1 Лекции 17,18 Конечные стадии биотехноло- гических производств

2 Выделение инактивированной биомассы Микробиологические концентраты представляют собой высушенные до определенной влажности (обычно %) культуральные жидкости. Основные технологические операции при получении концентратов – упаривание (до %) и сушка. 2

3 Формы связи влаги с материалом : связанная вода (вода, находящаяся в порах и капиллярах материала); физико-механически связанная вода (вода, находящаяся в порах и капиллярах материала); связанная вода – адсорбционно связанная влага; физико-химически связанная вода – адсорбционно связанная влага; связанная влага – вода, которая может быть удалена из материала только при химическом воздействии или при интенсивной тепловой обработке. химически связанная влага – вода, которая может быть удалена из материала только при химическом воздействии или при интенсивной тепловой обработке. Остаточная влага 1-3 % в сухих биопрепаратах обеспечивает стабильность их структуры. 2

4 Классификация сушилок 2

5 Виды сушки (по способу подвода тепла): – путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом. Конвективная – путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом. – путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку. Контактная – путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку. Специальная радиационная – путем передачи тепла инфракрасными лучами; радиационная – путем передачи тепла инфракрасными лучами; диэлектрическая – путем нагревания в поле токов высокой частоты; диэлектрическая – путем нагревания в поле токов высокой частоты; сублимационная сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме). сублимационная сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме). 2

6 Контактное высушивание 2

7 2

8 Конвективный метод сушки об/мин20-60 мкм °С 90 °С 2

9 Конвективный метод сушки 2

10 Конвективный метод сушки 2

11 Модификации «кипящего слоя»: механические побудители, инертная насадка, вибрационные колебания 2

12 Выделение жизнеспособных микроорганизмов Анабиоз - способность микроорганизмов при обезвоживании прекращать заметную жизнедеятельность на длительное время и возобновлять ее при последующем обводнении. Анабиоз - способность микроорганизмов при обезвоживании прекращать заметную жизнедеятельность на длительное время и возобновлять ее при последующем обводнении. Сублимационная (лиофильная, молекулярная) сушка – это сушка материалов в замороженном состоянии под вакуумом, в результате которой находящаяся в материале влага переходит в пар, минуя жидкое состояние, т.е. сублимирует. Сублимационная (лиофильная, молекулярная) сушка – это сушка материалов в замороженном состоянии под вакуумом, в результате которой находящаяся в материале влага переходит в пар, минуя жидкое состояние, т.е. сублимирует. Технология открыта в 1929 г. советским ученым Лаппой-Старженецким Технология открыта в 1929 г. советским ученым Лаппой-Старженецким 3

13 Технология сушки 4,58 мм.рт.ст. 0,0098 °С 4,58 мм.рт.ст. 0,0098 °С 1,0 мм.рт.ст. -17,5 °С 1,0 мм.рт.ст. -17,5 °С 0,1 мм.рт.ст. -39,3 °С 0,1 мм.рт.ст. -39,3 °С 0,001 мм.рт.ст. -57,6 °С 0,001 мм.рт.ст. -57,6 °СПреимущества: остаточное содержание влаги в продукте 1-3 %; остаточное содержание влаги в продукте 1-3 %; возможность сушки в емкостях (флаконы, ампулы) под вакуумом снижает окислительную денатурацию продукта; возможность сушки в емкостях (флаконы, ампулы) под вакуумом снижает окислительную денатурацию продукта; масса удаленной влаги легко определяется по снижению веса продукта. масса удаленной влаги легко определяется по снижению веса продукта. 3

14 Этапы сублимационной сушки: подготовка материала, подготовка материала, замораживание, замораживание, первичное высушивание (сублимация в вакууме), первичное высушивание (сублимация в вакууме), вторичное высушивание (вакуумная десорбция), вторичное высушивание (вакуумная десорбция), упаковки высушенного продукта упаковки высушенного продукта 3

15 Подготовка биомассы Добавки в концентрированную суспензию микроорганизмов в определенном количестве защитной среды («криопротекторов»), которая предохраняет клетки от гибели при замораживании и последующем высушивании. Добавки в концентрированную суспензию микроорганизмов в определенном количестве защитной среды («криопротекторов»), которая предохраняет клетки от гибели при замораживании и последующем высушивании. Защитные среды: используют коллоидные и гидрофильные вещества (белки, аминокислоты, углеводы, например, лактоза, сахароза, манитолл, сорбитол, декстран, поливинилпирролидон и др.), которые Защитные среды: используют коллоидные и гидрофильные вещества (белки, аминокислоты, углеводы, например, лактоза, сахароза, манитолл, сорбитол, декстран, поливинилпирролидон и др.), которые замедляют внутриклеточное образование льда, замедляют внутриклеточное образование льда, уменьшают концентрирование электролитов уменьшают концентрирование электролитов защищают клетки от глубокого необратимого обезвоживания защищают клетки от глубокого необратимого обезвоживания 3

16 Замораживание – это отвод тепла из продукта за счет теплоты испарения с понижением температуры ниже точки замерзания и образования кристаллов льда Факторы, определяющие выживаемость микроорганизмов: Температура (давление 0,1-1,0 мм.рт.ст.) Температура (давление 0,1-1,0 мм.рт.ст.) Эвтектическая температура – наибольшая температура, при которой происходит кристаллизация высушиваемого материала (полное отсутствие свободной влаги) (от -25 до -70 °С ). Скорость замораживания (оптимальная 1 мм/мин) Скорость замораживания (оптимальная 1 мм/мин) 3

17 Способы замораживания биомассы контактное замораживание на охлажденных полках, контактное замораживание на охлажденных полках, конвективное замораживание охлажденным газом, конвективное замораживание охлажденным газом, комбинированное замораживание (контакт и вентиляция), комбинированное замораживание (контакт и вентиляция), кондуктивное замораживание погружением в охлажденную ванну. кондуктивное замораживание погружением в охлажденную ванну. Выбор способа замораживания определяется свойствами микроорганизмов, подвергаемых сублимационной сушке. 3

18 Первичное высушивание (сублимация) Сублимация – удаление связанной влаги путем перехода влаги, находящейся в материале в виде льда, в пар, минуя жидкое состояние. Сублимация – удаление связанной влаги путем перехода влаги, находящейся в материале в виде льда, в пар, минуя жидкое состояние. Остаточное содержание влаги в продукте 7-10 %. Остаточное содержание влаги в продукте 7-10 %. 3

19 Вторичное высушивание (десорбция) удаление части влаги, которая не замерзает даже при очень низких температурах (адсорбированной влаги). удаление части влаги, которая не замерзает даже при очень низких температурах (адсорбированной влаги). Остаточное содержание влаги в продукте 2-3 %. Остаточное содержание влаги в продукте 2-3 %. 3

Установки для сублимационной сушки периодического действия 20 3

21 Установки для сублимационной сушки непрерывного действия 3

Тема следующей лекции: Выделение продуктов биосинтеза из культуральной жидкости Выделение продуктов биосинтеза из культуральной жидкости Экстракция, адсорбция, ионный обмен Экстракция, адсорбция, ионный обмен 22