; аппараты с рулонными или спиральными фильтрующими элементами; аппараты с мембранами в виде полых волокон. аппараты с мембранами в виде полых волокон. Конструкции промышленных установок компонуются отдельными стандартными модулями из мембранных элементов, которые компактны и взаимозаменяемы. 1

25 Аппараты типа «фильтр-пресс» 1

26 Аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами 1

27 Аппараты с фильтрующими элементами рулонного типа или спиральными 1

28 Аппараты с мембранами в виде полых волокон 1

Тема следующей лекции: Выделение инактивированной биомассы Выделение жизнеспособных микроорганизмов Сушка 29