Материал: 69.24

вирішення потрібне багатостадійне селективне розділення .сумішейВ технології отримання очищених продуктів мікробного синтезу характерне зменшення масштабності стадій від початкових до кінцевих (зменшення об’єму рідини що переробляється). Це обумовлено малою концентрацією цільових продуктів в культуральнії рідині і їх концентрацією в процесі виділення і очищення. Наприклад, у виробництві антибіотиків вміст цільового продукту в культуральнії рідині складає всього0,05—3,0%, а в перерахунку на сухий залишок (тобто ступінь чистоти продукту) —от 1 до 15%. Окремі етапи виробництва розрізняються і тривалістю— від декількох годинників до декількох діб.

У схемі виробництва очищених продуктів мікробного синтезу можна виділити чотири основних, практично загальних для всіх випадків етапу технології. Перший —мікробіологічний синтез; другий — розділення фаз культуральної рідини; третій — виділення концентрату або напівпродукту з відповідної фази (нативного розчину, біомаси, культуральної рідини); останній

— отримання з концентрату або напівпродукту чистої речовини. Продукти мікробного синтезу виділяють безпосередньо з культуральної рідини без попе-

біосинтезу знаходиться у водній фазі або може бути переведений в неї зміною

спеціальній обробці. В результаті змінюється структура осаду, що забезпечує максимальний ступінь переходу продукту в ту фазу, з якої його далі виділяють, а також видалення домішок, що утрудняють добування цільового продукту. За-

лежно від вимог до повноти відділення дисперсної фази і особливостей культуральної рідини для розділення використовують процеси фільтрації, відцентрової сепарації або фракціонування на віброситі.

При виділенні продуктів мікробного синтезу з нативного розчину або біомаси в промислових умовах вибір методів обмежений і визначається фізикохімічними властивостями цих продуктів. Так, для виділення антибіотиків використовують екстрагування, іонообмінну сорбцію, осадження продукту з нативного розчину, сорбцію з нативного розчину макропористими неіоногенними сорбентами і екстракцію з біомаси органічним розчинником.

106

Одне з провідних місць в технології виділення біологічно і активних речовин з нативних розчинів займають процеси екстрагування. Розчинник, рН середовища, співвідношення фаз і інші умови підбирають так, щоб концентрувати цільовий продукт не менше чим 2в—5 разів, а також забезпечити високу вибірковість процесу. Так, якщо продукт, що виділяється, є кислотою, то в кислій водній фазі залишаються практично всі речовини, добре розчинні у воді, органічні основи, а також кислоти, сильніші, ніж екстрагована. Якщо вміст цільового продукту в нативном розчині зазвичай досягає15—20%, то в екстракті воно підвищується до80—85%, тобто вдається відокремити більше 80% домішок. Слід зазначити, що домішки, ті, що перейшли в екстракт, як правило, близькі по хімічній структурі до цільового продукту, і їх відділення може бути утруднене.

Іонообмінну сорбцію доцільно застосовувати для виділення продуктів біосинтезу лише при чималій обмінній місткості сорбенту по цільовому продукту (близько 10 мг-екв на 1 г сорбенту). Іонообмінну сорбцію використовують для виділення речовин, що є достатньо сильними електролітами і ті що дисоціюють у водному середовищі з утворенням багатозарядних іонів. Підбір

сорбентів, умов сорбції і елюції забезпечує високу селективність процесу і дозволяє концентрувати цільовий продукт 10в разів і більш. Іонообмінну сорбцію застосовують також для подальшого очищення біологічно активних речовин, проводячи за допомогою спеціальних сорбентів демінералізацію, нейтралізацію і обезбарвлення розчинів. Переваги методу іонообмінної сорбції

—простота апаратурного оформлення і відсутність потреби в органічних розчинниках, недоліки — значна тривалість процесу і необхідність регенерації сорбентів.

сорбційною місткістю по витягуваній речовині. Разом з тим сорбція макропористими сорбентами дозволяє виділяти з нативного розчину продукти, які не можуть бути витягнуті іншими відомими методами(наприклад, цефалоспорин С).

Метод осадження або кристалізації з нативних розчинів застосовується для виділення речовин, здатних утворювати з деякими реагентами нерозчинні з’єднання або кристалізуватися за певних умов з водного середовища. Основним чинником, що обмежує застосування процесу осадження біологічно -ак тивних речовин з нативного розчину, є низька концентрація цих речовин в розчинах (зазвичай не більше1—2%). При цьому залишкова концентрація цільового продукту в матковому розчині не повинна перевищувати0,1 — 0,2% (інакше помітно зростають втрати продукту). Метод осадження знайшов про-

мислове застосування у виробництві ферментів і тетрациклін антибіотиків. В деяких випадках він дозволяє відокремити з’єднання, близькі до цільових продуктів по хімічній структурі.

107

Екстрагування цільового продукту органічним розчинником з біомаси використовують в тих випадках, коли він не розчиняється у водному середовищі і міститься головним чином в твердій фазі. Продукт екстрагують з вологої або висушеної біомаси, підбираючи розчинник, що забезпечує отримання достатньо концентрованого екстракту. Потім розчинник випаровують і виділяють цільовий продукт з екстракту.

5.4.2. Виділення цільової речовини і отримання готового продукту

рідини, що переробляється, з іншого боку — вимогами, що пред’являються до чистоти готового продукту. Найбільші труднощі виникають в тих випадках, коли мікроорганізми продукують разом з цільовим продуктом комплекс близьких до нього по хімічній природі речовин.

Докладніший опис конкретних процесів, використовуваних для виділення і очищення продуктів мікробного синтезу, приведений нижче.

4.3.2.1.Флотація

Цей спосіб концентрації суспензій застосовують у виробництві кормових дріжджів. Він полягає в тому, що отриману на стадії біосинтезу культуральну рідину вспенивают, і при цьому велика частина дріжджів концентрується в пінній фракції. Відокремлюючи піну від основної маси рідини, отримують напівпродукт із змістом біомаси 2—в 4 рази вище, ніж в початковій культуральній рідині.

108

Рис. 5.18. Схема флотатора: 1 — штуцер для виходу суспензії, що згущує; 2

— механічний піногасник; 3— корпус; 4 — труба подачі води ; 5 — внутрішній стакан; 6 — штуцер для введення дріжджової суспензії; 7 — штуцер для виведення освітленої рідини.

Кільцевий простір між стінками корпусу і стакана розділений вертикальними перегородками на декілька секцій; перегородка між першою і останньою секціями суцільна (доходить до дна), а інші до дна не доходять. У нижній частині секцій, встановлені барботери, а у верхній частині центрального стакана – механічний дисковий піногасник. Дріжджова суспензія подається в пер-

шу, найбільшу секцію флотатора і послідовно проходить через всі ,секції

циліндра і потрапляє в зону дії пристрою для механічного пеногашения(у необхідних випадках на його диск додатково подають воду або хімічний пеногаситель. Зібрана у внутрішньому стакані суспензія дріжджів, що згущує,

скидають в каналізацію. Втрати дріжджів на стадії флотації складають зазвичай

5-7%.

4.3.2.2.Фільтрація

Увиробництвах, де цільовим продуктом є один з метаболітів, розчинений в культуральній рідині, для відділення кліток біомаси від розчину найчастіше ви-

пропорційна різниці тиску з обох боків фільтрувальної перегородки і обернено пропорційна гідравлічному опору перегородки з шаром осаду, що накопичився на ній:

dV/Fdτ = p/ η(Rоc-Rф.п.) (5.1.)

де V —объем фільтрату, м3; F — площа поверхні фільтрації, м2; τ — тривалість фільтрації, з; p — різниця тиску, Па; η — кінематична в’язкість фільтрату, Па с; Rоc — опір осаду, м-1; Rф.п — опір фільтрувальної перегородки, м-1.

Опір осаду залежить від його фізико-механічних властивостей і товщини, і його можна визначити по формулі

Rоc = rосmocV/F (5.2.)

де Rоc — питомий опір шару осаду масою1 кг на площі 1м2, м/кг; moc — маса осаду, що виділяється з 1 м3 суспензії, кг/м3.

109

здійснюють у фільтрах застарілої конструкції— фильтр-прессах. Вони характеризуються низькою швидкістю фільтрації, але головне — низьким ступенем механізації (вивантаження осаду проводять уручну); неможливо забезпечити дотримання санітарно-гігієнічних вимог.

Останнім часом з’явились фільтри, у яких операції фільтрації, промивання осаду та його зняття з фільтруючої перегородки автоматизовані. Це фільтрпреси рамні, стрічкового та баштового типу.

Рис. 5.19. Рамний фільтр-прес

Рис. 5.20. Фільтр-прес стрічкового типу.

110