1 Лекция 21,22 Выделение продуктов метаболизма из культуральной жидкости

2 Кристаллизация из растворов Кристаллизация - выделение из раствора твердого кристаллического вещества. Кристаллизация - выделение из раствора твердого кристаллического вещества. Цели кристаллизации: получение из раствора растворенного вещества в кристаллической форме; получение из раствора растворенного вещества в кристаллической форме; очистка кристаллического вещества (перекристаллизация). очистка кристаллического вещества (перекристаллизация). 4

3 Физико-химические основы кристаллизации из растворов Растворы – однофазные системы переменного состава, образованные не менее чем двумя независимыми компонентами. Ненасыщенным называется такой раствор, который способен в данных условиях растворить в себе еще некоторое количество содержащегося в нем вещества. К насыщенным относятся растворы, которые не изменяют своего состава, находясь в контакте с кристаллами растворенных в них веществ. Содержание растворенного вещества в насыщенном растворе соответствует его растворимости при данных условиях. Пересыщенным называется раствор, в котором содержание какого-либо вещества в растворенном виде превышает его растворимость в данных условиях. 4

4 Физико-химические основы кристаллизации из растворов 4

5 Процесс кристаллизации состоит из двух фаз: образование зародышей кристаллов (центров кристаллизации) образование зародышей кристаллов (центров кристаллизации) рост кристаллов. рост кристаллов. Обе фазы зависят от степени перенасыщения раствора. 4

6 Образование зародышей кристаллов В сильно пересыщенном растворе - самопроизвольное кристаллообразование. В незначительно пересыщенном растворе – при наличии инициирующих центров кристаллизации (веществ с близкой структурой кристаллической решетки): если раствор «затравлен» небольшим количеством одинаковых кристаллов, если внутренняя стенка сосуда имеет шероховатости или микротрещины если в растворе присутствует микропримеси, например мельчайшие частицы загрязнений. На скорость зародышеобразования влияют: Перемешивание + присутствие примесей (растворимых и нерастворимых) + температура - 4

7 Механизмы роста кристаллов: слоистый и блоковый Полиморфизм – в зависимости от термодинамических условий одно и то же вещество может образовывать разные по симметрии и форме кристаллы Полиморфизм – в зависимости от термодинамических условий одно и то же вещество может образовывать разные по симметрии и форме кристаллы Полиморфные модификации обозначают, β, Полиморфные модификации обозначают, β, 4

8 Перекристаллизация Примеси: сосредоточенные на поверхности кристаллов и в межкристальной жидкости (маточном растворе); сосредоточенные на поверхности кристаллов и в межкристальной жидкости (маточном растворе); входящие в кристаллическую решетку в виде различных включений. входящие в кристаллическую решетку в виде различных включений. Способ очистки: промывка растворителем или чистым маточным раствором; промывка растворителем или чистым маточным раствором; Перекристаллизация (однократная или многократная) Перекристаллизация (однократная или многократная) Форма и размер кристаллов оказывает существенное влияние на их технологические свойства (фильтруемость, слеживаемость и др.) 4

9 Факторы, влияющие на процесс кристаллизации Крупные кристаллы Мелкие кристаллы Сильное пересыщение Интенсивное движение Обилие центров кристаллизации Быстрое охлаждение Небольшое пересыщение Вялое движение Минимум центров кристаллизации Медленное охлаждение 4

10 Способы кристаллизации (способы создания пересыщения) Путем охлаждения (кристаллизация при охлаждении) – Путем охлаждения (кристаллизация при охлаждении) – используется при сильной зависимости растворимости вещества от температуры Путем выпаривания (кристаллизация при испарении) - Путем выпаривания (кристаллизация при испарении) - универсальный Путем вымораживания Путем вымораживания Путем высаливания Путем высаливания Химической реакцией Химической реакцией Комбинированное (вакуумная кристаллизация) – Комбинированное (вакуумная кристаллизация) – для термолабильных веществ 4

11 Высаливание Химическая реакция способ выкристаллизовывания, при котором перенасыщение раствора достигается за счет добавления в раствор второй, легкорастворимой соли способ выкристаллизовывания, при котором перенасыщение раствора достигается за счет добавления в раствор второй, легкорастворимой соли выпадение в осадок растворенного вещества, благодаря добавлению в раствор подходящего реагента переходящего в нерастворимое химическое соединение, самопроизвольно выпадающее кристаллами выпадение в осадок растворенного вещества, благодаря добавлению в раствор подходящего реагента переходящего в нерастворимое химическое соединение, самопроизвольно выпадающее кристаллами 4

12 Классификация кристаллизаторов: по способу создания пресыщения изогидрические – с охлаждением раствора, изотермические – с удалением части раствора, комбинированные - вакуумные; по способу вывода кристаллов из аппарата через классификатор без классификатора по принципу организации процесса периодические непрерывные. 4

13 Изогидрические кристаллизаторы 4

14 Изогидрические кристаллизаторы Недостатки: зарастание теплопередающей поверхности солеотложениями (инкрустациями): подача охлаждения через некоторое время после заполнения кристаллизатора горячим раствором; поддержание разницы температур хладвгента и кристаллизуемого раствора 5-8 град.; увеличение интенсивности перемешивания засорение сливного отверстия кусками удаляемых солеотложений – использование специального клапана в нижнем спуске 4

15 4

16 4

17 Изотерми- ческие кристал- лизаторы 4

18 Вакуум- кристаллизатор 4

19 4

20 Основная технологическая схема выделения и очистки антибиотиков 4

21 Модификация продуктов биосинтеза химическая химическая физическая физическая Способы стабилизации продуктов (сохранение требуемых свойств при хранении реализации и использовании) Физический (обезвоживание, грануляция) Физический (обезвоживание, грануляция) Биотехнологический (использование микроорганизмов) Биотехнологический (использование микроорганизмов) Химический (добавка различных веществ) Химический (добавка различных веществ) 5