etapa Postfermentatsionnaya
etapa Postfermentatsionnaya furnizează produse finite vandabile și, de asemenea, eliminarea deșeurilor și subproduse. Lichidul de cultură se formează în procesul de fermentație, este un sistem polifazat complex: fază apoasă conține celula producător, produsele lor metabolice, nu componentele consumate ale mediului nutritiv, cele mai mici picături de grăsime și bule de aer.
În funcție de scopul produsului final (pentru sănătate, aplicații tehnice, agricultura și așa mai departe. D.), Localizarea produsului final (celulă sau cultură fluid) și natura sa la etapa postfermentatsionnoy aplică diverse aparate, metode de izolare și purificare (Fig. 2.3 ). Izolarea cea mai laborioasă a produsului acumulat în celule.
Fig. 2.3. Posibile metode de izolare a produsului dorit
Primul pas este o etapă de fracționare postfermentatsionnoy cultură bulion și separarea unei faze ponderată - biomasă. Cea mai comună metodă în acest scop - separare, efectuate în dispozitive speciale - separatoare, care operează sub diferite scheme, în funcție de proprietățile mediului lichid tratat.
Principalele probleme apar atunci când nevoia de a aloca dimensiune melkovzveshennyh particulelor de 0,5-1,0 microni sau mai puțin (celule bacteriene) și procesarea unor volume mari de lichid (producția de proteine hrana). Pentru a îmbunătăți eficiența procesului de separare a aplicat un tratament special prealabilă a culturii - modificarea pH-ului, de încălzire, adăugarea de agenți chimici.
Fracționarea extractelor de biomasă
S-a obținut prin biosinteză produselor (fermentate) întotdeauna sunt într-un amestec complex cu alte deșeuri ale aceluiași sistem biosintetice, daca celulele de cultura microbiană, celule de animale sau de plante, sau chiar un întreg organism. Cea mai importantă sarcină a biotehnologiei este de a curăța produsul dorit din acest amestec complex. Produsul țintă poate fi fie într-o celulă sau în afara ei - în mediul de cultură.
Prin separarea masei de celule din mediul de cultură, vom îmbogăți parțial produsul dorit prin îndepărtarea dintr-un amestec care îl conține componentele corespunzătoare - extracelular sau intracelular respectiv. Cu toate acestea, complexitatea amestecului, care este produsul este încă ridicat. Daca este in interiorul celulei, acesta din urmă trebuie să fie rupt, iar apoi vom trece la fracționarea soluție multi-component; dacă avem de-a face cu produsul extracelular, putem trece imediat la fracționarea soluției, adică, de fapt, este prima etapă a purificării produsului dorit. Această sarcină este sarcina reală pentru separarea și suspensia au mai multe opțiuni pentru soluții de inginerie.
Separarea suspensiilor. O metodă de separare este șlamuri sedimentare - cultura de separare ca sisteme disperse într-o fază dispersată și mediul de dispersie (în cazul nostru - celule producătoare și lichidul de cultură). Separarea fazelor în cel mai simplu caz poate fi atins sedimentare lung, în timpul căreia celulele producătoare diferă în densitate din mediul de cultură, toamna devreme sau mai târziu fie în precipitat sau float.
Cu toate acestea, implementarea proceselor biotehnologice formează un sistem în care faza dispersată constă din particule fine, care diferă puțin în densitatea mediului de dispersie. În plus, din moment ce avem de-a face cu un sistem viu, care continuă sistemele biochimice pot scădea concentrația produsului țintă datorită degradării sale de către enzimele celulare. Toate acestea conduc la necesitatea de a accelera procesul de separare a sistemelor. În acest scop, centrifugă (centrifugare).
Ele pot fi folosite pentru a rezolva următoarele probleme tehnologice:
- separarea suspensiei și soluția pentru a precipita;
- emulsii de separare în două faze lichide de densități diferite.
Centrifugele sunt utilizate atât în laborator și în producția industrială. Centrifuge de laborator sunt aparate discontinuu, în care o anumită cantitate de amestec de sarcină partajată produsă în proces dat condiții de separare este oprită, iar faza lichidă a fost descărcată și sedimente. In centrifugi industriale adesea utilizate continuu capabil să proceseze într-un ciclu de volume de amestec să fie separate, depășind substanțial capacitatea rotorului.
Rata de depunere poate fi controlată prin ajustarea raportului dintre densitățile fazei dispersate și mediul de dispersie. O utilizare a acestui principiu este un solvent cu gradient de densitate de centrifugare. Pentru această componentă administrată oferă soluții de înaltă densitate în solvent. Zaharozei mai frecvent utilizate, unii polimeri speciali (Ficoll -sopolimer sucroză și epiclorhidrină Percoll - particule de silice coloidală acoperite cu polivinilpirolidonă) sau soluții de sare (CsCl, Cs2SO4, CSi și alte săruri de cesiu).
Alte metode pentru separarea suspensiilor. Celulele de microorganisme pot fi pur și simplu filtrate din lichidul de cultură, care este utilizat pentru sterilizarea mediilor de cultură. Dar, dacă cerințele de sterilizare pentru conținutul celulelor microbiene din filtrat este foarte mare, apoi celulele separate din mediul de cultură, după creșterea culturii microbiene, aceste cerințe sunt mult mai mici. Aceste circumstanțe permit utilizarea în diviziunea de filtrare a materialelor de cultură grosieră cu dimensiunea porilor tehnologice, dar au o rezistență mecanică mare și lățime de bandă.
Printre aceste materiale se numără, în special, tesatura Petryanov (în numele chimistul sovietic). Pentru a pune în aplicare de filtrare a folosit un aparat special - filtre cu tambur cu vid, prese de filtrare, în care filtrarea este sub presiune. Există, de asemenea, filtru de centrifugă în care forța centrifugă pentru forțând lichidul printr-un pat de material filtrant.
În unele cazuri, separarea suspensiilor microbiene sunt utilizate tehnici de flotație, când cultura se adaugă cantități relativ mici de lichid nemiscibil cu apa în stare fin divizată. La interfața dintre picăturile de lichid și celule de cultură a apei adsorbite și, după separarea de faza a concentratului de emulsie administrează masa microbiană.
Distrugerea masei celulare (dezintegrarea)
Pentru a extrage produsele dorite in interiorul celulelor microorganismului sau prepararea produselor din țesuturi animale sau plante, este necesar mai întâi să le distrugă sau să efectueze procedura de dezintegrare.
Dezintegrarea a masei de celule este una dintre cele mai importante elemente ale unui proces biotehnologic. Această procedură se realizează prin metode enzimatice fizice, chimice sau.
Cele mai frecvente în industrie sunt metode fizice, printre care metodele cele mai frecvent utilizate de dezintegrare balistic. Esența acestui grup de metode constă în aceea că biomasa este supusă la șoc sau abraziune. În primul caz, biomasa este plasată într-un tambur cilindric, se rotește în jurul unei axe și umplut cu granule dintr-un material rigid (metal sau porțelan).
La rotirea tamburului si rola bile a lovit aglomerații de biomasă, și lovituri apar destul de des și în direcții diferite. Acest lucru duce la distrugerea pereților celulelor și se obține o soluție vâscoasă omogenă, în care conținutul celulelor.
Rețineți, totuși, că în timpul acestor conținuturi de prelucrare a tamburului încălzită substanțial de coliziuni. componente de celule termolabilității date, această căldură trebuie îndepărtată, care se realizează prin introducerea în elementele de eliminare de căldură structura dezintegrator. De obicei, această cămașă (o carcasă care este plasat un tambur), care este trecut printr-o apă rece sau alt agent frigorific. Gradul de dezintegrare (proporția celulelor sparte) într-un singur ciclu este 52-85%, în funcție de tipul de biomasă care urmează să fie tratate.
dezintegrarea cursului poate fi descrisă de ecuația
unde A - gradul de dezintegrare%, K - rata constanta de dezintegrare, f este rata de volum, l / h.
Un alt mod de dezintegrare de celule mecanice este extrudare. Esența acestei metode constă în faptul că suspendarea masei celulare este forțată sub presiune ridicată printr-o deschidere îngustă în camera cu presiunea ambiantă. În acest caz, din cauza presiunii mari picătură de apă care a lovit celulele repede din ele, și, astfel, distrugerea peretelui celular. În plus, există, de asemenea, de încălzire și este necesară răcirea pentru a evita pierderea de produs datorită dezactivării termice. Gradul de distrugere celulară în această metodă este de până la 90%.
dezintegrare cu ultrasunete. În plus față de metodele mecanice sunt metode folosite bazate pe efectele ultrasunetelor asupra celulelor. Sub efectul câmpului ultrasonic al celulei se confrunta cu alternante de comprimare și întindere, răsucire în direcții diferite, care în final duce la ruperea peretelui celular și distrugerea acestuia.
Ca și în cazul metodelor balistice, operarea dezintegrare cu ultrasunete poate fi realizată atât în sistem discontinuu sau în mod continuu. În acest scop, celule speciale concepute pentru a permite biomasei casantă pompei de pastă, la o rată de mai mulți litri pe minut, la o concentrație de celule în suspensie până la 20% și menține temperatura la 2-4 ° C timp de o distrugere mai completă a biomasei poate fi reciclată.
Metodele chimice de distrugere celulară. Ca metode diferite de dezintegrare mecanică, dezintegrare cu ultrasunete și biomasă se bazează pe utilizarea de ruptura mecanică a membranei celulare - materialul abraziv sau distrugerea acestuia sau ruperea acestuia datorită forțelor osmotice.
În unele cazuri, distrugerea membranelor celulare ca urmare a transferului într-o soluție a componentelor sale individuale este mai convenabil, t. E. O modificare a compoziției și a structurii sale, făcându-l mai perceptiv la conținutul celulei.
O astfel de metodă este o liză a celulelor cu detergent. Biomasa producând în acest caz este manipulat în oricare dintre detergent care solubilizează componentele lipidice ale peretelui celular, după care componentele intracelulare prin pori de curgere formate în mediu.
LV Timoșenko, MV Chubik