Флотация: Флотация — это выделение клеток микроорга­низмов из культуральной

Флотационный аппарат для выделения микроорганизмов из культуральной жидкости — патент 610861

Флотация: Флотация — это выделение клеток микроорга­низмов из культуральной

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

CoIo3 Советски к

Социалистических

Рыпублик (11) 610861 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 02Л876 (21) 2391801/28-13 с присоединением заявки Ph (23) Приоритет— (43) 1М678.Бюллетень № 22

2 (51) М. Кл.

С 12 С 11/24

В 03 2 1/14

Гещеретвееемй реветет

6евете Мвеветрев CCCP ее 1ееев евееретееее е етернтее (53) УДК 663.14 (088. 8) (45) Дата опубликования описания 200578 (72) авторы изобретения

С.3 ° Снротников, В.A.Âîèíoâ, Ю.П.Макаров и В.A.Âàñèãüåâ

Всесоюзное научно-производственное и проектно-:конструкторское объединение Гидролизпром (71) Заявитель (54) ФЛОТАЦИОННЫЙ AIIIIAPAT ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ микРООРГАнизмОВ из культуРАльнОЙ

ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к техничес- . кой микробиологии, а именно к устройствам для выделения микроорганизмов иэ культуральной жидкости.

Известны флотационные аппараты для выделения микроорганизмов из культуральной жидкости, содержащие две вертикальные емкости, одна из которых (верхняя).выполнена с поярусно расположенными внутри нее наклонными полками для обэвожив..ния пены и пеногасителем,. а другая (нижняя) с диспергатором (1(.

При этом диспергатор представляет собой металлокерамическое устройство или устройство в виде провальных тарелок и газоструйного насо-. са. В том и другом случае диспергатор мало эффективен, и степень диспергации воздуха в известном аппарате недостаточна, что снижает эффективность процесса флотации.

Целью изобретения является повьааеННе-степени диспергации воздуха, обеспечение отделения восходящего потока пены с микроорганизмами от нисходящего потока осветленной культуральной жидкости и интенсификация таким путем процесса флотации.

С этой целью предлагаемый аппарат, имеющий только одну емкость с поярусно расположенными наклонными полками для обезвоживания пены, снабжен конусообразным диффуэором, установленным в нижней части емкости, причем меньшее . основание диффуэора выходит эа пределы емкости и связано с диспергатором.

Диспергатор содержит статор, вы*олнен-ный нэ двух концентрично установленных цилиндрических о6ечаех с отверстиями, и ротор, выполненный в виде цилиндра с отверстиями и размещенный между обечайками статора. Пеногаситель укреплен в емкости над полками, а под ним установлен отборный желоб. о

Полки целесообразно выполнить с .отверстиями для стекания осветленной культуральной жидкости и разместить . их так, чтобы полки каждого выаерасположенного ряда находились межд) полками нижерасположенного ряда и расстояние между полками этого ряда превышало расстояние между полками вьеаерасположенного ряда.

Между диффузором и емкостью следует установить коллектор для дополнительно® го подвода воздуха.

На фиг.1 и 2 схематически изображен предлагаемы флотационный аппарат, продольные разрезы; на фиг. 3 -.разрез A-A фиг.2.

Флотационный аппарат для выделения микроорганизмов иэ культуральной жид610861 кости состоит из емкости 1, диспергатора 2 с патрубками 3 и 4 для подачи дрожжевой суспензии и воздуха. В ниж.

ней части емкости 1 по центру встроен конусообразный диффузор 5, расширяющийся кверху, соединенный нижней частью через патрубок 6 с диспергатором, Пад диффуэором 5 установлены наклонно ряды желобообраэных полок 7 с отверстиями 8 для стекания осветленной жидкости.

Расстояния межцу рядами полок 7 уменьшается к верхней части аппарата, при этом полки каждого вышерасположенного ряда установлены между полками нижерасположенного ряда.

На крышке емкости 1 установлен. пеногаситель 9 с патрубком 10 для удаления отработанного воздуха, под пеногасителем расположен отборный желоб

11, соединенный с патрубком 12 для вывода сгущенных дрожжей.

Между нижним конусом емкости 1 и диффуэором установлены перфорированный коллектор 13 с патрубком 14 для дополнительного подвода воздуха, Диспергатор 2 состоит из корпуса

15, в котором расположен статор, состоящий.в свою очередь из двух концентрично расположенных обечаек 16 и 17 с отверстиями, и ротора, выполненного в виде цилиндра 18 с отверстиями на боковой поверхности, размещенного в зазоре между обечайками статора.

Флотационный аппарат работает следующим образом.

Исходная дрожжевая суспензия и .вОздух поступают соответственно через патрубки 3 и 4 диспергатор 2. В нем поступающая культурная жидкость с воздухом проходя через отверстия стато ра и ротора и диспергируются. Полученная в диспергаторе газожидкостная смесь попадает в диффузор 5 и постепенно поднимается в верхнюю часть емкости 1.

При этом выделяющийся воздух флотирует дрожжевые клетки.

Полученная в процессе флотации пена проходит между полками 7, частично садится, при этом происходит обезвоживание и увеличение концентрации дрожжей в пене, отделившаяся жидкость попадает в желоба полок 7 и сливается через отверстия 8 к стенкам емкости 1, не препятствуя подъему пены.

Отработанная жидкость, сливаясь по стенкам емкости 1, подвергается дополнительной флотации эа счет воздуха, поступающего чефЕэ патрубок 14, перфорированный коллектор 13, и отводится через патрубок 19.

В верхней части емкости 1 сгущен5 на я дрожжевая суспензия гасится механическим пеногасителем 9 и через отборный желоб 11 и патрубок 12 отводится из аппарата, а воздух удаляется через патрубок 1G.

Формула изобретения

1. Флотационный аппарат для выделения микроорганизмов из культуральной жидкости, содержащий емкость, внутри которой ярусно расположены наклонные полки для обезвоживания пены, диспергатор и пеногаситель, о т г л и ч а ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса флотации путем повышения степени диспергации

2О воздуха, отделения восходящего потока сгущенной и обезвоженной пены с микроорганизмами от нисходящего потока осветленной культуральной жидкости, под полками в нижней части емкости установлен конусообразный диффузор, меньшее основание которого расположено вне емкости и связано с диспергатором, имеющим статор, состоящий. из концентрично расположенных цилиндрических обечаек с отверстиями, и

30 ротор в виде цилиндра с отверстиями на боковой поверхности, размещенного в кольцевом зазоре .между обечайками, пеногаситель укреплен в емкости над полками, а под ним установлен отбор88 ный желоб.

2. Флотационный аппарат по п.1, отличающийся тем, что полки имеют отверстия для стекания осветленной культуральной жидкости.

3. Флотационный аппарат по пп.1 и 2, отличающийсятем, что полки каждого вышерасположенного ряда размещены между полками нижерасположенного, а расстояние между полками этого ряда превышает расстояние между полками вышерасположенного ряда.

4. Флотационный аппарат по пп.1-3, отличающийся тем, что между диффузором и емкостью установлен кол” лектор для дополнительного подвода

50воздуха.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

Р 469742, кл. С 12 С 11 24, 1973.

   

Источник: https://PatentDB.ru/patent/610861

Основные параметры ферментации стр. 5 – стр. 5

Флотация: Флотация — это выделение клеток микроорга­низмов из культуральной

6. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ФЕРМЕНТАЦИИ

Рассмотрим теперь более подробно периодическую ферментацию. Основные параметры процесса. После того как в аппарат загрузили среду, создали необходимую температуру, добавили посевной материал и стали подавать воздух для аэрации, собственно , и начался процесс ферментации.

Как следить за протеканием этого процесса? для этого необходимо время от времени или непрерывно определять, какие изменения происходят в ферментационной среде.

Обычно состояние процесса характеризуется следующими основными параметрами:

концентрация биомассы микроорганизмов Х;
концентрация питательной среды — субстрата (или его основного компонента)

концентрация продукта Р.
Все эти концентрации приведены к единице объема среды.
Фазы периодической ферментации. Рассмотрим, как изменяется концентрация биомассы в процессе периодической ферментации (фазы ферментации) .
Вначале ферментации некоторое время микроорганизмьт как бы приспосабливаются к новой среде, их концентрация не меняется. Этот период называется лаг-фаза. далее начинается рост — это фаза ускорения роста. Третья фаза — фаза наиболее интенсивного роста, происходит наибольший относительный прирост био- массы. Это фаза экспоненциального роста. Затем скорость роста (относительная) начинает уменьшаться — это фаза замедления роста. достигнув некоторой максимальной величины, концентрация биомассы далее перестает возрастать. В этой фазе — стационарной — в среде истощаются питательные вещества и накапливаются продукты обмена, тормозящие рост. Биомасса растет и одновременно происходит гибель части клеток (автолаз), так что общая концентрация сохраняется постоянной. И наконец, в фазе отмирания автолиз начинает преобладать над ростом, и концентрация биомассы микроорганизмов снижается.

Определение фаз ферментации по кривой роста биомассы Фазы ферментации в полуграфической

во времени в периодическом процессе. системе координат.

биомассьт далее перестает возрастать. В этой фазе — стационарной — в среде истощаются питательные вещества и накапливаются продукты обмена, тормозящие рост. Биомасса растет и одновременно происходит гибель части клеток (авшолаз), так что общая концентрация сохраняется постоянной.

И наконец, в фазе отмирания автолиз начинает преобладать над ростом, и концентрация биомассы микроорганизмов снижается. Эту кривую лучше изображать в полулогарифмических координатах.

Здесь участок роста, имеющий постоянный наклон, сразу выделяет фазу экспоненциального роста.

Остальные фазы также легко определяются.

КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА

Кинетические характеристики процесса отражают скорость протекания биохимических гтревращений. Эти превращения, естественно, отражаются на всех указанных участниках процесса — биомассе, продукте и субстрате.
Киветические показатели роста биомассы. Важным показателем процесса является скорость роста биомассы.

Хотя сам вид кривой очень похож для различных микроорганизмов, время ферментации существенно различается. Для быстрорастущих бактерий весь цикл может закончиться за несколько часов, а для мицелиальных микроорганизмов или изолированных клеток растений время составляет недели и месяцы.

дая описания скорости роста используется такая характеристика, как общая скорость роста. Этот показатель не вполне отражает физиологическое состояние биомассы в процессе его роста.
В первом процессе исходная концентрация биомассы меньше, во втором — больше.

Поэтому хотя абсолютный прирост биомассы АХ за одинаковое время А (такой же, относительный прирост АХ/Х0 различается существенно: впервом случае количество биомассы возрастает в несколько раз по отношению к начальному, а во втором — по отношению к начальной биомассе рост составляет всего 20—30%.

Ясно, что биомасса «работает в этих двух процессах по-разному, хотя и «выдает» одинаковое количество продукции за то же время.
Обычно больший интерес д.ля характеристики интенсивности роста представляет не величина , а удельная скорость роста в
пересчете на единицу биомассы (ведь рост биомассы пропорционален концентрации клеток):

МАКРОСТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПРОЦЕССА

Все рассмотренные ранее характеристики являются выражением скорости изменения того или иного параметра во времени, т.е. кинитическими характеристиками.
Наряду с этими характеристиками важное значение имеют и так называемые макростехиометрические, которые выражают взаимосвязь между приростом биомассьг, продукта и расходованием субстрата.

Простейшей такой характеристикой процесса ферментации является выход по субстрату, или экономический коэффициент (или коэффициент выхода).

Его определяют, сравнивая количество выросшей за весь цикл ферментации биомассы Х к количеству загруженного субстрата (проще говорить об их концентрациях, чтобы абстрагироваться от объема среды):

Это — экономический коэффициент по биомассе, но аналогичный коэффициент может быть вычислен и по продукту метаболизма:

Ясно, что обозначения коэффициентов должны различаться. Понятно, что он определен не совсем точно. В начале процесса уже существует некоторое количество биомассы, определяемое ее концентрацией Х0, так что прирост ее за время ферментации меньше, чем Х, и равен (А Х0).

В то же время не весь субстрат до конца расходуется за время процесса; какая-то часть его, определяемая конечной концентрацией 5, останется, так что потребление субстрата будет не Sо.

Иногда вместо экономических коэффициентов используют обратные им и называют их метаболическими, или трофическими, коэффициентами.

К определению экономичечкого коэфицента за произвольный промежуток времени.

С точки зрения производственника лучше первое определение, так как остаточный субстрат — это в любом случае невосполнимые его потери, а выращенный до ферментации посевной материал — это достижение.

7. БИОКАТАЛИЗ И БИОТРАНСФОРМАЦИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Мы уже говорили, что биокатализ и биотрансформация являются процессами химического превращения одного или более веществ, протекающими под действием кадализаторов ферментов, применяемых в очищенном виде или в составе клеток микроорганизмов либо изолированных животных или растительных клеток.

При этом биотрансформация — это относительно неглубокое химическое превращение уже в основном сформированного химического соединения под влиянием ферментов. При биокатализе же возможен синтез нового вещества из различных по структуре реагентов или разложение сложного вещества под действием ферментов.

Рассмотрим основные группы технически важных биотрансформации: гидроксилирование различных позиций молекулы вещества (добавление гидроксильной группы ОН); введение двойной связи в том или ином месте; обрыв боковых цепей у разветвленных молекул; окисление молекул спиртов до кетонов; дегидрирование; изомеризация; ароматизация (появление ароматических углеводородных радикалов). Назовем также основные виды реакций биокатализа (практически они будут совпадать с наименованиями основных групп ферментов вообще): окисление и восстановление; перенос химических функциональных групп от одних молекул на другие; гидролиз; реакции с участием двойных связей (образование или, наоборот, присоединение к ним химических групп); изомеризация, или структурные изменения в пределах одной молекулы; синтез сложных соединений (как правило, требующий энергетических затрат).

Как видно из приведенных перечислений, биотрансформация и биокатализ являются процессами, сходными по своей природе

В обоих случаях реакции превращения субстрата в продукт протекают через промежуточную стадию взаимодействия фермента с субстратом (субстратами) и образования фермент-субстратных комплексов.
Молекула фермента — очень длинный закрученный белок, к тому же свернутый в виде пространственного упругого клубка причудливой формы.

Спутанность и беспорядок белка не случайны — они строго обусловлены чередованием аминокислот в молекуле фермента. В этой структуре есть участки, куда легко притягивается определенная форма молекулы субстрата.

Это как бы ключ—замок, позволяющий нужной молекуле субстрата (или субстратов) быстро занимать свое удобное «ложе», быстро вступать в нужную реакцию и «выскакивать», как только она прошла.

Доказано, что скорость реакции на ферменте в 10 млрд. раз больше, чем без него.

Вот почему ферменты запросто осуществляют многие процессы, которые кажутся нереальными без них, например взаимодействие атмосферного азота с водой с образованием аммонийных соединений.

Вот почему ферменты запросто осуществляют многие процессы, которые кажутся нереальными без них, например взаимодействие атмосферного азота с водой с образованием аммонийных соединений.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ БИОКАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ


В заключение рассмотрим преимущества и недостатки биокаталитических процессов по сравнению с химическими.
ПРЕИМУЩЕСТВА
1. Каталитическая активность ферментов высокоспецифична и ограничивается одним типом реакций, так что не происходит побочных реакций. 2.

Ферменты могут сразу атаковывать исходную молекулу и осуществлять превращение, для которого потребовалось бы несколько вспомогательных многоступенчатых химических синте зов. 3. Химические преобразования вещества упрощаются — одна или две ступени вместо многоступенчатого синтеза. 4. Ферментативные реакции могут протекать с большой скоростью в мягких условиях.

НЕДОСТАТКИ
1. для получения чистого продукта нужен и чистый фермент, а его выделение очень дорого.

2. В выходящем из реактора продукте сохраняется фермент, который продолжает действовать. 3. Дорогостоящий фермент используется только однократно. 4. Свободный фермент быстро инактивируется (т. е. разрушается).

5. В отличие от биомассы, которая самовоспроизводится в процессе непрерывной ферментации, фермент в непрерывном процессе нужно все время вводить, так как он вымывается с продуктом реакции.

ОБЩАЯ ОЦЕНКА ПРОЦЕССОВ БИОТРАНСФОРМАЦИИ


Рассмотрим преимущества и недостатки процессов биотрансформации с иммобилизованным биокатализатором в сравнении с процессами ферментации.
ПРЕИМУЩЕСТВА
1. Более высокая концентрация реагентов в потоке. 2. Более чистый и менее сложный по составу поток. 3. Проще выделяется продукт.

4. Меньшие капитальные затраты. 5. В непрерывном процессе биотрансформации более эффективно используются оборудование и рабочая сила. 6. Процесс биотрансформации легче автоматизировать. 7. Меньше и проще требования к отходам.

НЕДОСТАТКИ
1. Стоимость сырья выше, чем для обычной ферментации.

2. Существуют проблемы со стабильностью биокатализатора.

3. для получения биокатализатора все-таки требуется ферментация. Ее стоимость, как и стоимость установленного оборудования, накладывается на процесс биотрансформации.

ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Ф Е РМ Е НТО В

Заканчивая раздел, связанный с процессами биокатализа и биотрансформации, перечислим наиболее известные примеры использования ферментов.
1. Получение глюкозо-фруктозньтх сиропов из крахмала.

Здесь используется З фермента: амилаза — для разжижения крахмала, глюкоамилаза — для осахаривания крахмала (трансформации в глюкозу) и глюкозоизомераза — для изомеризации глюкозы в более сладкий сахар фруктозу.
2. Обработка молочной сыворотки.

Фермент бета-галактозидаза способствует расщеплению молочного сахара лактозы на глюкозу и галактозу. Тот же фермент используется для обработки молока и получения безлактозного молока. З. Производство этанола, пива.

Здесь используют те же ферменты, что и для получения глюкозо-фруктозньтх сиропов (кроме глюкозоизомеразы), — амилаза и глюкоамилаза.

4. Обработка молока при получении творога и сыров. Здесь используется молокосвертывающий фермент микробный реннин.
5.

Стиральные порошки с биодобавками. Используются ферменты протеазы.
б. Производство вина и соков. Здесь используется фермент пектиназа, который позволяет превращать взвешенные частицы виноградной или фруктовой мезги в растворимые сахара.

7. Получение Ё—аминокислот, преимутцественно усваиваемых животными, из В-аминокислот, которые получаются при химическом синтезе. Такую изомеризацию осуществляют фермент- аминоацилазы.
8. Очистка кожи от волос в кожевенной промышленности. Эта операция осуществляется с использованием ферментов протеаза, коллагеназа.
9. Осуществление превращений стероидов (например, превращение гидрокортизона в преднизолон). Используется иммобилизованный фермент дегидрогеназа.
10. Модификация природных антибиотиков. Мы уже упоминали практически важный процесс получения 6-аминопеницилла – новой кислоты (б-АПК) из пенициллина. Используется фермент пенициллинамидаза или иммобилизованные клетки бактерий, продуцирующих этот фермент.

8. ОТДЕЛЕНИЕ БИОМАССЫ
ОТ КУЛЬТУРАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Для отделения взвешенных биологических частиц от культуральной жидкости используются различные физико-химические свойства: плотность частиц; размер частиц; поверхностные свойства частиц.

При разделении суспензий по плотности части и используют следующие методы: 1) седиментация (отстаивание) — для крупных частиц размером от 2,3 мкм до 1 мм, по плотности отличающихся от окружающего раствора; 2) гидроциклонирование — от 5 до 700 мкм; 3) центрифугирование — от 400 до 900 пм; 4) ультрацентрифугирование — от 10 нм до 1 мкм. По размеру частиц методы разделения биологических суспензий могут быть следующими: 1) фильтрация через тканевые фильтры — для частиц размером от 10 мкм до 1 мм; 2) микрофильтрация — для частиц размером от 200 нм до I0 мкм;

З) ультрафильтрация, позволяющая отделять частицы размером от 10 пм до 5 мкм.

Для сведения: размеры микроорганизмов следующие: вирусы — чуть больше 10 нм, бактерии — 0,3—1,0 мкм (т. е. 300—1000 пм), дрожжи 3—5 мкм, мицелий грибов и эритроциты — до 10 мкм. Мицелиальные грибы имеют размеры микроколоний до 1 мм, что упрощает их отделение от жидкости. Есть также нерастворимые компоненты среды (мука, дробина в спиртовом производстве). Гранулы биокатализаторов имеют размеры около 1 мм (чтобы их легче было отделять).

Макромолекулы имеют размеры частиц в диапазоне 10—120 им, микрочастицы — от 120 нм до 10 мкм, тонкие взвеси — от 10 до 100 мкм и грубые взвеси — от 100 мкм до 1 мм.

Поверхностные свойства частиц используются в процессе флотации. За основу в этом методе принимается не размер, а способность клеток удерживаться пузырьками воздуха; ориентировочный диапазон размеров флотируемых частиц варьирует от 1 до 200 мкм.

Конкретный выбор того или иного метода зависит от опытной проверки, так как не всегда точно известны свойства отделяемых частиц и их поведение в условиях использования тех или иных методов разделения.

Основные характеристики методов разделения суспензий подробно рассматриваются в курсе «Процессы и аппараты химической технологии». Здесь же даны особенности их использования в биотехнологических процессах.

ОТСТАИВАНИЕ И ОСАЖДЕНИЕ

Этот метод наиболее часто используют в процессах очистки стоков — отстаивание активного ила. Используется он также для отделения животных и растительных клеток, мицелиальных грибов и пивных дрожжей. Для успешного проведения процесса отстаивания не обязательно сами микроорганизмы должны быть крупными: они могут концентрироваться на хлопьях, агломератах.

Часто процесс отстаивания комбинируется с предварительной коагуляцией или флокуляцией. В обоих случаях к суспензии добавляется реагент (соли алюминия или железа при коагуляции и полиэлектролиты при флокуляции).

Прикрепленные к длинным молекулам коагулянтов или флокулянтов несколько клеток создают основу агломерата, который в результате имеет больший вес и меньшую подвижность, что приводит к седиментации осадка.

Недостатками метода являются: большая продолжительность процесса (порядка нескольких часов) и не очень хорошее разделение (в осадке концентрация биомассы не превышает 1—3 %).

Скорость отстаивания зависит от размеров и плотности хлопьев, а также от их поверхностных свойств.

Применительно к осаждению осадка сточных вод — активного ила — используют иловый индекс, характеризующий содержание биомассы активного ила в осаждаемом слое за 30 мин отстаивания.

Но биологический осадок не является монодисперсным (частицы, а точнее агломераты, имеют разный размер).

В результате высота слоя осадка изменяется со временем не по прямой линии, а по кривой, причем скорость осаждения снижается во времени.
Еще чаще клетки с какого-то момента перестают осаждаться.

Это связано с тем, что мелкие клетки имеют поверхностные свойства, удерживающие их от осаждения. Многие мелкие клетки не осаждаются вовсе.

ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ И СЕПАРАЦИЯ

Для преодоления отмеченных ранее трудностей осаждения скорость осаждения клеток усиливают, помещая суспензию в поле центробежных сил. Центрифуги и сепараторы, которые это поле создают, часто называют осадительными.

Сепаратор изобрел шведский
ученый Густав де Лаваль в 1896 г.

Сепараторывыпускает известная в биотехнологической промышленности фирма, которая так и называется — «Алъфа Лаваль». Сепаратор имеет Полый вал, неподвижный корпус с размещенным в нем пакетом вращающихся с валом конических тарелок, находящихся одна над другой так, что образуется коническое пространство.

Жидкость входит по полому валу под нижней тарелкой и доходит до внешнего цилиндрического края корпуса. Далее она движется между коническими тарелками к центробежному коллектору, из которого осуществляется выход жидкости.

Впроцессе этого движения частицы биомассы отбрасываются по направлению от центра вращения и сползают по коническим поверхностям тарелок к боковой стенке корпуса, создавая в конечном счете возле нее слой сгущенной биомассы.

Вкорпусе расположены сопла, из которых под большим давлением происходит выгрузка сгущенной биомассы. Существуют различные модификации подобных сепараторов, в том числе с ручной, а также механизированной циклической и непрерывной выгрузкой осадка.

Вцелом такая конструкция увеличивает время пребывания частиц в сепараторе и тем самым его производительность.

Преимуществацентробежных сепараторов высокая производительность,

хорошая степень 0центрирования (до 10—15); достигаетсяконцентрация биомассы 5—15 % по сухой массе;

возможность повышения скорости сепарирования предвари тельной обработкой жидкости флокулянтами.

Недостатки сложность оборудования;
энергоемкость процесса (хотя по сравнению с выпаркой затраты энергии все же меньше).

ФИЛЬТРАЦИЯ
фильтрация — это задержание 3щенньтхчасти сетчатой (тканевой) или пористой перегородкой.

движущей силой является разность давлений, вызывающая протекание жидкости
При обычной фильтрации задерживаются частицы, величина которых больше размеров пор.

Такая фильтрация называется «ситовой», и используется она при малом количестве взвешенных частиц, для осветления жидкости. Через какое-то время вся поверхность

Источник: http://uchebana5.ru/cont/2226970-p5.html

Выделение целевого продукта

Флотация: Флотация — это выделение клеток микроорга­низмов из культуральной

Выделение целевого продукта микробиологического биосинтеза – это завершающая стадия биотехнологического процесса. При этом продукты биосинтеза могут, как накапливаться в клетках продуцентов, так и выделяться в культуральтную жидкость.

Этапы выделения целевого продукта микробного биосинтеза:

1. В обоих случаях на первом этапе очистки целевого продуктанеобходимо сначала отделить биомассу микроорганизмов от культуральной жидкости. Так как содержание микроорганизмов в жидкой среде, как правило, очень низкое (в 1 литре содержится 5-10 г сухой биомассы). Для этого используют различные методы:

Флотация – захват биомассы микроорганизмов пузырьками пены и выделение ее из пенной фракции. Этот метод используют, если клетки продуцентов, из-за низкой смачиваемости, накапливаются в верхних слоях ферментера.

При этом жидкость предварительно вспенивают, а затем отделяют верхний поверхностный слой, содержащий пузырьки газа с прилипшими к ним клетками.

Флотацию используют на первом этапе отделения дрожжевой массы для осветления культуральной жидкости.

Фильтрация – пропускание суспензии через фильтрующий материал, на котором задерживается биомасса микроорганизмов.

Применяют фильтры однократного и многократного использования: барабанные, дисковые, ленточные, тарельчатые, карусельные, вакуум-фильтры, фильтр-прессы различных конструкций, мембранные фильтры.

Такой способ используют при получении антибиотиков, особенно когда продуцент имеет мицелиальный характер.

Центрифугирование– осаждение взвешенных в жидкости частиц с применением центробежной силы. Этот способ используют для отделения дрожжей или бактерий в производстве кормовой биомассы. Он требует более дорогостоящего оборудования, чем фильтрование.

Поэтому оно оправдывает себя, если а) суспензия фильтруется медленно; б) необходимо максимальное отделение биомассы от культуральной жидкости; в) фильтры рассчитаны только на периодическое действие и необходимо наладить непрерывный процесс сепарации.

Коагуляция – добавление в суспензию реагентов, способствующих образованию и осаждению более крупных клеточных агломератов с последующим отделением их от жидкости путем отстаивания.

2. Вторым этапом при получении продуктов, накапливающихся в клетках, является разрушение клеток.

Процесс разрушения клеточной оболочки может осуществляться как физическими методами (размалывание, действие ультразвука, резкое замораживание и оттаивание, избыточное давление и др.), так и химико-ферментативными (биотехнологическими) методами, к которым относятся:

Гидролиз– разрушение клеточных оболочек под действием химических реагентов и температуры.

Ферментолиз – разрушение клеточных оболочек под действием ферментов при повышенной температуре.

Автолиз – разновидность ферментолиза, когда используют собственные ферменты клетки.

Недостатком процесса разрушения, особенно физического, является неизбирательность дезинтегрирующего воздействия.

3. После разрушения клеток выделение целевого продукта из раствора осуществляется методами, общими для внеклеточных и внутриклеточных продуктов:

Экстракция– переход целевого продукта из водной формы в несмешивающуюся с водой органическую жидкость (экстрагент). Наиболее распространено выделение жироподобных веществ жидкими углеводородами (типа бензина), но применяются и многие другие виды экстрагентов (хлороформ, эфир, бутилацетат).

Экстракция прямо из твердой фазы (в том числе и биомассы микроорганизмов) называется экстрагированием.

Частным случаем является холодовая экстракция (криоэкстракция), когда предполагается выделение продуктов из замороженных образцов, в этом случае используются растворители с низкой температурой кипения, которые при комнатной температуре переходят в газообразное состояние. Криоэкстракция часто используется в комбинации с криоконсервацией клеток.

Осаждение – выделение целевого продукта путем добавления к жидкости реагента, взаимодействующего с растворенным продуктом и переводящим его в твердую фазу.

Осаждение проводят физическими (нагревание, охлаждение, разбавление или концентрирование раствора) или химическими методами. Так, пенициллин переводят в кристаллический осадок в присутствии соединений калия или натрия.

Белки осаждают добавлением сульфата аммония, органических растворителей (этанола, ацетона).

Адсорбция– перевод растворенного в жидкости продукта в твердую фазу путем его осаждения (сорбции) на специальных твердых носителях (сорбентах). Хорошим адсорбентом является древесный уголь, глины с развитой пористой поверхностью. Путем адсорбции выделяют антибиотики и витамины.

Ионный обмен– то же, что и адсорбция, но в этом случае в твердую фазу переходят ионы (катионы или анионы), а не целиком молекула целевого продукта.

Отгонка, ректификация – эти методы используют для выделения растворенных в культуральной жидкости легкокипящих продуктов. Пример – этиловый спирт.

Ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос применяются для выделения высокомолекулярных соединений (белков, полипептидов, полинуклеотидов). Обратный осмос и нанофильтрация позволяют отделять даже небольшие по размеру молекулы.

Ультрацентрифугирование используют для выделения вирусов, клеточных органелл, высокомолекулярных соединений.

4. Очистка продукта. Очистку продуктов микробного биосинтеза проводят когда получают продукцию с большим количеством примесей.

Очистку проводят как с помощью рассмотренных ранее процессов экстракции, экстрагирования, адсорбции, ионного обмена, ультрафильтрации, обратного осмоса, ректификации и ферментолиза, так и с помощью других процессов:

Хроматография – процесс, напоминающий адсорбцию. На твердом сорбенте собираются растворенные вещества, но не одно, а несколько, часто близких по структуре.

Например, смеси белков, нуклеотидов, сахаров, антибиотиков.

При адсорбции они и отделяются от сорбента вместе, а при хроматографии они выходят из сорбента по очереди, что позволяет их разделять и, значит, очищать друг от друга.

Диализ – процесс, в котором через полупроницаемую перегородку могут переходить низкомолекулярные вещества, а высокомолекулярные остаются. Путем диализа очищают вакцины и ферменты от солей и др. примесей.

Кристаллизация. Этот процесс базируется на различной растворимости веществ при разных температурах. Медленное охлаждение позволяет формировать кристаллы из растворов целевых продуктов, причем чистота их обычно очень высока. Таким образом, например, можно получать кристаллы пенициллина.

Можно даже получить еще более чистый продукт, если кристаллы растворить в воде или растворителе, а потом снова кристаллизовать (т.е. провести перекристаллизацию).

Предыдущая9101112131415161718192021222324Следующая

Дата добавления: 2014-12-27; просмотров: 5583; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЁЩЕ:

Источник: https://helpiks.org/1-127507.html

Medic-studio
Добавить комментарий